混凝沉淀-ABR-活性污泥法在造纸废水处理中的应用
造纸废水是我国主要的工业污染源之一。我国造纸业多采用草杆等草纤维作为造纸原料，相对木浆造纸废水来说，草浆造纸废水成分复杂，固体悬浮物高，可生化性差，属于较难处理的工业废水。若采用单一的好氧处理工艺很难达到理想的处理效果，因此，在好氧处理工艺前利用混凝沉淀法以除去以大量细小纤维为代表的固体悬浮物，同时再利用厌氧处理中的水解酸化过程将废水中的难降解有机物转化成易降解的脂肪酸，提高废水的可生化性，这样将极大地有利于后续的生化处理工艺。陕西某造纸企业，主要应用麦草制文化用纸和卫生纸，年生产能力为4万，废水主要来自制浆、洗选、漂白、抄纸等工序，主要污染物为CODCr、BOD5、SS等。该厂采用混凝沉淀-ABR-活性污泥法处理造纸废水，投资省、运行费用低，出水水质稳定，同时由于无污染的后顾之忧也取得了显著的经济效益。
1、设计水量水质及排放标准
1.1设计水量及特点
排水量为10000m3/d，由于该厂车间水循环使用和使用部分商品木浆，故每吨纸排水量约为100m3左右。该废水成分复杂，浓度大，固体悬浮物高，水呈现深红色，可生化性较差(BOD5/CODCr=0.28)，属于较难处理的废水。
1.2水质及排放标准
根据现场多次取样测试，设计进水水质如表1。处理后出水要求达到地方标准渭河水系陕西段《水污染物排放限值》(DB61-224-2006)。
表1 设计水质及排放标准
项目COD Cr
/mg · L -1BOD 5
/mg · L -1SS
/mg · L -1色度
/ 倍pH 值
设计进水水质
排放标准≤ 3500
≤ 200≤ 1000
≤ 100≤ 3000
≤ 80≤ 1500
≤ 806~9
6~9
2、废水处理工艺流程
2.1 工艺流程
废水处理工艺流程见图1。
2.2 工艺流程说明
废水首先经过格栅截除水中的纸屑、泡沫纸、塑料纸及大颗粒杂物进入集水调节池，调节水量、均匀水质，再用水泵将水提升至斜网回收纤维，之后废水自流进入反应沉淀池进行絮凝沉淀反应以除去大量的固体悬浮物，上清液进入ABR池调节水质、水量，对废水进行水解酸化作用，使废水中纤维素及半纤维素的降解产物在水解酸化菌的作用下发生水解，变成小分子的有机酸，有利于下一步的生物处理。废水自流经生物选择池进入氧化沟，通过微生物的新陈代谢作用，废水中主要有机物得到去除，经二沉池沉降分离后进入过滤池对细小悬浮物进行补充处理，使得处理后废水水质更佳，随后进入清水池待用。
初沉池和二沉池剩余污泥以及过滤池少量悬浮物进入污泥池浓缩池进行浓缩处理，浓缩污泥经压滤机脱水后外运，压滤液回流到集水池。
3、主要构筑物、设备及参数
3.1 主要构筑物参数及其功能介绍
(1)集水池：收集废水，调节水质、水量。HRT=0.5h，V纵=220m3。
(2)初沉池：加入絮凝剂PAC和PAM去除大量固体悬浮物，以消除SS对生物处理的不利影响，保证生物处理的效果。采用半地下式幅流沉淀池，V总=1570m3，采用单周边刮泥机1台，驱动电机功率为0.75kW。
(3)ABR厌氧池：调节水质、水量，对废水进行水解酸化作用，使废水中纤维素及半纤维素的降解产物在水解酸化菌的作用下发生水解，变成小分子的有机酸，提高废水的可生化性有利于下一步的好氧生物处理。容积负荷为4.5kgCOD/m3·d，V总=4000m3。
(4)生物选择池：是按照活性污泥种群组成动力学的规律而设置的，创造合适的微生物生长条件并选择出絮凝性细菌，还可有效地抑制丝状菌的大量繁殖，克服污泥膨胀，提高生物系统运行的稳定性。HRT=0.5h，V总=220m3。
(5)氧化沟:形式为完全混合式的环形曝气池，根据该废水易起泡的特点，采用高效供气式低压射流曝气工艺。在曝气池内，借助于好氧微生物的吸附、分解有机物的作用，使废水的BOD5、CODCr降低。鉴于造纸废水中缺氮、缺磷，为使生物污泥中的微生物能良好地生长繁殖，保持较高的生物活性，需要向废水中投加一定量的含有氮、磷的营养物质。HRT=30h，V总=12500m3，有机负荷：0.50kgBOD/m3·d;内设低压射流曝气系统，共设置LPJ-30型射流曝气器40套。
(6)二沉池：是使活性污泥从混合液中分离出来并将污泥浓缩。沉降到二沉池底部的活性污泥采用刮泥机刮出排到污泥回流池，用泵送到生物选择池与来自ABR的废水混合后流入氧化沟，剩余污泥排到污泥浓缩池进行浓缩。其采用半地下式幅流沉淀池，V总=1800m3，根据二沉池的污泥性质，采用单周边刮泥机1台，驱动电机功率0.75kW。
(7)过滤池：为确保水质即使在冬季条件下也可以达标回用，利用微混凝过滤原理对废水中剩余的SS和COD进行过滤、捕捉、吸附处理，保证废水处理系统的稳定运行。采用半地下式，V=400m3，滤速u=8m/h。
(8)污泥浓缩池：收集浓缩系统污泥。采用半地下式，V=770m3。单周边刮泥机1台，驱动电机功率1.1kW。
3.2 主要设备及其参数
主要设备及其参数如表2所示。
名称技术性能单位数量备注
格栅d= 4mm ， N=0.75kW台1
污水提升泵Q= 420m 3 /h ， H= 10m ， N=11kW台11 用 1 备
斜板 m 360
循环泵Q= 540m 3 /h ， H= 5m ， N=11kW台2
罗茨风机Q= 25m 3 /min ，△ P=58.8kPa ， N=30kW ， n=1330r/min台43 用 1 备
配套选用消声器
曝气头LPJ-30 型套40
回流污泥泵Q= 360m 3 /h ， H= 8.0m ， N=11kW台21 用 1 备
滤池反冲洗泵Q= 790m 3 /h ， H= 12m ， N=37kW台1每天开机 10min
污泥泵Q= 25m 3 /h ，△ P=0.3Mpa ， n=571r/min ， N=5.5kW台2螺杆泵
加药系统 套4包括加药泵、流量计、搅拌机、药槽等
带式压滤机Q=10~ 20m 3 /h ， N=12kW台1
4、废水处理效果
本工程于2007年5月开始设计、动工，到2008年3月完成并开始工艺调试，该地区环境监测站于2008年6月5次对该工程进行了验收监测，共5个监测因子，频次为48h内间隔4h连续取样。取样点为废水进口、混凝沉淀池出口、ABR池出口、二沉池出口、清水池，结果见表3(均值)。
表3 废水处理效果
项目COD Cr
/mg · L -1BOD 5
/mg · L -1SS
/mg · L -1色度
/ 倍pH 值
设计进水水质
原废水
混凝沉淀池出口
ABR 池出口
二沉池出口
清水池
总去除率 /%
排放标准≤ 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
从表3结果可知道，废水经本系统处理后，其CODCr、BOD5、SS和色度总去除率分别为95.1%，91.8%，98.0%和95.4%。回用或排水水质低于地方标准渭河水系陕西段《水污染物排放限值》(DB61-224-2006)。从工程竣工投入运行至今已半年有余，环保部门定期对系统和外排水监测，运行状况良好，水质良好稳定。
5、运行过程中常见异常现象及解决办法
(1)初沉池悬浮物难以下沉，飘浮于水面上。
原因：主要由于水质水量的引起的浓度、pH值的变化，PAM加入量过多。
办法：定期测量水质，优化絮凝剂种类及使用条件。
(2)ABR池出现浮泥和酸臭味。
原因：主要由于ABR池的水解酸化，致使池内pH值下降，没有定期排泥。
办法：连续开启循环泵，充分搅拌泥水，定期排泥。
(3)氧化沟表面出现较多的漂泥，二沉池出水中SS增多。
原因：氧化沟内污泥浓度太高，泥龄太长，或进水浓度太低，污泥内源代谢加剧、自身氧化分解，絮状污泥解体，沉降性差的细小无机污泥增多。
办法：增加剩余污泥排量，降低曝气池污泥浓度，改善进水水质，必要时补充碳源。
(4)二沉池表面出现浮泥，并常见气泡，出水中SS增多。
原因：污泥在二沉池停留时间太长，在厌氧条件下发生了反硝化反应，废水在氧化沟生化降解不彻底，残留水中的BOD为反硝化提供了碳源，反硝化产生的N2将污泥带至水面。
方法：加大污泥回流比以更新池底污泥，加强氧化沟管理，提高BOD去除率。
(5)污泥膨胀，SVI值为200左右，有时甚至更高。
原因：①活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖、导致膨胀、促成条件包括进水有机物太少，F/M太低，微生物食料不足引起。②进水中N、P不足;③pH太低、不利于微生物生长;④混合液溶解氧太低、不能满足需要;⑤进水浓度波动太大，对微生物造成冲击。
办法：①投加足够N、P;②调节氧化沟进水pH值;③开启多台风机，满足氧量;④调节进水量和稳定水质。
(6)其它操作条件相对变化不大，而曝气池中溶解氧剧烈升高，控制风量也难以降低。
原因：微生物对氧的利用率剧降，可能是由于PH严重偏离正常范围，毒物进入曝气池使污泥中毒，冬季水温偏低。
办法：检查进水水质，查明原因，然后采取针对措施恢复。
(7)操作条件相对没有变化，出水水质突然恶化。
原因：进水浓度、进水量严重超出设计范围，超过了微生物的降解能力，污泥回流不及时，曝气池污泥浓度太低。
办法：从生产车间入手查明原因，采取针对性措施如稳定进水水质、水量，及时回流污泥，增加曝气池污泥浓度等。有废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。
6、主要经济指标
本项目总投资455万元，土建工程约为227万元，设备及安装约为208万元，其它约为20万元。系统自正常运行以来，核算出单位运行费用约为0.93元/m3(不含折旧，其中电费约0.42元/m3，药剂费约0.38元/m3，其它0.13元/m3)。
7、结束语
(1)由此工程运行效果可以看出，混凝沉淀-ABR-活性污泥法较好地解决了造纸废水的处理问题。此工艺还具有投资省、运行费用低、处理效率高、出水稳定、操作与维护方便的优点。
(2)混凝沉淀和水解酸化作为活性污泥法的预处理系统，发挥了较好的降低毒性和脱除色度的作用，减轻了后续处理的负荷，并提高了废水的可生化性，满足了活性污泥法对处理水质的要求。
(3)整个系统的产泥量较大，故应采用带浓缩功能的压滤脱水机，絮凝剂投加量较少，有利于降低运行成本。处理后污泥可作有机肥料和土壤改良剂，还可与细小纤维一起制作预制纸板等。
(4)造纸废水具有水量大、水质波动大的特点，所以在处理运行过程中，要定期监测水质，投加营养盐，保证溶解氧量，观察各个处理单元的运行状况，定期对所有设备进行保养及维护，保证整个系统的正常运行。
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