一种基于毒性削减的造纸废水深度处理与安全生态利用集成技术

摘要

本发明公开了一种基于毒性削减的造纸废水深度处理与安全生态利用集成技术，其技术步骤为：(1)内循环厌氧反应器处理；(2)芬顿流化床处理；(3)人工湿地净化处理：造纸尾水流经表面流人工湿地进行处理后进入下一级垂直流人工湿地，然后再进入水生植物塘进行净化，最后作为景观再生水回用至受纳水体。本发明根据内循环厌氧反应器、芬顿流化床以及人工湿地的不同技术优势及特点进行科学组合与设计，形成一套可有效削减毒性的造纸废水深度处理与安全生态利用技术集成方法。该方法解决了常规或单项水处理工艺技术难以实现造纸废水达标排放与安全生态利用的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体是一种集成内循环厌氧(IC)反应器、芬顿流化床及人工湿地等工艺的组合技术，不仅可有效削减造纸废水中COD、氨氮等常规污染物指标，又能显著降低尾水生物毒性效应，实现排水的安全生态利用。

背景技术

近年来，我国造纸工业迅猛发展。统计数据显示，2013年我国纸及纸板生产量已达10110万吨。然而，造纸行业造成我国水环境污染问题日益突出。2013年调查统计41个工业行业中，造纸和纸制品业的化学需氧量(COD)排放量位居首位，达53.3万吨，占41个工业行业总量的34％。然而，造纸产业对全国工业总产值的贡献率仅占2％。据统计，我国每生产1吨纸产品，将产生20～40吨高浓度造纸废水。水资源短缺和环境污染等问题是我国造纸行业目前面临的首要难题，限制着我国造纸行业可持续发展。2008年10月我国实施《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)，明确要求造纸企业要达到一定生产规模，废水回用率达到80％以上，排放废水COD≤80mg/L，BOD5≤20mg/L、SS≤30mg/L，同时提出对有毒污染物-可吸附有机卤素(AOX)、二噁英的排放限值。由于废水处理难度大、投入资金高、废水处理设施长期稳定运行困难、管理及运行费用较高等原因，造纸废水深度处理与再生回用成为造纸行业内一致认为的头等难题。

造纸工业废水排水量大、色度高、悬浮物含量大、有机物浓度高、组分复杂、难处理。有研究表明，制浆造纸过程中每生产1吨纸浆，废水中将排放的2.8-7kg有机卤素特质(AOX)，如二氯代酚、三氯代酚、四氯代酚和五氯代酚等。它们主要是木素的降解物和少量木素抽提物以及多糖分子的降解产物。此外，在纸浆氯化漂白过程中，有二苯并二噁英(DBD)、二苯并呋喃(DBF)等多种二噁英类毒性物质产生。有机卤素(AOX)和二噁英类物质是一类广泛存在于环境中的持久性有毒化学污染物(Persistent Toxic Substances，PTS)，具有急遗传毒性、致癌、致突变等毒性效应。造纸工业废水的排放不仅对环境危害大，更加影响动物和人类的健康，已经引起国际环境保护组织、各国政府和民众的高度关注。因此，研发一种可有效削减生物毒性效应的造纸废水深度处理与安全再生利用集成技术具有很好的应用推广前景，也将取得很好的社会效益和环境效益。

发明内容

本发明解决的技术问题是以COD达标与毒性削减为目标，建立一种造纸废水深度处理与安全生态利用集成技术。解决了造纸废水有机物浓度高，组分复杂，且具有一定生物毒性效应，常规或单项水处理工艺技术难以实现造纸废水达标排放与安全生态利用的问题。

针对常规或单项技术处理造纸废水COD等水质指标难达标，并且尾水排放对受纳水体造成一定生物毒性效应的现状，通过集成内循环厌氧(IC)反应器、芬顿流化床及人工湿地等工艺，本发明提供一种基于毒性削减的造纸废水深度处理与安全生态利用集成技术方法。该技术方法中，通过内循环厌氧(IC)反应器降解造纸废水中高浓度有机物，显著降低COD和生物急性毒性；通过芬顿流化床对废水中难降解有机物进一步氧化分解，有效提高废水深度处理水平，造纸尾水的COD指标可达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918---2002)》一级排放标准，基本消除尾水对鱼类的急性毒性；利用人工湿地的生态净化作用，进一步削减去除造纸尾水中的污染物和微量毒害物质，湿地出水的COD、氨氮等主要指标可达到国家《城市污水再生利用-景观环境用水水质(GBT18921-2002)》或是国家《地表水环境质量标准GB3838-2002》的IV类水质标准，出水的遗传毒性、类二噁英毒性、内分泌干扰毒性等多种慢性毒性得到显著削减，最后实现排水的安全生态利用。

本发明的技术方案是：一种基于毒性削减的造纸废水深度处理与安全生态利用集成技术，包括以下步骤：

(1)内循环厌氧(IC)反应器处理：所述的内循环厌氧(IC)反应器的COD负荷为10-15g/L，温度为15-35℃，pH为5.0-8.0，反应器的COD容积负荷要求达到10-15.0kg/m³·d，水力停留时间达到4-24h；

(2)芬顿流化床处理：所述的芬顿流化床主要由调节池、提升泵和主体反应塔组成；其中，所述的主体反应塔内填充有填料，所述填料为树脂、活性炭、建筑砂、石英砂、沸石、陶粒、皂石碎屑中的一种或一种以上，填料颗粒平均粒径0.2-4.0mm，填料体积为主体反应塔体积的20％-50％；主体反应塔pH值控制在3.0-4.0，水流停留时间为10-60min；

(3)人工湿地净化处理：所述的人工湿地由表面流人工湿地和垂直流人工湿地组成的复合人工湿地系统；造纸尾水流经表面流人工湿地进行处理后进入下一级垂直流人工湿地，然后再进入水生植物塘进行净化，最后作为景观再生水回用至受纳水体；所述的表面流人工湿地主要由填料层以及填料层上种植的沉水植物、浮叶植物与挺水植物构成，所述的填料层厚度为0.2-0.5m，填料为粒径达10-80mm的砾石，填料孔隙率为20％-40％；所述的沉水植物为菹草、苦草、狐尾藻及金鱼藻的一种或多种，所述的浮叶植物为睡莲、萍蓬草、芡实、眼子菜、荇菜、菱、金银莲花及荷花中的一种或多种，挺水植物为芦苇、水生鸢尾、菖蒲、再力花、梭鱼草、美人蕉中的一种或多种，种植密度均为5-15株/m²；所述的垂直流人工湿地基质层厚度为0.6-1.0m，从下至上共分3层，第一层为砾石层，高度0.2-0.4m，粒径5-20mm；第二层为陶粒层，高度0.2-0.4m，粒径10-25mm；第三层为鹅卵石层，高度0.2-0.4m，粒径20-40mm，所述的垂直流人工湿地基质表层种植芦苇、美人蕉、水葱或鸢尾的一种或多种，种植密度为5-15株/m²。

进一步地，在上述方案中，所述步骤(1)内循环厌氧(IC)反应器处理的进水需经过水解酸化预处理。

进一步地，在上述方案中，所述步骤(2)芬顿流化床处理中，控制主体反应塔内的上升流速为30-150m/h，保证导流板顶部低于填料悬浮层顶部。

进一步地，在上述方案中，所述步骤(3)人工湿地净化处理中，垂直流人工湿地系统采用多点进水方式，并配有导流冲淤管道系统。

进一步地，在上述方案中，所述多点进水方式具体是：造纸尾水通过呈网状均布在所述垂直流人工湿地基质表层的水管管路将造纸尾水多点均匀导入垂直流人工湿地，平均1-5m²设一个进水点。

进一步地，在上述方案中，所述导流冲淤管道系统为自压式；所述导流冲淤管带有溢流渗流小孔，所述溢流渗流小孔的直径为1-3mm，孔间距为600-1000mm，由冲淤阀控制，与垂直流人工湿地水流方向一致且与布水管相连。

本发明的有益效果是：针对造纸废水有机物浓度高，组分复杂，具有一定生物毒性等水质特征，本发明根据内循环厌氧(IC)反应器、芬顿流化床以及人工湿地的不同技术优势及特点进行科学组合与设计，形成一套可有效削减毒性的造纸废水深度处理与安全生态利用技术集成方法。该方法解决了常规或单项水处理工艺技术难以实现造纸废水达标排放与安全生态利用的问题，为解决造纸废水污染治理工程提供科学有效的技术组合。

具体实施方式

实施例1：某再生纸生产企业废水处理

用本发明方法对某再生纸生产企业的造纸废水进行处理，经过处理后，COD与氨氮指标能达到地表水III-IV类标准，发光菌与斑马鱼的急性毒性基本消除，遗传毒性大幅削减(水质数据见表1)。

表1-某再生纸生产企业废水处理的水质数据

实施例2：某草浆造纸企业的废水处理

用本发明方法对某草浆造纸企业的造纸废水进行处理，经过处理后，COD与氨氮指标能达到地表水III-IV类标准，发光菌与斑马鱼的急性毒性基本消除，遗传毒性大幅削减(水质数据见表2)。

表2-某草浆造纸企业废水处理的水质数据

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。