造紙廢水回用系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)化與改進(jìn)

沈海濤

（浙江景興紙業(yè)股份有限公司，浙江平湖，314214）

造紙行業(yè)屬于高水耗、高能耗行業(yè)[1-2]，因此某紙業(yè)公司自成立以來，在企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，積極通過清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，降低水資源消耗、提高水資源循環(huán)利用率，減少污染物排放量[3]。該紙企通過探索，實(shí)現(xiàn)了車間內(nèi)部的水資源循環(huán)，提高了水資源循環(huán)利用率，降低了廢水排放量。目前該紙業(yè)公司的噸紙廢水排放已控制在5.3 t左右，處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。但在車間內(nèi)部水循環(huán)過程中，存在特征污染物累積，對(duì)紙品品質(zhì)及后續(xù)廢水處理的正常運(yùn)行均造成了隱患。為進(jìn)一步提高企業(yè)節(jié)水水平及降低噸紙廢水排放量，應(yīng)該考慮更深層次的水循環(huán)利用，即將車間排放的廢水經(jīng)過深度處理，去除特征污染物，達(dá)到回用水要求后（CODCr≤50 mg/L，電導(dǎo)率≤1200 μS/cm，懸浮物（SS）≤16 mg/L），代替部分清水回用至車間，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用率的提高及污染物的減排[4-6]。

目前，已建設(shè)回用規(guī)模為5000 m3/d 的處理工程（一期），運(yùn)行有波動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)“十四五”規(guī)劃，擬建設(shè)中水回用工程（二期），回用規(guī)模5000 m3/d。為此，找出一期運(yùn)行波動(dòng)問題點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改造，同時(shí)也為進(jìn)行回用處理工程（二期）設(shè)計(jì)提供理論支撐。

1 現(xiàn)有造紙廢水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，該紙業(yè)公司的主導(dǎo)產(chǎn)品為包裝用紙系列，包括白?？?、牛皮箱板紙、高強(qiáng)瓦楞原紙、高檔綠色環(huán)保生活用紙等，總產(chǎn)量約106.8萬t/a。

1.2 廢水排放量

目前廢水排放總量約929 萬m3/a，日排水量約27307 m3，折合廢水噸紙排放量為8.69 m3/t紙。

1.3 處理工藝

根據(jù)現(xiàn)有處理設(shè)施設(shè)計(jì)處理規(guī)模，含包裝用紙車間廢水29000 m3/d及生活用紙車間廢水3000 m3/d，合計(jì)32000 m3/d。對(duì)于包裝用紙車間高濃度的廢水（29000 m3/d），采用以“物化+厭氧+好氧”為主的處理工藝，厭氧出水由2 套好氧系統(tǒng)（A/O 及氧化溝）分別處理，各自的設(shè)計(jì)處理量分別為16000 m3/d。氧化溝系統(tǒng)二沉池出水7000 m3/d 排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；剩下的9000 m3/d 接入一期中水回用工程，采用“好氧+Fenton”的預(yù)處理工藝和“混凝沉淀+超濾（UF）+反滲透（RO）”的深度處理工藝。A/O好氧系統(tǒng)有2組處理設(shè)施，目前僅A/O池1運(yùn)行，處理量13000 m3/d，該組二沉池出水直接排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)：另一組A/O 池有2 處于停滯階段，其二沉池用于處理CODCr濃度約400～1000 mg/L，SS 約200～500 mg/L 的生活用紙廢水（3000 m3/d）經(jīng)初沉池沉淀后排入市政管網(wǎng)。

1.4 運(yùn)行現(xiàn)狀

該紙企目前廢水產(chǎn)生量約為28000～32000 m3/d，廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行正常，出水達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，各單元出水水質(zhì)見表1。

表1 某紙企廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀一覽表Table 1 List of operating status of a paper interprice wastewater treatment system

1.5 存在問題

圖1 為中水各工段CODCr濃度值。從圖1 可以看出，現(xiàn)有氧化溝好氧系統(tǒng)出水無法確保一期中水回用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。中水回用超濾進(jìn)水CODCr應(yīng)小于90 mg/L，而由當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)有超濾進(jìn)水CODCr基本大于200 mg/L，無法保證深度處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 中水各工段CODCr濃度Fig.1 CODCr concentration of each section

1.6 活性炭及Fenton深度處理工藝分析

考慮運(yùn)行成本及硫酸?；樊?dāng)?shù)毓芸貒?yán)格，原Fenton 工藝選擇改性Fenton 工藝，即在中性條件下運(yùn)行。此法通過長期調(diào)試及運(yùn)行表明，對(duì)CODCr去除效率較低，且很難控制硫酸亞鐵的投加量，最終容易造成鐵污堵塞超濾及反滲透膜的情況?；诖耍瑢?duì)一期Fenton 反應(yīng)池內(nèi)投加粉末木質(zhì)活性炭吸附去除污染物，通過試驗(yàn)跟蹤去除成效及成本分析見表2。從表2 可以看出，木質(zhì)活性炭對(duì)CODCr去除率接近40%，而改性Fenton 對(duì)CODCr去除基本無明顯效果，綜合成本木質(zhì)活性炭增加約53.8%，考慮到后期末端穩(wěn)定的出水量及設(shè)備能耗利用率高，同時(shí)大幅度消減了Fenton污泥的處置費(fèi)用，此增加成本可以接受。

表2 不同深度處理效果對(duì)比表Table 2 Comparison of different depth treatment

2 改造設(shè)計(jì)

2.1 改造思路

現(xiàn)有A/O 好氧池有效容積13800 m3，分2 條線運(yùn)行并建有2座直徑37 m的輻流式沉淀池。

（1）改造現(xiàn)有生化處理系統(tǒng)為兩級(jí)處理，降低生化出水的污染物濃度[6]。現(xiàn)有厭氧池出水（29000 m3/d）中的13000 m3/d 由A/O 好氧處理系統(tǒng)處理，其中12000 m3/d 接入好氧處理系統(tǒng)的一組（A/O 池1+二沉池1），二沉池1 出水中的7000 m3/d 排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，剩余的5000 m3/d 和厭氧池出水1000 m3/d，以及經(jīng)氣浮池處理后的生活用紙廢水3000 m3/d 一同接入另一組（A/O 池2+二沉池2）處理，二沉池2出水接入中水回用處理系統(tǒng)，改造好后的A/O 好氧系統(tǒng)二沉池1、二沉池2 預(yù)期出水CODCr分別為：300、100 mg/L。

（2）采用深度預(yù)處理工藝，進(jìn)一步降低末端系統(tǒng)進(jìn)水污染物濃度。針對(duì)一期Fenton預(yù)處理存在的運(yùn)行條件控制要求高、操作難度大且會(huì)增加廢水含鹽量等問題，二期中水回用深度處理工藝擬設(shè)計(jì)為深度處理反應(yīng)池+斜板沉淀池，深度處理投加的藥劑為粉末木質(zhì)活性炭。

（3）提高二期膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)，進(jìn)一步保障回用水水質(zhì)、水量的可靠性。膜系統(tǒng)主體工藝采用超濾+反滲透，回用水5000 m3/d 全部來自反滲透出水，超濾和反滲透濃縮液排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)。

2.2 二期工藝設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水量與出水量

本工程選擇沉淀池2出水作為中水回用處理系統(tǒng)進(jìn)水，設(shè)計(jì)進(jìn)水量9000 m3/d，出水量5000 m3/d。

2.2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

設(shè)計(jì)中水回用處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)見表3。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)一覽表Table 3 List of designed influent water quality

2.2.3 設(shè)計(jì)排放水水質(zhì)

二期設(shè)計(jì)排放水包含沉淀池1排放水及系統(tǒng)內(nèi)部RO 及UF 沖洗與濃縮液。排放滿足GB 8976—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目UF和RO 濃水（廢水膜處理過程產(chǎn)生的濃縮液）與廠區(qū)其他排放水混合后排放，水質(zhì)指標(biāo)見表4。

表4 設(shè)計(jì)排放水水質(zhì)一覽表Table 4 List of designed discharge water quality

2.2.4 工藝流程圖

廢水回用處理工程（二期）進(jìn)水為厭氧池出水，采用“好氧+混凝沉淀+多介質(zhì)過濾+UF+RO”工藝，處理工藝流程如圖2所示。

圖2 中水回用處理工藝（二期）流程圖Fig.2 Flow chart of reclaimed water treatment process(Phase II)

工藝流程說明：

（1）厭氧池出水29000 m3/d 分成2部分，16000 m3/d接入原氧化溝處理系統(tǒng)，剩下的13000 m3/d由A/O 好氧處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。A/O 好氧系統(tǒng)分2 條線運(yùn)行，其中12000 m3/d 接入好氧處理系統(tǒng)的一組（A/O 池1+沉淀池1），沉淀池1 出水中的7000 m3/d 排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，剩余的5000 m3/d 和厭氧池出水1000 m3/d，以及經(jīng)氣浮池處理的生活用紙廢水3000 m3/d 一同接入好氧處理系統(tǒng)的另一組（A/O 池2+沉淀池2）處理，沉淀池2 出水9000 m3/d 接入中水回用處理系統(tǒng)深度處理反應(yīng)池。

（2）反應(yīng)池內(nèi)通過投加粉末木質(zhì)活性炭去除廢水中的有機(jī)物及懸浮物，反應(yīng)完成后的廢水自流至斜板沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液接入中間水池。

（3）中間水池出水經(jīng)泵提升至多介質(zhì)過濾器，進(jìn)一步去除斜板沉淀池出水中的細(xì)小物質(zhì)，以確保后續(xù)超濾反滲透系統(tǒng)水質(zhì)過濾精度及保護(hù)膜過濾元件不受大顆粒物質(zhì)的損壞。

（4）多介質(zhì)過濾器出水進(jìn)入U(xiǎn)F 系統(tǒng)，大幅降低反滲透膜的污染程度，使SDI指數(shù)及顆粒能充分保證反滲透的進(jìn)水要求，延長反滲透膜的清洗周期和使用壽命，從而降低整體運(yùn)行成本。

（5）UF 出水進(jìn)入U(xiǎn)F 出水池貯存并經(jīng)泵提升至RO 反滲透系統(tǒng)，脫除水中的可溶性鹽分、膠體、有機(jī)物質(zhì)等，進(jìn)而降低廢水中的電導(dǎo)率，出水進(jìn)入回用水池并回用于生產(chǎn)車間。

（6）砂過濾器和UF系統(tǒng)反沖洗水回流至調(diào)節(jié)池。

（7）在膜處理單元中，超濾濃水和反滲透濃水與廠區(qū)其他低濃度廢水混合排入市政污水管網(wǎng)。

2.2.5 處理效果

各階段處理后的水質(zhì)見表5。

表5 處理水質(zhì)效果Table 6 Treatment result of different phases

3 運(yùn)行成本

運(yùn)行費(fèi)用為中水回用處理工程（二期）設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用，見表6。

表6 中回用水處理工程（二期）運(yùn)行成本估算表（以最終出水量計(jì)）Table 6 Estimated operation cost of reclaimed water treatment project(Phase II)(based on the final water production volume)

設(shè)計(jì)好氧系統(tǒng)進(jìn)水量16000 m3/d，中水回用處理系統(tǒng)9000 m3/d，設(shè)計(jì)排水量11000 m3/d，中水回用系統(tǒng)出水量5000 m3/d?？偼顿Y約2127.0 萬元，其中設(shè)備投資1220萬元，土建投資907萬元。運(yùn)行成本（不含人工）約2.45元/t水。

4 結(jié)論

基于一期系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)性大，出水量不穩(wěn)定等問題，通過將A/O 好氧系統(tǒng)改為兩級(jí)處理，降低生化出水的COD 濃度；同時(shí)將生活用紙3000 t/天的低濃度廢水，經(jīng)好氧處理后也作為二期雙膜系統(tǒng)的進(jìn)水；中水回用前端深度處理工藝由Fenton改為深度處理反應(yīng)池+斜板沉淀池，并投加0.12 g/L 粉末活性炭，此法能去除進(jìn)水40%左右的COD。最終穩(wěn)定雙膜法進(jìn)水水質(zhì)，滿足生產(chǎn)回用水量及水質(zhì)要求。一期系統(tǒng)優(yōu)化改造及新建二期5000 t 水/天系統(tǒng)，總投資約2127萬元，運(yùn)行成本（不含人工）約2.45元/t水。