制浆造纸废水深度处理研究

王小聪 郭晓伟 胡文斐 吴 磊

(中国轻工业武汉设计工程有限责任公司，湖北武汉，430060)

目前，国内大部分制浆造纸企业的废水处理都采用一级沉淀、二级生化处理的工艺，尽管在生物处理过程中可以去除大部分可生物降解的化合物，但随着GB3544—2008制浆造纸工业废水排放标准的颁布实施，传统的二级生物处理技术难以达到该标准的排放要求。因此，在制浆造纸废水排放标准日趋严格［1］的今天，对制浆造纸废水进行深度处理势在必行。

制浆造纸废水深度处理主要有混凝、吸附、生物处理、膜分离、高级氧化及生态处理等处理技术［2-3］，随着环境标准的日益严格，制浆造纸废水深度处理技术也必将得到进一步的发展。本课题采用混凝-Fenton氧化-砂滤工艺对生化处理后的制浆造纸废水进行深度处理。

1 设计水量、水质

某制浆造纸企业生产中采用废水深度处理工程，设计废水深度处理能力为86000 m3/d，进出水水质如表1所列。

表1 设计进出水水质

2 工艺

2.1 工艺流程

采用混凝-Fenton氧化-砂滤工艺对二沉池出水进行深度处理，工艺流程见图1。

2.2 原理分析

制浆造纸废水的深度处理主要是为了进一步去除CODCr、微量污染物及脱色。混凝沉淀工艺通过A13+、Fe3+、Ca2+等的无机盐和酰胺类有机高分子化合物与废水中的较大分子有机物相互作用，达到去除废水中呈胶体和微悬浮状态的有机及无机污染物，降低废水的色度和浊度的目的。Fenton氧化工艺是以H2O2为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法，它利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基氧化废水中的有机物，从而降低废水的色度和CODCr［4］，主要反应方程式［5］如下:

图1 深度处理工艺流程图

Fenton反应中加入的Fe2+和一部分被氧化生成的Fe3+都可在中性或碱性环境中水解絮凝［6］，进一步去除废水中的色度和CODCr。反应时间、pH值、FeSO4用量和H2O2用量是影响色度和CODCr去除效果的关键因素。该方法对污染物降解没有选择性，处理效率高，反应迅速，二次污染小。砂滤工艺可以很好地去除Fenton氧化后的小分子有机物，进一步去除废水中残留的悬浮物固体颗粒、胶状物质、浊度、CODCr等，以提高出水水质。

2.3 主要处理单元及设备

(1)集水池 二沉池出水自流进入深度处理系统的集水池，集水池长12 m，宽12 m，采用4台废水提升泵将废水提升至混凝反应池。

(2)混凝反应池 反应池长35.8 m，宽5.0 m。通过投加絮凝剂使废水中难以自然沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒，使之与水分离，达到去除废水中CODCr、SS和色度的目的。研究表明，采用混凝沉淀法处理废纸造纸废水，其SS去除率可达85% ～98%，色度去除率可达90%以上，CODCr去除率可达 60% ～80%［7］。

(3)三沉池 三沉池通过重力沉降和泥层的过滤作用将污泥与处理后的出水分离，共设2座辐流式沉淀池，直径为65 m，根据污泥的性质，采用周边传动刮吸泥机。

(4)Fenton反应池 由反应池、pH值回调池、脱气池、絮凝池4部分组成，长66.1 m，宽16.3 m。向反应池投加 H2SO4、FeSO4和H2O2，通过产生的强氧化性羟基自由基，氧化废水中难被微生物降解的有机污染物质，降低废水 CODCr［3］。反应后的废水经pH值回调后，进入脱气池脱气。为提高处理效果，向絮凝池投加絮凝剂，利用氧化与絮凝的协同作用可提高废水处理效果［8］。

(5)四沉池 共设置2座辐流式沉淀池，直径为65 m。根据污泥的性质，采用周边传动刮吸泥机。

(6)除铁曝气池 为进一步去除水中的Fe2+，向废水中曝气将Fe2+氧化成Fe2O3沉淀，通过砂滤系统进行去除。除铁曝气池长20 m，宽6 m。

(7)活性砂滤池 采用帕克公司的ASTRASAND®活性砂滤系统，具有体积紧凑，模块化灵活布置的优点。活性砂滤池由压缩空气作为动力进行滤砂循环清洗，清洗水回流进入集水池。

(8)清水池 清水池有效容积为6600 m3，出水采用清水泵提升至厂区回用水管网，其余出水排放至城市综合污水处理厂。

(9)化学污泥浓缩池 三沉池和四沉池的污泥通过污泥泵输送至污泥浓缩池，在此进行浓缩，浓缩后污泥干固体含量为2%。浓缩污泥经污泥泵输送至现有污泥处理系统进一步处理。污泥浓缩池上清液自流进入集水池。污泥浓缩池直径45 m，配备周边传动刮吸泥机1台。

3 效益分析

3.1 经济效益

本工程处理水量86000 m3/d，占地面积28266 m2，日常运行费用主要包括操作人员工资、化学处理及污泥处理药剂费、电力消耗费4部分，综合运行成本(2.6元/t)远低于 O3预氧化-BAF(3.7元/t)［9］等其他深度处理工艺［10］，具有较好的经济效益和价格优势。

3.2 社会环境效益

本工程采用混凝-Fenton氧化-砂滤工艺对二沉池出水进行深度处理，出水水质较好而且稳定。砂滤池出水进入清水池，经清水泵提升至厂区回用水管网回用，补充生产用水，多余出水排放进入城市综合污水处理厂继续处理。该处理工艺可有效地削减各污染物的排放量，从而大大减轻制浆造纸废水对当地地表水环境的污染。深度处理过程中产生的污泥经脱水干化后外运安全处置。

4 工艺特点

(1)本系统具有出水稳定且水质较好的特点，能很好地满足回用要求，工业中水回用是解决目前水资源短缺和水污染问题严重的有效途径，具有较好的经济效益和良好的社会效益。

(2)Fenton氧化和混凝联用不仅可节约药剂使用量，而且可提高处理效果。

(3)活性砂滤可以很好地去除Fenton氧化后的小分子有机物，使CODCr＜60 mg/L，SS＜10 mg/L。

(4)混凝-Fenton氧化-砂滤工艺是一种处理效果好、处理费用低、适应能力强的制浆造纸废水处理工艺。

5 结论

采用混凝-Fenton氧化-砂滤工艺对二沉池出水进行深度处理，出水水质达到GB3544—2008制浆造纸工业废水排放标准的要求，且满足制浆造纸废水回用水质要求。该工艺组合体系完整，效果良好，运行费用低，制浆造纸废水循环利用，可大幅减少生产用新鲜水取水量，同时减少制浆造纸废水的排放量，为制浆造纸废水的深度处理及回用提供了有效的参考，具有较好的推广应用价值。

［1］ 乔维川，洪建国．《制浆造纸工业水污染物排放标准》的特点及企业应对策略［J］．中国造纸，2011，30(21)，150．

［2］ 李志萍，刘千钧，林亲铁，等．造纸废水深度处理技术的应用研究进展［J］．中国造纸，2011，30(21):183．

［3］ 王承亮，冯文英，苏振华．制浆造纸废水深度处理技术［J］．江苏造纸，2010(3):43．

［4］ 张金玲，于军亭，张 帅．Fenton法深度处理造纸废水［J］．黑龙江造纸，2011(1):33．

［5］ Martins R C，Rossi A F，Quinta-Ferreira R M．Fenton’s oxidation process for phenolic wastewater remediation and biodegradability enhancement［J］．Journal of Hazardous Materials，2010，180:716．

［6］ 罗九鹏，韩 菲，姜 琦，等．Fenton-絮凝法预处理化工综合废水的研究［J］．工业用水与废水，2011，42(5):15．

［7］ 解 林，刘伟京，涂 勇．PAC+PAM深度处理废纸造纸废水的影响因素研究［J］．湖北造纸，2010(4):23．

［8］ 周 丹，呼世斌，张 涛．Fenton-混凝法处理造纸废水的试验研究［J］．环境科学与技术，2004，27(S1):7．

［9］ 刘剑玉，汪晓军，陈 彦．臭氧预氧化—BAF深度处理造纸废水［J］．中国造纸，2009，28(9):36．

［10］ 吴 迪，张 璇，孙星凡．O3/UV+BAC深度处理废纸制浆造纸废水［J］．工业水处理，2009，29(1):39．