劉映堯 何宇娜 陳 港 方志強(qiáng) 王欽雯

（華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640）

無碳復(fù)寫紙屬于涂布加工紙，產(chǎn)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(chǎn)無碳復(fù)寫紙的涂布機(jī)有單面涂布機(jī)和雙面涂布機(jī)，涂布方式主要有氣刀涂布和刮刀涂布。上紙和中紙的生產(chǎn)采用氣刀涂布，下紙的生產(chǎn)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(jī)、雙面涂布機(jī)或者是氣刀涂布、刮刀涂布，在涂布過程或產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時(shí)均會產(chǎn)生一定的廢水，雖然廢水量不大，但污染物濃度較高，生產(chǎn)色紙時(shí)產(chǎn)生的廢水還有一定的色度，這些廢水如不經(jīng)過處理直接排放，必然會對環(huán)境造成影響。根據(jù)涂布紙廠的經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行品種更換且生產(chǎn)效率高的涂布紙廠，通常也有2%～6%的流失[2-3]。因此企業(yè)需建設(shè)一座廢水處理設(shè)施，對該項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后方可排放。

1 工程背景

廣西某企業(yè)是一家生產(chǎn)無碳復(fù)寫紙的企業(yè)，產(chǎn)量約為3 萬t/a。該企業(yè)生產(chǎn)過程排出的廢水主要是涂布生產(chǎn)過程以及清洗涂布機(jī)機(jī)頭和貯料罐等設(shè)備時(shí)產(chǎn)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(zhì)碳酸鈣等顏料，發(fā)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(diǎn)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(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水量

涂料廢水處理設(shè)計(jì)總水量為240 m3/d，廢水處理設(shè)施每天運(yùn)行24 h，平均廢水處理量為10.0 m3/h。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

無碳復(fù)寫紙涂料廢水水質(zhì)見表1。

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

2.3 設(shè)計(jì)出水排放要求

主要污染物排放執(zhí)行GB 3544—2008《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建企業(yè)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(zhì)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(jìn)入集水池，再由廢水提升泵泵送到廢水調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)。

（2）調(diào)節(jié)池廢水由廢水泵抽取，經(jīng)反應(yīng)罐并在反應(yīng)罐中加入絮凝劑1、絮凝劑2 和助凝劑充分反應(yīng)后進(jìn)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(jìn)入清水過渡池，再由清水泵1泵送到塔式生物濾池，清水經(jīng)過塔式生物濾池處理后進(jìn)入集水池，再由清水泵送2 泵到Fenton 反應(yīng)池，并在Fenton 反應(yīng)池中加入Fen?ton試劑。

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

（5）經(jīng)混凝反應(yīng)池反應(yīng)的水進(jìn)入沉淀池，沉淀池上清液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)直接排放，沉淀池污泥由污泥泵泵送到污泥濃縮罐進(jìn)一步濃縮，再由污泥泵泵送到脫水機(jī)脫水至達(dá)到干度要求后運(yùn)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(chǎn)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(jī)脫水至干度要求后運(yùn)走，脫水機(jī)產(chǎn)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(shè)計(jì)采用一級物化、二級生化和深度氧化相結(jié)合的工藝[6]。

（1）一級物化工段：采用“高效廢水凈化器”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一級物化處理工藝（如普通沉淀池或氣浮等），是因?yàn)椤案咝U水凈化器”相比傳統(tǒng)的一級物化處理工藝具有污染物去除效果更好的優(yōu)點(diǎn)?！案咝U水凈化器”是華南理工大學(xué)特種紙團(tuán)隊(duì)根據(jù)傳統(tǒng)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(shè)備，是將廢水的反應(yīng)、混凝、沉淀、澄清、過濾和吸附等工序集中設(shè)計(jì)在一個(gè)罐體內(nèi)進(jìn)行?！案咝U水凈化器”的原理是利用廢水與混凝劑反應(yīng)生成的絮凝物即“污泥”在罐體內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的“過濾吸附流化床”，廢水通過這個(gè)“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(tǒng)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(jìn)一步凈化處理不同，“高效廢水凈化器”不但具有傳統(tǒng)的一級物化處理工藝特點(diǎn)，而且能對廢水進(jìn)一步深度處理（“過濾”和“吸附”），對廢水的污染物去除率比傳統(tǒng)的一級物化處理工藝高20%～30%[2]?！案咝U水凈化器”的特點(diǎn)是：占地面積??；投資、運(yùn)行費(fèi)用低；操作簡單、管理方便；在設(shè)備內(nèi)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?yàn)閺U水量不大和塔式生物濾池占地面積小，能承受較大的有機(jī)物和毒物的沖擊負(fù)荷，一般采用自然通風(fēng)，常用于處理高濃度的工業(yè)廢水[7]。

（3）深度氧化工段：采用Fenton 氧化法對廢水進(jìn)行處理，F(xiàn)enton 氧化法是將硫酸亞鐵與過氧化氫相結(jié)合的一種深度處理工藝，利用硫酸亞鐵和雙氧水的強(qiáng)氧化還原性，兩者在pH 值為3.5 左右時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成強(qiáng)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(dá)到2.80 V，是除元素氟外最強(qiáng)的無機(jī)氧化劑）［9]與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，可分解氧化有機(jī)物，特別是難以氧化的芳香類化合物和雜環(huán)類化合物，從而降低廢水中生物難分解的COD。

2.6 主要設(shè)備選型

（1）廢水調(diào)節(jié)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(shí)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(fù)荷約2000 g BOD5/（m3濾料·d），濾料為直徑Φ50 mm 的鮑爾環(huán)，總?cè)莘e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(shí)間約12 h，污泥上升流速約為0.1 mm/s。

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

2.7 主要建（筑）物設(shè)計(jì)參數(shù)

主要建（筑）物設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

3 工程運(yùn)行效果

整個(gè)工程在3 個(gè)月完成，然后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完成后，連續(xù)2天對該廢水處理工程進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表4 所示。從表4 可以看出，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足GB 3544—2008《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建企業(yè)水污染物排放限值的要求[4]。

4 工程投資概算及運(yùn)行費(fèi)用分析

該項(xiàng)目工程投資包括：設(shè)備、材料及電器購買、設(shè)備加工、土建工程、設(shè)備運(yùn)輸及安裝等，總投資86萬元。廢水處理直接運(yùn)行成本如下。

表3 設(shè)計(jì)參數(shù)Table 3 Design parameters

表4 監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 4 Monitoring data

（1）人工費(fèi)

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

（2）實(shí)際使用藥劑費(fèi)

①混凝劑1 用量按0.20～0.25 kg/m3計(jì)，每噸廢水需混凝劑1費(fèi)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(jì)，每噸廢水需混凝劑2費(fèi)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(jì)，每噸廢水需助凝劑費(fèi)用：9×0.008=0.07（元/t廢水）。

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

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

（3）電費(fèi)

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

直接運(yùn)行總費(fèi)用（不含維修費(fèi)、折舊費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)等）合計(jì)為：1.67+2.81+0.79=5.27（元/t廢水）。

5 結(jié) 語

針對無碳復(fù)寫紙廢水量小、污染物濃度高的特點(diǎn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(jié)合的工藝對廢水進(jìn)行處理。運(yùn)行表明，該設(shè)計(jì)合理、處理效果好、管理方便。CODCr去除率達(dá)97.8%、BOD5去除率達(dá)98.3%、SS 去除率達(dá)95.9%，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了GB 3544—2008《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建造紙企業(yè)水污染排放限值，為同類廢水項(xiàng)目及新建項(xiàng)目提供參考。