HCR-气浮-SBR工艺处理制浆造纸废水

简介： 制浆废水先经HCR 工艺处理，造纸废水先经气浮处理，然后，2 种废水混合一起进入SBR反应器进一步进行生化处理，最终出水实现达标排放。采取有效措施控制了生化处理系统中的污泥膨胀现象。
关键字：制浆造纸废水HCR 气浮SBR 污泥膨胀

　　广州造纸股份有限公司位于珠江河畔，是中国最大的新闻纸制浆造纸企业之一，产量达30 万t/a。过去企业的制浆废水和造纸废水是分开处理的。处理制浆废水的高效紧凑生化反应器（High Efficiency Compact Reactor，简称HCR）于1998 年建成并投产；处理造纸废水的气浮系统于2001 年建成并投产；2 系统的处理效果都比较理想。随着公司生产工艺的逐步优化，生产能力不断提高，生产用水量不断减少，使废水的污染物浓度升高。为了提高排水质量，确保废水稳定达标排放，而且为进一步提高生产能力作准备，处理HCR 系统和气浮系统出水的SBR系统于2004 年10月建成并投产，处理后的出水水质达到广东省排放标准。

　　1 废水水质水量及工艺流程

　　制浆车间排放的废水包括酸性亚硫酸盐制浆废水、化学预处理热磨机械浆（CTMP）废水以及废纸脱墨浆（DIP）废水，主要含有木质素、纤维素、醇类等复杂的有机污染物，排水量为0.7~0.8 万m3/d。造纸车间排放的废水量为3.3~3.5 万m3/d，主要含有悬浮物、表面活性剂等污染物，2 种废水的水质见表1。

　　表1 造纸厂废水水质mg/L（除pH值）

废水种类	pH值	COD	BOD₅	SS
制浆废水	5~9	2000~3000	1000~1500	1500~3500
造纸废水	5~8	1000~3000	600~900	1000~2000

　　上述制浆、造纸废水经过HCR 和气浮系统处理后，各项污染物浓度已有不同程度的下降。为了响应广州市政府大力推进“蓝天碧水”工程的号召，在市环保部门的大力支持下，企业于2004年投入大量资金建成了SBR废水处理系统，集中处理上述已经过预处理的废水。SBR系统的设计处理量为6 万m3/d，设计工艺流程见图1。进、出水水质见表2。

　　图1 废水处理工艺流程

　　表2 SBR 设计进、出水水质mg/L（除pH 值）

项目	pH值	COD	BOD5	SS
进水	5~9	650~1000	300~500	100~200
出水	6~9	≤200	≤30	≤60

　　2 主要处理构筑物及设备

　　2.1 HCR反应器

　　共有2 座有效容积为300 m³的HCR 反应器，并联运行，最大处理量为600 m3/h。采用射流曝气方式。其特点是占地面积小、处理效率高、处理效果稳定。污水停留时间为1~2.5 h。

　　2.2 气浮系统

　　选用了超效浅层气浮设备，属于改进的加压溶气气浮。每个气浮池设计处理能力为500 m3/h，回流比50％，气水比为1:50。气浮池规格为：6个φ12 m×1m。浮渣通过池面的刮渣装置排入污泥池。气浮采用的絮凝剂是聚合硅酸铝，助凝剂是非离子型聚丙烯酰胺。

　　2.3 SBR池

　　共有5 个SBR 池，交替运行。每池有效容积为14 000 m3，设计COD 污泥负荷为0.28 kg/d。采用射流曝气方式，每池设有2套射流曝气装置和1台多级离心式鼓风机。设计运行周期为360 min，其中进水72 min（60 min 后开始曝气进水），反应168 min，混合5 min，沉降55 min，滗水60 min。采用机械式滗水器排水，每池有3个滗水器，最大滗水量为3 000 m3/h。5 个池的周期运行分别错开1/5周期（即72 min），任何时间总有1 个池在进水。表3 是某一时间5 池周期运行情况的示例。

　　表3 SBR 池周期运行情况示例

SBR池	1#	2#	3#	4#	5#
周期运行时间/min	1	73	145	217	289
运行阶段	进水	反应	反应	反应	沉降

　　3.1 HCR系统运行情况及处理效果

　　HCR工艺是通过高效传质效果（包括氧的快速强制溶解以及充分混合），利用处于对数生长期的微生物来实现短时间内快速降解有机物的。该系统的COD污泥负荷为5~8 kg/d，污泥浓度为5 000~8 000 mg/L，污泥回流比为50％~100％。其处理效果见图2。从图2 可看出，HCR 系统对COD 和BOD5的去除率分别为68％和96％，而且去除效果稳定。应该将反应塔内温度控制在38℃以下（尤其在夏季），否则容易发生污泥膨胀，SVI30（污泥沉降指数）最高会升至600，污泥沉降性变差。通过适当调整回流比和剩余污泥排放量来延长污泥在二沉池的沉降时间，或者投加石灰、氯化铁等助凝剂，能控制污泥膨胀现象不再恶化，同时对处理效果影响不大。

　　图2 2004年HCR 系统对COD 和BOD5的去除效果

　　3.2 气浮系统运行效果

　　气浮系统的处理效果见图3，对SS去除效果好而且稳定，去除率保持在90％以上，出水SS≤150 mg/L。

　　图3 2004年气浮系统进、出水SS 变化情况

　　3.3 SBR系统调试及运行情况

　　SBR 处理系统于2004 年10 月完成施工，随即进入调试阶段。先从1#池开始驯化污泥，取HCR 系统的剩余污泥作为接种污泥，用量约5 000 m3，分3 d加完。在开始投加菌种的同时，往池中加生产废水至液位为4.5 m，然后按COD:N:P=250:5:1 的比例加入尿素和磷酸，接着以曝气3 h，沉降2 h的周期连续运行。在这期间每24 h进水1次，每次约600 m3，不滗水。如此运行直到液位超过5.5 m，就按设计周期连续运行，自动进、排水。在调试运行过程中连续监测DO，定期取样检测MLSS、SVI30以及进、出水的pH 值、COD、BOD5等指标，用显微镜观测污泥的生物相。运行半个月后MLSS 升至正常运行指标，COD去除率提高至70％左右，图4 显示了污泥驯化过程中MLSS 与COD 去除率的变化情况。镜检可以发现大量钟虫、纤毛虫、轮虫等指示性生物，此时活性污泥已成熟，可引入其它SBR 池作为接种污泥，整个系统即可进入正常运行阶段。

　　在系统正常运行一段时间后，污泥沉降性变差，SVI30升至200~300，镜检发现丝状菌过量繁殖，已结成网状。究其原因是污泥负荷过低引起的。因为系统处于低负荷状态运行（COD 污泥负荷平均只有0.15 kg/d），丝状菌在低底物浓度下具有较高的增殖速率而占了优势。针对起因，采取了一系列控制措施：

　　增加剩余污泥排放量，以降低MLSS 来提高污泥负荷；同时缩短滗水时间以延长沉降时间，并且将半限制性曝气进水方式改为限制性曝气进水方式。1 个月后，污泥沉降性明显好转，SVI30 下降至100 以下，COD 污泥负荷已高于设计值，为0.30~0.35 kg/d，图5是COD 污泥负荷与SVI30的变化情况，镜检可以看到丝状菌大为减少，处于正常生长状态。

　　SBR 系统运行稳定，COD 去除率保持在70％左右，BOD5去除率在97％左右，2005 年1 月市环境监测中心站对该工程验收，出水各项指标均达到《广东省水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）中的一级标准要求（见表4）。

　　图4 污泥驯化过程中MLSS 与COD 去除率的变化情况图5 COD 污泥负荷与SVI30的变化情况

　　表4 SBR 进、出水水质

时间	pH		COD/mg·L-1		达标率/%	BOD5/mg·L-1		达标率/%	SS/mg·L-1		达标率/%
时间	进水	出水	进水	出水	达标率/%	进水	出水	达标率/%	进水	出水	达标率/%
2004.12.24*	6.94	6.94	805	149	—	339	59.6	—	41	18	—
2004.12.30*	6.95	7.27	854	125	—	384	52.1	—	94	19	—
2004.12.31*	6.93	7.24	505	164	—	227	66.9	—	35	19	—
2005.1	6.95	7.10	662.7	190.2	96.4	471.4	16.5	100	130.0	28.0	100
2005.2	6.83	6.87	589.5	185.7	98.7	349.4	8.1	100	165.0	19.5	99.5
2005.3	7.00	7.13	798.8	193.3	98.2	490.1	21.9	100	181.5	29.0	100
2005.4	7.15	7.43	683.5	176.6	97.6	306.7	10.7	100	144.5	10.0	100
2005.5	6.91	6.96	701.4	180.5	98.1	387.3	12.7	100	168.0	15.5	99.2
DB44/26-2001一级		6~9		250			70			100

　　注：表中带“*”数据由广州市环境监测中心站提供；其它数据由广州造纸股份有限公司提供，2005 年数据除达标率外均为月平均值。

　　4 结论

　　1）使用“HCR /气浮/ SBR”工艺处理制浆造纸废水，处理效果稳定，出水水质达到排放标准。

　　2）HCR 系统的处理效果稳定，但当温度超过38℃就容易发生污泥膨胀，采取相应措施可以得到控制。

　　3）SBR 工艺对COD 去除率在70％左右，BOD5去除率在97％左右，具有启动快、运行稳定等优点。在较高负荷下运行能有效抑制丝状菌生长。

　　5 参考文献

　　[1] 沈耀良，王宝贞. 废水生物处理新技术理论与应用. 北京：中国环境科学出版社，1999

　　鸣谢：本文在完成过程中得到高级工程师冯铭杰、工程师蔡卫的指导，在此深表感谢！

　　Treatment of Pulp＆Paper Wastewater with the Process of HCR/Floatation/SBR

　　Zhang Yajing

　　Abstract：The pulp wastewater was treated with the process of HCR，and the paper wastewater was treated with the process of floatation. After pretreatment，the wastewater was mixed and further bio-chemically treated in the SBR reactor. The effluence was found to meet the wastewater discharge criterion. A few measures were used in the system to control sludge bulking during bio-chemical treatment.

　　Key words： pulp＆paper wastewater HCR air floatation SBR sludge bulking