造纸行业高COD废水处理案例｜造纸及纸制品加工厂高浓度COD废水处理工程

造纸及纸制品加工废水处理工程

项目基本情况

某大型造纸企业位于华北地区，以废纸为主要原料生产高强瓦楞原纸和牛皮箱板纸，年产能为三十万吨。企业配套建设了一座废水处理站，设计处理能力为每日两万立方米，负责处理制浆废水、造纸白水、设备清洗水及生活污水。造纸废水是典型的高浓度有机废水，具有化学需氧量高、悬浮物含量高、色度大、含有毒性物质等特点，处理难度较大。

该企业废水主要来源于制浆车间的碎浆、筛选、洗涤工序，造纸车间的成型、压榨、干燥工序，以及完成车间的裁切、包装工序。废纸制浆过程中，废纸上的油墨、胶黏物、塑料薄膜等杂质进入废水中，形成复杂的污染物体系。造纸白水含有大量细小纤维、填料和溶解性有机物，回用价值高但处理难度大。不同原料配比的废纸导致废水水质波动较大，进口废纸与国产废纸的污染负荷差异显著。

废水水质特点

经过详细的水质分析和物料平衡计算，该企业废水的主要特点如下：综合进水化学需氧量浓度在两千至六千毫克每升之间，制浆车间排水化学需氧量可达一万毫克每升以上；五日生化需氧量与化学需氧量比值约为零点三至零点四，可生化性一般；悬浮物浓度为一千至三千毫克每升，含有大量细小纤维、填料颗粒和胶黏物；色度为五百至两千倍，来源于油墨、染料和木质素衍生物；氨氮浓度为十至四十毫克每升，来源于原料中的蛋白质和添加剂；总氮浓度为二十至八十毫克每升；总磷浓度为五至二十毫克每升；pH值波动范围为六至九，总体接近中性；水温较高，冬季为二十五至三十摄氏度，夏季为三十五至四十摄氏度。

造纸废水处理的特殊难点在于：细小纤维和填料形成的悬浮物难以沉降，常规沉淀工艺去除效率低；胶黏物和油墨成分复杂，容易堵塞设备和干扰生物处理；含有邻苯二甲酸酯类增塑剂、烷基酚聚氧乙烯醚等环境激素类物质，具有潜在生态风险；部分进口废纸含有电子废弃物拆解产生的重金属和持久性有机污染物，增加了处理难度；废水排放量巨大，处理设施占地面积大，运行能耗高；造纸白水中含有大量可利用资源，直接处理造成浪费。

针对上述特点，设计团队提出了"纤维回收+物化预处理+厌氧处理+好氧处理+深度处理+白水回用"的综合解决方案，力求在达标排放的同时实现资源回收和节能降耗。

核心工艺设计

纤维回收系统采用"斜筛+多盘过滤机"组合工艺，对造纸白水进行预处理和资源回收。斜筛安装在白水槽出口，筛缝宽度为零点三至零点五毫米，利用重力过滤截留白水中的粗大纤维和杂物，截留物含水率约为百分之八十，可直接回用于制浆配料。多盘过滤机采用真空过滤原理，过滤盘片直径为三米，过滤面积为每平方米盘片六平方米，设计过滤能力为每日每套设备五千立方米。白水中的细小纤维和填料在真空吸力作用下被截留在滤布表面形成滤饼，滤液作为澄清水回用于造纸车间洗网、洗毯等工序，滤饼经剥落后回用于制浆系统。通过纤维回收系统，可回收白水中百分之七十以上的纤维和填料，减少原料损耗百分之五至八，同时大幅降低进入废水处理系统的固体负荷。

物化预处理系统采用"溶气气浮+混凝沉淀"组合工艺。气浮单元针对制浆废水设置，设计回流比为百分之三十，溶气压力为零点四兆帕，表面负荷为每平方米每小时六立方米。通过释放大量微小气泡，将废水中的油墨颗粒、胶黏物、轻质纤维等密度接近水的悬浮物浮升至水面去除，气浮浮渣含有较高热值，经脱水后可作为辅助燃料使用。气浮对悬浮物的去除率为百分之六十至七十，对色度的去除率为百分之三十至四十。

混凝沉淀单元投加聚合氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺，通过电中和及架桥作用使废水中胶体物质脱稳凝聚，形成较大絮体后通过重力沉降去除。沉淀池采用斜管沉淀形式，斜管材质为聚丙烯，管径为五十毫米，倾角为六十度，设计表面负荷为每平方米每小时二立方米。混凝沉淀对悬浮物的去除率为百分之八十至九十，对化学需氧量的去除率为百分之二十至三十，对总磷的去除率为百分之七十至八十。

厌氧处理系统采用内循环厌氧反应器，该反应器具有处理能力高、占地面积小、抗冲击负荷能力强等优点。反应器直径为十米，总高度为二十四米，有效容积为一千五百立方米。反应器内部设置两层三相分离器，实现沼气、废水和污泥的有效分离。内循环管将反应器上部产生的沼气收集后引导至底部，通过气提作用实现反应器内部废水的循环流动，增强废水与厌氧污泥的接触效果，提高传质效率。反应器设计容积负荷为每公斤化学需氧量每立方米每天六至八千克，进水温度通过热交换器维持在三十五至三十八摄氏度。厌氧处理对化学需氧量的去除率达到百分之七十至八十，对色度的去除率为百分之四十至五十，同时每日产生沼气约四千立方米，经脱硫净化后用于锅炉燃烧，可替代标准煤约三吨，实现了废物的能源化利用。

好氧生物处理系统采用"活性污泥法+生物膜法"的复合工艺。活性污泥法采用推流式曝气池，设计容积负荷为每公斤化学需氧量每立方米每天零点五至零点七千克，污泥浓度为三千至四千毫克每升，污泥龄为十二至十八天。曝气池采用微孔橡胶膜片曝气器，氧转移效率大于百分之二十八，设计气水比为十五比一至二十比一。活性污泥法对化学需氧量的去除率为百分之七十五至八十五，对氨氮的去除率为百分之八十五至九十五。

生物膜法采用曝气生物滤池作为二级处理单元，填料为火山岩陶粒，粒径为四至六毫米，比表面积大于五百平方米每克，滤层高度为三米。设计容积负荷为每公斤化学需氧量每立方米每天二至三千克，采用气水联合反冲洗，反冲洗周期为二十四至四十八小时。生物膜法抗冲击能力强，能有效去除活性污泥法出水中残余的难降解有机物，对化学需氧量的去除率为百分之五十至六十，确保生化段总去除率达到百分之九十以上。

深度处理系统采用"芬顿氧化+混凝沉淀+过滤吸附"组合工艺。芬顿氧化单元针对厌氧和好氧处理后仍残余的难降解有机物和色度进行强化去除。设计反应pH值为三至四，硫酸亚铁投加量为每升废水一至二克，双氧水投加量为每升废水三至四毫升，反应时间为两小时。芬顿试剂产生的羟基自由基具有无选择性氧化能力，能将废水中残余的木质素衍生物、油墨成分等大分子有机物氧化分解为小分子物质，同时对发色基团进行破坏，实现深度脱色。芬顿氧化后设置中和絮凝池，投加碱液调节pH至中性，并投加聚丙烯酰胺促进絮凝沉降。

过滤吸附单元采用"石英砂过滤+活性炭吸附"串联工艺。石英砂滤池设计滤速为每小时八米，滤层厚度为一米，粒径为零点五至一点二毫米，主要去除氧化絮凝产生的细小絮体和残余悬浮物。活性炭吸附池采用颗粒活性炭，碘值大于九百五十毫克每克，炭层高度为两米，空床接触时间为二十五分钟，利用活性炭的物理吸附和化学吸附作用去除残余的溶解性有机物、色度及微污染物，确保最终出水感官性状优良，稳定达到排放标准。

污泥处理系统采用"浓缩+脱水+干化"的三级处理工艺。物化污泥和生化污泥分别进入重力浓缩池，设计停留时间为十二小时，浓缩后含水率降至百分之九十七。浓缩污泥进入带式压滤机进行机械脱水，通过重力脱水、楔形脱水、低压脱水和高压脱水四个阶段，将污泥含水率降至百分之八十以下。脱水污泥再进入污泥干化机，利用蒸汽间接加热将含水率进一步降至百分之四十以下，干化后污泥热值约为每千克两千大卡，可与燃煤掺烧用于锅炉燃烧，实现污泥的减量化、稳定化和资源化处置。

运行成效与经验总结

该工程经过两年的调试优化，目前运行稳定，各项出水指标均优于排放标准。具体运行数据如下：进水化学需氧量平均为四千五百毫克每升，出水化学需氧量稳定在七十至一百毫克每升，总去除率达到百分之九十八；进水五日生化需氧量平均为一千五百毫克每升，出水低于二十毫克每升；进水悬浮物平均为两千毫克每升，出水低于二十五毫克每升；进水色度平均为一千五百倍，出水低于五十倍；进水氨氮平均为三十毫克每升，出水低于五毫克每升；出水总磷低于零点五毫克每升。

工程运行中的关键经验包括：纤维回收系统的稳定运行是降低处理负荷和实现资源回收的关键，需定期维护斜筛和多盘过滤机，确保纤维回收效率；厌氧反应器的内循环量需根据进水负荷动态调整，避免循环量过大造成污泥流失或循环量过小影响传质效果；好氧系统的污泥沉降性能需密切关注，造纸废水中的胶黏物容易导致污泥膨胀，需通过调整污泥龄和投加絮凝剂加以控制；芬顿氧化单元的铁泥产量较大，需配套完善的污泥处理设施，避免铁泥堆积影响系统运行；污泥干化系统的运行能耗较高，需充分利用沼气锅炉产生的余热，降低干化成本。

该工程总投资约六千五百万元，单位运行成本约为每立方米废水三点五至四点五元。成本构成中，电费占比约百分之三十八，药剂费占比约百分之二十二，污泥处置费占比约百分之十八，人工及维护费占比约百分之二十二。通过纤维回收、沼气利用和污泥掺烧，每年可产生资源回收收益约三百万元，扣除相关成本后净收益约两百万元，有效抵消了部分运行费用。工程每年削减化学需氧量排放量约两千七百吨，减少悬浮物排放量约一千四百吨，对保护区域水环境质量发挥了重要作用。