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1、前言制浆造纸是我国国民经济的重要产业之一， 然而其对于环境造成的污染也日益突 出，尤其是对于我国水环境的严重污染，已经成为工业污染防治的重点、热点以 及难点。制浆造纸废水主要有蒸煮废液、中段废水和造纸白水三个部分。制浆与洗、选、 漂过程中所排放的废水的总和、包括洗涤水和漂白水系统称为中段废水。 中段废 水由于造纸的生产工艺、产品的品种不同而使得其污染负荷由很大的差异。一般来说中段废水颜色呈深黄色，占造纸工业污染排放总量的8%9%,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
2、酸等，以可溶性COD为主。目前，我国多采用混凝沉淀法和活性污泥法的联合 处理工艺。本次设计主要针对于造纸中段废水的混凝反应和沉淀工艺部分，以达到除去可悬浮固体颗粒的目的。1. 设计任务及原始资料1.1设计任务15000m3/天的造纸中段废水混凝反应、沉淀池的设计 1.2原始资料一造纸厂中段废水设计流量15000m3/天，SS=800mg/L,去除效率90%,沉淀时 间2小时，最小沉速1.8m/h，采取混凝反应沉淀法处理 SS,试设计混凝反应、 沉淀池设备。2. 处理方案的确定2.1国内处理方案概况目前国内对中段废水处理较为成熟的方法有：物理化学法、生物化学法以及物化和生化相结合。2.1.1物理
3、化学法吸附法吸附法也是废水处理中常见的方法，瑞典的Skogholl硫酸盐浆厂采用 一套酚醛型弱阴离子树脂对六段漂白的 c段和E,段废水进行离子交换吸附处理， E段废水处理后色度降低90% , COD，降低80% , BODs降低50% , C段废水 经处理后主要含无机氯化物及易生化分解的醇及碳水化物。气浮法气浮法是使空气在一定压力的作用下溶解于水中， 再经过减压释放形 成极微小的气泡，使其与处理的中段废水混合，微小气泡黏附于废水中的纤维或 细小填料上，而后一起上浮于水面并被去除，达到净化的目的。混凝法混凝法是废水处理中常用的方法。 近几年国内有几十家纸厂采用混凝 法处理中段废水，运行结果表明，
4、要达到良好的处理效果，处理过程中必须稳定 水质、水量和药剂的质量及投加量，稳定各项操作条件及工艺参数。实践证明， 进水水质CODc,越高处理难度越大，效果越差，药品投入量越高。采用单一的 混凝法技术要保证出水的 COD在400mg/L以下，仅化学药剂的费用就占总费 用的50%左右。废水中某些溶解性的污染物，可通过化学氧化还原过程将其转化 为容易从水中分离的形态，然后再用常规的处理工艺 （如混凝沉淀、吸附等）将其 从水中除去，或者将其转化为无害的物质以达到去除COD、BOD的目的。化学氧化法化学氧化法是利用投加于废水中的化学氧化剂，例如过氧化氢、 臭氧、高铤酸钾、和次氯酸钾等，在一定条件下使废水
5、污染物降解或使其化学结 构发生变化，从而去除或降低其对环境污染的过程。 一直以来，化学氧化法因为 简单、易操作、工艺容易实现而被广泛应用。2.1.2生物法活性污泥法活性污泥法是悬浮生长型生物处理法的代表，是以活性污泥（以好氧菌为主体的微生物群体形成的絮状绒粒，含水率99. 2%99. 8%,正常生长的颜色为茶褐色）为主体，利用活性污泥中悬浮生长型好氧微生物氧化分解废 水中的有机物质的废水生物处理技术。活性污泥法一般BOD负荷可达35kgBOD/（m3?d），其 BOD 去除率为 60% 70%。生物膜法生物膜法是固着生长型生物处理法的代表，是在废水处理构筑物内设置微生物生长聚集的载体（即填料，
6、微生物在充氧的条件下，在填料表面积聚 附着形成生物膜），吸收分解流过填料的废水中的有机物，使废水得到净化，同 时生物膜也因微生物得到增殖而加厚， 在生物膜增厚到一定程度后，其表面为好 氧状态，内部呈缺氧甚至厌氧状态使生物膜脱落，脱落后的生物膜乂不断增厚， 周而复始，使废水净化。从处理工艺方面的特征而言，该法对流入水水质、水量 的变动具有较强的适应性，这已为多数运行的实际工程所证实，在低温条件下， 生物膜法仍能保持较为良好的净化功能，而对于低浓度有机废水，该法也能够取得较好的处理效果，并具有动力费用低、污泥量少、运行管理简单等优点。2.1.3改进型生物法Carrousel氧化沟荷兰DHV公司的卡
7、鲁塞尔生物氧化沟是在常规活性污泥法 的基础上改进成的新型工艺，采用了完全混合与推流型相结合的延时曝气活性污 泥法，其独特的池型与相应的曝气设备布局使之形成了缺氧一厌氧一好氧工艺流 程。我国山东银河纸业集团有限公司采用此法处理碱法草浆中段废水，处理后的水质达到了国家二级排放标准。厌氧污泥床法（UASB）使废水经密封容器底部，通过厌氧微生物组成的污泥 层，将废水中的有机物分解为甲烷和二氧化碳。该法处理未漂白硫酸盐法废水， BOD去除率为86%, COD去除率为39%，去除每克COD可产生沼气60mL。 经UASB法处理后废水的污染负荷大大降低，且对于进水CODCr,负荷的抗冲击能力强，进水污染负荷
8、增加到 300%，出水CODCr，去除率仍保持65%。 2.1.4物化一生化相结合法处理中段废水物化一生化相结合法是以生物处理为主，以物理法中的沉淀和化学 法中的混凝为辅的处理方法。首先废水经斜网回收纤维后进入集水池， 经泵提升 至一沉池，除去沙土等密度较大的污染物， 一沉池出水进入曝气池，曝气池出水 在二沉池进行泥水分离后，沉淀的活性污泥一部分作为接种污泥回流到曝气系统， 剩余污泥排入浓缩池，上活液则流人反应沉淀池，经加絮凝剂调节COD浓度，上活液达标排放，沉淀污泥排人浓缩池。2.2确定方案单纯的物化法一次性投资成本少但投药量大，运行费用高，污泥量大且BOD5去除率低。生化法虽然运行费用低污
9、泥少，但由于中段水负荷重、流量大、处理 时间长、所需要的建筑物占地大投资大且处理的水色深。物化+生化法能够吸收两者之优点，通过合理地配置，能够保持稳定的经济运行。生化处理单元采用序 批式活性污泥法（SBR）,只需要使用一个反应池就能够完成全部反应、沉淀工 序，省去了连续工艺中的二沉池和污泥回流设施，使得处理构筑无大大简化。从而节省占地，降低基建投资。2.3工艺流程废水通过格栅截除水中的废纸屑、 塑料纸及大颗粒杂物进入集水调节池， 调节水 量、均匀水质，调节池底部设穿孔管曝气，防止悬浮物沉积。调节池出水用泵提 升，经过斜网分离可回用的纤维后进入反应池， 与混凝剂进行混合反应，反应完 毕后废水进入
10、沉淀池，进行泥水分离。上活液进入配水池进行N、P投配，而后进入SBR池，通过微生物的新陈代谢作用，废水中主要有机物得到去除沉降分 离后活水外排。斜板沉淀池和 SBR池中污泥进入污泥浓缩池，浓缩污泥经压滤 机脱水后外运，压滤液回流到调节池。2.4混凝工艺说明化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。 大颗的悬浮物由 于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是，微小粒径的悬浮物和胶 体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然沉降。 这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。化学混凝的机理至今仍未完 全活楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度
11、、水温、水的pH值、 碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。 但归结起来，可以认为主要是三方面的 作用：压缩双电层作用水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由于胶粒的/电位。如能消除或降低胶粒的/电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。 在水中投加电解质混凝剂可达此目的。例如天然水中带负电荷的粘土胶粒， 在投入铁盐或铝盐等混凝剂后，混凝剂提供的大量正离子会涌入胶体扩散层甚至 吸附层。因为胶核表面的总电位不变，增加扩散层及吸附层中的正离子浓度， 就 使扩散层减薄，/电位降低。当大量正离子涌入吸附层以致扩散层完全消失时， /电位为零，称为等电状态。在等电状态下，胶粒问静电斥力消失，胶粒最易发 生
12、聚结。实际上，/电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗 运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的/电位称为临界电位。胶粒 因电位降低或消除以致失去稳定性的过程，称为胶粒脱稳。脱稳的胶粒相互聚结， 称为凝聚。吸附架桥作用三价铝盐或铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈 吸附。因其线性长度较大.当它的一端吸附某一胶粒后，另一端乂吸附另一胶粒， 在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥， 使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮 凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。网捕作用三价铝盐或铁
13、盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。通常把通过双电层作用而使胶体颗粒相互凝结过程的凝聚和通过高分子聚合物 的吸附架桥作用而使胶体颗粒相互粘结过程的絮凝，总称为混凝。因此向废水中投加药剂，进行水和药剂的混合，从而使水中的胶体物质产生凝聚和絮凝这一综 合过程成为混凝过程。混凝过程使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成粗大的颗粒而 沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。3. 主要设备及构筑物主要设计的是混凝反应池与沉淀池。 混凝工艺包括混合和絮凝反应两个阶段。 混 凝设备包括混凝剂的配制和投加设备、混合设备和絮凝设备。3.1混合阶段3.1.1混凝剂的选择
14、由于高分子絮凝剂具有良好的絮凝效果、脱色能力和操作简单等优点，一般优先 考虑使用高分子絮凝剂。高分子絮凝剂可分为合成无机高分子絮凝剂、有机高分 子絮凝剂和天然有机高分子絮凝剂三类。无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂的品种在我国已经逐步形成系列。阳离子型的有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铁(PFP)、聚合硫酸铁 (PFS卜聚合氯化铁(PFC)等。阴离子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS)。无机 复合型的有聚合氯化铝铁(PAFc)、聚硅酸硫酸铁(PFSS卜聚合硅酸氯化铁(PFSC)、 聚合硅酸铝铁(PFSI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)
15、等。因为纸浆带负电荷，一般选择阳离子型的高分子絮凝剂， 同时起中和电荷和 絮凝架桥的双重作用，沉淀效果好。目前常用聚合氯化铝(PAC)作絮凝剂以除去纸浆中的悬浮物和胶体粒子。其优点是可以同时除浊和除色，而且用量仅为硫酸 铝的1/41/2,水温降低时絮凝作用变化不大。其缺点是容易生成细小矶花， 较难进行固液分离，纸浆回收效率较低。据研究报道，铝盐絮凝剂有一定的蠹性， 水中铝含量高于0. 5mg/L即可使觥鱼死亡，对植物和微生物也有蠹副作用， 对人易引起老年性痴呆病等有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比，有机高分子具有用量少、絮凝 速度快、受共存盐和pH值及温度影响小、生成污泥量少且易于处理等优
16、点，因 而具有广阔的应用前景。在合成的有机高分子絮凝剂中，聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多。它有非离子型、阳离子型和阴离子型三种。高相对分子质量(106以上)的聚丙烯酰胺(PAM)届阴离子型絮凝剂，絮凝作用强而无蠹，对悬浮于水中的细 小粒子产生非离子吸附，使粒子之间产生交联。利用无机高分子絮凝剂聚合氯化 铝(PAC)和有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)配合处理废纸再生废水， cOD去除率达75%以上，透光率达92%99%。天然高分子絮凝剂天然高分子絮凝剂可分为碳水化合物、黄原酸酯类、壳聚 糖类和甲壳素类等。淀粉一丙烯酰胺共聚物为母体而制备的阳离子絮凝剂，成本价格低于阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),用量也低于阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和聚 丙烯酰胺(PAM),而且
