彭明江，周　筝

(成都工业学院，建筑与环境工程系，成都　611730)

氧化沟和超效微气浮工艺处理造纸废水的工程应用

彭明江*，周筝

(成都工业学院，建筑与环境工程系，成都611730)

摘要：造纸中段水是目前最主要的一类造纸废水，污染物浓度较高且水量大，对环境危害大。介绍卡鲁塞尔氧化沟和后置超效微气浮工程系统概况，通过考察该工程系统对造纸中段水主要污染物的去除效果和处理达标情况，分析氧化沟和后置超效微气浮组合工艺的工作原理和技术特点。工程应用表明：卡鲁塞尔氧化沟和后置超效微气浮工艺运行稳定、可靠，能够耐受冲击负荷，处理效果良好，适用于造纸中段水的处理。

关键词：卡鲁塞尔氧化沟和后置超效微气浮工艺；造纸中段水；工程应用

造纸工艺过程分为制浆、打浆和漂白、抄造3个主要工段，各阶段均消耗大量的水。我国目前广泛使用的硫酸盐制浆造纸中主要排出3种废水:1)蒸煮木浆(或草浆)所生成的废液，俗称黑液，浓度最高，危害最大；2)打浆和漂白所排出的污水，称为中段水，浓度比黑液低；3)抄造工段产生的废水，称为白水，主要含有纤维和填料，污染程度较轻。黑液通常采用蒸发燃烧碱回收技术处理，该技术已经成熟、可靠，污染物处理彻底，能有效回收碱，已成为目前黑液最主要的处理方式；白水一般经气浮或过滤处理后循环使用；而中段水由于回用途径有限，不能用碱回收技术处理，只能外排，是造纸废水中最主要的处理对象。

为达到GB3544—2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》中水污染物排放限值标准，要求制浆造纸企业必须采用更加有效、可靠的废水处理工艺治理造纸废水(主要是中段水)。

制浆造纸中段水含有烧碱和杂质，其中约60%～70%为有机物，CODCr质量浓度约为1 000～2 000 mg/L，BOD5质量浓度约为400～1 000 mg/L，主要为纤维素、木素和半纤维素，此外还有悬浮物。造纸中段水处理方法有絮凝沉淀法、吸附法、化学氧化法、过滤法等物化法[1-2]，也有好氧活性污泥法、好氧生物膜法、厌氧处理等生物处理方法[3]。上述单一方法很难达到处理效果，处理成本也比较高，因此将2种或多种废水处理方法结合起来，比单独使用某种方法更有优势[4]。

针对造纸中段废水的水质特点，四川某造纸企业采用卡鲁塞尔氧化沟和后置超效微气浮工艺处理造纸中段水。没有采用厌氧生化处理方法主要是为了避免中段水有机物浓度不够高、漂白氯化等因素导致厌氧处理效率低下的问题，采用氧化沟技术可发挥其抵抗冲击负荷能力强、适应性好、污染物处理彻底的优势。与部分造纸企业将气浮置于前端不同，该工艺将气浮后置于流程末端，主要是考虑到中段水中有价值的粗纤维可通过前端筛网回收，而回收价值不大的细小悬浮物等可去沉淀池、生化池处理，不必用前置的气浮池处理；而后置的超效微气浮融合了“零速原理”“浅池原理”，采用了新型溶气机理，具有很高的溶气、气浮效率，对悬浮物、色度去除率高，可以更好地保证出水达标排放。

1工程概况

该造纸企业卡鲁塞尔氧化沟和后置超效微气浮工程设计处理能力为750 m3/h。造纸废水处理工程系统见图1。

造纸中段水经排水管网收集后，由污水提升泵送至污水处理站，首先进入斜网浆回收间，回收粗纤维；再进入调节池，进行均质、均量调节；随后进入初沉池，污水在此进行沉淀，进行泥水分离，去除大部分悬浮物质和COD；然后进入卡鲁塞尔氧化沟，氧化沟采用立式表曝机曝气，利用好氧微生物将大部分有机污染物分解、吸收，氧化沟出水进入二沉池固液分离，二沉池出水再进入气浮池，经超效微气浮去除残余悬浮物。

图1　造纸废水处理系统

超效微气浮通过溶气管提高溶气效率，形成的微细气泡粒度很小，气泡数量大，气、水、絮凝剂混合动力学特征良好，利于絮体形成；采用零速原理提高气浮效果，具有浅层气浮特点，固液分离效果好，确保了污水达标排放。

二沉池沉淀的活性污泥泵送回卡鲁塞尔氧化沟，剩余活性污泥(含水率约98.5%)和初沉池污泥排入污泥浓缩池进行浓缩(到含水率约97.5%)，再进入脱水机房脱水成泥饼(含水率约70%)，最后外运卫生填埋。废水站各单元去除率分析见表1。

表1废水站各单元去除率%

处理单元去除率CODCrBOD5SS纤维回收251545初沉池151030氧化沟858530二沉池151565微气浮606580总去除率96.796.698.1

2工程运行效果

卡鲁塞尔氧化沟和超效微气浮工程系统经长时间运行，通过线监测系统实时监测处理后水质的COD、SS、色度等指标，各月份出水指标变化如图2、3、4所示。

从图2中可知，1—9月CODCr平均质量浓度为30 mg/L，质量浓度最大值为51.8 mg/L，最小值为15 mg/L，远低于行业水污染物排放标准规定的90 mg/L。

从图3中可知，1—9月SS平均质量浓度为26 mg/L，质量浓度最大值为28.2 mg/L，最小值为22.6 mg/L，均低于行业水污染物排放标准规定的30 mg/L。

从图4中可知，1—9月色度平均值为33倍，色度最大值为39倍，最小值为29倍，均低于行业水污染物排放标准规定的50倍。

图2　各月份处理出水有机物平均质量浓度

图3　各月份处理出水SS平均质量浓度

图4　各月份处理出水色度平均值

经过3个季度的运行考察，卡鲁塞尔氧化沟和后置超效微气浮系统对造纸中段水处理效果良好，主要污染物(CODCr、SS、色度)排放浓度低，实现长期达标排放，系统运行稳定可靠，对水质、水量负荷变化冲击有良好的适应性。

其间1季度和3季度分别对该造纸厂污水处理设施排放的废水进行了2次较全面的水质监测，其处理情况见表2。

从表2可知，处理出水各项指标均达到GB3544—2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》中限值要求，即CODCr质量浓度≤90 mg/L、BOD5质量浓度≤20 mg/L、SS质量浓度≤30 mg/L、NH3-N质量浓度≤8 mg/L、色度≤50，实现达标排放。

表2　企业污水站处理出水水质

3工艺运行效果及技术特点分析

3.1卡鲁塞尔氧化沟技术特点

氧化沟实际上是活性污泥法的一种变型，因为废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，又称为“循环曝气池”、“无终端曝气系统”。 氧化沟污水处理技术在近30年来得到迅猛发展，主要是由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等优点。

本工程采用卡鲁塞尔氧化沟，运行期间氧化沟活性污泥浓度控制在5 000～6 000 mg/L，有机物污泥负荷控制在0.05～0.10 kg BOD5/(kg VSS·d)，通过调整表曝机运行将平均溶氧水平控制在2.0 mg/L左右。运行结果表明：卡鲁塞尔氧化沟对有机物具有很高的去除率，能够很好地处理造纸中段水这种中等浓度的有机废水，其间由于受企业生产运行的影响，废水水量变化较大，氧化沟表现出很好的抵抗冲击负荷的能力，出水水质稳定达标。

分析认为氧化沟工艺处理造纸中段水具有如下优势：

1)氧化沟的水流混合特征介于推流式和完全混合式之间，即着眼于整个氧化沟，以较长的时间来看，可以认为氧化沟是一个完全混合池，其混合液水质基本一致，原水一进入氧化沟，就被几十倍乃至上百倍的循环流量所稀释，因此氧化沟能够处理中高浓度的有机废水，能够承受水量和水质变化的冲击。氧化沟的水流混合特征使其在工业废水处理中具有明显的优势，在造纸行业逐步得到关注和应用。

2)氧化沟工艺通常都采用低负荷运行，水力停留时间较传统活性污泥法长，氧化沟污泥浓度一般都很高，系统泥龄也很长，因此水污染物处理比较彻底，处理效果稳定，出水水质一般都比较好。

3)氧化沟的曝气设备主要以表曝为主。常见的曝气设备有水平轴曝气转刷、垂直轴曝气机，另外还有射流曝气等方式。曝气设备简化，提高了处理系统运行的可靠性。

3.2后置超效微气浮技术特点

微气浮法在造纸废水处理领域已经得到广泛的应用[2-3]。本工程采用的超效微气浮技术采用浅层气浮池池体结构，设置同速布流布水器，具有很好的絮凝效果。同速布流布水器利用零速原理，即除池体固定部分外，其他部分都以与进水流速相同的速度旋转，从而形成静态进水、静态出水，使气浮在相对静止的条件下完成，极大地提高了气浮效率；浅层气浮池的构造节约了投资，减小了设备空间，缩短了絮体上浮时间，减少了水力停留时间；新型溶气管提高了溶气效率，形成的微细气泡粒度很小，气泡数量大，气、水、絮凝剂混合动力学特征良好，有利于絮体形成。

目前造纸中段水经生物处理和二次沉淀后，还含有相当数量的难降解有机物胶体，并具有一定色度，难以达标排放。采用超效微气浮工艺，微气泡快速膨胀的动能会传递给部分胶体，使其热运动速度增大，胶体间通过碰撞得以脱稳絮出，废水中短链有机物分子和有色基团被大量吸附，从而达到大幅去除有机物的目的。因此，超效微气浮工艺具有占地少、气浮效率高的特点，适合造纸废水的深度处理，是确保达标排放的重要技术手段。

3.3氧化沟和后置超效微气浮组合工艺特点

将氧化沟和超效微气浮法进行组合，互为补充，对有机物(溶解和胶体状态)、悬浮物、色度等污染物去除效果好，出水水质好，系统运行稳定、可靠，耐冲击负荷，具有很好的技术、经济可行性。

4结语

1)卡鲁塞尔氧化沟具有介于推流和完全混合之间的水流混合特征，能耐受冲击负荷和处理较高浓度有机物，水污染物处理彻底，适用于造纸中段水的处理；超效微气浮法应用了新的气浮原理，溶气气浮效率高，适用于造纸废水的深度处理。

2)将氧化沟这种强化的活性污泥法和微气浮法进行组合，采用生物法和物化法综合处理造纸废水，具有处理效果好，运行稳定、可靠，耐冲击负荷的优点。

3)工程实践表明：在目前以造纸企业以中段水为主要处理对象的情况下，氧化沟和后置超效微气浮组合工艺处理效果良好，该工艺处理出水各项指标均能达到GB3544—2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》中“制浆和造纸联合企业”的浓度限值要求，能够实现达标排放。该工艺适用于造纸中段水处理。

参考文献：

[1] 刘欣.制浆造纸废水处理技术的研究现状[J].华东纸业,2009,40(5):52-56.

[2] 沈兴国.造纸废水的处理工艺现状及分析[J].广东化工,2009,36(7):161-163.

[3] 张尊举,张一婷,齐海云,等.生化组合工艺对高浓度制浆造纸废水的深度处理[J].工业安全与环保,2010,36(1):8-9.

[4] 张瑞霞，陈夫山，刘廷志.制浆造纸厂废水处理综述[J].国际造纸,2005,24(6):48-54.

[5] 时鹏辉，吴俊峰.改进后的浅层气浮-百乐克工艺处理造纸废水[J].中国造纸,2010,29(2):75-77.

[6] 吴志敏，张丽.高效气浮-水解酸化-好氧耦合工艺处理废纸再生造纸废水[J].水处理技术,2009,35(7):104-106.

Application of Oxidation Ditch and Ultra High Efficiency Flotation Process in Papermaking Wastewater Treatment

PENGMingjiang*,ZHOUZheng

(Departnent of Architectural and Environmental Engineering, Chengdu Technological University, Chengdu 611730, China)

Abstract:The middle stage papermaking wastewater is the most important kind of papermaking wastewater，and paper making industry discharges a large amount of it with high pollutant concentration, and it pollutes the environment seriously. this paper introduces the general situation of Carrousel oxidation ditch and post ultra high efficiency flotation engineering system, and investigates the removal effect of the main pollutants in middle stage papermaking wastewater treatment, on this basis the working principle and technology characteristic of this process are analyzed. Engineering application indicates that the Carrousel oxidation ditch and the post ultra high efficiency flotation process is stable and reliable, and it can withstand the impact load with good treatment effect, finally it can treat the middle stage papermaking wastewater well.

Key words:carrousel oxidation ditch and post ultra high efficiency flotation process; middle stage papermaking wastewater; engineering application

DOI:10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2016.02.005

收稿日期：2015-12-01

作者简介：彭明江(1974— )，男(汉族)，四川泸州人，讲师，硕士，研究方向：环境工程，通信作者邮箱：244535189@qq.com。

中图分类号：X793

文献标志码：A

文章编号：2095-5383(2016)02-0017-03

周筝(1981— )，女(汉族)，四川乐山人，副教授，硕士，研究方向：环境工程。