天成纸业生产废水处理工程工艺设计说明书.docx

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天成纸业生产废水处理工程工艺设计说明书

沙县天成纸业生产废水处理工程工艺设计

中文摘要

再生纸废水排放主要来自制浆部分的洗涤废水，污染物主要包括半纤维素、木质素、细小纤维、无机填料、油墨、染料等，对环境的危害日益严重。

目前，再生纸废水的处理方法主要有物理方法、物理化学法、生化法、化学处理法。

其中，生物接触氧化在生化处理工艺中具有处理效率高，适用范围广，耐冲击，适应性强，没有活性污泥膨胀和污泥回流等优点，在污水处理中占有重要的地位。

本设计对沙县天成纸业的生产废水进行处理。

通过参考一些成功的类似废水处理工程实例，针对该厂再生纸废水的特点，采用气浮-水解酸化-接触氧化工艺。

该套工艺拥有工艺简单、占地面积小、运行费用低、管理方便、出水稳定等优点。

气浮法将废水中的细小纤维、无机填料分离出，并作为原料回收，出水部分回用到造纸工艺中，实现了废物资源化。

水解酸化和接触氧化去除污水中大部分COD及BOD5，设计出水水质可达到《制浆造纸工业水污染排放标准》GB3544-2008现有制浆造纸企业中废纸制浆造纸业水污染物排放限值。

本设计对该处理站的各构筑物以及平面布置、高程布置进行设计和制图。

关键词：

再生纸废水，气浮，水解酸化，生物接触氧化

WastewatertreatmentprocessdesignforShaxianTianchenpaperindustrycompany

Abstract

Thepaper-reproducingwastewater,majorlygeneratefromthewashingwastewaterintheprocessofpulping,whichconsistedofhemicellulose,lignin,fines,inorganicfiller,inkanddyes,isbecomingmuchmoreharmfultotheenvironment.Thephysicalprocess,coagulation-sedimentationprocess,biochemicalprocessandchemicalprocesshavebeenusedinthetreatmentofpaper-reproducingwastewatercurrently,fromwhich,biologicalcontactoxidationofbiologicalprocessiswildlyusedwithit’shighefficiency,impactresistance,kindadaptation,noactivatedsludgebulkingandsludgerecirculation.

AwastewatertreatmentprocessingisdesignedforTianchenpaperindustryinShaxianbyusinggasfloatation-hydrolyticacidification-biologicalcontactoxidationprocessinconsultofseveralsuccessfulsimilarwastewatertreatmentprocessings,andthecharacteristicsofthepaper-reproducingwastewateroftheplant.Theprocessingcontainssimpleprocesses,whichisoflesslandoccupation,lessinvestment,convenientmanagementandeffluentwaterstability.Bytheprocessofgas-floatationfiberfinesandinorganicfillerparticlesareseparatedrecycledasmaterial,andtheeffluentcanbereusedinthepapermakingprocess.MostoftheCODandBOD5canberemovedformtheprocessofhydrolyticacidification-biologicalmembranecontactoxidationprocessing,andtheeffluentcanmeettherequirementof“Dischargestandardofwaterpollutantsforpulppaperindustry”（GB3544-2008）.Thisdeignconsistdrawingsofeveryconstructionunits,planelayoutandelevationarrangement.

Keywords:

paper-reproducingwastewater,gasfloatation,

hydrolyticacidification,biologicalcontactoxidation

概述

1.1厂家概况

沙县天成纸业是一家以废纸作为原料的生产企业，主要生产书写纸、防近视纸、毛边纸、包装纸、高强度瓦楞纸为主，适量生产一些挂面箱板纸的新项目。

其生产流程为：

废纸浸泡-蒸煮-粉碎-漂洗-成纸。

废水污染源主要是再生纸造纸废水、锅炉除尘废水。

造纸废水主要是废纸制浆废水和白水，其中主要是白水，一部分白水回用于造纸系统的碎浆、和浆、混合等工段，剩余的白水经废水处理设施处理后排入厂界之外的沙溪河。

1.2废水水质水量

1.2.1设计水量

根据有关部门提供的资料，结合实际生产情况和厂家要求，沙县天成纸业废水处理工程设计水质水量情况具体如表1-1。

表1-1进水水质水量

水量（m3/d）

COD（mg/L）

BOD（mg/L）

SS（mg/L）

pH

废水水质

1000

800-1500

350-450

500-1300

6~9

设计取值

1000

1350

400

1100

6~9

1.2.2设计出水水质

本设计1000m3/d的污水经气浮处理后，去除一定量的SS，其中500m3/d回用至造纸系统的碎浆、和浆、混合等工段，其余500m3/d进入生化系统，处理后的出水需达到国家标准《制浆造纸工业水污染排放标准》GB3544-2008现有制浆造纸企业中废纸制浆造纸业水污染物排放限值，设计的处理出水水质水量排放参数如下表1-2所示：

表1-2处理后排放水质水量情况一览表

排放量（m3/d）

CODCr（mg/L）

BOD5（mg/L）

SS（mg/L）

pH

500

≤120

≤30

≤50

6~9

处理率%

91.1

92.5

95.5

1.3设计依据、规范和原则

1.3.1设计依据

（1）《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》

（2）国务院（1998）第253号令《建设项目环境保护管理条例》

（3）实地监测得到水量水质和处理系统情况资料

1.3.2设计规范

（1）《制浆造纸工业水污染排放标准》GB3544-2008

（2）《室外排水设计规范》GB50014-2006

（3）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003

（4）《给水排水制图标准》GB/T50106-2001

1.3.3设计原则

（1）本设计严格执行有关环境保护的各项规定，废水经处理后必须确保各项出水水质指标均达到制浆造纸工业水污染排放标准。

（2）采用简单、成熟、稳定、经济合理的处理工艺，保证处理效果，节省投资和运行管理费用。

（3）设备选型兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠、效率高、管理方便、维修维护工作量少、价格适中。

（4）系统运行灵活、管理方便、维修简单。

（5）工程建设完成后，力争达到社会效益、经济效益、环境效益的最佳统一。

处理技术综述

2.1再生纸废水的来源及主要特点

国内废纸再生造纸主要生产板纸和再生新闻纸或生活用纸。

主要工艺流程为碎浆、净化、筛选、浓缩、贮浆、打浆、上网、压榨、烘干、卷取等，再生新闻纸的生产增加了脱墨工艺。

生产废水主要来自制浆车间的打浆、冲渣、筛浆、浓缩以及抄造车间的净化筛选和纸机的湿部脱水等工序以及再生新闻纸的脱墨工序。

再生纸废水中的污染物主要包括半纤维素、木质素、细小纤维、无机填料、油墨、染料等污染物。

木质素、半纤维素、油墨、染料等是形成废水COD及BOD的主要成分；细小纤维、无机填料等主要形成SS；而色度主要来自于废纸的油墨和染料等[1]。

2.2再生纸废水处理技术

根据再生造纸废水的不同水质特点，形成了不同的废水处理方法，国内外己对再生造纸废水的深度处理进行了研究。

目前处理方法主要有物理方法、混凝沉淀法、生化法、化学处理法等方法，下面对这些处理技术分别进行介绍[2]。

2.2.1物化法

物理法处理废水可分为：

沉淀法、过滤法和气浮法以及离心法四种，以沉淀法应用最为普遍。

处理对象是废水中的固体悬浮物，如纤维、胶料、涂料和化学药剂残渣等。

（1）过滤法

过滤法是利用过滤设施截留废水中固体悬浮物的方法。

废水排入处理系统时，一般先要通过格栅和筛网过滤器，以去除废水中较大悬浮物。

如要回收纤维，可用压力过滤机、连续排渣离心机或回转式细格栅进行回收。

可回收纤维80％～90％，大大减少了废水中的SS的排放，是一种简单易行的一级处理。

常用的过滤设备和设施包括格栅、沉砂池、滤网、压滤机、真空过滤机等。

工厂应用最多的是格栅和沉砂池[3]。

（2）沉淀法

沉淀法是利用废水中不溶解的污染物与水的密度不同使固体和液体分离的原理。

沉淀分为自然沉淀和混凝沉淀两种。

自然沉淀靠水中固体颗粒的自重进行沉降，此法仅适用于较大颗粒，混凝沉淀是在废水中投入电解质作为混凝剂，使废水中的细小颗粒与混凝剂结成较大的胶团，在水中加速沉降。

混凝沉淀法的处理工艺流程如图2-1。

出水

图2-1混凝沉淀法处理废纸造纸废水工艺流程

该工艺具有工艺过程简单、投资省、管理方便等特点，且运行费用较低。

但该工艺只适用于BOD与COD值较小，原废水水质浓度较低或出水水质要求不高的工程，有研究表明：

用该工艺处理废水，其SS去处率可达85～98%，色度去处率可达90%以上，COD去处率可达60％～80％，难以达到排放标准[4]。

（3）气浮法

气浮法适用于废水中存在大量相对密度接近于水的微小颗粒状物的情况。

气浮法处理废水是利用空气在一定的压力下溶解于水中产生高度分散的微小气泡来吸附水中的细小悬浮物，使其随气泡一起上浮到水面而加以分离的一种处理方法。

气浮法具有分离时间短，浮渣含水率低，除渣方便及操作简单等优点。

常用的浮选方法有加压浮选、曝气浮选、真空浮选、电解浮选和生物浮选等，国内企业开发生产的气浮设备主要有超效浅层气浮、涡凹气浮系统，主要用来处理造纸机网部白水以回收纤维[5]。

（4）离心法

离心分离法是指含有悬浮物的废水在受到高速旋转作用时，由于水和悬浮物的质量不同，在离心力的作用下得以分离的方法。

高速旋转的离心力使造纸工业废水中质量大的悬浮固体颗粒被甩到外圈，沿离心装置的四壁向下排出，废水则由内圈向上运动而达到分离的目的。

离心分离的方式有水力旋转和机械旋转[6]。

2.2.2生化法

对再生造纸废水不经过预处理不能直接进行生化处理，因为其废水中高COD物质可生化性差。

生化处理去除COD的效果随废水BOD5/COD比值的变化而变化。

生化法中生物接触氧化法具有挂膜快、无污泥回流系统、无污泥膨胀危害、日常运行管理容易等优点，在中小型有机废水处理中应用较多。

图2-2为生化法废纸造纸废水工艺流程。

空气

图2-2生物化学法处理废纸造纸废水工艺流程

由于生化法处理能去除较低分子量的有机物，弥补了混凝沉淀法的不足，所以实际工程中这两种方法通常组合使用。

混凝沉淀法作为一级处理，除去悬浮物以及胶体等大分子物质，生化法作为二级处理，主要降低废水中的有机物含量[7]。

2.2.3生物法

生物法处理废水主要分为好氧法和厌氧法两大类。

（1）好氧生物法处理废水

好氧污水处理有两种传统方法：

一种是活性污泥法，另一种是生物膜法。

从废水生化处理基本原理——用微生物吃掉废水中的有机物并转化成无机污泥这一功能来看，两种传统方法的区别首先在于微生物存在的状态不同，在活性污泥法中，微生物以絮状结构悬浮于所需净化的污水中，经充分混合而成为混合液;在生物膜法中，微生物以生物膜的形态附着在固体填料表面上与所需净化的污水相接触。

其次从吸氧方式来看，活性污泥法中微生物从所需净化的污水中吸收溶解氧，而生物膜法直接从大气中吸氧[8]。

（2）厌氧生物法处理废水

厌氧生物处理法是在没有氧参与的条件下，通过对厌氧生物对有机物进行酸性发酵和碱性发酵两个阶段的厌氧分解，完成代谢过程，也即在产酸微生物的作用下，有机物转化为低级脂肪酸、醇、氮和CO：

等中间产物，而后在甲烷菌作用下再转化为甲烷和二氧化碳。

2.2.4化学法

化学方法是利用化学药品的作用，以调节废液、pH值、降低和消除色度为主，同时也有去除部分生化需氧量和固体悬浮物的作用。

废水中的某些溶解性的污染物，可通过化学氧化还原过程将其转化为容易从水中分离的形态，然后再用常规的处理工艺（如混凝沉淀、吸附等）将其从水中除去；或将其转化为无害的新物质（如CO2），以达到去除COD、BOD5的目的[9]。

化学方法主要包括氧化法、中和法以及絮凝沉淀法。

（1）氧化法

化学氧化法是降解废水中污染物的有效方法。

废水中呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化为微毒或无毒的物质，或转化为容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。

常见的化学氧化方法由于氧化剂的不同可分为臭氧、过氧化氢、二氧化氯、次氯酸钠、Fonton试剂及高锰酸钾等[7]。

（2）中和法

中和法是为了使废纸造纸工业废水达到后序处理对水质的要求而使用的方法。

此法只能使污染物质的浓度下降而其总含量不变。

现在用这种方法主要是进行废水的预处理，为以后的各级处理提供方便。

通常在废水处理装置之前设置调节池，用来调节废水的水质、水温和水量，使之均匀地注入废水处理装置，有时也可将酸性废水和碱性废水在调节池内进行混合，使废水得以中和，以便达到调节的目的[10]。

（3）混凝沉淀法

化学混凝法是处理废水中较为常用的方法，这种方法可以有效地降低废水的浊度和色度，在工业废水的处理中应用十分广泛，即可以作为独立的处理工艺，也可以与其他处理方法配合使用，用于预处理段、中间处理段和最终处理段，它可以作为初级处理的手段，也可以作为二级处理或深度处理的一种工艺[11]。

2.2.5造纸废水治理的最新进展

近年来，造纸废水治理技术又有一些新的进展，高效化、无害化、资源化是其总的发展趋势。

（1）人工湿地处理技术

人工湿地处理技术属于土地处理技术的一种，是指通过模拟天然湿地的结构与功能，根据需要人为设计与建造的湿地。

人工湿地处理造纸废水的工作机理为:

利用基质、微生物、植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过共沉、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对造纸废水的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长，并使其增产，实现废水的资源化和无害化[12]。

（2）超临界水氧化法

近30年来，超临界流体技术迅速发展，超临界水氧化技术（SCWO）更是目前研究较为活跃的新技术。

超临界水氧化法技术具有处理彻底、节能、高效、选择性可调等特点，有良好的工业应用前景；但是，由于其对反应条件要求较为苛刻（高温、高压），因此，对设备和操作条件要求较高，目前欧、美、日等发达国家已开展了深入研究，并有工业装置投入运行，成功地处理了造纸工业废水，而我国对该技术研究工作还处于刚刚起步阶段[13]。

2.3再生纸废水处理工艺应用实况

2.3.1化学絮凝-气浮-生物接触氧化

（1）废水水量、水质

龙海某造纸厂年产2万吨高强瓦楞纸，废水产生量4440～5100t/d，每t产品约产生废水80t。

废水污染物浓度为CODcr578～1170mg/L，SS569～1158mg/L，BOD5215～536mg/L。

（2）处理工艺流程

处理工艺流程见图2-3。

图2-3化学絮凝-气浮-生物接触氧化处理工艺

废水由集水、导水渠经机械格栅进入调节沉淀池,水中大块悬浮杂质被截除，接着由水泵提升到气浮处理系统。

气浮池采用部分回流加压溶气工艺，溶气水取自气浮池出水。

气浮池前设有反应池，与气浮池合建。

气浮加药采用泵前加药PAC或PAM。

气浮出水进入中间水池进行水量水质均衡调节。

根据造纸工业水污染物排放标准，结合生产用水水质要求，利用系统工程控制方法，大部分中间水回用造纸生产，小部分水经污水泵泵入生化系统，生化系统所需N、P等营养物质，由厂区生活污水经化粪池厌氧处理后提供。

生化系统采用生物膜法中的生物接触氧化法，填料采用聚氯乙烯塑料，生物接触氧化法的生物膜上生物量很大，可形成一个密集而稳定的生态系，因而有较高的净化效果，该法抗冲击能力强，污泥量小，不需污泥回流易管理，无产生污泥膨胀的危害，出水水质稳定，非常适合再生纸废水深度处理。

生化系统出水经沉淀池沉淀后达标排放。

污泥处理系统主要包括浓缩池、污泥储池、污泥脱水机。

沉淀池底泥、气浮浮渣经浓缩、脱水干化后泥饼外运填埋或综合利用。

2.3.2气浮-水解酸化-接触氧化

（1）废水水量、水质

江苏某瓦楞纸生产企业全年产量50000t，吨纸的废水排放量在200～250t之间，废水中COD在800～1500mg/L之间；BOD在150～300mg/L之间；SS在600～1200mg/L之间。

（2）处理工艺流程

处理工艺流程见图2-4。

图2-4气浮-水解酸化-接触氧化处理工艺流程

通过该工艺的处理，处理后的废水中COD≤70mg/L、SS≤20mg/L。

利用水解酸化及曝气生物滤池工艺，比仅采用气浮和快滤处理工艺，具有明显的处理效果，处理后的出水不仅达到排放标准的要求，而且能够作为清水回用到抄造车间的配浆、纸机的网部用水，不仅有较大的经济效益，而且大大削减了COD、SS、BOD5等污染物的排放量，取得了很好的环境效益和经济效益。

2.3.3气浮-水解酸化-SBR

（1）废水水量、水质

邳州市正泰纸业有限公司年产2万吨再生纸。

吨排放污水15m3左右。

COD735mg/L，BOD261mg/L，SS61mg/L，pH7.23。

（2）处理工艺流程

处理工艺流程见图2-5。

图2-5气浮-水解酸化-SBR处理工艺流程

处理后出水COD42mg/L，BOD17mg/L，SS12mg/L，pH7.61。

项目的实施改善了当地的生态环境，缓和了因污染问题而和周围居民之间的矛盾，同时又充分利用了水资源，也为企业节约了用水成本。

同时该公司废水治理工程实施后大大减少了污染物的排放量,年减少污染物COD排放量252t，解决了企业的产污问题，保证废水治理设施正常运转，也为废水资源化利用提供了有力条件。

工艺流程

3.1处理工艺流程

根据初步判断再生纸废水中含有的污染物的种类及浓度，并确定其每一生产环节的废水排放情况。

根据所得到的废水的水质情况，查阅相关文献，经过几种不同处理工艺的比较分析，确定采用物化+生化相结合工艺对再生纸废水进行处理，具体废水处理工艺设计如图3-1。

图3-1废水处理工艺流程

1）废水经过格栅池去除其中较大的漂浮物，并且回收栅渣中的长纤维，回收率为20%～30%，这部分纤维可回用于造纸工艺中；

2）废水进入调节池，进行水质和水量的调节均化，以便后续处理构筑物能够稳定运行。

3）再生纸废水物化主要有气浮法和混凝沉淀法。

根据本工程的实际情况，了，联系工艺控制、操作管理、建设投资、占地面积、处理费用等方面，选用气浮法。

气浮法具有分离时间短，浮渣含水率低，除渣方便及操作简单等优点，能去除80%左右的SS，及大部分不可溶COD及部分溶解性COD和BOD5，以减轻后续生化单元的负荷，并保证后续处理构筑物能够稳定运行。

同时，气浮的浮渣含有较多的细小纤维、无机填料，应回收用于造纸，即节约成本，也减少了污染物的排放。

气浮装置出水一部分回用于造纸工艺,另一部分进入生化系统。

4）好氧生化法主要有SBR法、氧化沟法、活性污泥法、水解酸化－接触氧化法等。

根据本废水的特点，从工艺控制、操作管理、建设投资、占地面积、处理费用等方面综合比较，本工程方案选择以水解酸化－接触氧化法为主体的处理工艺。

生化系统中在好氧微生物的作用下去除绝大多数的溶解性COD、BOD5及部分非溶解性COD、BOD5。

5）接触氧化池出水经二沉池泥水分离，上清液达标排放。

二沉池污泥部分回流至接触氧化池，剩余污泥排放至污泥浓缩池浓缩。

调理后定期进入脱水机房，泥饼外运处置（堆肥，填埋，焚烧或投海等），脱水流回调节池。

6）接触氧化系统所需的氧源由三叶鼓风机提供。

3.2设计工艺中各处理单元的特点

3.2.1格栅池

再生纸废水中含有一些大的漂浮物，设计粗、细两道人工格栅，有效地防止了该部分物质进入后续处理系统而发生堵塞，磨损水泵和渠道，拦截的悬浮物可作为原料再次利用。

因渣量不大，故采用人工清渣，节省设备投资，节约电耗和维护成本。

3.2.2调节池

设计中采用均化池，既能调节废水水量，又能均化水质，起到提高有机物负荷的缓冲能力，防止生物处理系统负荷的急剧变化，防止高浓度有毒害物质进入生物处理系统，当工厂停产时，仍能对生物处理系统继续输入废水。

调节池设计成坡度为0.01%，附有潜水排污泵。

可以提升水至后面的系统，同时可防止部分颗粒物质在调节池中沉淀并可以充分均化水质。

3.2.3气浮池

气浮技术的基本原理是向水中通入空气，使水中产生大量的微细气泡，并促进其粘附与杂志颗粒上，形成比重小于水的浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，实现固—液或液—液分离。

3.2.4水解酸化＋接触氧化

经过预处理后废水利用水解酸化＋好氧的环境去废水中的COD，保证出水水质。

生物接触氧化属于好氧生物膜法的一种，是在生物滤池基础上，从接触曝气法改良、演变而来的，又称为“浸没式滤池法”、“接触曝气法”和“淹没式生物膜法”等。

它采用浸没在水中高空隙率、大比表面积的填料，在其表面为微生物附着生长提供好氧生物膜。

因其表面积大，可附着的生物量大，同时因其空隙率大，基质的进入和代谢产物的移出，以及生物膜自身更新脱落，均较通畅。

使得生物膜能保持高的活性和较高的生化反应速率。

生物接触氧化法在国内开发应用近30年中，技术发展非常迅速，使得范围日益拓宽，已充分显示其发展前景。

究其原因，主要是生物接触氧化法有以下几大特点：

（1）处理效率高。

作为生物膜法的生物接触氧化法不仅兼有活性污泥法的特点，而且其单位体积生物的数量比活性污泥法多，生物活性高；此外底物和产物的传质速度快。

因而，处理效率高，缩小了处理池容积和占地，节省了基建投资。

（2）工艺适用范围广。

从饮用水的处理到高浓度有机工业废水的处理都可以运用。

（3）没有活性污泥膨胀和污泥回流，管理运行简便。

（4）耐冲击，适应性强。

由于在填料上生长着大量生物膜，对负荷的变化适应性较强，尤其是采用多级或者多端的工