造纸废水处理工艺设计
200t/d造纸废水处理工艺
生物工程xxx 200xxxxxxxxxx
1、概述
造纸工业废水排放量大，水污染严重，生态破坏性大，是世界公认的“六大”公害之一；造纸工业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要污染源之一，对环境的污染主要为废水、废气、废渣、噪声和恶臭，其中废水的污染最为严重和复杂。随着经济的发展，企业日益面临水资源短缺、原料匮乏的问题，而另一方面，水污染液日益严重。据不完全统计，其废水排放量达20多亿吨，占全国工业废水排放量的11%以上，COD排放量更是多达300多万吨，占全国COD排放量的42%，居第一位。近年来，由于水资源的匮乏、经济的持续增长，导致水资源价格的不断提高以及面对严峻的环境污染形式，国家对环保执法力度的进一步加大，要求造纸企业寻求一种符合国家环保政策要求的新工艺、新技术，来实现造纸废水的循环利用。造纸工业所产生的废水具有种类繁多、水量大、有机污染物含量高特点，属难处理的工业废水之一，废水来源于制浆及造纸各个工艺环节中，其物理性质及有机污染物的浓度各不相同，针对废水的特征确定有效的处理工艺，当前用于造纸工业废水处理的主要方法有沉淀、气浮、吸附、膜分离、好氧生物、厌氧生物等处理方法以及几种工艺结合的处理方法。本论文为200t/d造纸废水处理设计一个最合理的工艺流程。
2、造纸废水来源
造纸废水主要有3个来源：制浆废液，中段水，纸机白水。
制浆是把植物原料中的纤维分离出来，制成浆料，再经漂白；抄纸是把浆料稀释、成型、压榨、烘干，制成纸张。这2项工艺都排出大量废水。制浆产生的废水，污染最为严重。洗浆时排出废水呈黑褐色，称为黑水，黑水中污染物浓度很高，BOD高达5～40 L，含有大量纤维、无机盐和色素。洗涤漂白过程中产生的中段水水量最多，污染物质有较高浓度的木质素、纤维素和树脂酸盐等较难生物降解的成分，且色度深。抄纸机排出的废水，称为白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。
3、造纸废水水质特点及水质组成
从造纸废水来源中，可以知道其废水水质特点：废水排放量大，含大量的纤维素、木
质素、无机碱、以及丹宁、树脂、蛋白质等，导致废水色度深，碱性大，悬浮物含量大，且含有二价硫，并有硫醇类恶臭气味，有机物及难降解物质含量高，耗氧大，为组分复杂难处理有机废水。
废水水质组成：①还原性物质，如木质素、无机盐等，以COD为指标；②可生物降解物质，为半纤维素、树脂酸、低分子糖、醇、有机酸和腐败物质等，以BOD为指标；
③悬浮物，如细小纤维、无机填料等，以SS为指标；④色素类，如油墨、染料和木质素等，以色度表示。
废纸造纸污水的SS、COD浓度较高，COD则由非溶解性COD和溶解性COD两部分组成，通常非溶解性COD占COD组成总量的大部分，当污水中SS被去除时，绝大部分非溶解性COD同时被去除。因此，废纸造纸污水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。
4、设计进出水质
本设计污水处理规模为200t/d。根据近年来的进水水质统计资料，以及企业清洁生产水平逐步提升带来废水水质的变化，确定本次设计进水水质如下表4-1所示。
处理后的水排放标准：《制浆造纸工业水污染排放标准》(GB3544-2008)
表4-1 设计进出水质和排放标准
5、工艺选择的原则（选择依据）
工艺方案的选择对于废水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、废水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺技术，经全面技术经济分析后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
在废水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则：
(1) 所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家废水排放标准的要求。
(2) 所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗。
(3) 所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。
(4) 所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平。
(5) 所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声、气雾等）。
6、主体工艺比较
造纸废水浓度高，COD、BOD含量多其处理方法较一般工业废水有所不同。目前，国内主要采用的造纸废水处理工艺有：SBA工艺、CAR工艺、生物接触氧化法以及UASB工艺等。
1）SBR工艺（序批式活性污泥法）
SBR工艺是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。及传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR工艺的核心是反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。污水在反应池中按序列、间歇进入每个反应工序，即流入、反应、沉淀、排放和闲置五个工序。污水流入反应池中达到预定容积后，同时可微量曝气，以保证顺利排泥。停止曝气和搅拌后充分沉淀，反应池起二沉池的作用，沉淀后上层清液经处理后排放，下层污泥作为种泥回流。排水后进入闲置工序，使污泥处于饥饿状态，使其在下个周期的反应中，充分发挥活性。
工艺特点：①反应及沉淀在同一个池内完成，不需要设置二沉池和污泥回流装置。占地少，投资省，基建和运行费低；②SBR中微生物因周期性处于高浓度及低浓度交替的环境中，丝状菌很少成为优势菌种，不易发生污泥膨胀；③操作过程中交替出现厌氧、好氧和缺氧状态，有机物降解效率高，具有良好的脱氮除磷效果。④耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。⑤运行效果稳定，污水在
理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。⑥可实现自动化控制，根据水质水量变化随时控制SBR工艺运行程序。⑦SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。
存在问题：沉淀和排水所需时间较长，此期间污泥呈缺氧或厌氧状态，易使污泥中磷提前释放到出水中。同时，排水速度、水位和排泥量难于控制而导致出水中悬浮固体含量过高或污泥泥龄不合适。
2）CAR工艺（传统活性污泥法）
CAR工艺由曝气池、二沉池、曝气系统（含空气或氧气的加压设备、管道系统和空气扩散装置）以及污泥回流系统等组成。曝气池和二沉池是活性污泥系统的基本处理构建物。由初沉池流出的废水及从二沉池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，其混合体称为混合液。在曝气的作用下，混合液得到足够的溶解氧并使活性污泥和废水充分接触。废水中的可溶性有机污染物为活性污泥所吸附并为存活在活性污泥上的微生物群体所分解，使废水得到净化。在二沉池内，活性污泥及已被净化的废水（称处理水）分离，处理水排放，活性污泥在污泥区内进行浓缩，并以较高的浓度回流曝气池。由于活性污泥不断地增长，部分污泥作为剩余污泥从系统中排出，也可以送往初沉池。
存在问题：由于采用重力式沉淀方式作为固液分离手段，其固液分离效率不高，处理装置容积负荷低，占地面积大，出水水质不稳定，传氧效率低，能耗高以及剩余污泥产量大。
3）接触氧化法
接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化滤池。在不透气的曝气池中装有焦炭、砾石、塑料蜂窝等填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧,这种方式称为鼓风曝气；空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过滤料部分到达地面，空气逸走后，废水则在滤料间格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。
生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。
缺点：填料上的生物膜储量视BOD负荷而异；生物膜只能自行脱落，剩余污泥不易排
走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果；当采用蜂窝填料时，如果负荷过高，则生物膜较厚，易堵塞填料；大量产生后生动物（如轮虫类）；组合状的接触填料有时会影响曝气及搅拌。
4）UASB工艺
UASB反应器处理工艺是目前研究较多、应用日趋广泛的新型污水厌氧处理工艺，由荷兰Lettinga教授于1977年发明。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水
工艺特点：除具有厌氧处理的优点，如工艺结构紧凑、处理能力大、无机械搅拌装置、处理效果好、投资省等优点外，还具有其他厌氧处理工艺（厌氧流化床、厌氧滤池等）难以比拟的优点：可实现污泥的颗粒化；生物固体的停留时间可长达100d；气、固、液的分离实现了一体化；通常情况下不发生堵塞，因而它具有很高的处理能力和处理效率，尤其适用于各种高浓度有机废水的处理。
缺点：虽然UASB反应器的负荷和处理效率高，但是UASB反应器处理制浆黑液是不可行的，因为黑液中的污染物是难于生物降解的。
综合对比以上四种工艺，以及所需要处理的造纸废水情况，采用SBR工艺为本次废水处理的主体工艺。
7、SBR工艺原理
SBR工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。SBR工艺的一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括以下五个阶段：①进水期——加入基质；②反应期——基质降解；③沉淀期——泥水分离；④排放期——排水排泥；⑤闲置期——活性恢复。SBR的运行工况以间歇操作为特征。其中自进水、反应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为一个运行周期。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌
握。
SBR工艺对有机物的去除机理为：在反应器内预先培养驯化一定量的活性污泥，当废水进入反应器及活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO2、H2O等无机物，同时，微生物细胞增殖，最后将微生物细胞物质（活性污泥）及水沉淀分离，从而使废水得到处理。
8、废水处理具体工艺流程
9、工艺流程说明
废水首先由集水池收集，然后经过粗格栅拦截水中的纸屑、泡沫纸、塑料及大颗粒杂质等悬浮物，之后经提升泵进入细格栅，进一步除去细小的颗粒杂质后进入沉砂池，除去水中密度较大的无机颗粒。沉砂池出水进入SBR池，在这一阶段里去除营养物质以及脱氮除磷，清液经过鼓风机房进入絮凝反应池，化学絮凝沉降除去水中细小悬浮物、漂浮物及胶体物质，其出水后进入滤池做暂时贮存，最后经紫外消毒池消毒，检测其达标后即可回用或排放；另一方面，从SBR池出来的剩余污泥和絮凝池反应后的沉渣先由集泥井收集，然后进入污泥浓缩车间进行浓缩，接着输送到污泥脱水车间进行脱水，得到泥饼，定期外运处理。
10、主要构建物、设备及其功能简介
（1）主要构建物
1）集水池：收集废水，设置在筛网之后，为方便污水的提升一级缓冲污水的流量变化。2）沉砂池：采用曝气式沉砂池，除去污水中粒径较大的无机颗粒，以保证后续处理流程的正常运行，减少后续处理构建物发生沉积。
3）SBR池：去除污水中大部分的污染物，去除可生物降解的营养物质以及脱氮除磷。
4）絮凝反应池：去除水中细小悬浮物、漂浮物、胶体物质、溶解性有机物、氮磷等污染物，以满足水环境标准，防止封闭式水域富营养化和污水再利用的水质要求。属深度处理工艺。絮凝是以机械或水力等方式造成颗粒碰撞形成易于沉淀或上浮的絮体从而达到及水分离的目的。
5）滤池：使用快滤池。应用石英砂或白煤、矿石等粒状滤料对自来水进行快速过滤而达到截留水中悬浮固体和部分细菌、微生物等目的。
6）紫外消毒池：消毒杀菌，使出水达到排放标准。
7）集泥井：贮存剩余污泥和沉渣，以便下一步进行污泥处理浓缩。
8）污泥浓缩车间：采用重力式污泥浓缩。进行污泥浓缩，主要是减缩污泥的间隙水，降低污泥含水率，减少污泥体积。
9）污泥脱水车间：对前一工序浓缩的污泥进行进一步浓缩压滤脱水，使污泥含水率降低到尽可能低的程度，以减少污泥体积并便于装卸作业。
10）鼓风机房：给曝气沉砂池和SBR池供气。
（2）主要设备
1）格栅：回收废水中的纤维并降低废水中SS含量。主要有粗格栅机和细格栅机。
①粗格栅机：功能是去除污水中的较大漂浮杂物以保证污水提升泵的正常运行，采用机械格栅，设置2台，一用一备。
②细格栅机：功能为去除污水中较为细小的漂浮杂物，以保证后续处理流程的正常运行。采用机械细格栅2台，互为备用。
2）污水提升泵：功能为提升污水以满足后续污水处理流程竖向衔接的要求，实现重力流动顺序处理污水，采用提升式无堵塞潜水泵3台，2用一备。
3）滗水器：滗水器是一种能随水位变化而调节的出水堰，排水口淹没在水面下一定深度，可防止浮渣进入。为SBR 工艺采用的定期排除澄清水的设备，它具有能从静止的池表面将
澄清水滗出，而不搅动沉淀，确保出水水质的作用。采用旋转式滗水器。
4）水下曝气器（设备参数：循环水量、供气量、供氧量）：是给排水曝气充氧的必备设备。5）罗茨鼓风机：主要功能是提供空气。
6）电控柜：是按电气接线要求将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在封闭或半封闭金属柜中或屏幅上，其布置应满足电力系统正常运行的要求，便于检修，不危及人身及周围设备的安全的控制柜（箱）。包括配电柜、配电箱、电器控制柜等，正常运行时可借助手动或自动开关接通或分断电路。故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警。借测量仪表可显示运行中的各种参数，还可对某些电气参数进行调整，对偏离正常工作状态进行提示或发出信号。
8）止回阀、球阀及排泥管等辅助设备。
11、整体工艺特点
本工艺具有抗冲击负荷高、适应性强、能耗低、脱氮除磷效果好的特点，运行过程中不产生污泥膨胀，能保证出水水质稳定，不需要污泥回流，且运行灵活，可实现极高程度的自动化；生化反应效率高，具有处理高浓度、难降解废水的特征；占地少，投资省，无易损坏设备，维修及操作运行管理简单可靠。
12、运行管理
（1）日常维护
包括机械设备的维护保养、工艺运行操作、生化池的生物状况观察。
反应池运行调节，包括水量变化的调节、排水调节。
（2）曝气调节
有的情况下，还需要进行剩余污泥系统、活性污泥微生物的酶促反应、氧的总转移数、水的饱和溶氧浓度、污泥膨胀及水的粘滞性等等的监测计算。
常见的重要异常情况：污泥膨胀；污泥解体；污泥腐烂；生化池表面出现气泡。
13、参考文献
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