厌氧－好氧处理实现废纸造纸废水零排放处理工艺

摘要

本发明公开了一种厌氧－好氧处理实现废纸造纸废水零排放处理工艺，将纸板生产线产生的废水D即循环水，经圆网过滤回收废水中的纤维，作为造纸原料送纸板生产线，回收纤维后的废水顺序进入一沉池和1#集水池，其余水送入厌氧反应器，通过微生物去除有机污染物并产生生物软化作用，采用低成本的生物技术，使废水的软化过程与废水中的有机物去除同时实现，克服废水封闭循环存在的技术障碍，大大降低废水处理成本，建立高效率、低能耗、低污泥和低成本的废水处理系统，真正实现废纸造纸废水的零排放和显著节水。

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程，水污染控制与节水技术领域，特别涉及实现造纸工业废水的回用与零排放的处理工艺。

背景技术

造纸工业废水治理工艺一直是国内外水污染控制领域重点研究解决的技术。国内外很早已经提出了在造纸车间白水封闭循环的概念，一些欧洲的造纸厂也曾经在废纸为原料的工厂的作了零排放的尝试。零排放意味着水资源的节约和水污染的完全控制，也意味着物料和能源的回收，是体现循环经济和清洁生产思想的重要技术。但是，造纸过程废水的循环使用必然导致有害物质的积累。在通常生产系统中，对于一定的生产量，废水的浓度与其排水量成反比，排水越少，浓度越大。而对于完全没有废水排放的零排放系统，污染物必然积累到极高的水平，如果没有合理的循环水处理消除这种积累，并达到造纸过程对水质量的要求，零排放是不可能实现的。

与此同时，废水的厌氧处理技术以其运行成本低、节约能源、剩余污泥量少、污泥处置容易等优点，在废水处理中正发挥着越来越大的作用。目前厌氧处理技术在国外造纸工业中主要应用的领域包括废纸制浆造纸废水、机械浆和化学机械浆(TMP、CTMP和APMP)废水、半化学浆(NSSC)废水以及碱法黑液蒸发冷凝液。但是，我国造纸行业废水处理却极少应用厌氧技术，厌氧技术在我国造纸工业废水污染控制领域里存在较大差距和很大的发展空间。

废纸造纸过程水的循环使用一般容易产生以下问题：

(1)微生物生长问题

形成粘液和丝状生长的微生物因能够附着在器壁而易于生长，成团的带粘液的微生物与纤维一起形成所谓的腐浆，造成纸面的空洞、透明点等纸病，甚至引起抄造断头。

微生物的大量生长主要由于封闭循环后溶解性有机物质大量积累(例如大量的挥发性脂肪酸)，同时水温上升，为微生物生长创造了条件。

(2)胶粘物

胶粘物是指工艺过程中形成的具有胶粘性的憎水和部分憎水的物质，或者来自废纸原料中的印刷油墨、胶粘剂、涂布组分和各类添加剂。胶粘物可以存在于水中，也可沉积于毛布、铜网以及其它设备表面，危害造纸过程。

(3)阴离子

阴离子垃圾是溶解的或胶体的对造纸过程有害的阴离子，它们会导致造纸湿部添加剂用量增加或车速降低。

阴离子主要来自造纸过程的添加剂，例如变性淀粉、羧甲基纤维素、以及纸张的涂布组分。

(4)盐的积累和腐蚀问题

废水中的CaCO₃和大量的挥发性脂肪酸(VFA)缓慢反应，生成CO₂，引起气泡和泡沫，影响纸机操作，产生纸病和断头。Ca²⁺还会和VFA、树脂酸、SO₄^2-在纸机的表面特别是网部形成树脂酸钙和石膏垢层，造成糊网等类似树脂障碍的操作故障。

盐的积累还会引起化学和电化学腐蚀。SO₄^2-在腐蚀中扮演重要角色，腐蚀也由高浓度VFA引起，细菌的生长同样引起腐蚀问题。温度的上升增加了腐蚀速度。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过厌氧-好氧处理废纸造纸废水，能够实现造纸废水的回用和完全的无废水排放，即零排放，并能够降低纸张生产成本和废水处理成本，节约能源、水资源和原材料。

本发明的技术方案是这样实现的：

首先，将纸板生产线产生的废水D即循环水，经园网过滤回收废水中的纤维，作为造纸原料送纸板生产线，园网网目为60目，回收纤维后的废水顺序进入一沉池和1^#集水池，水的流率控制为每吨纸30-60立方米，1^#集水池中40-70％水可作为回用水A供纸板生产线，其余水送入厌氧反应器，在以下控制条件下，通过微生物去除有机污染物并产生生物软化作用；负荷8-12kgCOD/m³.d的条件下，厌氧反应器(4)的运行条件控制为pH是6.8-7.2、污泥浓度25-30gVSS/L、泥龄150-200日、出水挥发性脂肪酸小于3mmol/l；

其次，将厌氧反应器的出水送入好氧池进行好氧生物处理，好氧池的容积负荷为1-2kgCOD/m³.d，好氧处理的条件为：pH为7.5-8.0、水力停留时间10-16小时、氧含量1-4mg/L，在好氧池内，采用供气式低压射流曝气器，好氧处理后的水流入二沉池，二沉池进行泥水分离，表面负荷为1.0-1.2m3/m2.h，下部污泥送回厌氧反应器，送回厌氧反应器的污泥量为造纸产量的千分之一，上部清水是已经除去有机物并已经软化的循环水，化学需氧量COD＜100mg/l，生化需氧量BOD＜30mg/l，它们进入2^#集水池，其中50-60％作为回用水B回用于纸板生产线，其余部分经过快滤池，过滤速度7-8m3/m2.h，进入3^#集水池，作为回用水C，其悬浮物浓度小于30mg/l，送纸板生产线，厌氧反应器产生的污泥送厌氧污泥池，从而完成整个生产用水的闭路循环和废水零排放。

本发明的技术效果：

(1)本发明可以实现废纸造纸过程的完全的无废水排放，清水用量降低到大约2-3米³/吨纸。从而在防治污染、节约水资源方面具有明显的环境与经济效益。

(2)本发明采用的废水厌氧-好氧生物处理工艺具有运行成本低、节约能源、污泥处置容易等优势。

(3)通过厌氧和好氧反应器作用，废水系统中挥发性脂肪酸可以容易地在厌氧过程中除去，去除率高达99％。废水处理系统中，对化学需氧量COD、生化需氧量BOD、悬浮物SS和Ca、Mg离子等污染物有很好的去除效果。经过处理后，水的粘度下降，BOD和SS下降到很低，澄清度提高，循环水不再变质，腐浆问题不会发生，水的硬度控制在一定的范围，完全满足水回用的需要。本发明能有效地解决包括封闭循环和零排放后有机酸和盐积累引起的腐蚀、腐浆、产品臭味、操作条件恶化、二次胶粘物引起的树脂障碍、“阴离子垃圾”引起的湿部添加剂用量增加、钙积累引起的水硬度上升、设备结垢、纸机断头增加的问题。

(4)本发明通过厌氧和好氧工艺，在去除污染物的同时，完成循环水的生物软化。经过生物处理，厌氧反应器去除CaCO₃的速率达到0.15kg/m³.d，好氧反应器的软化效率达到0.21kg/m³.d，废水的CaCO₃硬度维持在4.5mmol/L以下。

(5)本发明处理工艺，每生产一吨纸仅产生1.2公斤剩余生物污泥，大大节约了污泥处理费用，一般可以不需要污泥浓缩的浓缩池，也不需要污泥脱水的机械脱水设备，因此也省略了配套的脱水机房、脱水剂的溶解计量和投放设备和压滤机的冲洗泵，成本明显降低。

附图说明

附图为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面对本发明的内容作进一步说明：

参照图1所示，将纸板生产线10产生的废水D即循环水，经园网过滤1回收废水中的纤维，作为造纸原料送纸板生产线10，园网网目为60目，回收纤维后的废水顺序进入一沉池2和1^#集水池3，水的流率控制为每吨纸30-60立方米，1^#集水池3中40-70％水可作为回用水A供纸板生产线10，其余水送入厌氧反应器4，在以下控制条件下，通过微生物去除有机污染物并产生生物软化作用，负荷8-12kgCOD/m³.d的条件下，厌氧反应器4的运行条件控制为：pH是6.8-7.2、污泥浓度25-30gVSS/L、泥龄150-200日、出水挥发性脂肪酸小于3mmol/l；

其次，将厌氧反应器4的出水送入好氧池5进行好氧生物处理，好氧池5的容积负荷为1-2kgCOD/m³.d，好氧处理的条件为：pH为7.5-8.0、水力停留时间10-16小时、氧含量1-4mg/L，在好氧池5内，采用供气式低压射流曝气器，好氧处理后的水流入二沉池6，二沉池6进行泥水分离，表面负荷为1.0-1.2m3/m2.h，下部污泥送回厌氧反应器4，送回厌氧反应器4的污泥量为造纸产量的千分之一，上部清水是已经除去有机物并已经软化的循环水，化学需氧量COD＜100mg/l，生化需氧量BOD＜30mg/l，它们进入2^#集水池7，其中50-60％作为回用水B回用于纸板生产线10，其余部分经过快滤池8，过滤速度7-8m3/m2.h，进入3^#集水池9，作为回用水C，其悬浮物浓度小于30mg/l，送纸板生产线10，厌氧反应器4产生的污泥送厌氧污泥池11，从而完成整个生产用水的闭路循环和废水零排放。

在废水零排放的同时，每吨纸的生产还要补充大约2-3吨清水，用以平衡纸张干燥的蒸发过程、废水处理的曝气以及纸张筛选等环节形成的水分损失。

在此工艺中循环水的回用根据用水质量要求，采用分段分级回用，在减少用水量的基础上，进入水处理系统的废水量减少、废水的浓度增加。采用低污泥的厌氧+好氧处理工艺，只产生少量污泥，甚至可以较长时间不排泥。厌氧反应器产生的厌氧污泥，正常条件下每年排放两到四次，因此污泥处置系统大为简化、成本大大降低。厌氧污泥可作为其它反应器的接种污泥，也可作为高级的有机肥。此外由于只有少量的剩余有机物进入好氧处理，好氧池产生的剩余污泥量也很少。在本工艺中，这些少量的好氧剩余污泥，还要进入厌氧反应器内进一步消化，最终每生产1吨纸得到的总的剩余污泥量只有1.5公斤(绝干)，而且其性质转变为稳定化的厌氧污泥。这样大大简化了运行和投资成本，也简化了操作。

循环水的处理又分为一、二、三级，以便满足不同质量要求的回用水质的要求，同时实现最低的水处理成本。一级处理即初级处理，主要实现固液分离，可以通过一沉池完成，回收纤维后的循环水部分回用，部分进入二级处理(即生物处理)。

二级处理是循环水处理的核心部分，它由厌氧-好氧生物反应器组成，其功用是去除大量有机污染物和实现水的生物软化。在这里，废水先后通过厌氧和好氧生物反应器，在微生物的作用下，绝大多数的污染物(包括引起腐浆和臭味的VFA、对造纸过程不利的阴离子垃圾和胶粘物)被分解为水、二氧化碳等无害物，例如挥发性脂肪酸(VFA)可以去除99％以上，生化需氧量(BOD)可以去除97％以上。厌氧处理产生大量的CO₂，水中CO₂的处于过饱和状态，从而与水中的Ca⁺²离子作用产生CaCO₃沉淀，水的硬度下降，因此解决了循环水的Ca⁺²离子积累问题。CaCO₃沉淀部分发生在厌氧后的好氧处理中，曝气作用使CO₂气提除去，pH的上升又使部分的CaCO₃沉淀发生。CaCO₃的去除量与原料中CaCO₃含量有关，生物处理系统处理后，一般循环水的浓度在4-5mmol CaCO₃/l。经过生物处理的循环水水质已满足绝大部分生产用水要求。

经过二级处理的循环水有一部分进入三级处理系统(即深层处理)，以便得到澄清度很高的出水，满足水质要求最高的生产用水要求，例如毛布洗涤、真空泵水封等的要求。