石灰法造纸废水集中处理.doc

石灰法造纸废水集中处理造纸企业的污染是我国地表水污染的重要因素之一，其产生的废水浓度较高，治理也存在一定的难度，曾被列入“十五小”污染行业。石灰法造纸过程中虽然没有黑液的产生，但仍存在其产生的废水浓度高、可生化性差的特点。水处理问题已经成为石灰法造纸发展的瓶颈。 该项目将六家石灰法造纸企业产生的废水收集后进入污水处理站集中处理，是河南省造纸废水集中治理的试点。废水经过物化生化处理后，能够满足造纸工业水污染物排放标准（GB35442001）和当地环保部门总量控制指标的要求。经过六个月的满负荷运行，效果良好。1 水质、水量该六家造纸厂均以麦草为原料，采用石灰法生产瓦楞纸，废水经收集后进入污水处理站集中处理，设计原水水质水量见表1。表1 设计原水水质、水量 指标 COD(mg/l) BOD5(mg/l) SS(mg/l) pH Q(m3/d) 设计值 3000 500 2000 7.5-8.5 90002 工艺流程与主要构筑物2.1 工艺流程废水处理工艺流程见图1。图1 工艺流程图2.2 构筑物的设计参数和作用 格栅由于收水管渠采用暗渠，在输送过程中没有外来杂质的进入，废水中大的杂质如塑料袋、树枝、叶等较少，为减少投资采用人工格栅。栅宽800mm，栅隙10mm。 斜网收浆系统为了回收废水中的纤维并降低废水中SS的含量，在工艺的前端设置收浆系统。常规的收浆方式有斜网收浆和圆网收浆，该工程采用斜网收浆。滤网采用60目尼龙网，以保证浆的回收量和出水水质，降低后续工艺的负荷。 集水井集水井的作用在于短时调节水量，避免出现水泵过分频繁的开启和关闭。设计水力停留时间6min，潜污泵的开关由液位计控制。 混凝沉淀池混凝沉淀池按照最大时流量设计，设计时变化系数1.2。为便于操作管理和检修方便，混凝沉淀系统2池运行。混凝沉淀池由混凝反应池和平流沉淀池组成。絮凝剂和助凝剂的溶解、配制在地面上的溶解槽进行，将配好的药剂用泵提升至高位贮药箱，靠重力作用投加药剂。絮凝剂采用PAC，助凝剂采用PAM。絮凝反应采用穿孔旋流反应池，反应时间20min。沉淀池与絮凝反应池合建。考虑到站区可利用面积较大的特点，沉淀池采用平流沉淀池，表面负荷1.3m3/m2h。2池共用行车刮泥机1台。絮凝污泥自流进入污泥贮池。 调节池调节池与平流沉淀池合建。其主要作用在于调节水质水量，避免提升泵频繁开停机，泵的开关由液位计控制。考虑到六个造纸厂排放废水在时间上的互补性和混凝沉淀池的调节能力，停留时间设计为30min。 水解酸化池由于该废水中含有大分子、好氧菌难以去除的物质。在废水进入好氧生化之前设置水解酸化池。靠水解产酸菌的作用可以迅速降解水中有机物的特点，形成以水解产酸菌为主的上流式污泥床，从而去除有机物并将水中难降解的大分子有机物转化为小分子有机物，并将固形有机物转化为溶解性有机物，进一步提高废水的可生物降解性和提高生化处理效率。水解酸化池采用升流式，共分四池运行。上升流速1.3m/h。 SBR反应池SBR系统共有2池运行，单池有效容积3800m3。SBR反应池运行周期8小时。其中进水4小时，采用非限制性曝气，鼓风曝气6小时,静沉1小时，滗水1小时。SBR池的稳定性较好，进水时废水与曝气池内的混合液充分混合，对于充水期内出现的废水浓度变化，可起到一定的缓冲作用，系统采用穿孔管曝气。采用间歇进水，对于长时间高峰浓度的废水冲击起到一定的分割作用。在反应池中反复出现好氧-缺氧状态，在同一个周期内污染物浓度、溶解氧亦有较大变化，能够保持较稳定的生物相，微生物生长良好。SBR反应池在固液分离时整体水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个SBR反应池容积都用于固液分离，较小的活性污泥颗粒都可得到有效地沉淀， SBR反应池的出水质量较高，系统出水稳定达标。 污泥贮池混凝沉淀池产生的絮凝污泥、水解酸化池和SBR反应池产生的剩余污泥均自流进入污泥贮池。经收集贮存后泵送污泥浓缩池。污泥贮池有效容积35m3。 污泥浓缩池系统产生的污泥若不浓缩将增加污泥处理的负荷，因此设置污泥浓缩池。该工程污泥浓缩池4池运行，经浓缩后的污泥含水率降至97左右，污泥体积大大减少。主要构筑物见表2。表2 主要构筑物一览表 构筑物名称 规格或主要设计参数 备注 格栅 B800mm，e=10mm 人工格栅 收浆系统 长50m，宽1.5m60目尼龙网 斜网 集水井 52.53.5m 超高0.5m 混凝沉淀池 2863.5m 2池，穿孔旋流反应平流沉淀池 调节池 12.35.33.5m 水解酸化池 8.68.65.5m 4池 SBR反应池 27.727.75.5m 2池 污泥贮池 33.73.8 污泥浓缩池 667.6m 4池2.3 工艺的主要特点 该工艺具备技术先进、运行可靠的特点，适合石灰法造纸废水处理。 污泥系统上清液回流至集水井进而进入混凝反应池，在投药量一定的情况下提高了沉淀效果。 在好氧生化处理前增设水解酸化处理，将大分子有机物经过水解菌的作用转变为小分子有机物，提高了废水的可生化性，进而提高了SBR反应池的效率。3 处理效果和主要技术经济指标经过六个月时间的运行，系统出水水质稳定满足造纸工业水污染物排放标准（GB35442001）制浆造纸非木浆本色标准和当地环保部门COD总量控制的要求。各单元处理效果见表3，具体出水水质见表4。表3 污水处理各工段出水水质设定 单位：mg/L（去除率除外） 项目 原水 收浆系统 混凝沉淀 水解酸化池 SBR 标准 出水 去除率（） 出水 去除率（） 出水 去除率（） 出水 去除率（） CODCr 2250 2025 10 1500 26 1425 5.0 262 81.6 370 BOD5 425 404 5.0 364 10 328 10.0 73 77.8 100 SS 1250 625 50 250 60 237 5.0 82 65.4 100表4 出水水质监测结果 指标 COD(mg/l) BOD5(mg/l) SS(mg/l) pH 进水 2250 425 1250 7.8 出水 262 73 82 7.5 标准 370 100 100 69 备注 表中数据为平均值。COD370mg/l标准依据总量控制指标算得。主要技术经济指标见表5。表5 主要技术经济指标 项目 实际运行参数 处理能力（m3/d） 9150 总装机容量（kw） 373.6 运行容量（kw） 239.7 电耗（kwh/m3） 0.604 占地面积（m2） 23400 项目总投资（万元） 580 运行成本（元/m3） 0.513 备注 表中数据为均值。4 结论之所以采用SBR法，主要是考虑到SBR本身具有的如占地面积小、流程简单、电耗节省、不易产生污泥膨胀现象等优势，同时考虑到该造纸企业操作人员自身素质偏低的因数，而SBR工艺具有系统操作简单且更具有灵活性的特点。采用该工艺处理石灰法造纸废水，实现了达标排放。与其它工艺相比具有管理方便、运行可靠、一次性投资低、运行成本低、适合管理水平相对较低的企业的特点。经过半年的运行实践和监测结果表明，对COD、BOD5、SS的去除率分别达88、83、93，运行成本约0.52元/m3。回收的废浆可回用于生产，实现了废水处理和废物回收资源化的目的。该工程为多家石灰法造纸企业集中治理工程，不论从操作管理或性价比来考虑均优于单独建造的小型污水处理工程，具有一定的推广意义。石英砂滤床除苯酚的试验研究 受污染的饮用水水源中，含酚浓度在大多数情况下0.01 mg/L，为微量。对饮用水中微量 酚的去除一般有臭氧氧化法、活性炭吸附法等，但由于费用较高，目前在我国尚难以普遍推 广。笔者试图采用从河流水体岸边或底部的含水层中截取河床渗透水的“诱渗”1取水方式来去除水源中的微量酚，并对石英砂滤床与含水层除酚进行了一系列的试验研究。 1 试验方法 1.1 试验装置与方法 试验装置为一根140mm的有机玻璃管柱，其高度可按需要调整。管柱底板上钻有10mm的圆孔，孔隙率为25%，其上覆盖尼龙网以防石英砂流失，管柱中装填粒径为0.51.2mm的石英砂。试验分两阶段：第一阶段采用以长江水为水源的武汉市自来水，向配水箱内的自来水中投加 苯酚，配制成给定浓度的含苯酚原水，用水泵提升至滤柱中进行除酚试验；第二阶段试 验用水则为上述原水、生活污水、淘米水三者按2.51.50.5的比例配制(简称混合试验用水) 。第一、二阶段的试验数据是滤柱分别连续运行5d和25d后取进、出水样测得的，分别进行了酚、溶解氧、pH值及水温四个项目的测定，酚的浓度采用4-氨基安替比林直接光度法测定，并对滤柱中石英砂表层的菌胶团、丝状菌、杆菌等进行了显微镜检测。1.2 试验结果与讨论 第一、二阶段试验时的水温分别为2324 、1215 ；pH值为6.56.8；第一阶段试验时的进 、出水溶解氧分别为7.367.76mg/L、7.17.66mg/L，第二阶段试验时进、出水溶解氧分别为8.239.87mg/L、0.906.93mg/L；第一阶段试验前期的进、出水溶解氧几乎一致，仅后期的出水溶解氧较之进水略低，而第二阶段试验开始，用显微镜观察发现滤柱中石英砂表面出现菌胶团之后，出水溶解氧比进水明显降低，最多低达90%，进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响见图1。试验结果分析： 进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响由图1可见，在所试验的苯酚浓度下，石英砂滤层均有一定的除酚效果，并随进水苯酚浓度 降低，苯酚去除率呈显著升高。在忽略试验连续时间影响的条件下，当进水苯酚 浓度均从0.03 mg/L降至0.008 mg/L时，经4 m厚石英砂层渗滤后，第一、第二 试验阶段的苯酚 去除率分别从26.67%增大到35%和从36.67%增大到45%。 石英砂层厚度对苯酚去除率的影响在进水苯酚浓度、试验连续时间相同的条件下，随着石英砂层增厚，苯酚去除率也随之提高 (见图2)。如在连续试验的第6 d，由单一试验用水配制的进水苯酚浓度为0.03 mg/L条件下，分别经1m、2m、4m厚石英砂层渗滤后，苯酚去除率相应为20%、23.33%、26.67%。不同厚度石英砂层的除酚试验结果还表明，当进水苯酚浓度较低(0.03mg/L)时，苯酚的去除基本上都是在滤柱进水的前部分1m石英砂层中完成的，后续的生产试验也表明，石英砂层厚度进一步增大，苯酚的去除率增加甚微，但有相同的趋势。试验连续时间对苯酚去除率的影响在进水苯酚浓度、石英砂层厚度一定的条件下，苯酚去除率随试验连续时间延长而有所增大 ，如当进水苯酚浓度为0.008 mg/L，试验连续时间自第二阶段试验的第28d到第42d时，经1m、2m、4m石英砂层渗滤后苯酚去除率相应从35.1%、37%和40.8%增大到38.7%、41.25%和45%(见图3)。 由以上分析可知，进水苯酚浓度对苯酚去除率影响显著，而石英砂层厚度、试验连续时间对 苯酚去除率亦有影响，为次要影响因素。滤池及河床渗井的滤层均多为人工滤层，其渗透系 数较大，相关试验表明渗透系数减小，除酚效果有所提高，但单位产水量较低，因而本试验 着重研究常规滤层渗透系数的情况。至于不同试验水源，全部试验资料都证明它对苯酚去除 率基本没有影响。 2 石英砂滤床除酚的数学模型 为建立一个与石英砂层实际除酚效果相吻合的数学模型，必须弄清试验过程中酚的挥发究竟 对试验结果有多大影响。研究表明，进水含酚量300mg/L时，酚挥发量较少或极微。本试验进水苯酚浓度均0.2 mg/L，远远低于上述值，且第一阶段试验时的水温为2324，第二阶段试验时还下降到1215 ，故可忽略酚的挥发对试验结果的影响。基于前述对影响苯酚去除率因素的分析，从动力学角度对石英砂层的物理化学、生物学等除酚规律进行研究，固定某些参数，考察其他参数之间的关系，发现参数之间均存在指数关系，选择下式描述石英砂层的除酚公式：C KC0ZT (1)式中C 出水苯酚浓度，mg/LC0进水苯酚浓度，mg/LZ 石英砂层厚度，mT 试验连续时间，dK、常数及三参数的指数对试验数据进行数理统计计算后，得到下列公式：C1.49C01.11Z-0.075T-0.094 (2) 3 数学模型的验证与应用 实例1湖北英山县某公司在河床上建有一座井底进水非完整河床渗井，井深为5.6m，在该井连续运行256d测得井周河水含酚浓度为0.002mg/L时，井水含酚浓度为0.0008mg/L 。在该井连续运行466d测得井周河水含酚浓度为0.006mg/L时，井水含酚浓度为0.002mg/L。当井周河水含酚浓度已知时，根据式(2)来预测井水含酚浓度，需知道垂直于河水渗滤方向 的含水层厚度。为简便起见，通过对各种不同埋深(h)条件下的井底进水非完整河床渗井集 水流网分析，得到以下关系式：Z含1.72h (3)按式(3)计算，h5.6m时的Z含9.63m，并代入式(2)得CT256d1.490.0021.119.63-0.075256-0.0940.000 75 mg/L；CT466d0.0024mg/L。 实例2重庆市某造船厂在长江河床上建造的井底进水非完整河床渗井的埋深为5.0m ，在 该井投产运行15 d测得井周江水酚的浓度为0.018mg/L时，井水含酚浓度为0.012 mg/L，将 h值代入式(3)求出Z含8.6 m后代入式(2)得C1.490.0181.118.6-0.07515-0.0940.0114mg/L。经对工程实例中井水含酚浓度实测值与按式(2)计算值进行比较，二者基本吻合，公式的精 度大致在89%95%左右，表明式(2)较真实地反映了含水层的除酚情况。 4 石英砂层与含水层的除酚机理4.1 对苯酚的吸附作用粒径为0.51.2mm颗粒的石英砂层与由不同粒径颗粒构成的各种含水层，不仅都具有巨大的表面积，而且颗粒的表面一般带有负电荷。苯酚分子的羟基(-OH)中O的电负性为3.5，而H的电负性为2.1，因而羟基中O与H形成的共价键的共用电子便明显偏向O，致使O带部分负电 荷，H则带部分正电荷，在颗粒表面的静电引力作用下