IC-氧化溝-Fenton法處理廢紙造紙廢水工程實例

葛 強 姚文峰 雷 平 賴 芳

(中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙，410114)

1 工程概況

廢紙是重要的可再生資源，廢紙的回收利用是解決造紙工業面臨的原料短缺、能源緊張和污染嚴重等三大問題的有效途徑。廢紙漿占造紙用漿的比例由1990年的28.1%提高到2006年的 56.0%［1］。

天津某造紙廠擴建一條年產50萬t高檔涂布白紙板生產線，采用廢紙為原料，其中進口廢紙約占原料總量的70%，國產廢紙約占原料總量的30%;且近期內國產廢紙所占比例在逐步提升。按照“三同時”原則，企業配套建設廢水處理設施。根據此類造紙廢水的特點，最終采用了內循環 (IC)反應器-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法處理工藝。廢水處理工程于2012年初投入運行調試，2012年12月通過當地環保部門的監測驗收，出水達標排放。

2 設計水質與工藝流程

廢紙造紙廢水的污染物量比用原生植物纖維制漿造紙的要少［2］，但CODCr、SS濃度仍然較高。廢紙造紙廢水主要產生于脫墨、洗滌、凈化篩選、濃縮和抄紙系統。廢水中含有的污染物主要有4類［3］:還原性物質，如木素、無機鹽等;可生物降解物質，如半纖維素、樹脂酸、低分子糖、醇、有機酸和腐敗性物質等;懸浮物，如細小纖維、無機填料等;色素類，如油墨、染料和木素等。

2.1 設計水量水質

該工程設計處理能力為25000 m3/d，設計進、出水水質如表1所示。

表1 設計進、出水水質

2.2 廢水處理工藝

新的排放標準頒布實施后，傳統的廢水二級處理，即預處理+生化處理的方法已不能滿足新標準的要求。在二級處理的基礎上，本項目增加了Fenton氧化法處理作為深度處理，進一步氧化生化排水中的難降解有機物，滿足出水達標排放的要求，廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

表2 主要單元及設計參數

3 主要構筑物的設計參數

IC-氧化溝-Fenton法組合工藝主要處理單元構筑物及設計參數如表2所示。

4 工藝特點

4.1 預酸化池

預酸化處理工藝的主要作用就是使廢水發生適度酸化，提高廢水的可生化性。有研究提到［4］，預酸化有明顯的優點，但完全酸化對產生顆粒污泥有害，如果廢水完全預酸化，不能生產顆粒污泥，如果不進行酸化，則增長的絲狀菌將包裹在顆粒污泥的表面。因此，確定預酸化池的水力停留時間為2～4 h［5］。同時，研究還提出［4］，推薦工藝采用的預酸化應使20%～40%的可酸化物質酸化。國內的一些應用實踐也表明［6］，預酸化度控制在30% ～50%之間較為合適。

4.2 IC反應器

IC反應器是本處理工藝的核心，IC反應器為內循環反應器，是由荷蘭PAQUES公司于20世紀80年代中期在UASB反應器的基礎上開發成功的第三代高效厭氧反應器，它具有占地面積小、高徑比大、有機負荷高、出水穩定和耐沖擊負荷能力強等特點［7］，適合處理制漿、造紙廢水。

4.3 表面曝氣氧化溝

本設計采用適合造紙廢水處理的表面曝氣工藝作為好氧處理工藝，利用倒傘式表面曝氣機為活性污泥提供氧氣。這種曝氣設備的充氧方式為［8］:一是在轉動的葉輪葉片作用下形成水躍;二是葉輪轉動時形成的循環水流，使液面不斷更新;三是葉輪轉動形成的負壓吸氧。3種方式中，又以液面更新為主，水躍及負壓吸氧為輔。從實際應用來看，表面曝氣具有結構簡單、使用維護方便、土建及設備投資小的特點［9］。

4.4 Fenton法反應塔

H2O2與催化劑Fe2+構成的氧化體系通常稱為Fenton試劑。近年來的研究表明，Fenton的氧化機理是由于在酸性條件下H2O2被催化分解所產生的反應活性很高的羥基自由基所致。在Fe2+的催化作用下，H2O2能產生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發和傳播自由基鏈反應，加快有機物和還原性物質的氧化［10］。Fenton試劑氧化一般在pH值為3.5下進行，在該pH值時其自由基生產速率最大［10］。

Fenton反應塔中裝載有石英砂，而且還設有循環泵，循環泵從氧化塔上部抽水底部進水，通過布水器使塔體中廢水保持一定的上升流速從而使石英砂呈流化狀態，Fenton反應中產生的Fe3+以結晶或沉淀的形式吸附到石英砂的表面上，這部分Fe3+可以起異相催化作用，從而減少Fenton試劑的加入量及產生的化學污泥［11］。

5 運行效果

系統各主體單元運行的監測結果見表3。

表3 各主體單元的運行結果

從表3可以看出，廢水經過初沉池后pH值≤6.6，CODCr為1700～2600 mg/L，BOD5為 650～1160 mg/L，SS為15～60 mg/L。經IC-氧化溝-Fenton法氧化工藝處理后，實際出水水質為:pH值≤7.2，CODCr≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L。可以看出，水處理系統運行正常，水質指標達到設計要求，處理后出水達到GB 3544—2008制漿造紙工業水污染物排放標準的要求。

廢水處理系統好氧池、厭氧反應器及總排口進出水水質及CODCr去除率如圖2所示。從圖2可以看出，IC反應器運行穩定，當IC反應器進水CODCr在1200～2300 mg/L時，IC出水 CODCr為 400～600 mg/L，CODCr去除率在63.5% ～76.4%之間。

表面曝氣氧化溝出水比較穩定，當進水CODCr在400～600 mg/L時，二沉出水CODCr為110～125 mg/L，CODCr去除率在74.2% ～78.9%之間，出水指標達到了設計要求。

二沉出水經氣浮、Fenton反應塔處理，終沉池后的總排口CODCr為42～52 mg/L，達到了排放標準的要求。

圖2 好氧池、厭氧反應器及總排口進出水CODCr和CODCr去除率

6 結論

采用內循環 (IC)反應器-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法工藝處理廢紙造紙廢水，出水水質pH值≤7.2，COD≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L，出水水質達到GB 3544—2008制漿造紙工業水污染物排放標準的要求。

IC-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法組合工藝具有操作管理方便、設備維護簡單、抗沖擊負荷高和運行穩定的特點，適合于處理廢紙造紙廢水。

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