HZIC+AB工藝在廢紙造紙廢水處理中的應用

張高峰

（浙江華章科技有限公司，浙江杭州，310000）

云南某造紙廠屬于典型的廢紙造紙企業，廢紙造紙工藝大體分為制漿和抄紙兩大部分，廢水排放主要來源于制漿過程中產生的大量洗滌廢水及含有纖維、填料和化學藥品的抄紙廢水。廢水中主要有以下幾種污染物：固體懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和色度。COD 和BOD 主要來自于廢水中的木素、半纖維素；SS 主要由細小纖維、無機填料等形成；色度來源于油墨、染料等。

內循環（IC）厭氧反應器具有抗負荷、抗酸堿能力強、容積負荷高、能耗低、運行費用低、啟動速度快、占地面積少、運行穩定等特點，其在造紙廠廢水處理中的應用越來越多。但是有很多厭氧反應器使用效果并不理想，出現COD 去除率低、沼氣產量低、污泥鈣化嚴重等問題[1-2]。

傳統活性污泥法是造紙廢水處理應用最廣泛的工藝之一，但是也存在占地面積大、難以適應水質變化等缺點[3]。針對造紙廢水特點，該企業采用改進的吸附及生物降解（AB）工藝作為生化處理單元，實踐證明此工藝穩定、高效。

1 工程概況

該企業主要以廢紙為原料生產牛卡紙及高強瓦楞原紙，年產量20萬t。廢水處理量為8000 m3/d，其中處理后的水有5000 m3回用，剩余的3000 m3進行排放。主要工藝采用絮凝沉淀+水解酸化+HZIC 厭氧反應器（HZIC）+AB，二沉池出水水質即可滿足地方廢水排放標準（詳見表1 中參數）。為應對后期發展過程中更嚴格的環保要求，該企業采用Fenton氧化和砂濾對二沉池出水進行深度處理，目前作為預留設施。

表1 進出水水質主要指標

2 工藝流程

圖1 為廢水處理流程圖。從圖1 可以看出，車間綜合廢水經過機械格柵去除較大的渣物后進入集水池經泵提升至斜網，斜網篩濾的漿料進行回用，來水量大時進入事故池進行水量調節。正常情況下斜網出水自流入初沉池，細小纖維與顆粒物極易沉降，其在初沉池沉降后，上清液進入預酸化池，然后經泵送至HZIC 厭氧反應器。HZIC 厭氧反應器出水進入AB 處理系統，經過缺氧、好氧生化處理后，在二沉池實現固液分離，上清液進行排放。

斜網及初沉池產生的漿料和污泥回用，二沉池污泥經過污泥濃縮池濃縮后用板框壓濾機壓濾。

3 各單元處理效果

各單元處理效果見表2。

表2 各單元處理效果

4 HZIC處理單元

圖1 廢水處理流程

造紙廢水COD 和SS 含量高、可生化性能差、色度大、氮磷污染相對偏低[4]。根據文獻報道，造紙廢水中含有多種有機污染物，且廢水中毒性物質很多[5]。IC 反應器對造紙廢水中的COD、BOD、硬度、木素等都有很好的去除效果[6]?；诖?，浙江華章科技有限公司為該企業提供HZIC 厭氧反應器（HZIC）用于廢水厭氧處理單元。HZIC 是在傳統IC 厭氧反應器的基礎上根據造紙廢水特點改進而來。HZIC 特殊的布水系統，可利用COD 轉化的堿度對廢水的pH 值起緩沖作用，即便是在pH 值為5 的條件下也可以正常運行，從而能夠在調節pH 值時節省大量用堿量，降低運行費用。合理的上升流速可最大限度地防止污泥鈣化，同時HZIC 針對含鈣高的廢水設計有特殊的排砂裝置，確保鈣化后的污泥能及時排出，避免鈣化污泥對厭氧反應器的影響。

該企業HZIC 規格為φ12.5 m×26 m，內置兩級三相分離器，布水器采用傘狀旋流布水結構。水處理量為8000 m3/d，進水CODCr為3500～4500 mg/L。容積負荷為8～12 kg CODCr/(m3·d)。連續18 天的運行數據顯示HZIC 對CODCr平均去除率為76%，其進出水CODCr含量及去除率如圖2所示。

圖2 HZIC進出水CODCr含量及CODCr去除率

圖3 所示是連續18天HZIC進出水的揮發性有機酸（VFA）含量、預酸化度及CODCr去除率。從圖3 可以看出，HZIC運行過程中在預酸化階段的預酸化度達到了40%以上，能夠在保持較高預酸化度的同時，不需要添加堿液就可以對廢水的pH值進行調節，從而能夠保證發生器穩定高效運行。日常運行只需添加少量氮源和磷源。即使在高有機負荷及高預酸化度條件下，HZIC處理效率仍能維持在75%以上，且出水VFA含量均小于3 mmol。HZIC對廢水中有機污染物的高效降解不僅可以產生更多的清潔能源，如沼氣（去除1 kg CODCr約產生0.52 m3沼氣，其中甲烷含量約80%），同時降低了后續AB工藝處理過程中的進水負荷，減少了曝氣階段的空氣需求量，降低了廢水處理能耗。

圖3 HZIC進出水VFA含量、預酸化度及CODCr去除率

5 AB處理系統

AB系統中A段是對污染物質的去除，主要是以物理化學作用為主導的吸附功能，因此對負荷、溫度、pH 值以及毒性等作用具有一定的適應能力。A 段對BOD5去除率約為40%～70%，但經A段處理后的廢水，其可生化性將有所改善，有利于后續B段的生物降解[7]。

該企業AB 系統中A 段為直徑20 m、高4.5 m 的圓形池子，內置4 臺攪拌推流裝置，總容積約1400 m3，A 段水力停留時間（HRT）約為4.5 h。B段采用普通氧化溝，池容積約8000 m3，B 段HRT 為24 h。連續18天的生產現場及數據顯示，該系統穩定可靠，CODCr去除率可達90%以上，如圖4所示。圖5為AB 系統氧化溝溶解氧（DO）含量、污泥濃度（MLSS）及CODCr去除率?；钚晕勰嗪蛷U水經過A 池自流入B 段氧化溝。從圖5 可以看出，運行中A、B段均可保留較高的MLSS。A、B 段MLSS 均達6000 mg/L 以上，AB 整個系統污泥負荷約為1～1.5 kg(CODCr)/[kg(MLSS)·d]。因為該系統相對傳統活性污泥法可提高污泥濃度，使系統中有足夠的微生物量，所以對CODCr的去除率也比傳統活性污泥高；而曝氣池中DO 含量維持在1～1.5 mg/L，在滿足好氧微生物需氧量的同時，能夠避免過度曝氣造成能源的浪費和活性污泥的解絮老化。

圖4 AB系統進出水CODCr含量及CODCr去除率

圖5 AB系統氧化溝DO含量、MLSS及CODCr去除率

6 經濟和環境效益分析

廢水處理系統主要成本由耗電量、藥劑、人工費用組成。根據該廠實際生產用電統計，噸水處理的耗電量為0.9 kWh，噸水耗電費用約0.54元。藥劑主要由預處理及污泥處理用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺、營養源（尿素、磷肥）組成，噸水藥劑成本約0.25元，噸水人工成本約0.1元。總的處理成本為0.89元/t水。