葛 強(qiáng) 姚文峰 雷 平 賴 芳

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙，410114)

1 工程概況

廢紙是重要的可再生資源，廢紙的回收利用是解決造紙工業(yè)面臨的原料短缺、能源緊張和污染嚴(yán)重等三大問題的有效途徑。廢紙漿占造紙用漿的比例由1990年的28.1%提高到2006年的 56.0%［1］。

天津某造紙廠擴(kuò)建一條年產(chǎn)50萬t高檔涂布白紙板生產(chǎn)線，采用廢紙為原料，其中進(jìn)口廢紙約占原料總量的70%，國產(chǎn)廢紙約占原料總量的30%;且近期內(nèi)國產(chǎn)廢紙所占比例在逐步提升。按照“三同時”原則，企業(yè)配套建設(shè)廢水處理設(shè)施。根據(jù)此類造紙廢水的特點(diǎn)，最終采用了內(nèi)循環(huán) (IC)反應(yīng)器-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法處理工藝。廢水處理工程于2012年初投入運(yùn)行調(diào)試，2012年12月通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的監(jiān)測驗(yàn)收，出水達(dá)標(biāo)排放。

2 設(shè)計水質(zhì)與工藝流程

廢紙?jiān)旒垙U水的污染物量比用原生植物纖維制漿造紙的要少［2］，但CODCr、SS濃度仍然較高。廢紙?jiān)旒垙U水主要產(chǎn)生于脫墨、洗滌、凈化篩選、濃縮和抄紙系統(tǒng)。廢水中含有的污染物主要有4類［3］:還原性物質(zhì)，如木素、無機(jī)鹽等;可生物降解物質(zhì)，如半纖維素、樹脂酸、低分子糖、醇、有機(jī)酸和腐敗性物質(zhì)等;懸浮物，如細(xì)小纖維、無機(jī)填料等;色素類，如油墨、染料和木素等。

2.1 設(shè)計水量水質(zhì)

該工程設(shè)計處理能力為25000 m3/d，設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

2.2 廢水處理工藝

新的排放標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后，傳統(tǒng)的廢水二級處理，即預(yù)處理+生化處理的方法已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。在二級處理的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目增加了Fenton氧化法處理作為深度處理，進(jìn)一步氧化生化排水中的難降解有機(jī)物，滿足出水達(dá)標(biāo)排放的要求，廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

表2 主要單元及設(shè)計參數(shù)

3 主要構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)

IC-氧化溝-Fenton法組合工藝主要處理單元構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)如表2所示。

4 工藝特點(diǎn)

4.1 預(yù)酸化池

預(yù)酸化處理工藝的主要作用就是使廢水發(fā)生適度酸化，提高廢水的可生化性。有研究提到［4］，預(yù)酸化有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但完全酸化對產(chǎn)生顆粒污泥有害，如果廢水完全預(yù)酸化，不能生產(chǎn)顆粒污泥，如果不進(jìn)行酸化，則增長的絲狀菌將包裹在顆粒污泥的表面。因此，確定預(yù)酸化池的水力停留時間為2～4 h［5］。同時，研究還提出［4］，推薦工藝采用的預(yù)酸化應(yīng)使20%～40%的可酸化物質(zhì)酸化。國內(nèi)的一些應(yīng)用實(shí)踐也表明［6］，預(yù)酸化度控制在30% ～50%之間較為合適。

4.2 IC反應(yīng)器

IC反應(yīng)器是本處理工藝的核心，IC反應(yīng)器為內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，是由荷蘭PAQUES公司于20世紀(jì)80年代中期在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的第三代高效厭氧反應(yīng)器，它具有占地面積小、高徑比大、有機(jī)負(fù)荷高、出水穩(wěn)定和耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)［7］，適合處理制漿、造紙廢水。

4.3 表面曝氣氧化溝

本設(shè)計采用適合造紙廢水處理的表面曝氣工藝作為好氧處理工藝，利用倒傘式表面曝氣機(jī)為活性污泥提供氧氣。這種曝氣設(shè)備的充氧方式為［8］:一是在轉(zhuǎn)動的葉輪葉片作用下形成水躍;二是葉輪轉(zhuǎn)動時形成的循環(huán)水流，使液面不斷更新;三是葉輪轉(zhuǎn)動形成的負(fù)壓吸氧。3種方式中，又以液面更新為主，水躍及負(fù)壓吸氧為輔。從實(shí)際應(yīng)用來看，表面曝氣具有結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便、土建及設(shè)備投資小的特點(diǎn)［9］。

4.4 Fenton法反應(yīng)塔

H2O2與催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱為Fenton試劑。近年來的研究表明，F(xiàn)enton的氧化機(jī)理是由于在酸性條件下H2O2被催化分解所產(chǎn)生的反應(yīng)活性很高的羥基自由基所致。在Fe2+的催化作用下，H2O2能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化［10］。Fenton試劑氧化一般在pH值為3.5下進(jìn)行，在該pH值時其自由基生產(chǎn)速率最大［10］。

Fenton反應(yīng)塔中裝載有石英砂，而且還設(shè)有循環(huán)泵，循環(huán)泵從氧化塔上部抽水底部進(jìn)水，通過布水器使塔體中廢水保持一定的上升流速從而使石英砂呈流化狀態(tài)，F(xiàn)enton反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe3+以結(jié)晶或沉淀的形式吸附到石英砂的表面上，這部分Fe3+可以起異相催化作用，從而減少Fenton試劑的加入量及產(chǎn)生的化學(xué)污泥［11］。

5 運(yùn)行效果

系統(tǒng)各主體單元運(yùn)行的監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 各主體單元的運(yùn)行結(jié)果

從表3可以看出，廢水經(jīng)過初沉池后pH值≤6.6，CODCr為1700～2600 mg/L，BOD5為 650～1160 mg/L，SS為15～60 mg/L。經(jīng)IC-氧化溝-Fenton法氧化工藝處理后，實(shí)際出水水質(zhì)為:pH值≤7.2，CODCr≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L。可以看出，水處理系統(tǒng)運(yùn)行正常，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，處理后出水達(dá)到GB 3544—2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

廢水處理系統(tǒng)好氧池、厭氧反應(yīng)器及總排口進(jìn)出水水質(zhì)及CODCr去除率如圖2所示。從圖2可以看出，IC反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)IC反應(yīng)器進(jìn)水CODCr在1200～2300 mg/L時，IC出水 CODCr為 400～600 mg/L，CODCr去除率在63.5% ～76.4%之間。

表面曝氣氧化溝出水比較穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)水CODCr在400～600 mg/L時，二沉出水CODCr為110～125 mg/L，CODCr去除率在74.2% ～78.9%之間，出水指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求。

二沉出水經(jīng)氣浮、Fenton反應(yīng)塔處理，終沉池后的總排口CODCr為42～52 mg/L，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖2 好氧池、厭氧反應(yīng)器及總排口進(jìn)出水CODCr和CODCr去除率

6 結(jié)論

采用內(nèi)循環(huán) (IC)反應(yīng)器-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法工藝處理廢紙?jiān)旒垙U水，出水水質(zhì)pH值≤7.2，COD≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到GB 3544—2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

IC-表面曝氣氧化溝-Fenton氧化法組合工藝具有操作管理方便、設(shè)備維護(hù)簡單、抗沖擊負(fù)荷高和運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，適合于處理廢紙?jiān)旒垙U水。

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