無碳復寫紙涂料廢水處理工程設計

劉映堯 何宇娜 陳 港 方志強 王欽雯

（華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510640）

無碳復寫紙屬于涂布加工紙，產品有上紙（CB紙）、中紙（CFB 紙）和下紙（CF 紙）[1]，涂料有下紙（CF）和上紙（CB）兩種涂料。生產無碳復寫紙的涂布機有單面涂布機和雙面涂布機，涂布方式主要有氣刀涂布和刮刀涂布。上紙和中紙的生產采用氣刀涂布，下紙的生產可以采用氣刀涂布和刮刀涂布等方式。無論是使用單面涂布機、雙面涂布機或者是氣刀涂布、刮刀涂布，在涂布過程或產品轉換時均會產生一定的廢水，雖然廢水量不大，但污染物濃度較高，生產色紙時產生的廢水還有一定的色度，這些廢水如不經過處理直接排放，必然會對環境造成影響。根據涂布紙廠的經驗，配制出來的涂料最終會有2%～15%成為廢水，即使在大型、品種單一、很少進行品種更換且生產效率高的涂布紙廠，通常也有2%～6%的流失[2-3]。因此企業需建設一座廢水處理設施，對該項目產生的廢水進行處理，廢水經處理達標后方可排放。

1 工程背景

廣西某企業是一家生產無碳復寫紙的企業，產量約為3 萬t/a。該企業生產過程排出的廢水主要是涂布生產過程以及清洗涂布機機頭和貯料罐等設備時產生的涂料廢水，廢水量約為240 m3/d。廢水中主要含有改性淀粉、羧基丁苯膠乳等膠黏劑，高嶺土、輕質碳酸鈣等顏料，發色劑微膠囊，顯色劑酚醛樹脂、水楊酸鋅以及染料等殘余化工料。廢水特點是廢水量小、污染物（如SS、COD 和BOD）濃度比較高。

2 廢水處理工程設計

2.1 設計水量

涂料廢水處理設計總水量為240 m3/d，廢水處理設施每天運行24 h，平均廢水處理量為10.0 m3/h。

2.2 設計進水水質

無碳復寫紙涂料廢水水質見表1。

表1 涂料廢水水質Table 1 Coating waste water qualities

2.3 設計出水排放要求

主要污染物排放執行GB 3544—2008《制漿造紙工業水污染物排放標準》中表2規定的新建企業水污染物排放限值[4-5]。

2.4 廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程見圖1。

表2 涂料廢水出水水質Table 2 Coating waste water emission qualities

2.5 廢水處理工藝

2.5.1 工藝流程

（1）涂料廢水自流進入集水池，再由廢水提升泵泵送到廢水調節池均衡水質。

（2）調節池廢水由廢水泵抽取，經反應罐并在反應罐中加入絮凝劑1、絮凝劑2 和助凝劑充分反應后進入高效廢水凈化器。

圖1 工藝流程Fig.1 Process flow

（3）清水由高效廢水凈化器的頂部出來，進入清水過渡池，再由清水泵1泵送到塔式生物濾池，清水經過塔式生物濾池處理后進入集水池，再由清水泵送2 泵到Fenton 反應池，并在Fenton 反應池中加入Fen?ton試劑。

（4）清水經Fenton 反應池深度氧化后進入中和池，在中和池中加入NaOH 調節pH 值再進入除鐵曝氣池，然后再進入混凝反應池，并在混凝反應池中加入聚丙烯酰胺（PAM）。

（5）經混凝反應池反應的水進入沉淀池，沉淀池上清液達到排放標準直接排放，沉淀池污泥由污泥泵泵送到污泥濃縮罐進一步濃縮，再由污泥泵泵送到脫水機脫水至達到干度要求后運走。

（6）高效廢水凈化器的污泥在底部排出，靠高效廢水凈化器與污泥濃縮罐之間的液位差壓到污泥濃縮罐；塔式生物濾池產生的污泥和污泥濃縮罐濃縮后的污泥由污泥泵泵送到脫水機脫水至干度要求后運走，脫水機產生的過濾水回到涂料廢水集水池。

2.5.2 工藝說明

本廢水處理設計采用一級物化、二級生化和深度氧化相結合的工藝[6]。

（1）一級物化工段：采用“高效廢水凈化器”代替傳統的一級物化處理工藝（如普通沉淀池或氣浮等），是因為“高效廢水凈化器”相比傳統的一級物化處理工藝具有污染物去除效果更好的優點。“高效廢水凈化器”是華南理工大學特種紙團隊根據傳統的一級物化處理工藝存在污染物去除效率低的問題而研制的高效凈化設備，是將廢水的反應、混凝、沉淀、澄清、過濾和吸附等工序集中設計在一個罐體內進行。“高效廢水凈化器”的原理是利用廢水與混凝劑反應生成的絮凝物即“污泥”在罐體內形成一個穩定的“過濾吸附流化床”，廢水通過這個“過濾吸附流化床”的泥層過濾與吸附，不但使廢水得到固液分離，而且得到了類似“活性炭吸附”的凈化處理。廢水在“高效廢水凈化器”罐體中完成了“沉淀”“過濾”和“吸附”多種處理工藝，與傳統的一級物化處理工藝（混凝沉淀或氣浮）只是將固形物與廢水分離而得不到進一步凈化處理不同，“高效廢水凈化器”不但具有傳統的一級物化處理工藝特點，而且能對廢水進一步深度處理（“過濾”和“吸附”），對廢水的污染物去除率比傳統的一級物化處理工藝高20%～30%[2]。“高效廢水凈化器”的特點是：占地面積小；投資、運行費用低；操作簡單、管理方便；在設備內沒有濾料，不會堵塞和不需反沖洗。

（2）生化工段：采用塔式生物濾池是因為廢水量不大和塔式生物濾池占地面積小，能承受較大的有機物和毒物的沖擊負荷，一般采用自然通風，常用于處理高濃度的工業廢水[7]。

（3）深度氧化工段：采用Fenton 氧化法對廢水進行處理，Fenton 氧化法是將硫酸亞鐵與過氧化氫相結合的一種深度處理工藝，利用硫酸亞鐵和雙氧水的強氧化還原性，兩者在pH 值為3.5 左右時發生反應，生成強氧化性的羥基自由基（·OH）[8]，羥基自由基的高氧化能力（氧化電勢達到2.80 V，是除元素氟外最強的無機氧化劑）［9]與廢水中的有機物反應，可分解氧化有機物，特別是難以氧化的芳香類化合物和雜環類化合物，從而降低廢水中生物難分解的COD。

2.6 主要設備選型

（1）廢水調節池。A3鋼制，外型尺寸：Φ4000 mm×3500 mm，有效容積約42 m3，配潛水泵攪拌。

（2）高效廢水凈化器。A3鋼制，外型尺寸：Φ2600 mm×9500 mm，有效容積約41 m3，廢水停留時間約3.9 h。

（3）塔式生物濾池［7］。A3鋼制，外型尺寸：Φ2200 mm×14500 mm，BOD 容積負荷約2000 g BOD5/（m3濾料·d），濾料為直徑Φ50 mm 的鮑爾環，總容積約46 m3。

（4）污泥濃縮罐。A3鋼制，外型尺寸：Φ3000 mm×5500 mm，有效容積約為33 m3，污泥停留時間約12 h，污泥上升流速約為0.1 mm/s。

（5）脫水機。每天污泥總量約為18 m3/d（污泥濃度約1.5%），污泥經疊螺脫水機脫水后干度大于18%，疊螺脫水機，型號：KTDL252，流量Q=3 m3/h，總功率1.47 kW。

2.7 主要建（筑）物設計參數

主要建（筑）物設計參數見表3。

3 工程運行效果

整個工程在3 個月完成，然后進行調試，調試完成后，連續2天對該廢水處理工程進出水水質進行檢測，檢測結果如表4 所示。從表4 可以看出，出水水質各項指標均能滿足GB 3544—2008《制漿造紙工業水污染物排放標準》中表2規定的新建企業水污染物排放限值的要求[4]。

4 工程投資概算及運行費用分析

該項目工程投資包括：設備、材料及電器購買、設備加工、土建工程、設備運輸及安裝等，總投資86萬元。廢水處理直接運行成本如下。

表3 設計參數Table 3 Design parameters

表4 監測數據Table 4 Monitoring data

（1）人工費

本廢水處理站設操作工3 人（每班1 人），按4000 元/（人·月）計處理每噸廢水費用為：4000×3÷30÷240=1.67（元/t廢水）。

（2）實際使用藥劑費

①混凝劑1 用量按0.20～0.25 kg/m3計，每噸廢水需混凝劑1費用：1.60×0.25=0.40（元/t廢水）。

②混凝劑2 用量按0.04～0.06 kg/m3計，每噸廢水需混凝劑2費用：2.2×0.06=0.13（元/t廢水）。

③助凝劑用量按0.006～0.008 kg/m3計，每噸廢水需助凝劑費用：9×0.008=0.07（元/t廢水）。

④Fenton 系統藥劑（含濃硫酸、硫酸亞鐵、過氧化氫和氫氧化鈉）總費用：每天約530元，折算為每噸水費用為：530÷240=2.21（元/t廢水）。

以上藥劑費用合計：0.40+0.13+0.07+2.21=2.81（元/t廢水）。

（3）電費

廢水站每天耗電量約為306 kWh，電費按0.62元/kWh 計，處理廢水需電費：0.62×306÷240=0.79（元/t廢水）。

直接運行總費用（不含維修費、折舊費、企業管理費等）合計為：1.67+2.81+0.79=5.27（元/t廢水）。

5 結 語

針對無碳復寫紙廢水量小、污染物濃度高的特點，本項目設計采用一級物化（高效廢水凈化器）、生化（塔式生物濾池）和深度氧化（Fenten 氧化法）相結合的工藝對廢水進行處理。運行表明，該設計合理、處理效果好、管理方便。CODCr去除率達97.8%、BOD5去除率達98.3%、SS 去除率達95.9%，出水各項指標均達到了GB 3544—2008《制漿造紙工業水污染物排放標準》中表2規定的新建造紙企業水污染排放限值，為同類廢水項目及新建項目提供參考。