某大型造紙廠高效污水處理工程設計與運行

劉明元，羅 鑫，陳 歆，申曉霞，周建飛

(1．江蘇龍環環境科技有限公司，江蘇 常州 213000；2．江西省環境保護科學研究院，江西 南昌 330039；3．江蘇省常州環境監測中心，江蘇 常州 213000)

1 引言

當前造紙工業面臨原料短缺、能源緊張和污染嚴重三大問題，廢紙的回收再利用是解決這些問題的有效途徑。中國已成為世界上最大的廢紙利用國，由此帶來的環境污染問題也日益突出[1]。造紙企業單位產品新鮮水用量逐漸降低，水的循環利用率不斷升高，水中污染物在重復利用過程中不斷富集濃縮，因而廢水中的SS、COD濃度較高[2, 3]。目前造紙企業普遍采用物化處理+好氧生物處理+深度處理的組合工藝流程，處理后出水中COD一般可以降至150～200 mg/L左右，但色度仍然較高、耗電量大、處理成本高，產生大量的污泥，處置困難，易造成環境的二次污染[4～6]。因而，探索一種在實際運營過程中低成本、高效的造紙廢水處理的技術工藝勢在必行。

2 工程背景

某造紙廠以國內廢紙為原料，采用非脫墨制漿工藝，通過碎漿、除砂、分篩、濃縮、精漿、流送、成型、壓榨、前干燥、表面施膠、后干燥及壓光等工序，生產工業用紙，水循環率達到96.2%。根據法律、法規要求，企業需建設一座新污水處理站，對該項目產生的污水進行單獨處理，通過廠區污水處理站處理達標后外排。一期污水設計處理量為20000 m3/d，總投資2000萬元，項目自備電站。

(1)設計水量。一期為年產55萬t工業用紙，單位產品廢紙產生量按10 m3/d計算，年工作天數按300 d計算，廢水產生量為18333 m3/d，確定一期廢水量20000 m3/d的設計規模。

(2)設計進、出水水質 根據管理要求，主要污染物排放執行《制漿造紙工業水污染物排放標準》(GB3544-2008)表2規定的新建企業水污染物排放限值。設計進、出水水質如表1。

表1 設計進、出水水質

3 污水處理設計

3.1 污水處理工藝流程及說明

(1)在本造紙廢水中大部分有機物呈纖維顆粒狀態存在，故先采用斜網+混凝+初沉的物化預處理工藝，以去除大部分不溶性有機物，產生的不容物壓濾后外賣，用于生產低檔紙，創造了一定經濟效益，同時提高BOD5/COD比值，為后續生化階段創造有利條件。

(2)經物化預處理后廢水中有機物濃度仍然較高，且大部分以溶解狀態存在，故繼而采用厭氧處理工藝。

將預處理調節后的廢水泵送至EGSB反應器的調制池，混合部分厭氧的出水，投加酸堿調節pH值控制在6.5～7.5，給厭氧菌創造最理想的生存及反應條件。將調制后的廢水穩定、連續地泵入EGSB反應器，進水將通過致密的厭氧顆粒污泥層，并發生厭氧反應。EGSB反應器進水管上設置脈沖閥，底部設置布水系統，使布水均勻并防止堵塞。頂部設置三相分離器，用于分離廢水、沼氣和污泥。

EGSB反應器所產生的厭氧污泥為顆粒污泥，無需處理，只需定期將所產生的污泥由污泥泵泵入厭氧顆粒污泥儲池中儲存起來，可以外賣作為其它的厭氧污水處理廠的生物接種污泥。

(3)厭氧出水后采用A/O系統的生物處理工藝，并且在A/O池出水后設沉淀池。

(4)二沉池出水進入排放水池排放，部分污泥回流至混凝池及A/O池，其它污泥經壓濾后送入廠區自備電站，焚燒發電。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

3.4 主要構筑物設計參數和設備選型

集水井等前段預處理設施，配合公司后續發展整體規劃設置。

(1)沉砂池。設計處理能力3500 m3/h，尺寸為25.0 m(L)×4.2 m(W)×1.3 m(H)，并配置2臺規格為100 m3/h×10.0 m×7.5 kW的砂機。

(2)進水格柵渠。設計流量3500 m3/h，尺寸為12.0 m(L)×3.2 m(W)×2.5 m(H)，有效水深1.0 m。配置機械粗格柵2臺(規格B=1500 mm，柵寬10 mm)，機械細格柵2臺(規格B=1500 mm，柵寬3 mm)。

(3)斜網流槽及平臺等。集水井出水流入斜網，網上纖維經纖維收集槽進入纖維貯槽，纖維貯槽設提升泵，由泵送至壓漿機脫水后裝車外運，脫水經收集后回到集水井池進行處理；網下水集水渠自流入緩沖池，泵提升至快混池進行后續處理。斜網工作房平面50.0 m×24. 0m×2F。

(4)混池、初沉池、冷卻塔及調節池。建設混池對污水進行混凝。初沉池表面負荷控制在0.89 m3/(m2·h)，有效水深3.8 m，同時配置1臺周轉傳動泥機，2臺污泥泵。冷卻塔流量800 m3/h，功率37 kW，進水溫度50 ℃，出水溫度37 ℃，數量1臺；調節池設計流量1458 m3/h，HRT4.0hrs，尺寸為38.0 m(L)×28.0 m(W)×6.0 m(H)，有效水深5.5 m。

(5)EGSB反應池。調制池為EGSB反應器循環系統的一部分，與EGSB反應池建設在一起，有效水深13.0 m HRT 2.3hrs 結構 R.C+防腐，頂部封閉。廢水由調制池進入厭氧反應器布水后，和厭氧顆粒污泥接觸發生厭氧反應，厭氧產生的氣相的沼氣和固相的厭氧污泥及液相的經過厭氧處理的廢水，將到反應器的頂部，由三相分離器分離。沼氣到沼氣系統，污水流出厭氧反應器，污泥被三相分離器留在反應器內繼續參與厭氧反應。

設計SCOD負荷：46800 kg SCOD/d，有效水深13.0 m，上升流1.73 m/h。HRT 8.3hr VLR：7.5 kg SCOD/(m3·d)，設備配置三相分離器1，布水器1個。

(6)AO池。A池HRT 1 h有效水深7.0 m。O池HRT 24 hrs，有效水深7.0 m。

(7)二沉池。表面負荷 0.60 m3/(m2·h)有效水深3.8 m，結構 R.C.二沉池按照20000 m3/d進行設計安裝。

4 工程運行效果

通過對污水工程進出水連續兩天的檢測，檢測結果如表2所示。出水各項指標均能滿足《制漿造紙工業水污染物排放標準》(GB 3544-2008)表2規定的新建企業水污染物排放限值的要求，并達到了表3規定的水污染物特別排放限值的要求。

表2 驗收監測數據

5 工程投資概算及運行分析

該項目壓濾污泥運入自備電站焚燒處理，工程建設投資：包括土建工程、設備材料、設備運輸安裝及施工設計等，總費用約2000萬元。廢水處理直接運行成本為如下。

(1)電費(E1)。污水站用電來自廠區內自備電廠，污水站用電負荷1834 kW，電價按0.4元/(kW·h)計，1 t污水處理成本為：

(2)人工費(E2)。該污水處理設施設4名專職人員，月工資為3000元，折合1 m3污水處理成本為：

(3)藥劑費(E3)。每月12萬元，每噸污水藥劑費費為：

(4)日常維護管理費(E4)。以每年100萬元計，每噸污水維護管理費為：

污水處理運行成本總計：

ET=E1+E2+E3+E4=1.27元/m3污水。

6 結語

在污水廠的工藝設計中緊密結合造紙廢水的特點，僅采用預處理+EGSB+A/O的工藝方案進行處理，其污泥處置方便，且具有一定的經濟效益，最終出水CODCr、色度、BOD5、氨氮、總氮及總磷等指標均達到《制漿造紙工業水污染物排放標準》(GB 3544-2008)表 2 規定的新建企業水污染物排放限值要求，并且達到表3水污染物特別排放限值的要求，該工程對于利用廢紙制漿制造工業用紙產生的廢水治理具有一定的應用推廣作用。