混凝气浮法处理造纸废水回用工程实践.doc

混凝气浮法处理造纸废水回用工程实践李 松1,2，单胜道作者简介 李松(1977 )，男，湖北荆门人，博士生，讲师，主要从事污水处理工作。电话E-mail：。基金项目 浙江省科技重大攻关项目（2006C13036）通讯联系人 单胜道，电话E-mail：。，陈英旭2 ，曹志洪3 （1.浙江林学院 环境科技学院，浙江 杭州 311300; 3.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310029; 3.中国科学院 南京土壤研究所，江苏 南京 210008)摘要：采用混凝气浮为主的工艺流程处理造纸废水，处理后出水SS、CODcr和BOD5的平均去除率分别达到90%、74%和80%以上，出水达到设计要求，可以直接回用于生产工艺中，并可回收纸浆。实现了生产用水的闭路循环运行，达到了废水零排放。此工艺避免了生化处理占地面积大、投资和运行费用高等缺点，并且处理费用低，运行稳定，维护简单，具有显著的环境效益。关键词：造纸废水；混凝气浮；回用；零排放浙江某造纸厂主要以商品木浆为原料，生产各色特种装饰钛白印刷面纸、平衡纸系列、印花原纸系列、瓜子袋纸系列、特种长纤维纸系列、水松纸产品等各种高档特种工业印刷纸以及文化用纸，总产量为1.2万t/a，排放造纸废水约8000t/d。目前，这些废水若未经处理就排入附近水体，将对环境造成严重污染14，同时该厂生产耗水量大，如处理后进行回用，将产生巨大的经济效益。本文采用气浮混凝法对造纸废水进行了处理并回用，确定了相关的工艺流程及参数，并对投资及运行费用进行了估算，为相关废水处理回用工程提供相应技术。1 工艺流程设计1.1 废水水质及水量该造纸厂利用商品木浆作为原料，经过碎浆、磨浆、加填料、抄纸、烘干等工艺，产生的废水没有传统工艺中的黑液和中段废水，只有抄纸机前端产生的浓白水、网部冲洗下来的白水、一般冲洗水和冷却设备水。产纸量为40t/d，造纸废水排放量为8000t/d。因此，废水处理工程设计水质水量为：设计水量Q=8000t/d；设计水质：经取样分析，得到了废水水质状况，如下表1所示。表1原水水质情况Table 1 Water quality of papermaking wastewater项 目pHCODCr/(mg/L)BOD5/(mg/L)SS/(mg/L)原水水质6.77.34005001002008001000设计水质6.08.05002001000回用标准6920080100注：回用标准参考造纸工业水污染物排放标准(GB3544-2001)及造纸工艺用水标准。1.2处理工艺流程及说明该厂排放的废水水量大，SS浓度高，COD浓度也较高，BOD5较低。因此，废水处理主要解决的问题是去除SS和COD。混凝气浮可去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5，并且对pH值没有大的影响，能保证清洁生产，回收纸浆，处理水可达到造纸工艺用水标准而回用于生产工艺中，从而节约大量的水资源，且该工艺结构简单、处理效果好59。因此，本废水调采用以混凝气浮为主的工艺流程处理，废水首先经过格栅去除掉废水中的漂浮物，然后自流进入集水池，集水池出水经过潜污泵提升到机械筛网回收纸浆，经过机械筛网回收纸浆后，废水中的大颗粒悬浮物将大大降低，可去除部分COD和SS。然后废水自流进入气浮池，气浮出水自流至清水池，清水加压后供给回用水点。气浮设备的浮渣自流到浮渣槽，用纸浆泵送至污泥浓缩池浓缩后，采用带式压滤机进行脱水，干泥可回收利用，出售作为生产低档纸的原料，污泥浓缩池上清液和压滤机出水回流到集水池重新处理。浮渣在脱水前需用搅拌器脱气，并在输送到带式压滤机的输送管线上加入高分子絮凝剂。此外，为了取得预期的处理效果，还必须向气浮设备内投加混凝剂。由于该造纸厂在生产工艺中添加了硫酸铝，经试验无需加入无机凝聚剂，仅加入0.52mg/L聚丙烯酰胺(PAM)即可1012。具体如图1所示。1.3主要构筑物及参数设计(1) 格栅 格栅的作用就是截留并去除废水中含有的悬浮物和漂浮物，保护水泵机组及后续处理构筑物。栅条间距50mm，栅条宽10mm，水平倾角75，共设计格栅2个，尺寸：600mm800mm。(2) 集水池采用地下钢筋混凝土结构，有效容积：147m3；有效HRT=1.08h；为了防止悬浮物沉积和便于清理集水池，将池底做成漏斗形，尺寸：6m（L）8m（W）3.8m(H)，容积为182.4m3。集水池设液位计，并设2台提升泵，1用1备，250 m3/h，H=1015m。(3) 机械筛网采用XFJ-400型旋转式固液分离机1台，网筒直径为1500mm，网孔间距0.20mm，功率2.2kW。(4) 气浮池气浮池采用KROFTA公司制造的SPC-27型气浮设备1台，主要工艺参数：处理量：250m3/h， 压缩空气压力0.6MPa，表面负荷：9.612m3/(m2.h)，分离时间：4min，出水SS50mg/L，浮渣浓度：1.5%。主要组件为：气浮池D=8.5m，H=3.5m，遇水部分为不锈钢材质(SRS304)，变速电机，2台，1.2KW；水位控制系统：1套(电动)；中央集电器：1台；油膜式压力计：1个；双向万向接头6组，瞬间减压阀：1套；底部自动排泥装置(含气动阀、电磁阀、计时器、电控盘)：1套。(5) 溶气设备溶气管包括：流量计、连考克、逆止阀、针阀各5个；过滤器、调压阀1个；考克3个；安全阀1个；油膜式压力计1只；空气溶解调整器1只；支撑架1个。空压机：气冷式，Q=35m3/h，P=0.7Mpa，2台，1用1备。循环高压水泵：离心式，Q=130 m3/h，H=5862m，功率为45 kW，2台，1用1备。 (6) 清水池气浮出水后进入清水池，以便对水质监测和水的回用。清水池采用地上式，钢筋混凝土结构，尺寸为：6m（L）4m（W）3.8m（H），容积为91.2m3，清水池设溢流口将清水排入工厂回用管线。(7) 浮渣槽1座，3m3m(H)，座部排放阀门1个，溢流管1根，液位计1个，碳钢内衬玻璃钢或FRP或HDPE；搅拌器1个，搅拌速度：120r/min，接触液体部分为不锈钢；浮渣输送泵：离心式泵，1台，Q=25m3/h， H=20m。(8) 污泥浓缩池浓缩池采用重力式辐流沉淀池，1座，半地下式钢筋混凝土结构，尺寸为：3.7m（L）3.7m（B）4.8m（H），容积为65.7m3。采取连续进泥重力浓缩方式，表面负荷q=0.42m3/(m2h)，有效浓缩时间14.0h。污泥输送泵：离心式泵1台，Q=5.4m3/h，H=80m。(9) 压滤机采用PMP125型带式压滤机10，该机具有适用范围广、可靠性高、拥有6种模式的自动系统、运行费用低及能耗低等特点，同时还充分考虑了操作者的安全。有效带宽：1200mm，过滤面积：25m2，功率为2.2kW。该压滤脱水机还配备了一套自动配药系统。2 工程调试及运行该污水处理工程调试主要是气浮池加药量以及溶气量的控制，同时还有压滤机投药量的控制。调试采用先室内小试，再有条件地进行中试，最后现场逐渐加大投药量的方法，找到最佳混凝和气浮条件，同时，逐渐加大处理工程进水量，增强系统的抗冲击能力，经过40d的工程调试，确定Al2(SO4)318H2O加药量为2.5t/d，PAM加药量为43kg/d，溶气量为35m3/h，系统进入稳定化运行阶段。出水水质达到设计要求，并通过有关部门验收，至今一直稳定运行。表2是9月12日到9月14日 运行期间的一组水质数据。表2 出水水质监测结果表Table 2 Water quality of outflow日 期采样点pH/(mg/L)COD/(mg/L)BOD5/(mg/L)SS/(mg/L)9-12至9-14格栅进水6.987.04484488187193937983清水池出水平均值7.20122.836.186平均去除率/(%)75.280.792.1由表2可知，出水水质完全符合造纸回用水标准，特别是SS去除率最高达到了94.7，说明混凝气浮法对于去除细小颗粒具有较好的效果。稳定运行期间各单元对SS的平均去除效果如表3所示。表3 各单元对SS的去除效果Table 3 SS removal efficiency of each unit项 目格 栅集水池机械筛网气浮池清水池进水/(mg/L）95691283653792出水/(mg/L)9128365379290去除率/(%)4.68.335.882.92.3由表3可知，造纸废水SS含量较高，是废水处理的一大难题。本工艺SS去除主要在机械筛网和气浮池单元进行，去除率分别达到了35.8和82.9，这主要是由于筛网滤除了较大粒径的悬浮颗粒，加药絮凝气浮进一步去除了细小颗粒，同时，也去除了大部分的COD（去除率为6582），这说明气浮工艺在去除细小颗粒物的同时，吸附携带了大量的有机污染物，从而大大降低了废水的COD含量。3 工程投资及运行费用估算工程占地面积300m2，总投资109.02万元。其中主要构筑物及设备投资95.57万元，工程设计费3.00万元，工程调试费3.00万元，管理费4.00万元，不可预见费3.45万元。物料消耗量为Al2(SO4)318H2O：2.5t/d，按520元/t的价格计算，需要1300元/d，0.1625元/t；PAM：43kg/d(16kg/d用于气浮，27kg/d用于浮渣脱水)，PAM按40000元/t的价格计算，需要1720元/d，0.2150元/t；压缩空气：35m3/h。人员配置为操作工3人，三班运行；配药工2人，常白班；其他1人，共6人。人工费按9000元/(人.年)计，需要180元/d，0.01875元/t。电价按1.0元/KWH计，需要2125元/d，0.2656元/t。因此，工程总运行费用为：4025元/d，0.50元/t ，(凝聚剂仅用PAM，不含设备折旧)；5325元/d，0.66元/t (凝聚剂为PAM和硫酸铝，不含设备折旧)。4结论(1) 污水处理工程的建设，结束了该厂污水不加处理直接排放的历史，每天少向附近河流排放SS23t、COD 23t，将大大改善附近河流的污染状况，其环境效益和社会效益是十分明显的。(2) 经格栅筛网过滤气浮工艺处理后的废水，SS、CODcr、BOD5的平均去除效率分别达到90%、74%、80%以上，出水达到设计要求，可以直接回用于生产工艺中。(3) 废水处理后出水达到生产用水要求，进行100%回用，免交了排污费，达到了零排放。同时纸浆也能回收利用，每天能回收1t左右纸浆。按0.8元/t水、回用7800t/d水计算，纸浆按400元/t、回收1t/d计算，同时扣除污水的处理费，工程使用23年后即可收回全部投资，具有显著的经济效益。(4) 本工艺具有投资省、占地少、运行费用低、操作方便、性能稳定等特点，可在同类型企业中推广应用。参 考 文 献1 蒋其昌.造纸工业环境保护概论.北京:中国轻工业出版社,1992:111119.2 张可等.造纸工业蒸煮废液的综合利用与污染防治技术.北京:中国轻工业出版社,1992:1521.3 Y.H. Yang, H.H. Lou, Y.L. Huang synthesis of an optimal wastewater reuse network . Waste Management ,20 (2000): 311319.4 刘增超,刘文辉,郑先俊.电凝聚-气浮法处理印染废水.化工环保,2006,26(4):280282.5 李燕,程璞.超效浅层气浮在造纸废水处理中的应用.工业水处理,2007,27(8):8587.6 张声,刘洋,张晓健等.活性炭石英砂双层深床滤料浮滤池处理高藻水源水的研究.环境科学,2004,25(5):5256.7 黄益宏.气浮-水解-序批式活性污泥法处理高浓度特种丙烯酸废水.化工环保,2006,26(2):126128.8 Neethling SJ, Cilliers JJ and Woodburn ET. Prediction of water distribution in a flowing foam.Chemical Engineering Science,2000,55:40214028.9 Yan Wang, Baoyu Gao, Qinyan Yue, Jincheng Wei, Qian Li. The characterization and flocculation efficiency of composite flocculant iron saltspolydimethyldiallylammonium chloride. Chemical Engineering Journal,2007,32(9):12541278.10 王毅力,娄敏,石宝友等.微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的研究之二以聚合氯化铁(PFC)为絮凝剂.环境科学学报,2006,26(5):791797.11 Gehr R, Wartz CS and Offringa G. Removal of trihalome thane precursors from eutrophic water by dissolved air flotation. 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