造紙廢水提標(biāo)改造活性焦吸附過(guò)濾技術(shù)

活性焦是一種由褐煤為原料生產(chǎn)的具有大量功能基團(tuán)的中孔（2~50nm）豐富的碳吸附材料，與活性炭具有相近的特性。活性焦比表面積一般為600~1000m2/g，吸附能力約200kgCOD/t。國(guó)內(nèi)外大量研究成果表明，活性焦在煤化工廢水、印染廢水、農(nóng)藥廢水、石油廢水、炸藥廢水、垃圾滲濾液、生活污水等處理方面，均有較好的效果.特別是在難降解COD去除方面，體現(xiàn)出綜合成本低、無(wú)污泥產(chǎn)生、排放標(biāo)準(zhǔn)高的優(yōu)勢(shì)。與活性炭相比，也表現(xiàn)出更優(yōu)異的吸附效能和經(jīng)濟(jì)性。

造紙工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要產(chǎn)業(yè)之一，同時(shí)也是排污大戶。造紙廢水含有大量難降解有機(jī)物，毒性強(qiáng)，色度高，屬于較難處理的工業(yè)廢水種類。造紙企業(yè)廢水經(jīng)預(yù)處理后排入園區(qū)污水處理廠處理達(dá)標(biāo)排放的模式較為常見(jiàn)。

對(duì)于此類污水廠而言，出水水質(zhì)一般執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918―2002），處理達(dá)標(biāo)難度大、成本高。造紙廢水生化處理出水深度處理常用技術(shù)有活性炭吸附、膜分離、化學(xué)高級(jí)氧化或多重技術(shù)聯(lián)用，處理成本高，廢液污泥產(chǎn)量大且處置困難。

將活性焦用于造紙廢水深度處理是一次有意義的嘗試，實(shí)踐證明其運(yùn)行效果穩(wěn)定、具有一定綜合成本優(yōu)勢(shì)，未來(lái)可能成為造紙廢水深度處理工藝段具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)路線之一。

1、工程概況

浙江省某造紙廢水處理提標(biāo)改造項(xiàng)目主要處理造紙企業(yè)預(yù)處理排水，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為2×104m3/d。

污水廠現(xiàn)狀采用二級(jí)生化處理+混凝沉淀深度處理工藝流程（見(jiàn)圖1），實(shí)際運(yùn)行出水水質(zhì)執(zhí)行GB18918―2002的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造后要求出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

污水處理廠實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)及改造目標(biāo)見(jiàn)表1。

2、工藝設(shè)計(jì)

2.1  廢水特點(diǎn)及工藝適應(yīng)性分析

造紙廢水具有成分復(fù)雜、可生化性差、有生物毒性等特點(diǎn)。造紙廢水經(jīng)過(guò)二級(jí)生化處理后，COD一般為100mg/L，但是其出水BOD5已經(jīng)非常低，其中所含的污染物基本為難生物降解污染物，一般的生化方法無(wú)能為力。從該污水廠運(yùn)行情況看，廢水經(jīng)過(guò)企業(yè)預(yù)處理、廠內(nèi)生化處理，出水氨氮、TN、TP、SS等指標(biāo)均可控制在較低水平，但COD濃度仍較高，應(yīng)該還存在大量溶解性難降解COD，故進(jìn)一步去除COD是本次提標(biāo)的重點(diǎn)。

對(duì)于造紙廢水中溶解性難降解COD的去除，主要有高級(jí)氧化法、物理法等。高級(jí)氧化法是泛指在氧化過(guò)程中有大量羥基自由基參與的深度化學(xué)氧化過(guò)程，其反應(yīng)迅速、處理效率高、二次污染小，具有代表性的工藝包括臭氧氧化、芬頓氧化等。物理法包括吸附法和膜分離法等，膜分離法具有分離效率高的優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在費(fèi)用較高、濃液處理困難等問(wèn)題，因此現(xiàn)階段仍難以大規(guī)模應(yīng)用。吸附法是利用活性炭（焦）、硅藻土、活性氧化鋁、沸石及離子交換樹(shù)脂等吸附劑來(lái)去除污染物，其中應(yīng)用最多的是活性炭（焦）吸附。實(shí)踐表明，物理吸附對(duì)COD、重金屬均有較好的去除效果。選取臭氧氧化、芬頓氧化、活性焦吸附作為深度處理提標(biāo)的比選工藝。

2.2 提標(biāo)工藝比選

根據(jù)工程現(xiàn)狀，分別以上述三種工藝為主體提出深度處理提標(biāo)方案，見(jiàn)圖2。

方案一：在終沉池后設(shè)置臭氧氧化進(jìn)一步去除COD，為減少SS對(duì)臭氧氧化效率的影響，降低臭氧投加量，在臭氧氧化池前設(shè)置濾池作為去除SS的保障措施。方案二：在二沉池后設(shè)置芬頓反應(yīng)系統(tǒng)，利用現(xiàn)有終沉池作為芬頓系統(tǒng)沉淀池?，F(xiàn)有終沉池前的混合反應(yīng)池停用。方案三：在終沉池后設(shè)置活性焦吸附過(guò)濾（ACCA）系統(tǒng)。

上述三種提標(biāo)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較見(jiàn)表2。

方案一在投資經(jīng)濟(jì)性、污泥產(chǎn)量等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，但根據(jù)同類工程經(jīng)驗(yàn)，臭氧氧化用于造紙廢水深度處理時(shí)的達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性較差，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)常需采取粉末活性炭應(yīng)急投加等手段，導(dǎo)致其綜合成本增加，且運(yùn)營(yíng)難度較大。

方案二在建設(shè)成本、用地水平等方面有一定優(yōu)勢(shì)，根據(jù)同類工程經(jīng)驗(yàn)，芬頓系統(tǒng)出水具有較強(qiáng)的達(dá)標(biāo)保障性，但污泥產(chǎn)量大、運(yùn)行成本高，同時(shí)涉及濃硫酸、液堿、雙氧水等危險(xiǎn)化學(xué)品的使用，在原料運(yùn)輸、儲(chǔ)存管理等方面對(duì)運(yùn)行管理造成較大壓力。

方案三在用地水平、運(yùn)行成本、運(yùn)營(yíng)難度等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，深度處理階段無(wú)污泥產(chǎn)生且廢焦產(chǎn)量較小，綜合優(yōu)勢(shì)較明顯。

因此，考慮采用方案三，即以ACCA技術(shù)作為本工程提標(biāo)的主體工藝。

2.3 提標(biāo)改造工藝段流程

ACCA工藝采用兩級(jí)流動(dòng)床（見(jiàn)圖3），終沉池出水經(jīng)提升后進(jìn)入兩級(jí)濾床，正常運(yùn)行狀態(tài)下，污水經(jīng)兩級(jí)吸附過(guò)濾后進(jìn)入后續(xù)工藝流程。每日向二級(jí)吸附過(guò)濾池投加新活性焦，并從二級(jí)濾床向一級(jí)濾床翻動(dòng)濾料，從一級(jí)濾床末端排除飽和濾料。同時(shí)，每日進(jìn)行濾床翻動(dòng)清洗，排出濾料表面截留的懸浮物。濾床翻動(dòng)過(guò)程可產(chǎn)生微小焦粉導(dǎo)致出水SS超標(biāo)，故濾床翻洗完成后30min內(nèi)出水需經(jīng)砂濾池過(guò)濾。

2.4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

①中間提升泵房

中間提升泵房設(shè)置1座鋼筋混凝土半地下集水池和2臺(tái)提升泵。集水池有效水深5.8m，有效容積為145m3，停留時(shí)間8min。2臺(tái)立式污水泵（1用1備），揚(yáng)程為200kPa，24h連續(xù)運(yùn)行。

②ACCA吸附過(guò)濾系統(tǒng)

設(shè)置兩級(jí)ACCA吸附過(guò)濾系統(tǒng)，平均負(fù)荷為0.38kgCOD/（t活性焦?d），設(shè)計(jì)飽和容量為200kgCOD/t活性焦。選用流動(dòng)床顆粒活性焦吸附塔作為反應(yīng)器，主體由罐體和內(nèi)部構(gòu)件組成，為地上式構(gòu)筑物。吸附塔罐體采用碳鋼襯玻璃鱗片防腐制造，通過(guò)法蘭連接進(jìn)水、出水和清洗用水。內(nèi)部構(gòu)件包括進(jìn)水管、布水器、顆?；钚越固嵘b置、顆?；钚越骨逑囱b置等。污水經(jīng)提升進(jìn)入吸附塔內(nèi)的布水器，經(jīng)布水后從下向上流過(guò)活性焦填充層，活性焦填充層上部設(shè)置溢流堰，收集出水進(jìn)入下一級(jí)處理單元。一級(jí)吸附過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)置26座吸附塔，單座尺寸為?3.0m×9.0m，濾床厚度為4.25m，平均濾速為4.50m3（/m2?h），高峰濾速為5.85m3（/m2?h），空床水力停留時(shí)間為1.2h。二級(jí)吸附過(guò)濾系統(tǒng)共設(shè)置26座吸附塔，單座尺寸為?3.0m×8.0m，濾床厚度為4.25m，平均濾速為4.50m/h，高峰濾速為5.85m/h，空床水力停留時(shí)間為1.0h。

③砂濾池

活性焦翻動(dòng)和反沖洗過(guò)程會(huì)產(chǎn)生破碎的細(xì)小活性焦顆粒，為避免顆粒出流造成出水SS超標(biāo)，設(shè)置1座砂濾池作為保險(xiǎn)措施。將活性焦吸附過(guò)濾系統(tǒng)翻焦過(guò)程及完成后30min內(nèi)的系統(tǒng)出水接入砂濾池，經(jīng)過(guò)濾后排出。砂濾池采用碳鋼涂料防腐制造，尺寸為3.0m×12m×3.0m（分3格），采用均質(zhì)石英砂濾料，濾床厚度約1.0m，濾速23m/h。反沖洗方式為水洗，反沖洗強(qiáng)度為240m3（/m2?h），反沖洗時(shí)長(zhǎng)8min。

④輔助用房

設(shè)輔助用房1座，車間內(nèi)布置活性焦新料配置投加系統(tǒng)、廢焦焦水分離系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)等。活性焦新料配置投加系統(tǒng)設(shè)配焦池1座，有效容積為2.25m3，采用2臺(tái)自吸式排污泵將配制好的焦水混合物（焦水比1∶5）輸送至活性焦吸附塔內(nèi)。廢焦焦水分離系統(tǒng)設(shè)振動(dòng)脫水篩2套，篩面尺寸為1500mm×4000mm，將廢焦與廢水分離，廢焦裝袋后外運(yùn)處置，廢水經(jīng)泵輸送至污水廠前端。空氣壓縮系統(tǒng)為ACCA系統(tǒng)濾料汽提、氣動(dòng)控制閥的動(dòng)力源，設(shè)空壓機(jī)2臺(tái)（1用1備）、冷干機(jī)2臺(tái)（1用1備）、儲(chǔ)氣罐4套。

2.5 運(yùn)行模式

①進(jìn)、出水

進(jìn)、出水為24h連續(xù)運(yùn)行。

②加焦與排焦

活性焦吸附飽和后應(yīng)及時(shí)從濾床中排出并補(bǔ)充新的活性焦。加焦與排焦采取每日投加、排出方式，設(shè)計(jì)投加活性焦量為4.50t/d，則排出濾床的活性焦量為9.0t/d。

③濾床翻動(dòng)濾床翻動(dòng)的目的是防止濾料板結(jié)，同時(shí)在翻動(dòng)過(guò)程中對(duì)活性焦進(jìn)行清洗，去除表面附著的懸浮物。濾料翻動(dòng)時(shí)將吸附罐分為4個(gè)批次，每批次包括對(duì)應(yīng)的一級(jí)、二級(jí)吸附罐，分別為14、14、12、12座。按照先一級(jí)吸附罐、后二級(jí)吸附罐順序開(kāi)展，頻率為1次/d，第一級(jí)濾床翻動(dòng)時(shí)間為30min，第二級(jí)濾床翻動(dòng)時(shí)間為20min。

2.6 廢焦處置

本工程廢焦經(jīng)鑒定為一般工業(yè)固廢，采用電廠摻燒方式處置。廠內(nèi)設(shè)廢焦堆置場(chǎng)1處，一般將袋裝廢焦在場(chǎng)內(nèi)暫存3~4d后外運(yùn)。廢焦熱值較高、含水率較低，與脫水污泥處置相比，電廠接受度高、處置費(fèi)用低。

3、處理效果

2021年1月―11月活性焦系統(tǒng)進(jìn)、出水水質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

該工程自運(yùn)行以來(lái)，出水水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)施設(shè)備良好。從活性焦系統(tǒng)實(shí)測(cè)進(jìn)、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)看，該系統(tǒng)已達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期效果，在設(shè)計(jì)進(jìn)水條件下出水可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，進(jìn)水COD在80~90mg/L范圍波動(dòng)時(shí)也可確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。此外，活性焦系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)對(duì)活性焦系統(tǒng)的運(yùn)行控制、加焦排焦影響較大，二級(jí)處理的出水穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)活性焦系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。

4、存在的問(wèn)題

①造紙廢水硬度較高，ACCA系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了數(shù)次濾料板結(jié)現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)整濾床翻動(dòng)時(shí)間（調(diào)整后第一級(jí)濾床翻動(dòng)時(shí)間為70min，第二級(jí)濾床翻動(dòng)時(shí)間為40min），有效解決了該問(wèn)題。

②ACCA系統(tǒng)濾床在翻動(dòng)、排焦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生破碎的活性焦粉末，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)含焦粉廢水在重力管道中流行時(shí)沉淀導(dǎo)致管道淤堵的現(xiàn)象。通過(guò)新建集水井單獨(dú)收集含焦廢水，并通過(guò)壓力輸送至污水廠沉淀池的方式予以解決。

③活性焦濾床連接管道設(shè)計(jì)采用給水PE管，受活性焦機(jī)械強(qiáng)度高的影響，運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)管件磨損較大導(dǎo)致滲漏的情況。采取更換為更高壓力等級(jí)（標(biāo)準(zhǔn)尺寸比更低）管件的方式解決了該問(wèn)題。同類項(xiàng)目開(kāi)展時(shí)，也可考慮采用金屬管道及配件。

5、結(jié)論

將ACCA工藝應(yīng)用于造紙廢水深度處理，相較于芬頓高級(jí)氧化、臭氧氧化等工藝，具有經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行便利性、節(jié)地性、污泥（廢料）產(chǎn)量等方面的綜合優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐應(yīng)用證明，該工藝可以有效提高對(duì)溶解性難降解COD的去除率，實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累，解決了進(jìn)水硬度導(dǎo)致的濾床板結(jié)、廢焦沉淀導(dǎo)致的排水管道堵塞等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。（來(lái)源：上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，平湖市獨(dú)山污水處理有限公司）