造紙廢水中水回用的工業化節能技術研究和工程應用

駱志榮　陸　科　劉景明

（1浙江夏王紙業有限公司浙江衢州3240222江蘇泰源環保科技有限公司江蘇宜興214200 3江蘇博凱環境科技有限公司江蘇濱海224500）

造紙廢水中水回用的工業化節能技術研究和工程應用

駱志榮1陸科2劉景明3

（1浙江夏王紙業有限公司浙江衢州3240222江蘇泰源環保科技有限公司江蘇宜興214200 3江蘇博凱環境科技有限公司江蘇濱海224500）

采用生物接觸氧化法技術改擴建原有的淺層氣浮工藝，進行了生化后的造紙廢水回用的工業化研究。試驗結果表明：CODcr由進水121.53mg/L到出水19.25mg/ L；NH3-N由進水16.44mg/L到出水0.77mg/L，CODcr和NH3-N去除率比淺層氣浮分別增加64.79%和55.53%，SS由進水63mg/L到出水4mg/L。廢水中各項污染物質的含量達到國家回用標準。廢水回用于造紙工藝，年可節水270×104t，該成果年可減少取水費用540萬元。具有較好的社會、環境和經濟效益，可在同行業廣泛推廣應用。

生物接觸氧化；淺層氣浮；廢水回用；深度處理；節能技術

浙江夏王紙業有限公司成立于2004年，主要生產裝飾類新材印刷原紙、素色紙、低克重印刷原紙和數碼噴繪紙,采用成品漿板,主要從事裝飾原紙的制造。公司于2009年投資建成了7500t/d處理規模的廢水處理站，主要處理來自造紙過程中的多余白水及部分地面沖洗水，廢水中主要含有還原性物質和鈦白粉等物質，經過混凝沉淀+氣浮過濾處理工藝，處理后的出水COD、SS、NH3-N達到《造紙工業水污染物排放標準GB3544-2008》中造紙企業水污物排放限值標準。2015年，公司排放的污水要求執行GB18918-2002一級A標準，而廢水處理后回用于生產，即實現了廢水可資源化，又保護了環境，為廢水二次利用開辟了一條新的途徑。目前國內外還未見對造紙廢水經過處理后回用于類似生產報道，研究探索新的廢水處理方式，提高污染物去除率，減少污染物排放總量和廢水回用是當務之急。

1　原廢水處理工藝現狀和存在問題

近十幾年運行結果表明，淺層氣浮去除SS、CODcr和NH3-N等效果不佳。根據排放標準要求原污水經過淺層氣浮后，出水COD達到90 mg/L～100mg/L，SS達到35 mg/L～50mg/L，為貫徹國家有關規定，保護受納水體，營造一個優美的環境，環保提出新的GB18918-2002一級A排放標準：COD≤50mg/L、SS≤10mg/L和NH3-N≤5mg/L。新標準的推出和實施，給企業提出了新的要求和考驗，壓力也隨之而來。很多造紙企業只采用一級物化處理，都需增加二級生物處理和三級深度處理[1]。

圖1　污水處理站主要工藝流程

公司本著對社會負責、為企業減負、注入新的動力的原則，奮力研發，推出了以接觸氧化法+纖維轉盤為主的工藝，取得了預期效果。該廠的原設計處理能力為7500m3/h，改擴建后處理能力為15000m3/h，目前該廠采用的主要工藝流程如圖1所示。廢水水質成分復雜，含大量的纖維、半纖維素、造紙助劑和中間體等物質，常規水質監測指標除CODCr、BOD5、NH3-N、SS等污染物外，還有硫化物、油、TP等污染指標，水質具有典型的造紙廢水水質特點，可生化性差。原淺層氣浮主要出水水質和新舊排放標準見表1。

表1　原淺層氣浮出水主要污染物情況

該公司運行的淺層氣浮池是傳統的溶氣氣浮池[1]。共有2個池，每個池的尺寸是10m×0.78m，有效水深0.5m，每池容積為62m3。工藝過程為：高效淺層氣浮機利用溶氣系統向水中溶入大量的空氣，形成溶氣水，進入待處理水中，減壓釋放后在水中形成大量的微細氣泡，氣泡于水中的雜質絮凝相互粘附形成比重小于水的浮體，從而快速浮出水面，經刮渣裝置撇渣后完成固、液兩相分離，被懸浮泥渣層截留，從而可以降低出水SS值，間接降低了CODcr和BOD5的值，出水從池中集水槽流出，達到進一步提高水質的功能。主體由池體、撇渣裝置、工作橋和行走裝置、布水布氣裝置、集水裝置、集電裝置等組成。

淺層氣浮池去除NH3-N、SS、CODcr和BOD5的值是波動的，而造紙廢水的波動性是非常大的，再由于操作等影響因素，容易造成廢水中含有大量的殘余NH3-N和SS，如果不去除廢水中殘余物就直接回用，會造成廢水中NH3所占分數增大，再回用時，會由于日積月累的結果，容易造成毒物累計超標；另外微生物也會在管道、儲水池內大量生長，發生粘泥和堵塞等問題。在現有的廢水處理技術中找到合適的、操作簡便和去除殘余污染物效率較高的方法，是一項重要的技術改造工作。基于公司現狀的運行工藝和污水站現有的工藝條件，在原工藝的基礎上，采用了生物接觸氧化法[2]和纖維轉盤對生化后廢水深度處理進行了工程化可行性研究，通過培養硝化菌，并與運行的淺層氣浮工藝進行了試驗對照研究。研究的試驗結果表明：采用生物接觸氧化法處理生化后廢水在技術上是可行的，運行效果明顯好于現有淺層氣浮池。

2　試驗過程及內容

在試驗成果的基礎上，確定了工業化試驗的技術路線和參數。在取消淺層氣浮工序后，擴建了生物接觸氧化池，優化選擇和安裝了劉景明博士發明的高效生物富集填料[3～4]。

高效生物富集填料技術新穎性：率先實現了微生物、曝氣系統與生物富集填料系統高效優化，在污水處理領域取得了重大突破。處理效果好，特殊培養的菌種，材質耐酸堿性較強，能夠適用多種難處理水質，耐鹽5%，氨氮300mg/L，COD20000mg/L，耐低水溫6℃～12℃，使用壽命長達5～10年以上,出水達到一級A或地表V類水體標準。高效生物富集填料技術先進性：（1）高氧利用率：曝氣管利用孔徑與填料的切割滲透原理，依靠滲透向膜中遷移的空氣驅動動能差，動力消耗低，可緩慢微量、連續不斷的向微生物提供適量氧氣，達到節氣和節能的目的。節能70%以上。（2）形成好氧層、缺氧層、厭氧層，厭氧層使水中有機污染物水解酸化形成小分子，使有機氮氨化，在好氧層氨氮氧化成硝態氮，在缺氧層發生反硝化作用，形成n個微觀的A2/O工藝，總氮可以從300mg/L降到10mg/L以下。硝態氮變成氮氣，同時硝化反硝化，使水中總氮和有機物得到高效處理。

高效生物富集填料懸掛在距水面和地底分別為0.5m和1.0m的池中，填料長度為2.0m，每池填料安裝兩層，密度為14kg/m3，空氣曝氣強度為1.5～2.3m3/（m2·h），水量375～625m3/h，池內廢水流速小于0.919mm/s。在生物接觸氧化池工業化試驗技術路線確定后，對纖維過濾池所做的主要工作為：（1）鋪設了DN700進水主管，在過濾池中，垂直平行鋪設直徑2.0m濾盤兩組,一組備用；（2）在出水槽鋪設了DN700管線至提升泵房，通過泵加壓后，做回用水的管線。

3　投運后運行效果

在同一進水水質和水量的情況下，氣水比為3:1和全年水溫一般在8℃～30℃的條件下，改造后的生物接觸氧化池和淺層氣浮池處理CODcr、NH3-H和SS效果的數據表見圖2-4所示。由圖2～4可知：生物接觸氧化池CODcr由進水121.53mg/L到出水19.25mg/L，CODcr的去除率可達到84.16%，淺層氣浮CODcr去除率為19.37%；生物接觸氧化池NH3-N由進水16.44mg/L到出水0.77mg/L，對NH3-N去除率可達到95.31%，而淺層氣浮對NH3-N去除率可達到39.78%；CODcr和NH3-N去除率比淺層氣浮分別增加64.79%和55.53%；生物接觸氧化池和纖維濾盤對SS去除率分別可達到85.71%和57.14%。

上述結果的原因為：（1）CODcr的去除主要貢獻者是因為生化后廢水中BOD5由25.52mg/L降至5mg/L以下，以及SS由63mg/L降至10mg/L以下，BOD5去除率為37%以上；（2）剩余CODcr基本是不可生物降解的；（3）生物膜上的硝化菌利用同時硝化反硝化反應，使NH3-N進一步降解；（4）SS的去除是靠填料的阻礙和生物膜上細菌的吸附降解而去除的；（5）利用纖維濾盤，SS去除效果更好，回用水SS基本為2 mg/L～4mg/L。

圖2　進出廢水CODcr變化曲線

圖3　進出廢水NH3-N變化曲線

圖4　進出廢水SS變化曲線

4　技術經濟評價

通過技術改造和實際運行的結果，處理后回用的造紙廢水完全可以取代工業上水，可以滿足該廠的造紙回用水的需要。在實現造紙綜合廢水二次利用的同時，降低了廢水處理費用和排污費的繳納，每年可少取地表水270×104t，年可節省費用540萬元。

5　結語

5.1通過技術改造，采用生物接觸氧化法取代原淺層氣浮法，CODcr由121.53mg/L下降到19.25mg/L，CODcr去除率可提高64.79%，NH3-N由進水16.44mg/L到出水0.77mg/L，NH3-N去除率可以提高55.53%，SS由進水63mg/L到出水4mg/L。

5.2廢水中各項污染物質的含量達到國家一級排放標準和回用標準。

5.3取得了較好經濟、社會和環境效益。改造后的生物接觸氧化池，廢水回用于造紙工藝，年可節水270×104t，該成果年可減少取水費用540萬元。

[1]北京水環境與設備研究中心等主編.三廢處理工程技術手冊：廢水卷[M].北京：化學工業出版社，2001：327-328.

[2]高廷耀，顧國維主編.水污染控制工程：下冊[M]，第二版.北京:高等教育出版社，2000:124-127.

[3]劉景明，左一龍.一種平面生物富集平面廢水處理填料[P].中國發明專利，ZL201520702359.3，2015.

[4]劉景明，左一龍.一種豎管脫氮填料裝置[P].中國發明專利, ZL201520238138.5,2015.

駱志榮（1968—），男，浙江安吉人，專科畢業，現職稱為中級工程師，從事企業管理和工程設計總負責。