混凝沉淀-ABR-活性污泥法在造紙廢水處理中的應用
造紙廢水是我國主要的工業污染源之一。我國造紙業多采用草桿等草纖維作為造紙原料，相對木漿造紙廢水來說，草漿造紙廢水成分復雜，固體懸浮物高，可生化性差，屬于較難處理的工業廢水。若采用單一的好氧處理工藝很難達到理想的處理效果，因此，在好氧處理工藝前利用混凝沉淀法以除去以大量細小纖維為代表的固體懸浮物，同時再利用厭氧處理中的水解酸化過程將廢水中的難降解有機物轉化成易降解的脂肪酸，提高廢水的可生化性，這樣將極大地有利于后續的生化處理工藝。陜西某造紙企業，主要應用麥草制文化用紙和衛生紙，年生產能力為4萬，廢水主要來自制漿、洗選、漂白、抄紙等工序，主要污染物為CODCr、BOD5、SS等。該廠采用混凝沉淀-ABR-活性污泥法處理造紙廢水，投資省、運行費用低，出水水質穩定，同時由于無污染的后顧之憂也取得了顯著的經濟效益。
1、設計水量水質及排放標準
1.1設計水量及特點
排水量為10000m3/d，由于該廠車間水循環使用和使用部分商品木漿，故每噸紙排水量約為100m3左右。該廢水成分復雜，濃度大，固體懸浮物高，水呈現深紅色，可生化性較差(BOD5/CODCr=0.28)，屬于較難處理的廢水。
1.2水質及排放標準
根據現場多次取樣測試，設計進水水質如表1。處理后出水要求達到地方標準渭河水系陜西段《水污染物排放限值》(DB61-224-2006)。
表1 設計水質及排放標準
項目COD Cr
/mg · L -1BOD 5
/mg · L -1SS
/mg · L -1色度
/ 倍pH 值
設計進水水質
排放標準≤ 3500
≤ 200≤ 1000
≤ 100≤ 3000
≤ 80≤ 1500
≤ 806~9
6~9
2、廢水處理工藝流程
2.1 工藝流程
廢水處理工藝流程見圖1。
2.2 工藝流程說明
廢水首先經過格柵截除水中的紙屑、泡沫紙、塑料紙及大顆粒雜物進入集水調節池，調節水量、均勻水質，再用水泵將水提升至斜網回收纖維，之后廢水自流進入反應沉淀池進行絮凝沉淀反應以除去大量的固體懸浮物，上清液進入ABR池調節水質、水量，對廢水進行水解酸化作用，使廢水中纖維素及半纖維素的降解產物在水解酸化菌的作用下發生水解，變成小分子的有機酸，有利于下一步的生物處理。廢水自流經生物選擇池進入氧化溝，通過微生物的新陳代謝作用，廢水中主要有機物得到去除，經二沉池沉降分離后進入過濾池對細小懸浮物進行補充處理，使得處理后廢水水質更佳，隨后進入清水池待用。
初沉池和二沉池剩余污泥以及過濾池少量懸浮物進入污泥池濃縮池進行濃縮處理，濃縮污泥經壓濾機脫水后外運，壓濾液回流到集水池。
3、主要構筑物、設備及參數
3.1 主要構筑物參數及其功能介紹
(1)集水池：收集廢水，調節水質、水量。HRT=0.5h，V縱=220m3。
(2)初沉池：加入絮凝劑PAC和PAM去除大量固體懸浮物，以消除SS對生物處理的不利影響，保證生物處理的效果。采用半地下式幅流沉淀池，V總=1570m3，采用單周邊刮泥機1臺，驅動電機功率為0.75kW。
(3)ABR厭氧池：調節水質、水量，對廢水進行水解酸化作用，使廢水中纖維素及半纖維素的降解產物在水解酸化菌的作用下發生水解，變成小分子的有機酸，提高廢水的可生化性有利于下一步的好氧生物處理。容積負荷為4.5kgCOD/m3·d，V總=4000m3。
(4)生物選擇池：是按照活性污泥種群組成動力學的規律而設置的，創造合適的微生物生長條件并選擇出絮凝性細菌，還可有效地抑制絲狀菌的大量繁殖，克服污泥膨脹，提高生物系統運行的穩定性。HRT=0.5h，V總=220m3。
(5)氧化溝:形式為完全混合式的環形曝氣池，根據該廢水易起泡的特點，采用高效供氣式低壓射流曝氣工藝。在曝氣池內，借助于好氧微生物的吸附、分解有機物的作用，使廢水的BOD5、CODCr降低。鑒于造紙廢水中缺氮、缺磷，為使生物污泥中的微生物能良好地生長繁殖，保持較高的生物活性，需要向廢水中投加一定量的含有氮、磷的營養物質。HRT=30h，V總=12500m3，有機負荷：0.50kgBOD/m3·d;內設低壓射流曝氣系統，共設置LPJ-30型射流曝氣器40套。
(6)二沉池：是使活性污泥從混合液中分離出來并將污泥濃縮。沉降到二沉池底部的活性污泥采用刮泥機刮出排到污泥回流池，用泵送到生物選擇池與來自ABR的廢水混合后流入氧化溝，剩余污泥排到污泥濃縮池進行濃縮。其采用半地下式幅流沉淀池，V總=1800m3，根據二沉池的污泥性質，采用單周邊刮泥機1臺，驅動電機功率0.75kW。
(7)過濾池：為確保水質即使在冬季條件下也可以達標回用，利用微混凝過濾原理對廢水中剩余的SS和COD進行過濾、捕捉、吸附處理，保證廢水處理系統的穩定運行。采用半地下式，V=400m3，濾速u=8m/h。
(8)污泥濃縮池：收集濃縮系統污泥。采用半地下式，V=770m3。單周邊刮泥機1臺，驅動電機功率1.1kW。
3.2 主要設備及其參數
主要設備及其參數如表2所示。
名稱技術性能單位數量備注
格柵d= 4mm ， N=0.75kW臺1
污水提升泵Q= 420m 3 /h ， H= 10m ， N=11kW臺11 用 1 備
斜板 m 360
循環泵Q= 540m 3 /h ， H= 5m ， N=11kW臺2
羅茨風機Q= 25m 3 /min ，△ P=58.8kPa ， N=30kW ， n=1330r/min臺43 用 1 備
配套選用消聲器
曝氣頭LPJ-30 型套40
回流污泥泵Q= 360m 3 /h ， H= 8.0m ， N=11kW臺21 用 1 備
濾池反沖洗泵Q= 790m 3 /h ， H= 12m ， N=37kW臺1每天開機 10min
污泥泵Q= 25m 3 /h ，△ P=0.3Mpa ， n=571r/min ， N=5.5kW臺2螺桿泵
加藥系統 套4包括加藥泵、流量計、攪拌機、藥槽等
帶式壓濾機Q=10~ 20m 3 /h ， N=12kW臺1
4、廢水處理效果
本工程于2007年5月開始設計、動工，到2008年3月完成并開始工藝調試，該地區環境監測站于2008年6月5次對該工程進行了驗收監測，共5個監測因子，頻次為48h內間隔4h連續取樣。取樣點為廢水進口、混凝沉淀池出口、ABR池出口、二沉池出口、清水池，結果見表3(均值)。
表3 廢水處理效果
項目COD Cr
/mg · L -1BOD 5
/mg · L -1SS
/mg · L -1色度
/ 倍pH 值
設計進水水質
原廢水
混凝沉淀池出口
ABR 池出口
二沉池出口
清水池
總去除率 /%
排放標準≤ 3500
3150
2047
1330
266
153
95.1
≤ 200≤ 1000
879
659
328
78
72
91.8
≤ 100≤ 3000
2658
179
-
-
53
98.0
≤ 80≤ 1500
1360
147
-
-
62
95.4
≤ 806~9
8.2
7.8
6.9
7.5
7.7
-
6~9
從表3結果可知道，廢水經本系統處理后，其CODCr、BOD5、SS和色度總去除率分別為95.1%，91.8%，98.0%和95.4%。回用或排水水質低于地方標準渭河水系陜西段《水污染物排放限值》(DB61-224-2006)。從工程竣工投入運行至今已半年有余，環保部門定期對系統和外排水監測，運行狀況良好，水質良好穩定。
5、運行過程中常見異常現象及解決辦法
(1)初沉池懸浮物難以下沉，飄浮于水面上。
原因：主要由于水質水量的引起的濃度、pH值的變化，PAM加入量過多。
辦法：定期測量水質，優化絮凝劑種類及使用條件。
(2)ABR池出現浮泥和酸臭味。
原因：主要由于ABR池的水解酸化，致使池內pH值下降，沒有定期排泥。
辦法：連續開啟循環泵，充分攪拌泥水，定期排泥。
(3)氧化溝表面出現較多的漂泥，二沉池出水中SS增多。
原因：氧化溝內污泥濃度太高，泥齡太長，或進水濃度太低，污泥內源代謝加劇、自身氧化分解，絮狀污泥解體，沉降性差的細小無機污泥增多。
辦法：增加剩余污泥排量，降低曝氣池污泥濃度，改善進水水質，必要時補充碳源。
(4)二沉池表面出現浮泥，并常見氣泡，出水中SS增多。
原因：污泥在二沉池停留時間太長，在厭氧條件下發生了反硝化反應，廢水在氧化溝生化降解不徹底，殘留水中的BOD為反硝化提供了碳源，反硝化產生的N2將污泥帶至水面。
方法：加大污泥回流比以更新池底污泥，加強氧化溝管理，提高BOD去除率。
(5)污泥膨脹，SVI值為200左右，有時甚至更高。
原因：①活性污泥絮體中絲狀菌過度繁殖、導致膨脹、促成條件包括進水有機物太少，F/M太低，微生物食料不足引起。②進水中N、P不足;③pH太低、不利于微生物生長;④混合液溶解氧太低、不能滿足需要;⑤進水濃度波動太大，對微生物造成沖擊。
辦法：①投加足夠N、P;②調節氧化溝進水pH值;③開啟多臺風機，滿足氧量;④調節進水量和穩定水質。
(6)其它操作條件相對變化不大，而曝氣池中溶解氧劇烈升高，控制風量也難以降低。
原因：微生物對氧的利用率劇降，可能是由于PH嚴重偏離正常范圍，毒物進入曝氣池使污泥中毒，冬季水溫偏低。
辦法：檢查進水水質，查明原因，然后采取針對措施恢復。
(7)操作條件相對沒有變化，出水水質突然惡化。
原因：進水濃度、進水量嚴重超出設計范圍，超過了微生物的降解能力，污泥回流不及時，曝氣池污泥濃度太低。
辦法：從生產車間入手查明原因，采取針對性措施如穩定進水水質、水量，及時回流污泥，增加曝氣池污泥濃度等。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。
6、主要經濟指標
本項目總投資455萬元，土建工程約為227萬元，設備及安裝約為208萬元，其它約為20萬元。系統自正常運行以來，核算出單位運行費用約為0.93元/m3(不含折舊，其中電費約0.42元/m3，藥劑費約0.38元/m3，其它0.13元/m3)。
7、結束語
(1)由此工程運行效果可以看出，混凝沉淀-ABR-活性污泥法較好地解決了造紙廢水的處理問題。此工藝還具有投資省、運行費用低、處理效率高、出水穩定、操作與維護方便的優點。
(2)混凝沉淀和水解酸化作為活性污泥法的預處理系統，發揮了較好的降低毒性和脫除色度的作用，減輕了后續處理的負荷，并提高了廢水的可生化性，滿足了活性污泥法對處理水質的要求。
(3)整個系統的產泥量較大，故應采用帶濃縮功能的壓濾脫水機，絮凝劑投加量較少，有利于降低運行成本。處理后污泥可作有機肥料和土壤改良劑，還可與細小纖維一起制作預制紙板等。
(4)造紙廢水具有水量大、水質波動大的特點，所以在處理運行過程中，要定期監測水質，投加營養鹽，保證溶解氧量，觀察各個處理單元的運行狀況，定期對所有設備進行保養及維護，保證整個系統的正常運行。
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