山東某制漿造紙企業(yè)主要生產(chǎn)高檔包裝紙、高檔工業(yè)用原紙、高級(jí)文化辦公用紙等，生產(chǎn)車間由數(shù)條木漿生產(chǎn)線和20余條抄紙生產(chǎn)線組成，廢水排放量達(dá)到5～8萬 m3/d，其中高濃化學(xué)漿黑液進(jìn)入堿回收車間濃縮、燃燒，回收無機(jī)堿；化機(jī)漿車間制漿廢水、抄紙車間紙機(jī)白水及生活污水進(jìn)入污水處理廠，經(jīng)過脈沖厭氧流化床反應(yīng)器（PAFR）—改良型氧化溝（ABR+卡魯塞爾氧化溝）—高級(jí)氧化工藝處理后達(dá)標(biāo)排放。污水處理廠廢水處理工程于2010年下半年開始規(guī)劃建設(shè)，2011年7月份進(jìn)水調(diào)試，2011年11月份正常運(yùn)行至今。
1 工藝概況
1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及水量
污水處理廠廢水處理工程總設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬 m3/d，設(shè)計(jì)出水執(zhí)行《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表 1所示。
| 項(xiàng)目 | COD/(mg.L -1 ) | BOD/(mg.L -1 ) | SS/(mg.L -1 ) | pH |
| 進(jìn)水 | ≤3000 | ≤2500 | 6~9 | |
| 出水 | ≤70 | ≤20 | ≤30 | 6~9 |
由于污水處理廠廢水主要來自原料木片的洗滌、化機(jī)漿生產(chǎn)過程以及紙機(jī)白水，污染物成分復(fù)雜，主要是一些分子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的大分子污染物，如木質(zhì)素、纖維素、半纖維素，及部分其他有機(jī)雜質(zhì)和泥砂等無機(jī)物。廢水COD、SS均較高，可生化性較差，屬于較難處理的工業(yè)廢水之一。
1.2 廢水處理流程
廢水處理工藝流程見圖 1。
圖 1 廢水處理工藝流程
廢水先經(jīng)過圓網(wǎng)機(jī)濾去細(xì)小纖維和懸浮物后，自流進(jìn)入1#絮凝反應(yīng)池。絮凝反應(yīng)池出水進(jìn)入初沉池，沉淀污泥由刮吸泥機(jī)吸出，泵送至污泥濃縮池，出水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水質(zhì)與水量的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池中的廢水經(jīng)泵提升至PAFR，由脈沖布水器進(jìn)行布水，在水解和產(chǎn)酸菌的作用下，廢水中大分子有機(jī)物被分解成小分子有機(jī)物，廢水中溶解性有機(jī)物顯著增加，提高了廢水的可生化性。PAFR出水進(jìn)入改良型氧化溝，利用好氧菌的吸附、氧化分解廢水中的有機(jī)物，氧化溝所需氧氣由表面曝氣機(jī)供給。氧化溝出水進(jìn)入二沉池，泥水分離后，部分污泥回流至生化系統(tǒng)，部分污泥進(jìn)入濃縮池。二沉池出水自流至集水池，再泵送至高級(jí)氧化系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理，出水達(dá)標(biāo)排放。沉淀污泥、剩余污泥和化學(xué)污泥經(jīng)濃縮、壓濾、干化后作為燃料使用。
2 主要構(gòu)筑物
2.1 圓網(wǎng)機(jī)平臺(tái)
圓網(wǎng)機(jī)平臺(tái)外形尺寸為長(zhǎng)×寬 =41.0 m×16.0 m，篩網(wǎng)規(guī)格為0.178 mm （80目）。圓網(wǎng)機(jī)16臺(tái)。圓網(wǎng)機(jī)過濾及清渣無需消耗動(dòng)力，通過水力流動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。
2.2 1#絮凝反應(yīng)池
1#絮凝反應(yīng)池外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高=16.0 m×16.0 m×6.0 m，HRT為15 min。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)有選擇地投加絮凝劑。1#絮凝反應(yīng)池1座。
2.3 初沉池
初沉池外形尺寸為 D 47.0 m×4.5 m，表面負(fù)荷為0.6 m3/（m2·h）。初沉池4座。
2.4 調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池面積為2 514.0 m2，高5.0 m，HRT為2.7 h。在廢水進(jìn)入生化處理系統(tǒng)之前，需預(yù)先調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)。調(diào)節(jié)池1座。
2.5 PAFR
PAFR設(shè)計(jì)流量為80 000 m3/d，PAFR外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高=70.0 m×38.0 m×13.0 m，有效水深12.0 m，有效容積61 270 m3，HRT為18.4 h。PAFR 2座。在PAFR內(nèi)，廢水經(jīng)歷整個(gè)厭氧過程，包括水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。該反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）脈沖布水器和顆粒污泥。PAFR內(nèi)設(shè)有自動(dòng)高效脈沖布水器（見圖 2），僅消耗部分勢(shì)能，無潛水?dāng)嚢璧容o助設(shè)備。脈沖布水利用虹吸管中快速流動(dòng)的水流將主管道中的空氣帶走，使主管道內(nèi)形成一定的真空度，在管道內(nèi)外大氣壓作用下池內(nèi)的水進(jìn)入主管道后排入池中。由于水流速度快，布水在短時(shí)間內(nèi)即可完成，達(dá)到脈沖效果。脈沖作用將池底高濃度污泥攪起，使池內(nèi)泥水充分混合，厭氧菌與廢水中的有機(jī)物充分接觸；底部采用穿孔布水管布水均勻，可使泥水充分混合，利用兼氧、厭氧菌等生物群體的綜合作用，提高廢水的可生化性。在PAFR啟動(dòng)階段，接種在PAFR中的普通絮狀污泥，通過脈沖布水的沖擊作用形成連續(xù)的上升-下降過程，污泥不斷互相碰撞、摩擦，易形成致密結(jié)構(gòu)的顆粒化污泥。
圖 2 自動(dòng)高效脈沖布水器
（2）三相分離功能。PAFR呈全封閉式，采用特有的泥水氣三相分離系統(tǒng)，它既能收集分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的氣體，又能使分離器上的懸浮物沉淀下來。
2.6 改良型氧化溝
改良型氧化溝采用“ABR+卡魯塞爾氧化溝”的組合工藝，其以卡魯塞爾氧化溝為主，輔以ABR，性能穩(wěn)定，操作管理簡(jiǎn)便，維護(hù)工作量小，同時(shí)可以有效防止污泥膨脹。
2.6.1 ABR
ABR外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高 =108.0 m×36.0 m×5.5 m，有效容積為17 500 m3，水深4.5 m ，HRT為4.2 h。ABR相當(dāng)于一個(gè)完全混合的恒化反應(yīng)器，其HRT為2～14 h。HRT的確定是ABR設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)HRT的設(shè)置應(yīng)保證水中易降解的COD被自由游動(dòng)菌充分吸收和利用，使其保持持續(xù)生長(zhǎng)并不斷隨出水排出系統(tǒng)。如果HRT 選擇得當(dāng)，絲狀菌在競(jìng)爭(zhēng)中無法生存，從而不會(huì)引起污泥膨脹。ABR 1座。
2.6.2 氧化溝段
氧化溝段外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高 =102.4 m×56.05 m×5.5 m，廊道寬度為9 m，有效水深4.8 m，容積75 000 m3，HRT為18.0 h。設(shè)計(jì)COD負(fù)荷為87 545 kg/d，MLSS為4 500 mg/L，COD污泥負(fù)荷為0.324 kg/（kg·d）。設(shè)計(jì)水溫為35～38 ℃，設(shè)計(jì)剩余污泥產(chǎn)量為28 850kg/d（水溫38 ℃），設(shè)計(jì)污泥齡為10.1 d（水溫38 ℃），最大需氧量為4 087 kg/h（水溫38 ℃）。氧化溝段曝氣裝置采用倒傘型表面曝氣機(jī)（充氧動(dòng)力效率：2.1kg/kW；功率為132 kW的3套，功率為160 kW的15套）。氧化溝段3座。
2.7 二沉池
二沉池外形尺寸為 D 47.0 m×4.5 m，表面負(fù)荷為0.6 m3/（m2·h），為中間進(jìn)水、周邊出水、輻流式沉淀池。二沉池4座。
2.8 高級(jí)氧化系統(tǒng)
集水池外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高 =28.0 m×24.0 m×5.0 m，HRT為0.7 h，集水池1座；高級(jí)氧化反應(yīng)池外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高 =28.0 m×27.0 m×7.5 m ，HRT為60 min，高級(jí)氧化反應(yīng)池1座；終沉池外形尺寸為 D 47.0 m×4.5 m，表面負(fù)荷為0.6 m3/（m2·h ），終沉池4座。
3 工藝調(diào)試
3.1 PAFR調(diào)試
接種污泥取自原有厭氧池排出污泥，通過調(diào)節(jié)池提升泵將污泥提升至厭氧池。接種量SS以8~10 kg/m3（反應(yīng)池）為宜。調(diào)試初期系統(tǒng)啟動(dòng)水量按照設(shè)計(jì)水量的30%，COD容積負(fù)荷在0.3~0.5 kg/m3左右。當(dāng)COD去除率＞45%、出水VFA＜700 mg/L后，可以逐步提高進(jìn)水量，每次提高幅度宜在設(shè)計(jì)進(jìn)水量的10%左右。在調(diào)試初期，需加堿調(diào)節(jié)pH以確保厭氧出水pH在6.8~7.2。在污泥馴化階段，為加快污泥顆粒化程度，出水內(nèi)循環(huán)量可控制在100%~150%左右。每周1次對(duì)厭氧池2、4、6、8、10 m高處的污泥層進(jìn)行取樣觀察，用100 mL量筒測(cè)定其5 min或30 min的沉降體積，分析其沉降性能。在運(yùn)行過程中，根據(jù)厭氧微生物對(duì)m（COD）∶m（N）∶m（P）=350∶5∶1 的要求適量補(bǔ)充氮、磷。實(shí)際運(yùn)行中氮源應(yīng)適當(dāng)提高，厭氧反應(yīng)器出水NH4+-N在30 mg/L左右。
3.2 改良型氧化溝的調(diào)試
將好氧系統(tǒng)構(gòu)筑物內(nèi)充滿新鮮廢水，隨后投加好氧菌種，菌種可選擇污水處理廠二沉池的剩余污泥。與此同時(shí)，開啟曝氣設(shè)備及污泥回流系統(tǒng)，使好氧系統(tǒng)處于循環(huán)悶曝狀態(tài)1～2 d左右。之后采取連續(xù)進(jìn)水方式，進(jìn)水量控制在設(shè)計(jì)流量的15%～30%，進(jìn)水COD在1 000 mg/L左右，二沉池的污泥大部分回流至好氧進(jìn)水單元。當(dāng)生化系統(tǒng)COD去除率達(dá)到75%左右時(shí)，逐步增加好氧系統(tǒng)進(jìn)水量。調(diào)試運(yùn)行過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）控制生化系統(tǒng)的溫度在15~35 ℃；（2）污水pH保持在6.0~9.0；（3）營(yíng)養(yǎng)物的需要量約為m（COD）∶m（N）∶m（P）=100∶5∶1；（4）溶解氧一般應(yīng)控制在2～4 mg/L；（5）定期或隨時(shí)調(diào)節(jié)回流比和回流量，污泥回流比在50%~100%左右；（6）調(diào)節(jié)MLSS和SV，控制剩余污泥的排放量，好氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)MLSS為3 000～5 000 mg/L，SV30一般控制在50%以下。
4 調(diào)試過程中的問題及相應(yīng)對(duì)策
調(diào)試過程中存在的問題及采取的相應(yīng)對(duì)策：
（1）PAFR出水pH低，VFA異常升高。調(diào)試過程中，PAFR連續(xù)幾天出現(xiàn)出水pH低、VFA異常升高的情況。通過觀察對(duì)比每天的實(shí)驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)該時(shí)期進(jìn)水pH與之前無明顯變化；通過對(duì)比每天的進(jìn)水水質(zhì)及水量發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水水量基本維持恒定，但進(jìn)水負(fù)荷明顯升高。據(jù)此推測(cè)，上述情況可能是由于厭氧處理負(fù)荷過高導(dǎo)致有機(jī)酸積累引起的。
針對(duì)上述情況，在無法改變進(jìn)水水質(zhì)前提下，及時(shí)調(diào)整每天進(jìn)水量，保證每天進(jìn)入PAFR的總負(fù)荷基本恒定，同時(shí)增加厭氧污泥量。經(jīng)過幾天的調(diào)整，PAFR出水pH低、VFA異常升高的情況未再出現(xiàn)。
（2）改良型氧化溝ABR和氧化溝段均出現(xiàn)大量泡沫，氧化溝段出現(xiàn)部分污泥上浮。調(diào)試過程的一段時(shí)期內(nèi)，ABR和氧化溝段出現(xiàn)大量泡沫，并且氧化溝段出現(xiàn)部分污泥上浮的情況。鏡檢觀察到活性污泥中含有大量的絲狀菌，據(jù)此判斷部分污泥上浮為絲狀菌大量繁殖引起的污泥膨脹。通過逐一排查引起污泥膨脹的因素，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水中氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)投加及時(shí)，pH在正常范圍，溶解氧也基本維持在2.0～4.0 mg/L，由此最終確定污泥膨脹是由進(jìn)水有機(jī)物質(zhì)太少，生化池內(nèi)F/M太低，導(dǎo)致微生物食料不足引起的；而大量泡沫的出現(xiàn)可能與系統(tǒng)的污泥停留時(shí)間較長(zhǎng)、污泥回流率較低有關(guān)。
針對(duì)上述情況，采取了以下措施：適當(dāng)提高進(jìn)水負(fù)荷；加大排泥量，降低污泥齡，防止污泥老齡化；在ABR和氧化溝池壁周邊增設(shè)噴淋裝置，通過噴灑水流或水珠打碎浮在水面的氣泡，減少泡沫。通過以上措施，ABR和氧化溝段出現(xiàn)大量泡沫及氧化溝段部分污泥上浮問題基本得到解決，整個(gè)好氧系統(tǒng)逐漸趨于正常。
（3）二沉池大量污泥上浮。二沉池的排泥裝置采用的是雙周邊傳動(dòng)全橋式刮吸泥機(jī)，污水從池中心的進(jìn)水管導(dǎo)流筒擴(kuò)散，均勻地向周邊輻射狀流出，呈懸浮狀的污泥經(jīng)沉淀后沉積于池底（池底基本保持水平），上清液通過溢流堰板由出水槽排出池外。雙周邊傳動(dòng)全橋式刮吸泥機(jī)主梁下部連接管路支架、污泥刮集泥斗、吸泥管路等，利用液位差通過虹吸管將集泥槽的污泥排至中心排泥管自吸式排泥。雖然該裝置無需動(dòng)力，運(yùn)行費(fèi)用低，但虹吸管和吸泥管路很容易出現(xiàn)漏氣的情況，虹吸被破壞，二沉池?zé)o法正常排泥。在調(diào)試運(yùn)行初期，由于未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)該問題，導(dǎo)致二沉池的大量污泥沉積于池底，污泥在二沉池內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)，發(fā)生酸化或反硝化反應(yīng)導(dǎo)致大量污泥上浮。
基于上述情況，組織專業(yè)技術(shù)人員集中檢修了所有刮吸泥機(jī)的吸泥管路，以避免管路漏氣情況的發(fā)生；同時(shí)加強(qiáng)了二沉池刮吸泥裝置的日常巡檢。通過以上措施，基本保證了二沉池的正常運(yùn)行。
5 系統(tǒng)運(yùn)行效果及處理成本分析
5.1 系統(tǒng)運(yùn)行效果
本工程采用PAFR—改良型氧化溝—高級(jí)氧化工藝處理制漿造紙廢水取得較好的處理效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）的要求。系統(tǒng)運(yùn)行效果見表 2。
| 處理單元 | COD | BOD 5 | SS | |
| 車間廢水 | 3000 | 1000 | 2500 | |
| 初沉池出水 | 1500 | 700 | 175 | |
| PAFR出水 | 825 | 420 | 100 | |
| 改良型氧化溝+二沉池出水 | 289 | 29.4 | 56 | |
| 高級(jí)氧化系統(tǒng)出水 | 60 | 18.9 | 25.2 |
將系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行1周的各工段出水COD數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖 3所示。
圖 3 系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行1周各工段出水COD
由圖 3可知，系統(tǒng)進(jìn)水COD在1周內(nèi)出現(xiàn)了一定幅度的波動(dòng)，其波動(dòng)范圍在2 100~3 500 mg/L。但經(jīng)過PAFR—改良型氧化溝—高級(jí)氧化工藝處理后，出水COD變化幅度不大，均維持在60 mg/L以下。據(jù)此推測(cè)，該組合工藝具有較強(qiáng)的耐沖擊力，不會(huì)因進(jìn)水負(fù)荷的波動(dòng)引起出水水質(zhì)的劇烈變化。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5.2 運(yùn)行成本分析
本廢水處理工程規(guī)模為100 000 m3/d。
5.2.1 電費(fèi)
總裝機(jī)容量為6 029.7 kW，按實(shí)際運(yùn)行功率4 639.0 kW核算，負(fù)荷系數(shù)取0.8，綜合電價(jià)按0.60元/（kW·h）計(jì)，則電費(fèi)為4 639.0÷100 000×24×0.8×0.6 =0.534元/m3。
5.2.2 藥劑費(fèi)
各項(xiàng)藥劑費(fèi)用如表 3所示。
| 藥劑 | 單價(jià)/(元.t -1 ) | 消耗量/kg.m -3 | 價(jià)格/元.m -3 | |
| 物化加藥系統(tǒng) | 聚合氯化鋁 | 1800 | 0.180 | 0.324 |
| 陰離子聚丙烯酰胺 | 15000 | 0.003 | 0.045 | |
| 硫酸根去除藥劑 | 0.150 | |||
| 營(yíng)養(yǎng)鹽 | 0.130 | |||
| 高級(jí)氧化系統(tǒng) | 過氧化氫(27.5%) | 600 | 0.830 | 0.500 |
| 陽離子聚丙烯酰胺 | 30000 | 0.001 | 0.030 | |
| 氯化亞鐵(FeCl 2 .4H 2 O) | 750 | 0.500 | 0.375 | |
| 片堿(NaOH) | 2200 | 0.103 | 0.227 |
由表 3經(jīng)計(jì)算可知，總的藥劑費(fèi)用為1.781元/m3。
5.2.3 工資福利費(fèi)
平均工資為1 000元/（月·人），職工定員為48人，工資福利費(fèi)為1 000×48÷30÷100 000=0.016元/m3。
則該廢水處理工程直接運(yùn)行費(fèi)用為 0.534+1.781+0.016=2.331元/m3。
