制浆污水处理技术几种工艺方案的比较

制浆污水处理技术几种工艺方案的比较通过对国外污水处理公司技术方案中的工艺流程特点、曝气方式、运行费用等比较与分析，提出了较适合南平纸厂制浆污水处理的技术方案。一、工艺流程及特点1物理+生化处理污水→调节池→反应型预沉池→喷射冷却池→选择器→喷射曝气→二沉池→污泥脱水↑↓↓└──回流───┘排放图1物理+生化处理工艺流程如图1，该工艺设有反应型预沉池预处理，可提高SS的去除率。由于不加化学药剂，因此是一个物理过程。一般预沉池SS的去除率为70%，而该反应型预沉池SS去除率可达90%以上，从而可降低CODCr30%以上。其设计原理是在不加絮凝剂的条件下，充分利用纤维的絮凝特征。一个大直径低转速的搅拌器将先期沉淀的污泥提升，并与从预沉池底部进入的污水在中心导管内接触混合，混合后的污水进入锥形反应室，在锥形反应室内停留时间较长，此时污水中的悬浮物增长成为絮状物。当混合污水从反应室流出时，因污水的流速逐渐降低，从而为絮状物提供了最佳反应条件。该工艺的反应型预沉池已应用于河南漯河银鸽造纸厂和四川雅安造纸厂的污水处理。由于该反应型预沉池不加絮凝剂，运行费用低，但一次性投资要比一般的预沉池高。2厌氧+好氧处理提出该工艺的公司认为TMP和DIP两股污水的有机物浓度较高，适合用厌氧预处理。经过厌氧处理后的CODCr可降低到1000mg/L以下，CODCr的去除率可达70%左右，从而减轻其后好氧预处理的负担(见图2)。其它污水┌──回流─┐↓↓↑TMP，DIP污水→预处理→冷却塔→厌氧处理→预沉池→选择器→鼓风曝气→二沉池→浓缩池→污泥脱水↓排放厌氧+好氧处理工艺流程厌氧反应器是用国外较为成熟的升流式厌氧污泥床，即UASB。这是一个无填料无任何动力装置，且有一定数量厌氧颗粒状污泥的空容器。其工艺原理是，反应器的上半部分设置1个三相分离器，分离器的上部为沉淀区，下部为反应区。在反应区中，根据污泥的分布又可分为污泥层和悬浮层。污水自下进入反应器向上流动时，污水与颗粒污泥充分接触，进行一系列生化反应后产生沼气。由于气泡上升托起污泥，随着反应的进行和气量的增加，污泥逐渐膨胀并略呈流化态，气体从污泥层内逸出。沉降性能较低的污泥在气体的搅动下形成悬浮层，混合液上升至三相分离器内。气体碰到反射板时折向气室而被有效地分离排出。污泥和水进入沉淀区，在重力作用下，水与污泥分离。厌氧处理的优点在于能耗低，占地小，产污泥量少，去除效率高，可降解部分大分子有机物，有利于进一步的好氧处理。但厌氧处理一次性投资较大；在国内运行经验甚少，尤其在制浆污水处理方面，国内尚无用厌氧处理方法；厌氧处理在试车时，颗粒污泥不易培养，培养时间较长；较难把握稳定的运行；制浆污水中的树脂、有机氯、过氧化氢和硫化物等对厌氧菌可能存在抑制作用；此外还要考虑厌氧过程生物气体的利用问题。因而制浆污水用厌氧处理，目前尚不成熟，暂不考虑厌氧方法处理。3物化+生化法(见图3)其工艺特点为预处理设絮凝池，投加化学药品。这种化学絮凝预处理不但可以增加悬浮物的沉降性能，通过增加SS的去除率大大降低不可溶性CODCr，而且还可以去除一些大分子难降解的有机物如木素、纤维素、有机氯等。其原理是投加絮凝剂后，水中悬浮的细小纤维凝聚成大颗粒物质，这些各种形状的颗粒也存在着多孔比表面，对一些大分子有机物具有一定的吸咐作用。与厌氧预处理和反应型预处理比较，化学预处理的投资费用较低，且易于控制和管理，但化学药品投加量较多，运行费用大大增加。┌─回流──┐↓↑污水→絮凝池→预沉池→调节池→冷却塔→选择器→表面曝气池→二沉池→污泥脱水↓排放图3物化+生化处理工艺流程4两级曝气+物化法该工艺采用两级曝气，最后设化学处理，如图4。由于工艺过程较为复杂，构筑设施多，因而占地面积相对较大，相对投资也较高。工艺流程的最后还需加化学药剂。这样虽可以保证达标排放，但无疑运行费用也相应增加，而且加药后的污泥粘性增大，影响污泥的脱水。┌─回流─┐┌回流┐↓↑↓↑污水→调节池→预沉池→冷却塔→选择器→表面曝气池→中间池→表面曝气池→絮凝沉淀池→浓缩池→污泥脱水↓排放图4两级曝气+物化处理工艺流程5生化+物化法如图5所示，预处理不一般沉淀地，最后加气浮处理。由于没有特殊的预处理方法，预处理的CODCr去除率较低，增加好氧生物去除CODCr的负担，因此最后的气浮处理必须投加较多的絮凝剂方可保证达标排放。污泥脱水┌─────回流────↑↓│污水→预沉池→调节池→冷却塔→选择器→喷射曝气→二沉池→气浮装置→排放图5生化+物化处理工艺流程这些工艺的共同之处是在曝气池前加选择器，且曝气时间较长，都在15h到30h之间。加选择器和延时曝气都是为了增加CODCr的去除率，保证CODCr的达标排放。加选择器主要是当回流污泥和污水一起进入选择器时，在没有曝气的情况下消耗有机物造成缺氧。首先是产生一些厌氧菌可分解一小部分难降解的有机物，其次是在缺氧状态下，可选择出生存能力较强和活性较好的好氧菌种。这些生命旺盛的菌种一旦进入曝气池，在好氧状态下，其去除有机物的能力明显增强。增加曝气时间，有机物和活性污泥混合停留时间较长，对一些较难降解的有机物也能够逐步降解。二、曝气方式所有提出的技术方案中，曝气池的曝气方式有3种，即表面曝气、鼓风曝气和喷射曝气。它们各自的优缺点见表2。曝气方式优点缺点表面曝气根据溶解氧需要可调速,移动;便于操作和控制管理;易维修,无须将池中的水排出动力消耗大;充氧能力较低;需要加消泡剂消除水面的泡沫,否则不利于表面空气充氧鼓风曝气动力消耗相对较少;充氧能力高,适合深池曝气;表面泡沫不影响充氧鼓风噪声大;池底布气设施出故障时,需将池中的水排出,极为不便喷射曝气动力消耗小;充氧效率最高,也适合深池曝气,表面泡沫也不影响充氧控制一定的喷射流速,否则太低喷口会堵泥;同样设施维修时,需将池中的水排出表2几种曝气方式的比较三、运行费用运行费用主要决定于化学药品消耗量和总电耗，设备折旧和维护管理费用大同小异，所占的比例很低。5种工艺的化学药品消耗量和总电耗归纳见表3。处理工艺化学药品消耗量/kg·d-1磷酸三钠尿素聚丙烯酰胺硫酸铝消泡剂总电耗/kWh·d-1物理+生化500105085--17400厌氧+好氧4001000100-6015600化学+生化1256501501200010023000两级曝气120024001601300010029100生化+物化7601325120360-14400由于综合后的污水pH值约4～7，偏酸，因此处理前加碱调节pH，NaOH的投加量由pH的大小决定。从表中可以看出，两级曝气的化学药品消耗量和总电耗最高，因而运行费用最高。而物理+生化法和厌氧+好氧法的总消耗相对较低，因此运行费用也较低四、结果讨论通过以上5种工艺的比较(见表4)可以得出以下结论：处理方法处理效率建设投资运行费用物理+生化反应型预沉池可去除CODcr30%以上较高较低厌氧+好氧厌氧可去除TMP和DIP污水CODcr70%较高较低化学+生化可以保证较高的CODcr去除率较低较高两级曝气还需加化学处理后才能保证达标较高较高生化+物化亦可以保证CODcr达标排放较低较高1两级曝气+化学方法的工艺过程较为复杂，占地面积最大，故建设投资费用高，而且仍需加大量的化学药品才能达标排放，同时总电耗也高，因此该工艺的运行费用最高，基本不考虑该工艺技术方案。2厌氧预处理可以大大减轻好氧处理的负担，而且还存在其它诸多优点，但对于制浆污水存在着毒性抑制因素，且厌氧方法去处理规模较大的污水在国内尚不成熟，也不易于维护和管理，同时DIP和TMP两股污水混合后必须另外单独开一条地沟，无疑增加投资费用，因而厌氧方法目前暂不能考虑。3反应型预沉池预处理的效果较好，可去除CODCr30%以上，从而不加化学药剂可以保证CODCr达标排放。但一次性投资较高，且也存在维护管理上的问题，相应增加维护管理费用。只有对已正在运行的该工艺过程进行实地考察，才能决定该反应型预沉池是否好用。4化学预处理的优点在于投资较省，维护管理简单，但无疑增加较多的运行费用，对于我国现有企业在经济上较难承受。如佳木斯造纸厂的制浆污水处理也是引进国外的处理技术，但由于需加化学处理才能达标排放，从而运行费用很高，每处理1t水需花1元以上的费用。该厂污水处理量近10万t/d，因此每天的处理费用高达10万元以上。目前该污水处理设施无法继续运行，正在寻找降低成本的改进方法。5在选择何种曝气方式时，尽管表面曝气的单位功率供氧能力最低，动力消耗较大，且需要加消泡剂，但它易于控制管理，操作方便，最主要的是维修时无须将池子的水全部排出而耗费大量的人力物力。而我们现有的污水处理场就是采用表面曝气的方法，已积累了较为丰富的经验，因此我们倾向于选择表面曝气。由此看来，既要处理效果好，满足CODCr的达标排放，又要做到投资省，运行费用低，是难以做到的。因此在比选过程中，只要做到投资不要太高，处理效果好，保证达标排放，运行费用在0.80元/t水左右即可。通过对这5种污水处理工艺的工艺特点、曝气方式和运行费用的比较分析，我们认为，设有反应型预沉池的物理+生化法处理工艺比较适合我公司的制浆污水处理。工艺流程简单合理，在不加化学处理的情况下，能够保证CODCr达标排放，运行费用较低。但还必须通过时国内外有关该工艺污水处理厂的实地考察后，才能做出最后的结论。（2002.8.8）