葛 強(qiáng) 姚文峰 雷 平 賴 芳

(中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司，湖南長(zhǎng)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(yè)面臨的原料短缺、能源緊張和污染嚴(yán)重等三大問(wèn)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(kuò)建一條年產(chǎn)50萬(wàn)t高檔涂布白紙板生產(chǎn)線，采用廢紙為原料，其中進(jìn)口廢紙約占原料總量的70%，國(guó)產(chǎn)廢紙約占原料總量的30%;且近期內(nèi)國(guó)產(chǎn)廢紙所占比例在逐步提升。按照“三同時(shí)”原則，企業(yè)配套建設(shè)廢水處理設(shè)施。根據(jù)此類造紙廢水的特點(diǎn)，最終采用了內(nèi)循環(huán) (IC)反應(yīng)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(yùn)行調(diào)試，2012年12月通過(guò)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的監(jiān)測(cè)驗(yàn)收，出水達(dá)標(biāo)排放。

2 設(shè)計(jì)水質(zhì)與工藝流程

廢紙?jiān)旒垙U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?jiān)旒垙U水主要產(chǎn)生于脫墨、洗滌、凈化篩選、濃縮和抄紙系統(tǒng)。廢水中含有的污染物主要有4類［3］:還原性物質(zhì)，如木素、無(wú)機(jī)鹽等;可生物降解物質(zhì)，如半纖維素、樹脂酸、低分子糖、醇、有機(jī)酸和腐敗性物質(zhì)等;懸浮物，如細(xì)小纖維、無(wú)機(jī)填料等;色素類，如油墨、染料和木素等。

2.1 設(shè)計(jì)水量水質(zhì)

該工程設(shè)計(jì)處理能力為25000 m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

2.2 廢水處理工藝

新的排放標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后，傳統(tǒng)的廢水二級(jí)處理，即預(yù)處理+生化處理的方法已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目增加了Fenton氧化法處理作為深度處理，進(jìn)一步氧化生化排水中的難降解有機(jī)物，滿足出水達(dá)標(biāo)排放的要求，廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

表2 主要單元及設(shè)計(jì)參數(shù)

3 主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)

IC-氧化溝-Fenton法組合工藝主要處理單元構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

4 工藝特點(diǎn)

4.1 預(yù)酸化池

預(yù)酸化處理工藝的主要作用就是使廢水發(fā)生適度酸化，提高廢水的可生化性。有研究提到［4］，預(yù)酸化有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但完全酸化對(duì)產(chǎn)生顆粒污泥有害，如果廢水完全預(yù)酸化，不能生產(chǎn)顆粒污泥，如果不進(jìn)行酸化，則增長(zhǎng)的絲狀菌將包裹在顆粒污泥的表面。因此，確定預(yù)酸化池的水力停留時(shí)間為2～4 h［5］。同時(shí)，研究還提出［4］，推薦工藝采用的預(yù)酸化應(yīng)使20%～40%的可酸化物質(zhì)酸化。國(guó)內(nèi)的一些應(yīng)用實(shí)踐也表明［6］，預(yù)酸化度控制在30% ～50%之間較為合適。

4.2 IC反應(yīng)器

IC反應(yīng)器是本處理工藝的核心，IC反應(yīng)器為內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，是由荷蘭PAQUES公司于20世紀(jì)80年代中期在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的第三代高效厭氧反應(yīng)器，它具有占地面積小、高徑比大、有機(jī)負(fù)荷高、出水穩(wěn)定和耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)［7］，適合處理制漿、造紙廢水。

4.3 表面曝氣氧化溝

本設(shè)計(jì)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(jī)為活性污泥提供氧氣。這種曝氣設(shè)備的充氧方式為［8］:一是在轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪葉片作用下形成水躍;二是葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成的循環(huán)水流，使液面不斷更新;三是葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)形成的負(fù)壓吸氧。3種方式中，又以液面更新為主，水躍及負(fù)壓吸氧為輔。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，表面曝氣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、土建及設(shè)備投資小的特點(diǎn)［9］。

4.4 Fenton法反應(yīng)塔

H2O2與催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱為Fenton試劑。近年來(lái)的研究表明，F(xiàn)enton的氧化機(jī)理是由于在酸性條件下H2O2被催化分解所產(chǎn)生的反應(yīng)活性很高的羥基自由基所致。在Fe2+的催化作用下，H2O2能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化［10］。Fenton試劑氧化一般在pH值為3.5下進(jìn)行，在該pH值時(shí)其自由基生產(chǎn)速率最大［10］。

Fenton反應(yīng)塔中裝載有石英砂，而且還設(shè)有循環(huán)泵，循環(huán)泵從氧化塔上部抽水底部進(jìn)水，通過(guò)布水器使塔體中廢水保持一定的上升流速?gòu)亩故⑸俺柿骰癄顟B(tài)，F(xiàn)enton反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe3+以結(jié)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(chǎn)生的化學(xué)污泥［11］。

5 運(yùn)行效果

系統(tǒng)各主體單元運(yùn)行的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各主體單元的運(yùn)行結(jié)果

從表3可以看出，廢水經(jīng)過(guò)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(jīng)IC-氧化溝-Fenton法氧化工藝處理后，實(shí)際出水水質(zhì)為:pH值≤7.2，CODCr≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L?？梢钥闯?，水處理系統(tǒng)運(yùn)行正常，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，處理后出水達(dá)到GB 3544—2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

廢水處理系統(tǒng)好氧池、厭氧反應(yīng)器及總排口進(jìn)出水水質(zhì)及CODCr去除率如圖2所示。從圖2可以看出，IC反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)IC反應(yīng)器進(jìn)水CODCr在1200～2300 mg/L時(shí)，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(wěn)定，當(dāng)進(jìn)水CODCr在400～600 mg/L時(shí)，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(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

二沉出水經(jīng)氣浮、Fenton反應(yīng)塔處理，終沉池后的總排口CODCr為42～52 mg/L，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖2 好氧池、厭氧反應(yīng)器及總排口進(jìn)出水CODCr和CODCr去除率

6 結(jié)論

采用內(nèi)循環(huán) (IC)反應(yīng)器-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法工藝處理廢紙?jiān)旒垙U水，出水水質(zhì)pH值≤7.2，COD≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到GB 3544—2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單、抗沖擊負(fù)荷高和運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，適合于處理廢紙?jiān)旒垙U水。

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