中國造紙行業(yè)生產(chǎn)原料長期依賴進口廢紙。近年來，隨著我國《進口廢紙環(huán)境保護管理規(guī)定》和《限制進口類可用作原料的固體廢物環(huán)境保護管理規(guī)定》的施行，造紙業(yè)原料來源受到了較大影響，也使我國造紙原料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級迫在眉睫。江西某造紙廠為優(yōu)化其造紙原料的結(jié)構(gòu)，計劃增加植物纖維填充料生產(chǎn)車間，因其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水具有污染物濃度高、pH波動大、可生化性較差等特點，需選用針對性的預(yù)處理工藝對其進行處理。本文采用高效厭氧反應(yīng)器對該廢水進行預(yù)處理，并明確工藝運行參數(shù)，可為其他同類型廢水的處理提供參考。
1、工程概況
本項目為植物纖維填充料生產(chǎn)配套高濃度廢水預(yù)處理設(shè)施，設(shè)計處理水量為6000t/d，主體處理工藝采用斜網(wǎng)+混凝沉淀+高效厭氧反應(yīng)器。
本項目設(shè)計進水水質(zhì)以業(yè)主方車間原料生產(chǎn)試驗過程中取樣化驗數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)，處理后出水滿足后續(xù)處理工藝進水水質(zhì)指標。其中，pH、CODcr、SS等指標為本項目污水處理的重點。設(shè)計進出水水質(zhì)見表1。
2、工藝設(shè)計
(1)針對高濃度植物纖維填充料廢水水質(zhì)狀況分析，發(fā)現(xiàn)其水質(zhì)特點為：污染物濃度高(COD達到18000mg/L)，可生化性差(可生化性均不足0.2)，污染物成分復(fù)雜(生產(chǎn)過程中投加較多種類的藥劑)等。基于以上水質(zhì)特點，提出的處理工藝思路如下：斜網(wǎng)流槽+混凝+IC(Internalcircula-tion，內(nèi)循環(huán))厭氧反應(yīng)器。
(2)廢水在排入污水站后，由于其含有較高的ss以及pH，如直接進入高效厭氧反應(yīng)器將會對其造成很大的影響，因此先在前端設(shè)置格柵+斜網(wǎng)+pH調(diào)整/混凝沉淀工藝進行處理，在去除大部分呈纖維顆粒狀態(tài)存在的SS后再調(diào)整pH，使其滿足進入高效厭氧反應(yīng)器的水質(zhì)條件。
(3)經(jīng)物化預(yù)處理后的廢水還存在溫度較高的問題(尤其是在夏季時)，因此，當(dāng)廢水溫度較高時會經(jīng)冷卻塔冷卻后再進入預(yù)酸化池。
(4)廢水在預(yù)酸化池內(nèi)可起到充分調(diào)勻水質(zhì)和水量的作用，同時通過預(yù)酸化作用為后續(xù)的高效厭氧反應(yīng)器運行提供充分的保障。
(5)經(jīng)預(yù)酸化池調(diào)勻后的廢水連續(xù)穩(wěn)定地用泵輸送至高效厭氧反應(yīng)器所配套的外循環(huán)系統(tǒng)。在反應(yīng)器運行時，通過投加酸或堿調(diào)節(jié)廢水的pH，將pH控制在6.5~7.5，給厭氧菌創(chuàng)造最理想的生存及反應(yīng)條件。
經(jīng)過外循環(huán)調(diào)節(jié)后的廢水穩(wěn)定、連續(xù)地用泵輸送至高效厭氧反應(yīng)器。為了使反應(yīng)器底部布水均勻，防止堵塞，在進水管上設(shè)置脈沖裝置搭配反應(yīng)器底部的旋流布水器系統(tǒng)。
進水將穿過致密的厭氧顆粒污泥層，并發(fā)生厭氧反應(yīng)。在這一過程中，廢水中的大部分有機污染物被分解為甲烷、二氧化碳和水，從而達到去除廢水中有機污染物的目的。反應(yīng)器頂部設(shè)置多層高效三相分離器，用于分離廢水、沼氣和厭氧顆粒污泥。厭氧反應(yīng)器的出水大部分被回流至外循環(huán)系統(tǒng)，并通過外循環(huán)系統(tǒng)頂部的分配器參與后續(xù)進水的外循環(huán)混合。
(6)剩余部分處理后的出水則自流進入后續(xù)生化處理單元進行進一步處理。
(7)本項目的關(guān)鍵工藝是高效厭氧反應(yīng)系統(tǒng)，該工藝單元能夠有效地去除廢水中部分難降解性COD，同時提高廢水的可生化性，為后續(xù)進一步處理該股廢水創(chuàng)造可靠和穩(wěn)定的水質(zhì)條件。
3、高效厭氧反應(yīng)器設(shè)計改良說明
本項目關(guān)鍵工藝處理單元將采用2座直徑為13.0m，高為26m的高效厭氧反應(yīng)器對廢水進行厭氧處理。考慮到本項目特殊的水質(zhì)狀況，在高效厭氧反應(yīng)器的設(shè)計中針對性地采用多個改良措施，解決傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器存在的不足，確保項目最終水質(zhì)的穩(wěn)定達標。
3.1 外循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計
傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器在設(shè)計時大多無獨立的外循環(huán)裝置，在實際運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)上升流速受進水濃度影響較大的問題，同時由于上升流速的不穩(wěn)定亦會影響到污泥膨脹床的膨脹效果，進而導(dǎo)致厭氧顆粒污泥在反應(yīng)器底部堆積致使反應(yīng)器最終無法正常使用。
本項目設(shè)計所采用的獨立外循環(huán)系統(tǒng)，將預(yù)酸化池來水先用泵輸送至外循環(huán)管，再通過大循環(huán)回流水與前端來水混合后再進入反應(yīng)器內(nèi)。以上設(shè)計可有效稀釋進水有機污染物和有害物質(zhì)，降低其對厭氧反應(yīng)的影響(尤其是對廢水中的鈣離子濃度有較好的緩沖作用)，同時可靈活控制反應(yīng)器內(nèi)水流上升流速，保證污泥床充分膨脹，有效地解決了傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器所存在的不足。
外循環(huán)系統(tǒng)包含：外循環(huán)立管，1座；外循環(huán)水泵，6臺；pH計，1臺。
3.2 脈沖旋流布水器設(shè)計
傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器在設(shè)計時多采用平流式布水器，采用該設(shè)計的厭氧反應(yīng)器在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)布水不均勻的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致厭氧顆粒污泥在反應(yīng)器底部堆積，形成污泥死角，尤其是針對本項目所在的造紙行業(yè)廢水，因其經(jīng)常存在鈣離子濃度過高的情況，因此布水器出現(xiàn)堵塞的情況尤為突出。
本項目設(shè)計所采用的環(huán)狀旋流脈沖布水系統(tǒng)，可對厭氧反應(yīng)器內(nèi)污泥床實現(xiàn)充分的擾動，使厭氧顆粒污泥床保持膨脹，并與污水進行充分的接觸反應(yīng)，防止厭氧顆粒污泥的沉積而形成污泥死角，有效地避免厭氧顆粒污泥在反應(yīng)器底部堆積造成底部布水器的堵塞，解決了傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器存在的不足。
脈沖旋流布水器包含：2套外部脈沖閥，2套內(nèi)部多管狀環(huán)形布水系統(tǒng)。
3.3 多層高效三相分離器設(shè)計
傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器在設(shè)計時大多采用單層三相分離器結(jié)構(gòu)，僅設(shè)計在反應(yīng)器頂層，且非全覆蓋式布置。該設(shè)計會使反應(yīng)器在使用過程中出現(xiàn)不同程度的跑泥，嚴重時將會影響到反應(yīng)器的整體處理效率。
本項目設(shè)計采用多層高效三相分離器，充分考慮對厭氧顆粒污泥的截留效率以及對沼氣的密封效果，采用雙層全覆蓋式三相分離器設(shè)計，可有效地對固、液、氣進行高效分離，充分保證高效厭氧反應(yīng)器的運行效果，有效地解決了傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器存在的不足。
多層高效三相分離器包含：中部三層三相分離器，2套；頂部五層三相分離器，2套。
3.4 多點排泥及反沖洗設(shè)計
傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器在設(shè)計時基本采用單點排泥，該設(shè)計經(jīng)常導(dǎo)致反應(yīng)器底部厭氧污泥無法均勻地排出，尤其是當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)有較多的鈣化污泥產(chǎn)生時，由于鈣化污泥的比重較大，單點排泥無法實現(xiàn)鈣化污泥的正常排出，進而影響厭氧系統(tǒng)的正常運行。
本項目設(shè)計所采用的多點排泥裝置，可確保反應(yīng)器底部各個角落的污泥均能被排出，同時考慮到厭氧反應(yīng)器所碰到的鈣化污泥堵塞問題，設(shè)置反沖洗裝置，可接入高壓沖洗接口用于對各排泥口進行沖洗，防止污泥堵塞情況的發(fā)生。有效地解決傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器所存在的不足。
多點排泥及反沖洗裝置包含：環(huán)狀排泥閥，2組；高壓反沖洗閥，2組。
4、項目運行效果
本項目于2021年4月主體完工，具備進水條件，當(dāng)年6月系統(tǒng)調(diào)試成功，并于7月通過業(yè)主方性能驗收，正式投入運行。運行期間整體處理效果良好，系統(tǒng)運行過程中主要參數(shù)：VLR(容積負荷)為10.58kgCOD/(m3·d)，上升流速為7.5m/h，進水VFA(指揮發(fā)性脂肪酸)≤3.5mmol/L，ALK(堿度)≥35mmol/L。系統(tǒng)運行穩(wěn)定后各月平均出水水質(zhì)見表2。
5、技術(shù)經(jīng)濟指標
本項目預(yù)處理污水設(shè)施運行費用主要包括電費、藥劑費、人工費。其中：
(1)電費：本項目為三級供電負荷，裝機容量為550.75kW，需用容量為342.70kW，日用電量約5346.12kWh。電價按0.35元/kWh(以廠區(qū)自備電廠發(fā)電成本計算)，折合0.312元/t廢水。
(2)人工費：本項目日常運行期間需操作人員4人，工人工資按150元/日計算，折合0.1元/t廢水。
(3)藥劑費：PAC(聚合氯化鋁)：0.143元/t廢水；PAM(聚丙烯酰胺)：0.012元/t廢水；尿素：0.075元/t廢水；磷酸二氫銨：0.067元/t廢水。
實際日常運行費用：0.709元/t廢水。
同時高效厭氧反應(yīng)器在運行過程中產(chǎn)生大量的沼氣可作為再生能源進行利用。根據(jù)現(xiàn)場沼氣流量計數(shù)據(jù)日平均產(chǎn)沼氣9660m/d，每去除1kgCOD約可產(chǎn)生0.35m³沼氣。按照每立方米沼氣所產(chǎn)生的熱值可轉(zhuǎn)換為0.714kg標煤所產(chǎn)生的熱值，同時按照1t標煤1000元市場價計算，預(yù)計可產(chǎn)生6897.24元/d的經(jīng)濟效益，在扣除污水處理運行費用的同時仍可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。
6、結(jié)論
本項目針對目前國內(nèi)造紙行業(yè)非常少見的一種高濃度植物纖維填充料廢水預(yù)處理案例，設(shè)計主體采用高效厭氧反應(yīng)器對該高難度廢水進行預(yù)處理，充分發(fā)揮高效厭氧反應(yīng)器特點，同時結(jié)合相應(yīng)的多處改良設(shè)計，使厭氧反應(yīng)器的處理能力得到進一步提升，以相對較小的處理費用最大化地去除廢水中大部分有機污染物；同時反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣還可進行資源回收，減少了污水廠的運行成本。本項目廢水處理作為造紙制漿行業(yè)非典型的工程案例，在有效推動厭氧反應(yīng)器優(yōu)化改良的同時，也將為今后造紙制漿行業(yè)高濃廢水處理提供相應(yīng)的案例參考，具有較高的推廣價值。（來源：杭州山嶼源環(huán)保科技有限公司）
