制浆造纸废水处理工艺改造设计与运行效果分析

高 翔

（宣城市郎溪县生态环境分局， 安徽 宣城 242000）

引言

制浆造纸工业作为重要的基础产业之一，该行业也是一大耗水和排污行业，其生产过程中产生的废水量巨大，且含有多种复杂有机物、悬浮物以及色度等，若未经妥善处理会对水环境造成非常严重的污染，严重危害生态安全，影响人类健康。随着国家对环境保护要求的不断提高，制浆造纸废水处理的重要性愈发凸显，这要求行业内企业必须采取更为高效的废水处理技术，保证企业废水排放高于标准要求。因此针对现有处理工艺进行改造升级，不仅是提升企业环保水平的必然选择，同时也是推动行业可持续发展的关键举措。通过科学合理的工艺改造和运行效果分析，可以提高废水处理效果，减少对环境的影响，推动制浆造纸行业向清洁化和可持续发展方向迈进。

1 制浆造纸废水处理工艺

1.1 制浆造纸废水处理工艺

针对某制浆造纸公司的废水处理厂，其一期和二期工程的工艺流程已形成一套较为完整的废水处理体系，其中废水处理工艺流程如图1 所示。然而随着环保标准的提高和生产需求的变化，该处理工艺面临着升级改造的需求。

图1 废水处理工艺流程

在项目的初期阶段，废水处理系统首先将污水引入初沉池，通过固液分离过程，有效地移除了大部分的悬浮固体。随后经过初步处理的污水被导入移动床生物膜反应器（MBBR）。该技术是一种创新的生物处理法，它融合了传统的活性污泥法和生物膜法的核心技术优势，显著提高了生化处理的效能。在MBBR 中微生物群落附着在载体颗粒上形成生物膜。

经过MBBR 处理后水流继续前进，进入二级沉淀池和三级沉淀池。在这些沉淀池中，通过重力作用，进一步去除剩余的悬浮物，确保了出水的透明度和水质的稳定性。最终经过上述多级处理的水体，通过专用的出水管道系统进行排放。整个流程严格遵循环保标准，确保了出水质量符合或超过相关法规要求［1］。

在二期工程中，为了提高处理效果，增加了预酸化池环节，以改善废水的生化性。接着，水流入A/O（厌氧/好氧）系统，该系统能够更有效地去除有机物并实现脱氮。随后的处理步骤类似于一期工程，包括二沉池和三沉池的沉淀处理以及Fenton 氧化系统的高级氧化过程，后者对于难降解有机物的去除尤为关键。

鉴于现有废水处理工艺在脱氮和COD 去除能力方面存在不足，本次改造设计旨在优化一期项目，调整设计处理流量至10 000 m3/d。改造方案考虑引入改进的生化处理组合工艺，如缺氧-好氧（A/O）系统，以提高脱氮效率并降低能源消耗。同时，为保证排放水质稳定达标，深度处理环节也将进行相应的改造，可能包括增加先进的氧化过程或强化物理化学处理方法。

1.2 生化处理工艺改造

通过实际案例的深入分析，本次改造采取一套技术成熟、稳定运行与强抗冲击能力的厌氧反应器与A/O 组合工艺，其中改造后流程如图2 所示。本文核心改造包括新建高温预酸化厌氧反应器，该反应器能够高效地将有机污染物转化为沼气，实现COD 的大幅度降低。此过程中，原有MBBR 池被重新设计，去除曝气链后转变为缺氧池，以强化反硝化作用，并配合改造后的二沉池实现污泥回流。

图2 改造后流程

同时原有的曝气池经过调整，前1/3 段移除部分曝气链并增设曝气机。此外，通过控制内循环比率，使得曝气池末端的硝态氮得以回流至前端进行脱氮。保留的曝气链则维持了微生物的硝化作用，保证氨氮的有效转化。在实施最优化条件下的硝化反应中，充足的氧气供给是关键，以保证高效的氨氮转化和防止溶解氧浓度低于2.0 mg/L。系统改造升级完成后建议采取2 ∶3 的水力停留时间比。

在制浆造纸废水处理工艺改造设计与运行效果分析中，对于厌氧反应器的选择尤为关键。经过综合比较不同类型厌氧反应器的性能特点及针对本项目的具体需求，ICX 厌氧反应器被选为合适的设备，其优点体现在多个方面［2］。

（1）ICX 厌氧反应器的容积负荷计算较高，这意味着它可以有效处理高浓度的有机废水。

（2）该反应器设计之上升流速迅捷，能够促使床层实现充分的扩涨，从而显著提升接触传质过程的效率。通过确保微生物与废水中的污染物得到充足的接触时间，本设备能显著提高对污染物质的去除效率，保障了污水处理的高效性与可靠性。

（3）在设计上，ICX 厌氧反应器避免了常见的反应器内死角和短流现象，减少了死区，从而使得整个反应器的利用效率得到提升，同时占地面积较小，符合现代工厂对空间优化的需求。

（4）该反应器采用了内循环系统，这种设计可以有效地减少回水钙化和堵塞问题，这对于保持反应器长期稳定运行至关重要，降低了维护成本和停机时间。

（5）ICX 厌氧反应器适用于处理高浓度有机废水，并且能够提供较高的有机污染物去除率，这对于满足日益严格的环保排放标准非常有利。

2 制浆造纸废水深度处理工艺

2.1 工艺流程分析

针对制浆造纸废水深度处理工艺流程如图3 所示，首先经过A0 预处理工序的废水，通过物理化学絮凝方法，有效去除了水体中的高分子量物质以及易于生化降解的有机成分。随后，引入了先进的高级氧化技术，该技术对于纤维素、半纤维素和木质素等顽固有机物具有显著的氧化能力。这一技术的引入，极大提升了废水氧化处理效果，特别在针对生化性较差、溶解度低的胶体等难处理物质时，表现出了卓越的效率。

图3 深度处理工艺流程

本文采用了芬顿系统的氧化处理，废水中的Fe2+被氧化为Fe3+，然而，由于出水pH 值较低且含有大量的Fe3+，这并不符合国家的排放标准。为此，我们增设了一套芬顿系统，并对原有系统进行了三级处理单元的优化，通过混凝沉淀过程，进一步净化了废水［3］。

2.2 芬顿氧化处理

在制浆造纸废水处理工艺的改造设计与运行效果分析中，芬顿氧化处理作为一种高级化学氧化过程，扮演着至关重要的角色。本技术采纳了由铁离子（Fe2+）与过氧化氢（H2O2）构成的芬顿试剂，通过该试剂的特定反应，能够生成具有强大氧化能力的羟基自由基（·OH）。这些羟基自由基在有机污染物的矿化过程中发挥着关键作用，使得在废水中存在的难以降解的有机物得以有效降解。在实施芬顿氧化处理的过程中，必须综合考虑多项影响因素，确保调整和确定出最佳的操作参数，从而优化处理效果，确保废水处理的高效性与可靠性。通过某造纸公司的实例分析，采用正交实验设计方法，成功消除了各独立因素对实验结果的影响，得到了最优的环境反应条件。实验发现，在反应温度为30℃时，废水的处理效果保持稳定，且与二沉池出水温度相符合，因此选择30℃作为标准反应温度［4］。

双氧水的投加量是影响芬顿氧化经济性和效率的关键因素。实验表明（结果如图4 所示），COD去除率随H2O2 投加量的增加而提高，至一定量后趋于稳定，然后随着过量投加出现下降趋势；但过量的H202 会导致Fe2+沉淀不完全，反而降低处理效果。pH 过低会抑制·OH 的生成，而pH 过高则导致三价铁离子形成沉淀，均不利于反应进行。

图4 双氧水投加量试验结果

随着反应时间的延长，COD 去除率首先上升，随后开始缓慢降低。这反映了芬顿反应需要一定的时间来完成有机物的充分氧化，但过长的时间并不会带来额外的处理效益。通过精确控制芬顿氧化处理的反应条件，包括温度、pH 值、H202 和FeSO4·7H20 的投加量以及反应时间，可以达到最优的废水处理效果。

3 废水处理工艺改造后运行效果

在2022 年2 月，某制浆造纸厂的废水深度处理工程投入试运行，并于6 月1 日起开始正式记录监测数据。此六个月的监测涵盖了各个进出水单元的COD、SS（悬浮固体）、总氮、氨氮等关键指标，以评估改造后工艺的运行效果。经过监测与分析，得出了关于厌氧处理系统的化学需氧量（COD）去除效率的确凿数据。在持续运行的过程中，该系统能够稳定地将COD 去除率维持在大约80%的水平。

为了进一步优化处理效果，本文采取了芬顿氧化和混凝沉淀的双重工艺。该策略的实施，使得COD 的去除率在原有基础上得到了显著提升，超过60%的额外去除效率得以实现。这种综合应用多种技术的方法，不仅增强了处理过程的深度，也为最终的出水质量提供了有力保障。

最终的出水COD 含量成功降低至65 mg/L 以下，整体的COD 去除效率已经超过了98%。这样的处理水平，不仅远远超出了制浆造纸行业废水排放的一般标准，更是轻松达到了最新制定的标准要求［5］。

表1 部分监测结果

3 月份对一期厌氧塔进行测试调试时发现，进水COD 总量未能达到设计标准的55 T/d，最高仅为49 T/d。在接近VFA（挥发性脂肪酸）危险值的情况下，通过逐步增加营养盐投加量，并观察处理效率的变化，最终实现了出水氨氮和磷酸根分别达到40 mg/L 和6 ～ 8 mg/L 的目标。这一调整显著提高了厌氧系统的处理能力，使得从5 月14 日起，进水COD 总量稳步提升至50 T/d 以上，同时出水VFA 数值保持在4meq/L 以内，表明系统仍有进一步提升负荷的空间。沼气产量也保持稳定且有增长趋势，显示改造后的工艺运行良好，具备了实现设计目标的能力。

结论

经过对某制浆造纸厂废水处理工艺的改造设计和运行效果的分析，首先废水处理工艺改造方案的设计采用了厌氧+A/O+芬顿氧化+混凝沉淀的组合工艺。通过对废水处理系统存在问题的分析，确定了该组合工艺的可行性，并进行了试验性研究。在实际运行中，厌氧系统的去除率稳定在80%左右，芬顿氧化和混凝沉淀的去除率稳定在60%以上，完全符合最新的制浆造纸废水排放标准。