某造纸厂污水处理技术方案

 

一、概述

    该公司的产品主要是新闻纸。目前，原有传统工艺随着社会进步，对纸品的需求的增加，以及对环境影响的重视，已无法满足要求，故纸厂拟进行了技术改造工程。公司决定在现有化木浆（年产2.0万吨）及磨石磨木浆（停产，备用）车间的基础上，新增木片磨木浆（年产13.6万吨）和脱墨废纸浆（年产5.1万吨）车间。由于技改工程的实施，造纸厂对环境影响也有所改变。一般而言，造纸厂主要超标污染物质为废水。废水主要产生于造纸生产过程中，主要排放源有选材，机浆和化浆车间，污染物质以制浆漂洗混合废水中的SS、BOD、COD和挥发酚等为主。一般造纸车间废水中的SS、BOD和COD量少，只要加强管理，采用白水回收，减少纸浆流失，不仅可以提高经济效益，减少排水量，而且可以达标排放。

      为满足和达到国家环保总局对该项目的批复要求，该公司现正对公司的化木浆车间进行清洁生产审计和工序之间用水的改造，包括：（1）在氯化碱处理、次氯酸盐工段漂白中，其废水分级逆流回用于前段工序，节约用水；（2）洗筛工序使用中浓筛浆技术，筛后浓缩 废水回用于洗浆后筛前浆料稀释，降低清水用量；（3）整修和完善四段逆流真空洗浆分流，进一步强化黑液洗涤的工艺条件的贯彻，使黑液提取率稳定在90%以上，这样，既可减轻化木浆废水的污染负荷，又可使后续工段的用水量减少，*终使该车间的废水排放量控制在200m³/t浆以内。公司实施以上措施后，排水量的估算为：

化木浆车间废水：                      12000m³/d

木片磨木浆磨浆工段废水： 13600m³/d

木片磨木浆备料工段废水：   208m³/d

碱回收车间废水：                      4752m³/d

废纸脱墨车间废水：             3024m³/d

全厂生活污水：                            334m³/d

合计：                                   33918m³/d

公司在新建生产车间中采用新工艺、新技术，以减少三废污染。本次技改工程中，新增加的污染物主要来自于木片磨木浆（TMP）车间及废纸脱墨车间等，公司在河边原有的排污泵房和污水排放口，不能满足本次技改后的需要，故需新建污水处理站。同时，对于排放口，考虑向河中延伸，作淹没式排放。

 

二、编制依据与范围

1. 编制依据

1) 中华人民共和国造纸行业废水排放标准GB3544-92

2) （86）国环字第003号“建设项目环境保护管理办法”

3) （87）国环字第002号“建设项目环境保护设计规定”

4) 厂方提供的可研报告中环境保护部分资料

 

2. 编制范围

 本技术方案包括污水处理站内治理工艺、土建工程、管道工程、 设备及安装工程、电气工程、自控工程、站内给水排水工程及消防。

 废水及给水进口从废水处理站界区边线开始计算，动力线从废水处理站配电站进线开始，排水至废水处理站界区边线止。

 

三、设计原则

1.       严格执行环境保护的各项规定，确保经处理后污水的排放水质达到国家行业废水排放的有关标准。

2.       采用技术先进，运行可靠，操作管理简单的工艺，使先进性和可靠性有机地结合起来。

3.       采用目前国内成熟先进技术，尽量降低工程投资和运行费用。

4.       平面布置和工程设计时，布局力求合理通畅，尽量节省占地。

5.       废水处理站应尽量使操作运行与维护管理简单方便。

 

四、废水水量与水质

1. 水量

山东某纸业股份有限公司为解决废水的污染问题，对制浆生产过程中排出的洗、选、漂混合废水（即中段废水）和废水脱墨车间等排水进行处理。根据环境保护部分资料，合计废水量为33918m³/d。从设计安全角度出发，确定设计处理水量为40000m³/d。

 

2. 水质

化木浆车间废水

COD_cr   995mg/L                   BOD₅  228mg/L

SS      223mg/L                 

木片磨木浆磨浆及备料工段废水

COD_cr  1458mg/L                   BOD₅  641mg/L

SS      351mg/L                 

碱回收车间废水

COD_cr   757mg/L                   BOD₅  322mg/L

SS       25mg/L                 

废纸脱墨车间废水

COD_cr   1835mg/L                      BOD₅  446mg/L

SS      496mg/L                 

 

厂区生活污水

COD_cr   500mg/L                   BOD₅  250mg/L

SS      200mg/L                 

混合废水

COD_cr  1220mg/L                   BOD₅  429mg/L

SS      271mg/L                 

因此，废水处理设计中以混合废水水质作为设计水质。

 

五、排放标准

排水严格执行中华人民共和国造纸行业废水排放标准（GB3544-92）新扩改二级标准，具体水质指标如下：

COD_cr≤350mg/L                     BOD₅≤120mg/L

SS   ≤200mg/L  

 

六、处理工艺流程

1. 处理工艺选择

国内目前造纸行业主要以碱法制浆为主，也有少数采用酸法制浆，山东某纸业股份有限公司即为采用碱法半硫酸盐木浆的典型造纸生产厂家。

根据对国内外造纸行业废水治理状况的调查与研究，确定造纸行业废水治理主要采用以下几种方法：(1)采用清洁生产工艺，进行水的循环利用，减少污染物排放；

(2)废水综合利用，例如碱回收、木质素综合利用，以及酸法制浆中酸回收等方法；

(3)在以上两种方法 采用的前提下，进行废水的综合处理，包括中段废水处理、白水处理等。

山东某纸业股份有限公司现有碱回收工艺，因此大大降低了废水处理的负担。由于化学木浆废水污染物分子结构上有甲氧基，因此较草浆废水可生化性好。而且木浆中含硅量低，对于废水中物质回收较草浆废水难度低。造纸废水中污染物主要有悬浮物、易降解有机物（包括半纤维素、甲醇、醋酸、蚁酸、糖类等）、以及难降解有机物（主要来源于纤维原料中所含的木素和大分子碳水化合物）。

目前，国内外对中段废水的治理主要采用物化处理和生化处理的方式。物化处理主要在于废水中细小纤维等悬浮物的去除，方法有格栅、沉淀、混凝沉淀或气浮等方法；生化处理主要根据废水水质的不同，确定采用单一好氧或厌氧与好氧相结合的方法，其中好氧处理有好氧塘、活性污泥法、接触氧化法、生物滤池、生物转盘、Captor法等多种形式，而厌氧处理主要有厌氧塘、厌氧滤池、普通厌氧池、厌氧接触反应器、UASB等。

根据对国内外造纸废水处理技术的分析，首先排除采用单一物化处理的方法。主要原因在于：一是单一物化方法处理的运行费用高，单位废水运行费用高达1.5元/吨水以上；二是单一物化方法处理中产生的污泥量大，占废水水量的25～30%，而且该种污泥脱水性能差，基本不能进行污泥脱水，从而给实际运行中带来了*的困难。

由于山东某纸业股份有限公司废水污染物浓度不是很高，而且考虑到占地及气候因素的影响，决定采用一级好氧生物处理工艺，而不采用对温度要求较高及占地较大的厌氧生物综合处理工艺。综合各种好氧处理方法，我公司首推AO处理工艺。与活性污泥法相比，AO生物处理工艺具有以下优越性：

*  AO工艺省去了二沉池，采用静置沉淀方式，沉淀效果远远优于活性污泥法，使其出水较常规活性污泥法明显改善；

*  AO工艺具有缺氧－好氧的切换，因此一般不易出现活性污泥 法中常见的污泥膨胀现象；

*  AO工艺通过缺氧过程有助于大分子物质的水解，从而可以提高废水的可生化性，使系统的有机物去除率较其它方法高；

*  AO工艺通过缺氧－好氧过程共同达到对污染物的去除，因此与活性污泥法等好氧处理工艺相比，具有电耗低的特点；

*  AO工艺过程中有缺氧－好氧的切换，并且系统污泥浓度高，剩余污泥量较常规活性污泥法少1/3左右；

*  AO工艺系统的启动及生物驯化容易，并且耗时短；

*  AO工艺系统运行稳定，且操作管理简单。

    综合以上优点，同时结合我公司采用AO工艺处理屠宰、制药、印染等日处理规模均在3000吨/日以上的成功工程经验，以及国内外采用AO工艺处理各类工业废水及城市污水的成功实例（规模可达50万吨/天），确定AO处理工艺为我公司推荐生物处理工艺。

通过分析比较发现江西某纸业股份有限公司废水中悬浮物、COD、BOD₅浓度均并不很高，因此确定采用格栅首先去除部分悬浮物，然后进一步采用沉淀的方式去除悬浮物。由于该废水pH来水可能不稳定，因此首先考虑采取适当的pH调整。另外，生活污水量很少，而造纸废水中N、P等营养不足，因此设置N、P营养源投加系统。从而保证生物处理对废水pH值的要求，创造良好的运行环境。*后进入一级好氧──AO（序批式好氧生物处理）反应器中达到污染物的进一步去除。经过AO处理后达标废水直接排入赣江。

 

2. 处理工艺流程

                                     

山东某纸业股份有限公司废水处理工艺流程

 

 

 

七、处理工艺说明

1. 格栅与格栅井

格栅作为一种常见的废水预处理方法在各种工程中有着广泛的应用，格栅同筛网等并重，作为去除废水中较大悬浮物的手段。

由于造纸中段废水中所含的悬浮物较多，而且江西纸业公司除采用碱法化学木浆造纸外，还采用再生纸的工艺。为防止悬浮性物质对后续处理的影响以及防止泵提升时造成堵塞的问题，在此首先采用回转式格栅作为悬浮物去除的方法。

回转式格栅作为本公司产品，在啤酒、屠宰、制革、造纸及化工等多种行业废水治理中均得以应用，由于其机械自动运行的特点，为废水处理站的运转带来了*的便利。而且该格栅主体采用不锈钢材质，强度高，格栅采用较小的栅距，对悬浮物的去除效果好。

格栅置于格栅井中，格栅井与集水井合建，利用泵房内污水泵进行废水提升，从而保证后续处理工艺的顺利进行。

 

2. 中和池

在某些工业生产过程中，常要排出酸性或碱性的废水。这些废水会腐蚀管道和构筑物，危害农作物和水生生物，破坏生物处理系统的正常运行，因此必须进行无害化处理。中和的作用就在于消除废水中 过量的酸或碱，使pH达到中性。

废水中含酸、碱的浓度差别很大，一般说来，如果浓度在3％以上，应该考虑综合利用或回收；浓度在3％以下时，因回收或综合利用经济意义不大，因此考虑中和处理。在中和处理时，首先应考虑以废治废，例如用酸、碱废水相互中和，或用废碱渣（电石渣、碳酸钙碱渣等）中和酸性废水，只有在没有这些条件时，才采用药剂进行中和处理。一般进行中和的药剂主要有石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠以及盐酸、硫酸等。

由于山东某纸业股份有限公司混合废水来水pH值可能不稳，有时会出现pH过高，影响后续生化处理的情况。因此考虑中和作为稳定pH值的处理手段。直接采用酸进行投加调整pH。

 

3. 初沉池

由于造纸废水中的悬浮物大部分为一些细小的纤维等，格栅对其仅有部分去除效果，经过格栅处理后，悬浮物的含量仍不低，因此必须进行悬浮物的强化去除。综合造纸废水的特点以及相类似行业的废水处理经验，确定采用初沉池作为悬浮物的强化处理手段。

初沉池利用废水中悬浮物比重大于1的特性，利用重力作用进行自然沉降，从而达到悬浮物去除的目的。

 

4. AO反应器

    AO处理工艺即为序批式好氧生物处理工艺的简称。 AO反应器是目前国际上较为先进的生物处理工艺，其流程简单，运行管理方便，耐冲击负荷能力强，处理效果好。造纸废水水量变化大，废水中存在有抑制性、毒性的物质，故本工艺采用耐冲击负荷、耐毒性较强的AO工艺。

AO反应池去除有机物的机理在充氧时与普通活性污泥法相同。不同点是，其在运行时，进水、反应、沉淀、排水及空载五个工序，依次在同一AO反应池中周期性运行，故AO反应池不需专设二沉池和污泥回流系统，因此可减少占地，降低造价，运行管理简单，系统启动运行及污泥培养及驯化均比较容易。

AO反应器运行方式可以根据有机物种类的不同进行调整，可以在单池内实现活性污泥法、A/O工艺、A²/O工艺等不同工艺，因此可以极方便地脱氮除磷。另外，通过调整AO反应器单池的运行周期和整体的进水时序和排水时序，可以适应废水水量和水质的波动，也就是可以适应高峰流量的排水，通过变换运行周期来保证出水水质，这正是AO反应器多种运行方式可以耐受高强度冲击负荷的特征。

对于该造纸废水，经预处理后，有机污染物的去除不高，污染物浓度仍较高，因此，利用AO反应池可以在同一个周期内通过调节曝气量以改变运行方式，*限度地提高有机物去除率，保证较好的出水水质。尤其是对于一些难降解物质，可以在AO反应池中通过缺氧—好氧的循环作用得到去除。由于AO反应器通过缺氧—好氧或缺氧—好氧—缺氧—好氧等运行可以极其方便地按A/O或A²/O运行，污泥浓度高，污泥龄长。因此，对氨氮和磷有良好的去除效果。由于AO反应器单个反应池的运行周期均大于接触氧化反应池的水力停留时间，因此，可以在反应池内培养出生长缓慢、世代时间较长的硝化细菌，从而提高废水中氨氮的去除。废水中磷的含量相对较低，大部分可转化为微生物细胞的原生质，其余部分可通过磷细菌去除。

AO反应器在好氧运行时，由于有大量的硝化菌，进行硝化作用：

                                           硝化菌

NH₄^＋＋1.382O₂＋1.982HCO₃^－               

           0.982NO₂^－＋0.018C₅H₇O₂N＋1.036H₂O＋1.891H₂CO₃

 

 

      NO₂^－＋0.003NH₄^＋＋0.01H₂CO₃＋0.003HCO₃^－＋0.488O₂

                 硝化菌

                   0.003C₅H₇O₂N＋NO₃^－

 

而在缺氧运行时，污泥中有大量的兼性反硝化菌，进行反硝化反应：

                               反硝化菌

           NO₃^－＋[H]           NO₂^－＋H₂O

 

                               反硝化菌

           NO₂^－＋[H]           N₂↑＋H₂O

 

    这样使整个系统具有较高的脱氮效果。

    传统的活性污泥法和生物膜法可通过生物体合成去除城市污水中20－25%的磷。某些细菌交替地处于厌氧条件和好氧条件时，它们能在厌氧条件下吸收低分子的有机物(如脂肪酸)，同时将细胞原生质中聚合磷酸盐异染粒的磷释放出来，提供主要的能量，在随后的好氧条件下，能氧化有机物并提供能量，同时从废水中吸收超过其生长所需的磷并以聚磷酸盐的形式贮存起来。由于系统必须经常排放剩余污泥，被细菌过量摄取的磷也将随之排出系统，因而可获得相当好的脱磷效果。

    此外由于本AO反应器污泥龄大于接触氧化池的污泥龄，且污泥负荷也比接触氧化有所降低，从而使剩余污泥产量较活性污泥和接 触氧化系统明显减少，进而降低了污泥处理的费用。

AO反应池采用罗茨鼓风机和微孔曝气头相结合的方式进行充氧，具有氧利用率高，鼓风机功率低等特点。排水采用性能稳定可靠的SBS滗水器，具有操作方便、自动化程度高，排水能力大，排水稳定可靠的优点。由于系统采用工控机中央控制来实现，使得系统在调试阶段可以较容易对运行周期进行变化和控制，使AO反应器的实际运行方式更接近实际需要和实际废水的排放情况。

 

4. 污泥浓缩池

污泥浓缩是降低污泥含水率、减小污泥体积、降低污泥后续处理费用的有效方法。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。重力浓缩法由于其贮存污泥能力强、操作要求不高、运行费用低以及动力消耗小的优点，而且适用于浓缩初沉污泥及初沉污泥和活性污泥的混合污泥，因此应用范围广。

本处理工艺采用重力浓缩法浓缩初沉池污泥及AO反应器产生的少量剩余污泥。浓缩后污泥进行污泥脱水，上清液回流至格栅井。

 

5. 带式压滤机

污泥脱水、干化的作用是去除污泥中的大量水分，从而缩小其体积、减轻其重量。经过脱水、干化处理，污泥含水率能从96%左右降到60～80%左右，其体积降为原体积的1/10～1/5，有利于运输和后续处置。因此国内外均比较重视污泥的脱水、干化技术。多数国家普遍采用的脱水机械为板框压滤机、带式压滤机和离心机。对污泥的自然干化多采用干化床。

污泥干化占地较大，卫生条件差，在占地限制条件下不宜采用。而污泥脱水中板框压滤机由于过滤能力较低，劳动强度大，操作管理 复杂等因素，也不是理想选择；带式压滤机具有能连续或间歇生产、及其操作管理简单、附属设备较少等优点，在国内外应用广泛。

该造纸中段废水处理中产生污泥经浓缩后污泥含水率仍然很高、体积较大，不宜直接外排。故采用带式压滤机进行机械脱水以使污泥含水率降低至75－80%，脱水后污泥外运，滤出液回流至格栅井。

 

6. 加药装置

    整个系统中有三处需投加药剂，即为控制废水pH值，在中和池处设置一套加酸装置；为保证生物处理工艺对营养平衡的需求，在AO反应池投加N、P等营养盐装置；带式压滤机前投加高分子絮凝剂，以改善剩余污泥的脱水性能，保证污泥的机械脱水效果。

    加药装置选用我公司生产的RDOSE系列产品。该产品质量保证，无泄漏，无堵塞，运转可靠，投加准确，易于维护。

 

7. 综合楼

     为方便操作，设计综合楼一座，带式压滤机、加药装置、现场电控、实验室及值班室等均置于综合楼内。综合楼采用框架结构。

 

九、工艺参数说明

1. 格栅与格栅井

格栅

型号                        SGS－1000

数量                        4台

功率                        1.1kw

栅距                        3mm

格栅井与集水井合建

    尺寸           15.0×10.0×4.0m

数量             1座

结构形式         钢混结构

 

2. 提升泵

型号              8PW

数量              6台（4开2备）

功率              45kw

流量              420T/h

扬程              14.5m

 

3.泵房

面积                   200m²

数量             1间

结构形式         半地下式，地下为钢混结构，地上为砖混

 

4. 中和池

停留时间                0.5小时

有效容积                840 m³

总容积                    945m³

尺寸                        10.0m×21.0m×4.5m

数量             1座(分为两格)

结构形式         钢混结构

 

5. 初沉池

水力负荷                0.85m³/m²×h

尺寸             F36.0×3.5m

数量             2 座

结构形式         钢混结构

刮泥机                    中心传动

尺寸                        F36m

数量                        2台

 

6. AO反应器

反应周期                16小时

有效容积                10800 m³

总容积                    12720m³

尺寸                        24.0m×100.0m×5.3m

数量             4座

结构形式         钢混结构

    曝气方式         鼓风机和曝气头

    微孔曝气头       17000个

    气水比           30：1

 

7. 鼓风机

型号              RF295

数量              8台（6开2备）

功率              160kw

风量              141.1m³/min

 

8. 污泥浓缩池

停留时间                12小时

尺寸                        F10.0×3.0m

数量             2座

结构形式         钢混结构

刮泥机           中心传动

尺寸                        F10m

数量                        2台

 

9. 带式压滤机

带宽              1000mm

数量              2套

功率              2.2kw

附件              污泥泵、清洗水泵、药液搅拌箱、空压机

 

10. 加药装置

 

数量             4套

功率             0.37kw

药液名称         聚丙烯酰胺、尿素与磷酸盐、酸

附件             储药箱

储药箱数量       4个

储药箱容积       2m³

储药箱材质       玻璃钢

 

 

11. 污泥泵

型号              2PN

数量              3台（2开1备）

功率              6.9kw

 

12. 综合楼

面积                        1200m²

数量                        1座

结构形式                     框架结构

 

13. 废水水质沿处理工艺变化

十、主要建构筑物及设备清单

1.   主要建构筑物清单

 

2.主要设备清单

 

    工程总造价为4590万元左右，其中土建费为1700万元，设备费、设备安装费、设计费及其它各项费用为2890万元。

 

十一、运行费用

1.用电费

 

合计用电量为22152.1kwh/d，每度电按0.5元/度计，则

22152.1×0.5=11076.05元/天

 

2.药剂费

压滤机投加聚丙烯酰胺，投药量为3‰，聚丙烯酰胺按18000元/吨计。

  4500×3‰×18元/kg=243.0元/天

根据相关工程经验，营养源费用为0.10元/吨水，而一般条件下该废水基本为中性左右，pH不稳的情况下加酸中和的药剂费约为0.08元/吨水，

因此，总药剂费为7443元/天。

 

3.人工费

    污水处理站稳定运行后，设26人运转，其中1名主管，3名化验员，2名工艺人员，4名维修工人，16名操作工人，实行四班三运转制，每人月工资为800元/月×人，则

800×26÷30＝693.33元/天

 

4. 自来水费用

由于废水处理站中需要自来水用于溶药、冲洗、化验等方面，因此考虑自来水用量为10m³/h，自来水费按1.0元/m³计，则自来水费用为：

10×24×1.0＝240元/天

 

5.运行费

不计折旧及维修费，合计运行费为19452.38元/天，折合单位废水为0.49元/吨水。

 

十二、公用工程

1.站内给水排水

      污水处理站给水用镀锌钢管与厂区给水干管连接，污水处理给水主要用于洗涤、化验、地面冲洗、卫生间、脱水机反冲水及办公用水，用水量由于处理规模的不同略有差异，为10m³/h。

      污水处理的每个构筑物均设有自来水管用于冲洗地面，带式压滤机设有自来水反冲洗系统。

      污水处理站内所有建构筑物均设有雨水等散水收集系统，污水处理站内地面及建构筑物冲洗水和雨水均通过明暗沟就近排放，或排入厂区雨水管网。

      带式压滤机反冲洗水和卫生间等有污染水通过管道排入格栅井，进入污水处理系统。

2.道路及消防

1)  站区道路

      污水处理站区内设有4.5－6.0m宽的道路，各构筑物及建筑物均靠近道路。污泥脱水间的皮带输送机将脱水污泥送至道路旁便于汽车外运。

 

2)  消防

      本污水处理站内虽无易燃易爆危险品，但仍按国家有关规范设置消防栓，消防栓个数根据处理规模的大小决定。并且设置泡沫灭火器等消防设施。

 

3.电气及自控

1)  电气

      污水处理站总装机为1632.08kw。考虑到污水处理站装机容量较大，故必须单独设置变压系统，变压系统采用四线三相。污水处理站动力用电直接从厂区变电站取11KV的高压电进入污水处理站变电系统。本方案配电从污水处理站的变电系统考虑起。从厂区变电站至污水处理站的11KV输电线未考虑入本方案。

 

2)  自控

      本方案对污水处理站采用较高的自动控制，设置中央控制与就地人工控制并联控制。所有电机均设有过热、过载和短相保护，并设有报警系统。

 

4.土建工程

      构筑物: 各池、井等主要采用C25钢筋混凝土结构。

      建筑物: 砖混结构。

      鉴于拟建处地质情况不明, 因此本方案暂未考虑对地基的特殊处理及降水等措施费等。

 

十三、人员培训与要求

为了使甲方能够正确操作废水处理站内设备，保证整个系统正常运行，我公司提供免费人员培训两次。*次培训地点在现场，培训人员26人次，内容为污水处理基本知识和化验方法，第二次培训地点也在现场，内容为污水处理站内设施操作方法和紧急事故处理方法。整个培训计划在废水处理设施调试过程中完成。

       污水处理系统涉及到物理、化学及生物学的处理机制,并在处理过程中使用许多大型的机械设备及自动控制装置,在检测工作中还使用一些技术先进的测试仪器等。因此每个运行人员，除具备一定的文化知识外,应在物理、化学、微生物学等方面具有一定的*知识。

       应熟悉所处理的污水的水质性质，整个处理工艺流程、原理，每个处理步骤的作用，各步骤处理单元在处理系统中的地位，即懂原理、作用。熟悉操作的具体步骤，综合分析运行数据，进行工艺调整，即会开车、会调整工艺。懂处理设备的原理、型号、操作步骤及有关规程。会进行污水处理的有关运行中的工艺数据的测定。 会维护使用处理设备。会处理异常运行中的工艺问题。懂处理工艺的安全操作知识及处理事故的应急措施。熟悉本厂的有关技术规定。