制漿污水處理技術幾種工藝方案的比較

一、工藝流程及特點

1 物理+生化處理

污水 → 調節池 → 反應型預沉池 → 噴射冷卻池 → 選擇器 → 噴射曝氣 → 二沉池 → 污泥脫水
↑ ↓ ↓
└ ── 回流── ─ ┘排放


圖1 物理+生化處理工藝流程

如圖 1，該工藝設有反應型預沉池預處理，可提高SS的去除率。由于不加化學藥劑，因此是一個物理過程。一般預沉池SS的去除率為70%，而該反應型預沉池SS去除率可達90%以上，從 而可降低CODCr30%以上。

其設計原理是在不加絮凝劑的條件下，充分利用纖維的絮凝特征。一個大直徑低轉速的攪拌器將先期沉淀的污泥提升，并與從預沉池底部進入的污水在中心導管內接觸混合，混合后的污水進入錐形反應室，在錐形反應室內停留時間較長，此時污水中的懸浮物增長成為絮狀物。當混合污水從反應室流出時，因污水的流速逐漸降低，從而為絮狀物提供了最佳反應條 件。

該工藝的反應型預沉池已應用于河南漯河銀鴿造紙廠和四川雅安造紙廠的污水處理。由于該反應型預沉池不加絮凝劑，運行費用低，但一次性投資要比一般的預沉池高。

2 厭氧+好氧處理

提出該工藝的公司認為TMP和DIP兩股污水的有機物濃度較高，適合用厭氧預處理。經過厭氧處理后的CODCr可降低到1000mg/L以下，CODCr的去除率可達70%左右，從而減輕其后好氧預處理的負擔(見圖2)。

其它污水 ┌ ─ ─ 回流 ─ ┐
↓ ↓ ↑
TMP，DIP污水 → 預處理 → 冷卻塔 → 厭氧處理 → 預沉池 → 選擇器 → 鼓風曝氣 → 二沉池 → 濃縮池 → 污泥脫水
↓
排放

厭氧+好氧處理工藝流程

厭氧反應器是用國外較為成熟的升流式厭氧污泥床，即UASB。這是一個無填料無任何動力裝置，且有一定數量厭氧顆粒狀污泥的空容器。其工藝原理是，反應器的上半部分設置1個三相分離器，分離器的上部為沉淀區，下部為反應區。在反應區中，根據污泥的分布又可分為污泥層和懸浮層。污水自下進入反應器向上流動時，污水與顆粒污泥充分接觸，進行一系列生化反應后產生沼氣。由于氣泡上升托起污泥，隨著反應的進行和氣量的增加，污泥逐漸膨脹并略呈流化態，氣體從污泥層內逸出。沉降性能較低的污泥在氣體的攪動下形成懸浮層，混合液上升至三相分離器內。氣體碰到反射板時折向氣室而被有效地分離排出。污泥和水進入沉淀區，在重力作用下，水與污泥分離。

厭氧處理的優點在于能耗低，占地小，產污泥量少，去除效率高，可降解部分大分子有機物，有利于進一步的好氧處理。但厭氧處理一次性投資較大；在國內運行經驗甚少，尤其在制漿污水處理方面，國內尚無用厭氧處理方法；厭氧處理在試車時，顆粒污泥不易培養，培養時間較長；較難把握穩定的運行；制漿污水中的樹脂、有機氯、過氧化氫和硫化物等對厭氧菌可能存在抑制作用；此外還要考慮厭氧過程生物氣體的利用問題。因而制漿污水用厭氧處理，目前尚不成熟，暫不考慮厭氧方法處理。

3 物化+生化法(見圖3)

其工藝特點為預處理設絮凝池，投加化學藥品。這種化學絮凝預處理不但可以增加懸浮物的沉降性能，通過增加SS的去除率大大降低不可溶性CODCr，而且還可以去除一些大分子難降解的有機物如木素、纖維素、有機氯等。其原理是投加絮凝劑后，水中懸浮的細小纖維凝聚成大顆粒物質，這些各種形狀的顆粒也存在著多孔比表面，對一些大分子有機物具有一定的吸咐作用。

與厭氧預處理和反應型預處理比較，化學預處理的投資費用較低，且易于控制和管理，但化學藥品投加量較多，運行費用大大增加。

┌ ─ 回流─ ─ ┐
↓ ↑
污水 → 絮凝池 → 預沉池 → 調節池 → 冷卻塔 → 選擇器 → 表面曝氣池 → 二沉池 → 污泥脫水
↓
排放

圖3 物化+生化處理工藝流程

4 兩級曝氣+物化法

該工藝采用兩級曝氣，最后設化學處理，如圖4。由于工藝過程較為復雜，構筑設施多，因而占地面積相對較大，相對投資也較高。工藝流程的最后還需加化學藥劑。這樣雖可以保證達標排放，但無疑運行費用也相應增加，而且加藥后的污泥粘性增大，影響污泥的脫水。

┌ ─ 回流 ─ ┐ ┌ 回流 ┐
↓ ↑ ↓ ↑
污水 → 調節池 → 預沉池 → 冷卻塔 → 選擇器 → 表面曝氣池 → 中間池 → 表面曝氣池 → 絮凝沉淀池 → 濃縮池 → 污泥脫水
↓
排放

圖4 兩級曝氣+物化處理工藝流程

5 生化+物化法

如圖5所示，預處理不一般沉淀地，最后加氣浮處理。由于沒有特殊的預處理方法，預處理的CODCr去除率較低，增加好氧生物去除CODCr的負擔，因此最后的氣浮處理必須投加較多的絮凝劑方可保證達標排放。

污泥脫水
┌ ─── ── 回流── ─ ─↑

↓ │
污水 → 預沉池 → 調節池 → 冷卻塔 → 選擇器 → 噴射曝氣 → 二沉池 → 氣浮裝置 → 排放

圖5 生化+物化處理工藝流程

這些工藝的共同之處是在曝氣池前加選擇器，且曝氣時間較長，都在15h到30h之間。加選擇器和延時曝氣都是為了增加CODCr的去除率，保證CODCr的達標排放。

加選擇器主要是當回流污泥和污水一起進入選擇器時，在沒有曝氣的情況下消耗有機物造成缺氧。首先是產生一些厭氧菌可分解一小部分難降解的有機物，其次是在缺氧狀態下，可選擇出生存能力較強和活性較好的好氧菌種。這些生命旺盛的菌種一旦進入曝氣池，在好氧狀態下，其去除有機物的能力明顯增強。

增加曝氣時間，有機物和活性污泥混合停留時間較長，對一些較難降解的有機物也能夠逐步降解。

二、曝氣方式

所有提出的技術方案中，曝氣池的曝氣方式有3種，即表面曝氣、鼓風曝氣和噴射曝氣。它們各自的優缺點見表2。

曝氣方式 優點 缺點
表面曝氣 根據溶解氧需要可調速,移動;便于操作和控制管理;易維修,無須將池中的水排出 動力消耗大;充氧能力較低;需要加消泡劑消除水面的泡沫,否則不利于表面空氣充氧
鼓風曝氣 動力消耗相對較少;充氧能力高,適合深池曝氣;表面泡沫不影響充氧 鼓風噪聲大;池底布氣設施出故障時,需將池中的水排出,極為不便
噴射曝氣 動力消耗小;充氧效率最高,也適合深池曝氣,表面泡沫也不影響充氧 控制一定的噴射流速,否則太低噴口會堵泥;同樣設施維修時,需將池中的水排出

表2幾種曝氣方式的比較

三、運行費用

運行費用主要決定于化學藥品消耗量和總電耗，設備折舊和維護管理費用大同小異，所占的比例很低。5種工藝的化學藥品消耗量和總電耗歸納見表3。

處理工藝 化學藥品消耗量/kg·d-1
磷酸三鈉 尿素 聚丙烯酰胺 硫酸鋁 消泡劑 總電耗/kWh·d-1
物理+生化 500 1050 85 - - 17400
厭氧+好氧 400 1000 100 - 60 15600
化學+生化 125 650 150 12000 100 23000
兩級曝氣 1200 2400 160 13000 100 29100
生化+物化 760 1325 120 360 - 14400

由于綜合后的污水pH值約4～7，偏酸，因此處理前加堿調節pH，NaOH的投加量由pH的大小決定。從表中可以看出，兩級曝氣的化學藥品消耗量和總電耗最高，因而運行費用最高。而物理+生化法和厭氧+好氧法的總消耗相對較低，因此運行費用也較低

四、結果討論

通過以上5種工藝的比較(見表4)可以得出以下結論：

處理方法 處理效率 建設投資 運行費用
物理+生化 反應型預沉池可去除CODcr30%以上 較高 較低
厭氧+好氧 厭氧可去除TMP和DIP污水CODcr70% 較高 較低
化學+生化 可以保證較高的CODcr去除率 較低 較高
兩級曝氣 還需加化學處理后才能保證達標 較高 較高
生化+物化 亦可以保證CODcr達標排放 較低 較高

1 兩級曝氣+化學方法的工藝過程較為復雜，占地面積最大，故建設投資費用高，而且仍需加大量的化學藥品才能達標排放，同時總電耗也高，因此該工藝的運行費用最高，基本不考慮該工藝技術方案。

2 厭氧預處理可以大大減輕好氧處理的負擔，而且還存在其它諸多優點，但對于制漿污水存在著毒性抑制因素，且厭氧方法去處理規模較大的污水在國內尚不成熟，也不易于維護和管理，同時DIP和TMP兩股污水混合后必須另外單獨開一條地溝，無疑增加投資費用，因而厭氧方法目前暫不能考慮。

3 反應型預沉池預處理的效果較好，可去除CODCr30%以上，從而不加化學藥劑可以保證CODCr達標排放。但一次性投資較高，且也存在維護管理上的問題，相應增加維護管理費用。只有對已正在運行的該工藝過程進行實地考察，才能決定該反應型預沉池是否好用。

4 化學預處理的優點在于投資較省，維護管理簡單，但無疑增加較多的運行費用，對于我國現有企業在經濟上較難承受。如佳木斯造紙廠的制漿污水處理也是引進國外的處理技術，但由于需加化學處理才能達標排放，從而運行費用很高，每處理1t水需花1元以上的費用。該廠污水處理量近10萬t/d，因此每天的處理費用高達10萬元以上。目前該污水處理設施無法繼續運行，正在尋找降低成本的改進方法。

5 在選擇何種曝氣方式時，盡管表面曝氣的單位功率供氧能力最低，動力消耗較大，且需要加消泡劑，但它易于控制管理，操作方便，最主要的是維修時無須將池子的水全部排出而耗費大量的人力物力。而我們現有的污水處理場就是采用表面曝氣的方法，已積累了較為豐 富的經驗，因此我們傾向于選擇表面曝氣。

由此看來，既要處理效果好，滿足CODCr的達標排放，又要做到投資省，運行費用低，是難以做到的。因此在比選過程中，只要做到投資不要太高，處理效果好，保證達標排放，運行費用在0.80元/t水左右即可。

通過對這5種污水處理工藝的工藝特點、曝氣方式和運行費用的比較分析，我們認為，設有反應型預沉池的物理+生化法處理工藝比較適合我公司的制漿污水處理。工藝流程簡單合理，在不加化學處理的情況下，能夠保證CODCr達標排放，運行費用較低。但還必須通過時國內外有關該工藝污水處理廠的實地考察后，才能做出最后的結論。