制漿造紙廢水深度處理研究

王小聰 郭曉偉 胡文斐 吳 磊

(中國輕工業(yè)武漢設(shè)計工程有限責(zé)任公司，湖北武漢，430060)

目前，國內(nèi)大部分制漿造紙企業(yè)的廢水處理都采用一級沉淀、二級生化處理的工藝，盡管在生物處理過程中可以去除大部分可生物降解的化合物，但隨著GB3544—2008制漿造紙工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，傳統(tǒng)的二級生物處理技術(shù)難以達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。因此，在制漿造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格［1］的今天，對制漿造紙廢水進(jìn)行深度處理勢在必行。

制漿造紙廢水深度處理主要有混凝、吸附、生物處理、膜分離、高級氧化及生態(tài)處理等處理技術(shù)［2-3］，隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，制漿造紙廢水深度處理技術(shù)也必將得到進(jìn)一步的發(fā)展。本課題采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對生化處理后的制漿造紙廢水進(jìn)行深度處理。

1 設(shè)計水量、水質(zhì)

某制漿造紙企業(yè)生產(chǎn)中采用廢水深度處理工程，設(shè)計廢水深度處理能力為86000 m3/d，進(jìn)出水水質(zhì)如表1所列。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

2 工藝

2.1 工藝流程

采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對二沉池出水進(jìn)行深度處理，工藝流程見圖1。

2.2 原理分析

制漿造紙廢水的深度處理主要是為了進(jìn)一步去除CODCr、微量污染物及脫色。混凝沉淀工藝通過A13+、Fe3+、Ca2+等的無機(jī)鹽和酰胺類有機(jī)高分子化合物與廢水中的較大分子有機(jī)物相互作用，達(dá)到去除廢水中呈膠體和微懸浮狀態(tài)的有機(jī)及無機(jī)污染物，降低廢水的色度和濁度的目的。Fenton氧化工藝是以H2O2為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化法，它利用反應(yīng)中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的羥基自由基氧化廢水中的有機(jī)物，從而降低廢水的色度和CODCr［4］，主要反應(yīng)方程式［5］如下:

圖1 深度處理工藝流程圖

Fenton反應(yīng)中加入的Fe2+和一部分被氧化生成的Fe3+都可在中性或堿性環(huán)境中水解絮凝［6］，進(jìn)一步去除廢水中的色度和CODCr。反應(yīng)時間、pH值、FeSO4用量和H2O2用量是影響色度和CODCr去除效果的關(guān)鍵因素。該方法對污染物降解沒有選擇性，處理效率高，反應(yīng)迅速，二次污染小。砂濾工藝可以很好地去除Fenton氧化后的小分子有機(jī)物，進(jìn)一步去除廢水中殘留的懸浮物固體顆粒、膠狀物質(zhì)、濁度、CODCr等，以提高出水水質(zhì)。

2.3 主要處理單元及設(shè)備

(1)集水池 二沉池出水自流進(jìn)入深度處理系統(tǒng)的集水池，集水池長12 m，寬12 m，采用4臺廢水提升泵將廢水提升至混凝反應(yīng)池。

(2)混凝反應(yīng)池 反應(yīng)池長35.8 m，寬5.0 m。通過投加絮凝劑使廢水中難以自然沉淀的膠體物質(zhì)以及細(xì)小的懸浮物聚集成較大的顆粒，使之與水分離，達(dá)到去除廢水中CODCr、SS和色度的目的。研究表明，采用混凝沉淀法處理廢紙造紙廢水，其SS去除率可達(dá)85% ～98%，色度去除率可達(dá)90%以上，CODCr去除率可達(dá) 60% ～80%［7］。

(3)三沉池 三沉池通過重力沉降和泥層的過濾作用將污泥與處理后的出水分離，共設(shè)2座輻流式沉淀池，直徑為65 m，根據(jù)污泥的性質(zhì)，采用周邊傳動刮吸泥機(jī)。

(4)Fenton反應(yīng)池 由反應(yīng)池、pH值回調(diào)池、脫氣池、絮凝池4部分組成，長66.1 m，寬16.3 m。向反應(yīng)池投加 H2SO4、FeSO4和H2O2，通過產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性羥基自由基，氧化廢水中難被微生物降解的有機(jī)污染物質(zhì)，降低廢水 CODCr［3］。反應(yīng)后的廢水經(jīng)pH值回調(diào)后，進(jìn)入脫氣池脫氣。為提高處理效果，向絮凝池投加絮凝劑，利用氧化與絮凝的協(xié)同作用可提高廢水處理效果［8］。

(5)四沉池 共設(shè)置2座輻流式沉淀池，直徑為65 m。根據(jù)污泥的性質(zhì)，采用周邊傳動刮吸泥機(jī)。

(6)除鐵曝氣池 為進(jìn)一步去除水中的Fe2+，向廢水中曝氣將Fe2+氧化成Fe2O3沉淀，通過砂濾系統(tǒng)進(jìn)行去除。除鐵曝氣池長20 m，寬6 m。

(7)活性砂濾池 采用帕克公司的ASTRASAND?活性砂濾系統(tǒng)，具有體積緊湊，模塊化靈活布置的優(yōu)點(diǎn)。活性砂濾池由壓縮空氣作為動力進(jìn)行濾砂循環(huán)清洗，清洗水回流進(jìn)入集水池。

(8)清水池 清水池有效容積為6600 m3，出水采用清水泵提升至廠區(qū)回用水管網(wǎng)，其余出水排放至城市綜合污水處理廠。

(9)化學(xué)污泥濃縮池 三沉池和四沉池的污泥通過污泥泵輸送至污泥濃縮池，在此進(jìn)行濃縮，濃縮后污泥干固體含量為2%。濃縮污泥經(jīng)污泥泵輸送至現(xiàn)有污泥處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理。污泥濃縮池上清液自流進(jìn)入集水池。污泥濃縮池直徑45 m，配備周邊傳動刮吸泥機(jī)1臺。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

本工程處理水量86000 m3/d，占地面積28266 m2，日常運(yùn)行費(fèi)用主要包括操作人員工資、化學(xué)處理及污泥處理藥劑費(fèi)、電力消耗費(fèi)4部分，綜合運(yùn)行成本(2.6元/t)遠(yuǎn)低于 O3預(yù)氧化-BAF(3.7元/t)［9］等其他深度處理工藝［10］，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和價格優(yōu)勢。

3.2 社會環(huán)境效益

本工程采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對二沉池出水進(jìn)行深度處理，出水水質(zhì)較好而且穩(wěn)定。砂濾池出水進(jìn)入清水池，經(jīng)清水泵提升至廠區(qū)回用水管網(wǎng)回用，補(bǔ)充生產(chǎn)用水，多余出水排放進(jìn)入城市綜合污水處理廠繼續(xù)處理。該處理工藝可有效地削減各污染物的排放量，從而大大減輕制漿造紙廢水對當(dāng)?shù)氐乇硭h(huán)境的污染。深度處理過程中產(chǎn)生的污泥經(jīng)脫水干化后外運(yùn)安全處置。

4 工藝特點(diǎn)

(1)本系統(tǒng)具有出水穩(wěn)定且水質(zhì)較好的特點(diǎn)，能很好地滿足回用要求，工業(yè)中水回用是解決目前水資源短缺和水污染問題嚴(yán)重的有效途徑，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。

(2)Fenton氧化和混凝聯(lián)用不僅可節(jié)約藥劑使用量，而且可提高處理效果。

(3)活性砂濾可以很好地去除Fenton氧化后的小分子有機(jī)物，使CODCr＜60 mg/L，SS＜10 mg/L。

(4)混凝-Fenton氧化-砂濾工藝是一種處理效果好、處理費(fèi)用低、適應(yīng)能力強(qiáng)的制漿造紙廢水處理工藝。

5 結(jié)論

采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對二沉池出水進(jìn)行深度處理，出水水質(zhì)達(dá)到GB3544—2008制漿造紙工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，且滿足制漿造紙廢水回用水質(zhì)要求。該工藝組合體系完整，效果良好，運(yùn)行費(fèi)用低，制漿造紙廢水循環(huán)利用，可大幅減少生產(chǎn)用新鮮水取水量，同時減少制漿造紙廢水的排放量，為制漿造紙廢水的深度處理及回用提供了有效的參考，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

［1］ 喬維川，洪建國．《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的特點(diǎn)及企業(yè)應(yīng)對策略［J］．中國造紙，2011，30(21)，150．

［2］ 李志萍，劉千鈞，林親鐵，等．造紙廢水深度處理技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］．中國造紙，2011，30(21):183．

［3］ 王承亮，馮文英，蘇振華．制漿造紙廢水深度處理技術(shù)［J］．江蘇造紙，2010(3):43．

［4］ 張金玲，于軍亭，張 帥．Fenton法深度處理造紙廢水［J］．黑龍江造紙，2011(1):33．

［5］ Martins R C，Rossi A F，Quinta-Ferreira R M．Fenton’s oxidation process for phenolic wastewater remediation and biodegradability enhancement［J］．Journal of Hazardous Materials，2010，180:716．

［6］ 羅九鵬，韓 菲，姜 琦，等．Fenton-絮凝法預(yù)處理化工綜合廢水的研究［J］．工業(yè)用水與廢水，2011，42(5):15．

［7］ 解 林，劉偉京，涂 勇．PAC+PAM深度處理廢紙造紙廢水的影響因素研究［J］．湖北造紙，2010(4):23．

［8］ 周 丹，呼世斌，張 濤．Fenton-混凝法處理造紙廢水的試驗研究［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004，27(S1):7．

［9］ 劉劍玉，汪曉軍，陳 彥．臭氧預(yù)氧化—BAF深度處理造紙廢水［J］．中國造紙，2009，28(9):36．

［10］ 吳 迪，張 璇，孫星凡．O3/UV+BAC深度處理廢紙制漿造紙廢水［J］．工業(yè)水處理，2009，29(1):39．