造纸行业高COD废水处理案例｜造纸厂高COD制浆废水处理工程

某大型造纸企业高COD制浆废水综合治理工程

一、项目背景与行业现状

造纸工业是国民经济的重要基础产业，在生产过程中产生大量高浓度有机废水，主要包括制浆黑液、中段水和白水。位于华东地区的某大型造纸企业，年产各种纸制品30万吨，主要产品包括箱板纸、瓦楞纸、包装纸等，年用水量约800万吨，排放废水约500万吨。在制浆过程中，蒸煮、筛选、洗涤、漂白等工序产生大量废水，COD浓度在2000-8000mg/L之间，SS浓度在1500-3000mg/L之间，色度高，含有大量木质素、半纤维素、树脂等有机物。

该企业原有废水处理系统建于2010年，采用厌氧消化加好氧生物处理的工艺组合，处理规模4000立方米/日，实际运行中因负荷不足、效率低下，出水COD经常达到400-600mg/L，氨氮超标，色度居高不下，环保部门多次下达整改通知。2024年初，企业决定投入资金进行全面升级改造，目标是将出水COD降至100mg/L以下，色度降至40倍以下，并实现废水零排放。

二、废水水质特征与处理难点

对该造纸企业废水进行全面监测分析发现，其废水具有典型的制浆造纸废水特征。COD浓度在3000-6000mg/L之间，平均值约4500mg/L，BOD/COD比值在0.3-0.45之间，属于中等可生化性废水。氨氮浓度200-400mg/L，总磷20-50mg/L，色度150-300倍，呈现棕色或褐色。pH值波动在7.0-9.0之间，呈中性偏碱性，SS浓度1000-2000mg/L，悬浮物主要是纤维、填料、木屑等。

制浆造纸废水的主要处理难点包括：一是污染物成分复杂，含有大量木质素、半纤维素、树脂、蜡质等难降解有机物，传统生化处理难以彻底去除；二是色度高，木质素和树脂等物质具有强着色性，常规氧化脱色效果有限；三是水量水质波动大，不同生产班次、不同产品种类排放的废水水质差异显著，对处理系统稳定性要求高；四是废水中含有大量纤维和悬浮物，容易堵塞管道和设备，增加处理难度；五是废水中含有氯离子和硫酸盐，在高浓度条件下对微生物有一定抑制作用。

三、先进处理工艺设计与技术路线

针对该造纸企业废水特点，工程设计采用"源头控制→预处理→厌氧处理→好氧处理→深度处理→膜分离回用"的六级处理工艺，处理规模5000立方米/日，系统分为六个主要单元。

第一阶段为源头控制单元。通过优化生产工艺，推广清洁生产技术，减少废水产生量。具体措施包括：采用氧脱木素技术，降低蒸煮过程中木质素的溶出量；优化漂白工艺，采用无氯漂白（TCF）或低氯漂白（ECF），减少漂白废水中的AOX含量；加强白水回收系统，提高纸机白水回用率至80%以上，减少外排废水量。

第二阶段为预处理单元。废水首先流入均化调节池，调节池有效容积为10000立方米，水力停留时间20小时，通过均质均量作用，缓冲水量水质的波动。随后进入气浮单元，采用溶气气浮工艺，投加PAC和PAM，去除废水中的悬浮物、纤维和部分胶体，SS去除率可达70-80%，COD去除率约20-25%，出水进入厌氧处理单元。

第三阶段为厌氧处理单元。采用IC（内循环厌氧反应器）或EGSB（颗粒污泥膨胀床）反应器，有效容积20000立方米，水力停留时间12-16小时，有机负荷10-15kgCOD/(m³·d)。厌氧处理在35-38℃条件下运行，COD去除率可达80-85%，出水COD降至700-1000mg/L，色度降低20-30%。厌氧过程中产生沼气，经脱硫净化后用于厂区发电，日产沼气约1.2万立方米。

第四阶段为好氧处理单元。厌氧出水进入CASS（循环式活性污泥法）反应池，CASS池有效容积为12000立方米，分为4个池子，每个池子有效容积3000立方米，采用间歇式运行方式，周期4-6小时。污泥浓度MLSS为3500-4500mg/L，COD去除率可达85-90%，出水COD降至100-200mg/L。同时，CASS池内设置缺氧区和好氧区，实现同步脱氮，氨氮去除率可达85-90%。

第五阶段为深度处理单元。CASS出水进入臭氧催化氧化单元，臭氧发生装置产臭氧量10kg/h，臭氧投加量10-15mg/L，反应时间30-40分钟，可有效降解残留的难降解有机物和色度物质，色度可降至40倍以下，COD降至80-120mg/L。随后进入活性炭吸附柱，滤速6-8m/h，进一步吸附残留的有机物和色度物质。

第六阶段为膜分离回用单元。深度处理出水进入超滤+反渗透处理系统，超滤膜孔径0.03μm，反渗透膜脱盐率98-99%，产水率达到75-80%。超滤出水用于生产工序，反渗透浓水经蒸发结晶处理后，实现零排放。

四、运行效果与综合效益

该造纸企业废水处理系统于2024年6月正式投产，运行效果显著。进水COD平均4500mg/L，出水COD稳定在80-100mg/L，去除率98%以上。色度进水200倍，出水30倍以下，去除率85%以上。氨氮进水300mg/L，出水20mg/L以下，去除率93%以上。SS进水1500mg/L，出水20mg/L以下，去除率98.7%。所有指标均达到《造纸工业水污染物排放标准》一级标准，并实现了废水零排放目标。

从经济效益分析，该系统年处理成本约600万元，主要包括电费、药费、人工费和污泥处置费。年电费约240万元（曝气、水泵、臭氧发生器等）；年药费约180万元（PAC、PAM、臭氧电耗等）；年人工费约120万元（20人）；年污泥处置费约60万元。按年处理500万吨计算，单位处理成本约1.2元/m³。

沼气发电带来的经济效益尤为显著。年产沼气400万立方米，经脱硫净化后用于发电，年发电收入约300万元，节省燃料费用约150万元，合计年收益450万元。同时，实现废水零排放，年节约新鲜水量100万吨，节约水费约350万元。综合年收益约800万元，项目实际运行成本为负，实现了经济效益和环境效益的双赢。

五、经验总结与行业启示

该造纸企业高COD废水处理的成功经验主要体现在：一是强化源头控制，推广清洁生产技术，从源头减少废水产生量；二是合理选择工艺路线，采用"源头控制→预处理→厌氧→好氧→深度处理→膜分离回用"的组合工艺，充分发挥各单元优势；三是注重资源化利用，实现沼气发电和废水回用，降低综合运行成本；四是推进零排放目标，采用膜分离和蒸发结晶技术，实现废水零排放。

该项目的成功实施为造纸行业污水处理提供了重要参考。目前，造纸废水治理已成为行业关注的焦点，随着环保标准日益严格，传统的活性污泥法已难以满足要求，必须采用更先进的处理工艺。未来，高效厌氧反应器、膜处理技术、零排放技术等的应用将更加广泛，造纸废水治理将向高效、低耗、资源化方向持续发展。同时，加强源头控制，推广节水生产工艺，减少废水产生量，从源头上降低处理压力，是造纸行业绿色转型的必由之路。