1、1.1.1 造纸废水概述 21.1.2 造纸废水污染指标 21.2制浆造纸废水的来源及特点 31.2.1蒸煮工段废液 31.2.2 中段水 31.2.3白水 31.3 造纸废水基本处理现状及前景 31.3.1 化学法在造纸废水处理中的应用 31.3.1.1 碱回收 41.3.1.2 酸析回收木质素 41.3.2 生物法在造纸废水处理中的应用 41.3.2.1 活性污泥处理 41.3.2.2 厌氧法 41.3.2.3 稳定糖处理 51.3.2.4 真菌技术 51.3.2.5 固定化细胞与酶 51.4 造纸废水处理基本工艺 51.4.1 物理处理方法 51.4.2 生物处理工艺 5第二章 本次设计
2、工艺流程及主要构筑物 92.1 本次设计进出水水量及水质标准 92.2 本次设计工艺流程图 92.3 主要构筑物介绍 102.3.1 斜虑网 102.3.2 调节池 102.3.3 初沉池 102.3.4 预酸化池 102.3.5 IC反应器 102.3.6 SBR好氧生化处理 112.3.7 浅层气浮 122.4 污水厂平面和高程布置 122.4.1 平面布置 122.4.2 高程布置 13第三章 设计计算书 153.1 废水水质水量 153.2 斜虑网的设计与计算 153.3.1 设计概述 153.3.2 设计计算 163.2 调节池设计与计算 153.4 沉淀池的设计与计算 163.4.
3、1 采用中心进水辐流式沉淀池 163.4.2 设计参数 173.4.3 设计计算 173.4.4 进水系统计算 193.4.5 出水系统计算 203.5 预酸化池的设计与计算 213.5.1 池体计算 213.5.2 进水配水系统 213.6 IC厌氧池的设计与计算 233.6.1 设计参数 233.6.2 反应器所需容积及主要尺寸的确定 233.6.3 IC反应器进水配水系统的设计 263.6.4 出水系统设计 263.6.5 排泥系统设计 263.6.6 产气量计算 273.7 SBR池的设计与计算 273.7.1 设计参数 273.7.2 池体设计与计算 273.7.3 曝气系统设计与计
4、算 293.7.4 供气量 303.7.5 空气管道系统计算 313.7.6 滗水器系统计算 313.8 加压溶气气浮池的设计与计算 323.8.1 设计参数 323.8.2 设计计算 32第四章 污泥处理系统 354.1 污泥处理系统 354.2 贮泥池 364.3 脱水机房 37第五章 高程计算 38第六章 总结 40致 谢 41参考文献 42附 录 44前 言造纸业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要污染源之一。目前，我国造纸工业废水排放中COD排放量均居各类工业排放量的首位，造纸工业对水环境的污染最为严重，它不但是我国造纸工业污染防治的首要问题，也是我国工业废水进行达标处理的首要问题
5、。据统计，我国县及县以上造纸及纸制品工业废水排放量占全国工业总排放量的18.6，其中处理排放达标量占造纸企业废水总排放量的49.3，排放废水中COD约占全国工业COD总排放量的44.01。近年经过多方不懈努力，造纸工业水污染防治已取得了一定的成绩，虽然纸及纸板产量逐年增加，但排放废水中的COD去除率逐年降低。由此看出，造纸工业初步实现了“增产减污”的目标，但是造纸行业约占排放总量50的废水尚未进行达标处理，废水污染防治任务还很繁重。造纸工业在制浆过程中，只利用原料中的纤维部分，其余约一半左右原料有机物被溶解成废液排掉，造成环境污染和资源浪费。我国造纸污水排放量占工业废水的16，COD和SS均占
6、14，对造纸废水处理势在必行。制浆造纸工业是用水大户，亦是废水排放大户。不同原料、工艺、工段的废水有很大差别，而单独某种处理方法也很难将废水处理后达标排放或回用，所以如何根据废水的特性寻找最佳处理工艺以及组合显得尤为重要。此外，节水技术以及废水的综合利用也是比较热门的解决造纸用水及废水处理方法。第一章 造纸废水处理概述与工艺设计1.1 造纸废水概述及污染指标1.1.1 造纸废水概述目前国内废纸再生造纸主要生产纸板和再生新闻纸，主要工艺流程为碎浆、净化、筛选、浓缩、贮浆、打浆、上网、压榨、烘干、卷取等，再生新闻纸的生产则增加了脱墨工艺。废纸废水主要来自于如下工序：碎浆废水、脱墨废水、洗浆废水、抄
7、纸白水以及工厂的生活废水等。这些废水中含有的污染物主要有4类：还原性物质，如木质素、无机盐等，以COD为指标；可生物降解物质，为半纤维素、树脂酸、低分子糖、醇、有机酸和腐败性物质等，以BOD为指标；悬浮物，如细小纤维、无机填料等，以SS为指标；色素类，如油墨、染料和木质素等，以色度表示。废水的处理就是要用可靠的技术、较少的费用使COD、BOD、SS和色度降低到国家或地方环保部门允许的范围。1.1.2 造纸废水污染指标悬浮物：造纸工业中所称的悬浮物包括可沉降悬浮物和不沉降悬浮物两种，主要是纤维和纤维细料（即破碎的纤维碎片和杂细胞）。易生物降解有机物2：在制浆和漂白过程中溶出的原料组分，一般是易于
8、生物降解的，其中包括低分子量的半纤维素、甲醇、醋酸、蚁酸、糖类等。难生物降解有机物：制浆造纸厂排水中的难生物降解有机物主要来源于纤维原料中所含的木素和大分子碳水化合物。浆厂难生物降解的物质通常是带色的。毒性物质：浆厂排放的污染物中有许多有毒物质，主要有：黑液中含有的松香酸和不饱和脂肪酸；冷凝液中含有的对鱼类特别有毒的成分如硫化氢、甲基硫、甲硫醚；漂白碱抽提废水中的多种氮化有机化合物，其中剧毒的二噁英已引起广泛注意。酸碱物质：制浆废水中酸碱物质可明显改变接受水体的pH，碱法制浆废水pH值为910；漂白废水的pH值变化很大，可低于2，可高于12；而某些酸法浆厂的废水pH值则低至1.2-2.0。色度
9、：制浆废水中所含残余木素是高度带色的。1.2 制浆造纸废水的来源及特点1.2.1 蒸煮工段废液即碱法制浆产生的黑液和酸法制浆产生的红液。我国绝大部分造纸厂采用碱法制浆而产生黑液，这里将黑液作为主要的研究对象。黑液中所含的污染物占到了造纸工业污染排放总量的90%以上，且具有高浓度和难降解的特性，它的治理一直是一大难题。黑液中的主要成分有3种，即木质素、聚戊糖和总碱。木质素是一类无毒的天然高分子物质，作为化工原料具有广泛的用途，聚戊糖可用作牲畜饲料。1.2.2 中段水制浆中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白等过程中排出的废水，颜色呈深黄色，占造纸工业污染排放总量的89，吨浆COD负
10、荷310kg左右。中段水浓度高于生活污水，BOD和COD的比值在0.20到0.35之间，可生化性较差，有机物难以生物降解且处理难度大。中段水中的有机物主要是木质素、纤维素、有机酸等，以可溶性COD为主。其中，对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水，例如氯化漂白废水、次氯酸盐漂白废水等。次氯酸盐漂白废水主要含三氯甲烷，还含有40多种其他有机氯化物，其中以各种氯代酚为最多，如二氯代酚、三氯代酚等。1.2.3 白水白水即抄纸工段废水，它来源于造纸车间纸张抄造过程。白水主要含有细小纤维、填料、涂料和溶解了的木材成分，以及添加的胶料、湿强剂、防腐剂等，以不溶性COD为主，可生化性较低，其加入的防腐
11、剂有一定的毒性。白水水量较大，但其所含的有机污染负荷远远低于蒸煮黑液和中段废水。现在几乎所有的造纸厂造纸车间都采用了部分或全封闭系统以降低造纸耗水量，节约动力消耗，提高白水回用率，减少多余白水排放。1.3 造纸废水基本处理现状及前景1.3.1 化学法在造纸废水处理中的应用据统计，我国90以上的造纸企业为年产5000 t以下的小草浆厂，这些小草浆厂多采用碱法制浆。通常每生产1 t 纸浆，可排放10m3左右浓黑液，总固形物含量达130gL，其中有机物占70，主要是碱木素以及半纤维素的水解产物；无机物占总固形物的30左右，主要是NaOH、Na2SO 、Na2S等。这部分制浆黑液对环境危害极大，其有机
12、污染负荷量占全部造纸污水负荷的90以上。目前，解决黑液污染的措施主要是碱回收技术和酸析回收木质素。1.3.1.1 碱回收所谓碱回收技术也就是将黑液中有机物烧掉，以消除污染，并回收碱。当前，在一些造纸工业发达的国家，碱的回收率已达9598，并且黑液燃烧后产生的蒸汽可发电，也可供制浆系统使用。碱回收率高的一些大型硫酸盐纸浆厂的生产过程中，不需外购商品碱。纤维原料碱回收规模愈大，经济效益与能源利用率也越大。因此，此法适用于一些生产规模较大的造纸厂。而我国现有造纸厂多为中小型碱法草浆造纸厂，规模较小，采用现有的碱回收技术效果不显著。1.3.1.2 酸析回收木质素废黑液木质品素酸析回收木质素3后，不仅大
13、大降低了黑液中的污染物含量（其COD降解率可达75%）和色度（木质素含量高的水有黄色及气味），同时可回收木质素。木质素可作为染料分离剂、吸附剂、螯合剂、油的回收佐剂，并在沥青乳胶体以及聚合物中应用。戴友芝研究表明：酸析用酸可用化工行业的酸洗废酸，治理成本低。酸析最适pH为3.44.5，温度为5060，加酸过程中会产生大量泡沫，所以酸析反应设备的有效容积按60设计。1.3.2 生物法在造纸废水处理中的应用1.3.2.1 活性污泥处理造纸废水含大量有机物，废水可生化性好，所以活性污泥法4在造纸污水处理中得到广泛的应用。陈让福等用好氧活性污泥处理造纸废水得到很好的效果，用盐酸和石灰产生的CO2来控制
14、pH，对设备腐蚀性小，该法对废水中BOD、COD、SS去除率分别达89、78和85。活性污泥法的缺点是污泥易膨胀，但有实验表明：往污泥中投加粉状褐煤能改善污泥沉降性能和生化降解能力。1.3.2.2 厌氧法厌氧法5适用于石灰草浆蒸煮废液、碱法制浆废水等。因为这些废水pH、COD、色度都高，而BODCOD比值低，直接好氧生化较困难。李彦春试验结果表明：用厌氧一酸析组成的流程处理小型草浆纸厂的蒸煮废液，效果显著，在进水COD 10gL，负荷4 kg CODm3d条件下运行，COD和BOD的总去除率分别达到77和80，脱色率达90%。1.3.2.3 稳定糖处理用稳定塘处理造纸废水基建投资少，运行费用低
15、，易管理，处理效果好。曹勇报道：凤眼莲和喜旱莲子草对废纸再生纸浆废水COD具有较好的净化效果，且能增加水体溶解氧浓度，但对色度和木质素去除作用不明显。1.3.2.4 真菌技术在造纸废水处理中的应用木质素是一类结构复杂的天然有机化合物，不易被细菌降解。国际上研究最多并表现出高效降解能力的是担子菌纲的白腐菌，其中黄孢原毛平革菌是研究得最深入的一个典型种6。广州华南理工大学筛选出一株自腐菌，用它处理蔗渣浆漂白废水，可明显降低废水色度、COD与BOD。造纸废水中纤维素含量也很高，如何联合利用降解木质素与纤维素的菌，处理造纸废水，并使之变废为宝，将是一个有意义的研究方向。1.3.2.5 固定化细胞与酶固
16、定化细胞和固定化酶处理废水是近年来发展起来的水处理新技术。木质素是植物残体中最难分解的组分，在常规生物处理工艺中去除效率很低，而用固定化细胞法可选择性地固定优势菌种，提高难降解有机物的降解效率。华南理工大学用吸附固定化白腐菌连续处理蔗渣浆漂白废水，COD去除率可达88.7。1.4 造纸废水处理基本工艺1.4.1 物理处理方法采用气浮或沉淀方法，通过投加混凝剂7，可去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5。气浮和沉淀均为物化处理方法，处理效果与选用的设备、工艺参数、混凝剂等有关，其COD去除率一般高于制浆中段水的COD去除率，通常能达到7085。对吨纸废水排放量
17、150m3、浓度较低的中小型废纸造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家排放标准。1.4.2 生物处理工艺（1）酸化SBR法处理造纸废水：其主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理造纸废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价；对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重
18、要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件；酸化SBR法处理造纸废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上8。（2）UASB好氧接触氧化工艺处理造纸废水：此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好，有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗。好氧处理对废水中SS和COD均有较高的去除率，这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的造纸废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积13的厌氧污
19、泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%，对悬浮物的去除率达97.3%98%，该工艺非常适合在造纸废水处理中推广应用。（3）生物接触氧化法处理造纸废水：该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质，将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后续的好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而，如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响
20、运行效果，致使出水水质不理想。但是此处理方法在设计和运行中会出现以下问题：主要是沉淀污泥不能及时排除，因此，在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时，可增设污泥斗的数量以便及时排除沉淀污泥。另外，随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团，使得传质面积减小。针对污泥淤积情况，在水解酸化池前可增设一级混凝气浮以去除水中的悬浮物，经此改进后水解酸化池能长期、稳定、有效地运行，其出水能收到较好的效果。如果废水中污染物浓度较高或前处理效果不理想，生物接触氧化池前端的有机物负荷较高，使得供氧相对不足，此时该处的生物膜呈灰白色，处于严重的缺氧状态，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黄色。同时，水
21、中的生物活性抑制性物质浓度也较高，对微生物也有一定的抑制作用。这些因素使得生物接触氧化池没有发挥出应有的作用，处理效果不理想。在调试运行过程中，生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大（曝气方式为微孔曝气）、出水浑浊、处理效果恶化的现象时有发生。经研究、分析、验证发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态，其附着力下降，在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落，导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降，这又进一步造成缺氧，如此形成恶性循环致使处理效果恶化。在调试运行初期，发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧，结果由于气泡搅动
22、强度增大，造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低，非但没 能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量，待脱落的生物膜随水流 流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平，若水温适宜则23d后生物膜就可恢复正常。（4）内循环UASB反应器氧化沟工艺处理造纸废水：此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对
23、水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.57.8，最佳温度为35409。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器、仪表专业的设备投资和设计难度。内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60安
24、装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。（5）UASBSBR法处理造纸废水：本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。将UASB和SBR两种处理单元进行组合，所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点，使处理流程简洁，节省了运行费用，而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元，在降低废水浓度的同时，可回收所产沼气作为能源利用。同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量，因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量，从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。并且UASB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7
25、500kgd，以沼气产率为0.5m3kgCOD计算，UASB产气量为3500m3d（甲烷含量为55%65%）。沼气的热值约为22680kJm3煤的热值为21000 kJt计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，这样可节煤约4td左右，年收益约为39.6万元。UASB+SBR法处理工艺与水解酸化SBR处理工艺相比有以下优点：节约废水处理费用：UASB取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元，削减了全部进水COD的75%，从而降低后续SBR池的处理负荷，使SBR池在废水处理量增加的情况下，运行周期同样为10 ，池底坡度为0.05，表面负荷为1.0m3（m2，次干道宽34m，人行道宽1
26、.5m2.0m曲率半径9m，有30%以上的绿化。2.4.2 高程布置污水处理工程的污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；通过计算确定各部位的水面标高；从而使污水能够在处理构筑物之间顺畅的流动，保证污水处理工程的正常运行。为了降低运行费用和使维护管理，污水在处理构筑物之间的流动以按重力流考虑为宜，厂内高程布置的主要特点是先确定最大构筑物的地面标高，然后根据水头损失，通过水力计算，递推出前后构筑物的各项控制标高。污水处理工程的高程布置一般遵守如下原则：（1）认真计算管道沿程损失、局部损失、各处理构筑物、计量设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量，事故流量的增加，并留有一定的余地；还应当考虑到当某座构筑物停止运行时，与其相邻的其余构筑物及其连接管渠能通过全部流量。（2）避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。（3）在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程，以降低运行费用。（4）需要排放的处理
