超效浅层离子气浮法在造纸废水深度处理中的应用

叶 苍

(福建南纸股份有限公司，福建南平，353000)

为了促进制浆造纸工业生产工艺和污染治理技术的进步，2008年8月1日国家制定了新的水污染物排放标准［1-2］。福建南纸股份有限公司 (以下简称南纸)对生产过程中产生的废水经二级标准处理后基本达标排放，但COD和色度却不能满足新的排放要求，于是南纸在原有的3万t/d的废水处理设施上增加了深度处理设施，该深度处理采用气浮絮凝法，利用浅层气浮，并加入化学絮凝剂以达到固液分离的目的，将二沉池出水的CODCr从原来的300 mg/L以上降至90 mg/L以下，满足了GB3544—2008 制浆造纸工业水污染物排放标准规定的排放要求，本文介绍了这一工艺的应用过程。

1 超效浅层气浮的基本原理

超效浅层气浮［3］运用“浅池理论”及“零速原理”进行设计，强制布水，进出水都是静态的，减少对混凝絮体的扰动。在絮凝剂和助凝剂的作用下，利用特制的溶气水将水中的悬浮物质和胶状物质浮至水面，达到固液分离的目的。同时形成絮体的吸附作用和溶气水中产生的微小气泡的氧化作用能够将带有颜色的大分子有机物吸附或氧化成CO2排出。

2 超效浅层气浮的工艺特点

超效浅层气浮设有自动水位调节装置，流量适应范围大，水体扰动小，出水悬浮物低，出渣含固率高。它的关键设备溶气水系统采用了双溶气系统，使气泡密度大大增加，吸附能力增强。数量庞大的微气泡同时生成能使胶体碰撞的平均动能增大，较大的微气泡表面积能吸附大量的短链有机物分子，这些难以用物化法去除的污染物随着气泡的上升而被分离去除，提高了净化力。

另外，超效浅层气浮所产生的较大的微气泡总表面积能够显著提高废水混合体系的总界面自由能，在一定程度下降低了胶体体系的稳定性，使絮凝剂投药量的临界值明显地降低。由于产生的气泡表面带有一定的正电荷，它能中和形成COD的胶体中的负电荷，使化学助凝剂的用量减少了50～100 mg/kg，因而具有投药量低，去除率稳定的特点。

该气浮装置由于利用零速原理［4］，因此容积效率很高，水力停留时间只有3～5 min，气浮过程中会有大量空气进入水中，从而提高了废水中的溶解氧，使浅层气浮产生的废水和污泥不会恶化和发臭，具有处理效果良好、运行成本低、操作方便等工艺特点。

3 工艺流程

二沉池出水进入集水池，用提升泵将废水泵入两台直径14 m、日处理量1.5万t的超效浅层气浮池，根据进水量及气浮池液位调整液位控制调节阀，尽量保持水量平稳。系统正常后，投加药剂进行气浮。在进水泵前先加入絮凝剂，通过水泵叶轮的搅拌，使絮凝剂与废水充分混合，再在气浮前混合管处加入助凝剂。药剂投加量根据气浮的运行情况进行调整，以气浮内形成良好的絮泥效果为佳。观察气浮的絮泥情况，如果发现不絮泥则调整投药量，如果发现絮泥较黏则降低投药量。

气浮池［5］中，在平均直径仅约5 μm并且带有一定正电荷的微小气泡托附作用下，各种悬浮物质、胶状物质、以及较大分子的有机物质被吸附和氧化，形成固形物。根据气浮理论，气泡吸附悬浮物的趋势越强，吸附力越大。这些固形物被挟带在气泡群的气泡间隙中被裹携至液面，聚凝的絮体及被微气泡吸附的污染物在浮力及零速度的作用下迅速进行固液分离。在浅层气浮池清水区被分离而上浮的浮渣污染物被特殊螺旋设计的撇泥勺捞走，自流至污泥桶，在重力的作用下自流至浮渣槽;被分离在下层的清水通过回转桶下面的清水抽提槽管自流至澄清水池，出水回用至车间，污泥槽内的污泥由泵送入污泥脱水系统脱水，澄清水达标排放。超效浅层气浮系统的工艺流程简图见图1。

图1 超效浅层气浮系统工艺流程简图

4 污泥处理

新增的三级处理工程对污泥处理单元的设计是基本不改变原有的污泥处理系统，主要是增加两台带式脱水机，进一步挤压污泥中的水分。深度处理的超效浅层气浮系统所产生的污泥浮渣，通过刮渣机等设备收集后，排至污泥浓缩池。通过污泥浓缩池的贮存、浓缩作用后，污泥进入带式压滤机脱水，最后外运填埋。其中二沉池的部分污泥回流至筛选池，补充曝气池前端的污泥量，也减少污泥的排放量。

5 运行效果

5.1 原废水处理系统的处理效果

南纸的原制浆废水处理场能力为3万t/d，主要是处理DIP、TMP、BKP和抄纸等制浆、抄纸4种废水。废水处理场有高浓系统 (厌氧)和低浓系统(好氧)，高浓系统进水主要包括TMP、DIP制浆废水，低浓系统进水主要是化浆、碱回收车间、浆板工段和延润公司等废水。

原3万t/d废水处理系统的原水进水水质见表1，经该系统处理后的出水水质数据见表2，各项指标均达到GB3544—2001 造纸工业水污染物排放标准规定的限值。

表1 原3万t/d废水处理系统原水进水水质

表2 原3万t/d废水处理系统处理后出水水质

5.2 超效浅层气浮的处理效果

在二沉池出水CODCr为300 mg/L左右的情况下，经过一段时间对废水处理设施的调试和试运行，同时对絮凝剂进行优化和选择，以确定最佳投加工艺。原生化出水排放集水池废水经超效浅层离子气浮处理后的出水清澈透明，几乎看不到颜色和浊物，CODCr排放浓度基本在90 mg/L以下，CODCr去除率介于70%～80%之间;pH值、色度、SS和BOD5等指标均满足排放要求。2009年6月，当地环保局对三级处理进行竣工环境保护验收达标监测，监测期间生产正常，环保设施运行正常。验收监测数据结果见表3。

表3 2009年废水验收监测报告

从表3可看出，新增三级处理设施后生产废水经高效浅层气浮处理后出水pH值为6.63～7.38;SS为43 mg/L;CODCr为 45.8 mg/L;BOD5为 6.81 mg/L;色度为4倍，各项指标均达到GB3544—2008 制浆造纸工业水污染物排放标准要求。

2011年7月以后，为满足新的排放标准，南纸针对二沉池出水反复进行絮凝气浮深度处理试验，在相同的处理水量和工艺参数下，投加不同絮凝剂和助滤剂对二沉池出水进行絮凝气浮试验。对絮凝气浮后的深度处理出水采样测定CODCr、SS和pH值，比较不同絮凝剂对二沉池出水絮凝效果的优劣，寻找更加高效的助凝剂投入使用。通过投加高效絮凝剂和助凝剂，经超效浅层离子气浮处理后的三级出水pH值、色度、CODCr、SS和 BOD5全部达到 GB3544—2008制浆造纸工业水污染物排放标准中“新建企业水污染物排放限值”。表4为2011年三四季度和2012年前三季度南平市环境监测站对废水处理场的监督性监测报告。

5.3 运行成本

超效浅层气浮主要运行费用是化学药品消耗，以下是调试期间满负荷生产时的处理费用估算:

(1)硫酸铝以1600元/t计，复合硫酸铝以800元/t计，AK-491聚丙烯酰胺以35000元/t计。气浮装机容量以80 kW计，电费以0.5元/kWh计。

(2)运行电费:0.06元/t废水。

(3)化学药品消耗:硫酸铝0.56元/t废水，复合硫酸铝0.48元/t废水。

表4 2011—2012年废水污染源监督性监测报告

(4)聚丙烯酰胺消耗:0.062元/t废水。

(5)人员工资:0.01元/t废水。

(6)维护费用:0.046元/t废水。

处理费用为:(2)+(3)+(4)+(5)+(6)。

使用复合硫酸铝费用为:0.06+0.48+0.062+0.01+0.046=0.658(元/t废水)。

使用硫酸铝费用 =0.06+0.56+0.062+0.01+0.046=0.738(元/t废水)。

根据实验结果分析，超效浅层离子气浮对生化后废水进行三级处理能达到排放目的，采用絮凝剂和助凝剂能进一步去除色度并降低排放水的CODCr，费用小于0.80元/t废水。

6 结论

福建南纸股份有限公司原3万t/d废水处理场新增超效浅层气浮深度处理设施，利用浅层气浮并加入化学絮凝剂，使二沉池出水的 CODCr从原来的300 mg/L以上降至90 mg/L以下，确保了废水处理后水质稳定达标排放。从长远规划，新增高效浅层气浮深度处理造纸废水既可提高废水的利用率，又可使处理水达标排放。

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