造纸废水处理工艺设计

造纸废水处理工艺设计作为一个在环保行业做了快十年的水处理设计人员，我经手过大大小小十几个造纸厂的废水处理项目，深深感觉到，造纸废水因为水质成分复杂、悬浮物和色度高，一直是工业废水处理里的难点，很多小厂老板一开始不重视工艺设计，随便抄个方案就上马，结果要么出水不达标被罚，要么运行成本高得承受不起，最后干脆停运偷排，害人害己。其实一套好的造纸废水处理工艺，从来不是拿通用模板生搬硬套，而是从项目实际出发，从头到尾每一步都抠细节，既要满足达标排放的要求，也要兼顾业主的成本承受能力，还要给后续运行留足余量。接下来我就从设计全流程出发，把造纸废水处理工艺设计的核心内容一步步讲清楚。1工艺设计前期的基础准备工作做任何设计都不能打无准备的仗，我刚入行那会跟着师傅做项目，师傅第一句话就是“先去现场把水摸清楚了再回来画图”，那时候还不理解，后来踩过一次坑才明白，前期工作偷的懒，最后都要在运行里加倍还回来。1.1进水水质水量的实地调研造纸行业细分很多品类，不同类型的造纸厂废水性质差得不是一点半点，比如做化学制浆的原生纸厂，废水COD能去到上万mg/L，黑液里全是难降解的木质素，色度极深；而用废纸再生造纸的厂，废水浓度低一些，一般COD在1000到3000mg/L之间，但悬浮物特别高，能达到一两千mg/L，还混有废纸带进来的塑料、泥沙、染料杂质。所以第一步必须要求业主连续一周分时段取样检测，不能只拿一个单个的数值就当设计依据。还要算水量的变化系数，造纸厂一般都是白天满负荷生产，排水多，晚上检修或者半生产，排水少，很多小厂甚至是间歇性生产，所以设计水量不能按平均水量算，要乘以1.2到1.5的变化系数，留足缓冲空间。我之前见过一个厂，设计的时候刚好卡着平均水量做，赶订单加班生产的时候，废水都溢出来了，不得不停产改造，多花了好多冤枉钱。1.2出水标准的明确界定出水要求直接决定了工艺选型，千万不能模糊。现在一般分三种情况：第一种是废水预处理后排入城市污水处理厂，只要满足市政接管标准就行，要求比较低；第二种是直接排入自然水体，要满足当地的行业排放标准，现在很多地方都提标了，对COD、氨氮、色度都有严格要求；第三种是处理后中水回用到生产环节，这个要求最高，不仅要降COD、悬浮物，还要脱盐，防止回用的时候管道结垢影响产品质量。我前几年做过一个废纸造纸厂的项目，业主一开始只想达标排放，后来算下来当地工业水费挺高，处理后回用一年能省几十万，就改成了带回用的工艺，现在运行得挺好，不到三年就收回了额外的投资。1.3场地与成本约束梳理除了水质和排放标准，还要看现场有多少场地能用，很多老厂改造项目，本来厂区就拥挤，不可能给你留出一大块地方建处理站，这时候就得选占地小的工艺，比如用IC厌氧反应器代替传统的大容量厌氧池，用生物接触氧化代替传统的活性污泥池，能省差不多三分之一的占地面积。还有成本，小规模的造纸厂本来利润就薄，预算有限，不能上来就推荐最贵的膜处理工艺，得选性价比最高的，能用地解决决不用贵的设备，能靠生化解决决不用太多化学药剂，把运行成本降下来，业主才用得起，才能一直正常运行，不然建得起用不起，最后变成摆设，有啥用呢。把前期的基础工作摸清楚之后，接下来就是核心的工艺流程设计了，一套完整的造纸废水处理工艺，一般分成预处理、主处理、污泥处理三个部分，每个部分都有不同的设计要点。2核心处理工艺的选型与流程设计2.1预处理段工艺设计预处理是整个工艺的基础，造纸废水一半以上的污染物都能在预处理阶段去掉，预处理做好了，后面主处理的压力能小很多，我常跟年轻设计师说，预处理偷一点懒，后面多花十倍的钱都补不回来。2.1.1格栅与沉砂单元这是整个处理流程的第一道关卡，造纸废水里面有很多大的杂质，比如废纸带来的包装绳、塑料片、没打碎的原料纤维块，这些必须先拦掉，不然会刮坏泵、堵塞管道。一般我们会先用粗格栅拦大体积杂质，再用细格栅拦小纤维，细格栅的栅距一般选1到5毫米，不能太大，太大拦不住细小纤维。我之前碰到过一个厂，为了省钱栅距选了10毫米，结果不到半个月，提升泵的叶轮就被纤维磨坏了，换泵花的钱比省下来的格栅成本多多了。格栅之后是沉砂池，废纸里面带了不少泥沙，沉砂池能把沙子沉下来，防止沙子磨损后续的泵和设备，一般用平流沉砂就够了，成本低效果好，对中小厂来说非常实用。2.1.2纤维回收与气浮单元拦掉大杂质之后，接下来就是回收纤维、去除大部分悬浮物，纤维回收不仅能减少后续处理的负荷，回收的纤维还能重新回到生产线上造纸，相当于变废为宝，能卖钱补贴运行成本。现在最常用的就是斜网过滤加溶气气浮，斜网先把大块的纤维滤出来，然后气浮把细小的悬浮纤维带上来，刮掉收集，一般这个单元下来，能去掉80%以上的悬浮物，30%到40%的COD，效果非常可观。我算过，一个一天排一千吨废水的造纸厂，一天能回收差不多两吨纤维，一年下来差不多能收六百多吨，按现在的价格算，能卖十几万，够付大半年的电费了，真的是一举两得。2.2主处理段工艺设计预处理完之后，剩下的大部分是溶解性的有机物，这部分就靠主处理来去除了，我们一般根据出水要求来选工艺组合。2.2.1生物处理单元生物处理是目前成本最低的处理方法，造纸废水的可生化性一般都不错，废纸造纸的BOD/COD一般都在0.3以上，适合用生化处理。如果是进水COD比较高，超过3000mg/L，我们一般会先做厌氧处理再做好氧，厌氧现在常用IC反应器，占地小，处理效率高，能把COD去掉一半以上，大大降低好氧段的负荷。如果是中等浓度的废水，COD在1000到3000之间，直接用好氧生物处理就行。我个人比较推荐生物接触氧化工艺，尤其是中小规模的厂，接触氧化挂膜容易，抗冲击负荷能力强，造纸厂水质经常波动，有时候换产品一下子浓度翻一倍，活性污泥可能直接就冲散了，接触氧化的生物膜附着在填料上，不容易掉，扛折腾，运行起来也更稳定，不需要专人天天盯着调整污泥浓度，对小厂来说非常友好。我设计的时候一般会把好氧池的停留时间比理论计算多留2个小时，多花不了多少建设成本，但是遇到水质波动的时候真的能顶得住，这么多年下来从来没出过问题，真的是吃不了亏上不了当。如果新的排放标准要求脱氮除磷，就在好氧段前面加一个厌氧池，做好反硝化，就能满足要求了。2.2.2深度处理单元如果出水要求比较高，或者需要回用，生化处理完之后还要做深度处理。生化出来的水一般COD还会有一两百mg/L，色度也达不到要求，深度处理最常用的就是芬顿氧化加混凝沉淀，芬顿氧化能把生化降解不了的木质素、染料这些难降解有机物打破，有效去除色度和剩余COD，一般处理完COD能降到50mg/L以下，色度也能达标，满足直接排放的要求。如果需要中水回用，那就在芬顿之后再加超滤和反渗透，把盐分和剩下的杂质都去掉，处理完的水就能直接回用到生产线上，就是运行成本会高一些，但是算上省下来的水费，大部分厂还是能接受的。2.3污泥处理单元设计很多设计人员容易忽略污泥处理，最后处理站建好了，污泥拉不出去，堆得满厂区都是，被居民举报罚款，真的得不偿失。造纸废水的污泥分两部分，一部分是预处理回收的纤维污泥，这部分杂质少，可以直接回用生产；剩下的是生化剩余污泥和深度处理产生的化学污泥，这些需要浓缩脱水，一般用带式压滤机脱水就行，处理能力大，成本低，脱水之后含水率能降到80%以下，满足转运要求。脱水后的污泥现在一般有几个合规出路，要是有机质含量高、没有重金属，可以送去堆肥改良土壤，或者送去砖厂做制砖的原料，也可以掺到锅炉里面焚烧，燃烧产生的热量还能用来生产蒸汽，真的做到废物利用，比直接填埋更环保也更省钱。核心工艺定好之后，还有很多细节需要优化，这些细节看着小，却是决定整个处理站能不能长期稳定运行的关键。3工艺设计的细节优化与运行保障3.1水质波动的应对优化造纸厂的水质水量波动真的是常态，赶订单、换产品、日常检修都会导致波动，所以设计的时候一定要做足够大的调节池，调节池的容积至少要能容纳8小时的设计水量，把不均匀的废水调匀了再进后续处理。我一般还会在调节池里面加预曝气，一方面防止污泥沉淀在池底，时间长了发臭堵池，另一方面也能提前分解一部分有机物，降低后续处理负荷，花不了多少成本，作用真的很大。3.2运行成本的优化设计我做设计一直秉持一个原则，能省的运行成本一定要帮业主省，预处理多去除一点污染物，后面的药剂和电费就能省一点，还有纤维回收一定要做，我刚才也说了，回收的纤维收入能覆盖很大一部分运行成本，还有生化处理要尽量做得够大够稳，减少化学药剂的用量，毕竟生化只需要电费，比加药便宜多了。我之前做过一个项目，优化之后，处理一吨废水的运行成本才八毛钱，比很多厂一块多的成本低了快一半，业主非常满意。3.3环保与安全细节优化现在环保要求越来越严，周边居民对异味也很敏感，所以设计的时候一定要考虑除臭，把调节池、污泥池这些臭源加盖，把臭气收集起来用生物滤池处理，花不了几十万，就能避免投诉，减少很多麻烦。还有加药区、污泥堆放区一定要做防渗，防止药剂和污泥渗到地下污染地下水，这些细节看着不起眼，但是真的出事就是大事，设计的时候多考虑一点，后期就少很多烦心事。总的来说，造纸废水处理工艺设计，不是一件靠生搬硬套模板就