1、總論
1.1概況
河北××××××紙業(yè)有限公司于2005年3月報批9.6萬噸／年高強瓦楞紙建設(shè)項目，有關(guān)環(huán)保審批手續(xù)，現(xiàn)已建成并具備試生產(chǎn)條件。該項目建成生產(chǎn)所需原料，以50％的莜麥秸桿作原料制漿，年耗麥草87000噸，50％為美國進品廢瓦楞紙箱及國內(nèi)回收的廢舊紙箱，進口與國內(nèi)回收量約各占一半，年耗廢紙箱量為60480噸。其麥草制燃起部分采用堿法半化學制漿，連續(xù)蒸煮工藝，蒸煮后的漿料經(jīng)四段黑液擠壓機提取，可將其中80％左右的黑液提取出來，由于目前該項目公有制漿部分紙機部分未上，所以排放的廢水主要為制漿過程產(chǎn)生的黑液廢水及原料麥草洗滌廢水，其中黑液廢水中的污染物濃度較高，色度較深，處理難度較大，而洗草廢水中所含的懸浮物等較高，上述兩種廢水均不能達標排放，需要進行處理。
河北××××××集團按照國家要求，認真招待建設(shè)項目環(huán)境保護的有關(guān)規(guī)定，決定對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進行凈化處理，實現(xiàn)達標排放。根據(jù)河北××××××紙業(yè)有限公司的實際廢水排放情況，河北××環(huán)保科技有限公司編制了該項目廢水處理技術(shù)方案。
1.2設(shè)計依據(jù)
⑴《建設(shè)項目環(huán)境保護設(shè)計規(guī)定》；
⑵《給水排水設(shè)計手冊》；
⑶《給水排水標準規(guī)范實施手冊》；
⑷《給水排水工程概預算與經(jīng)濟評價手冊》；
⑸《造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB 3544-2001）；
⑹河北××××××有限公司的相關(guān)資料。
1.3設(shè)計原則
⑴廢水處理方案符合國家有關(guān)技術(shù)政策規(guī)定要求，處理后的水質(zhì)滿足國家規(guī)定的排放標準。
⑵選用的處理工藝技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定可靠，易于運行管理。
⑶廢水處理技術(shù)方案晝節(jié)省投資，降低運行費用，以減輕企業(yè)的負擔。
1.4設(shè)計參數(shù)
本廢水處理工程所處理的廢水為兩部分，一部分為屬于炒認部分為洗草廢水。屬于炒認液廢水來自于制漿工序，因該制漿工藝為連續(xù)堿法半化學制漿法，堿用量少，與堿法制漿工藝相比，其廢水中所含的污染物濃度較低，但根據(jù)現(xiàn)場觀察，其中纖維素等固形物儲量較多，可見原料流失料嚴重，為此廠方確定增設(shè)纖維回收設(shè)備，一是提高漿得率，同時可減輕后端的處理負荷。洗草廢水來自原料草的洗草工序，主要目的是為了將其所含的泥沙去除，因此該部分廢水中的主要污染物為泥沙等固形物及懸浮物，該兩部分廢水經(jīng)由各自的生產(chǎn)工序分別排出。
1.4.1設(shè)計處理規(guī)模
根據(jù)××××××有限公司提供，該項目建成投產(chǎn)后，每天排放制漿黑液廢水500m3/d麥草洗滌廢水1000m3/d，以此作為本設(shè)計的廢水處理站的規(guī)模。
1.4.2設(shè)計水質(zhì)
⑴設(shè)計進水水質(zhì)
根據(jù)試生產(chǎn)過程中排放的廢水，經(jīng)幾次初步試驗分析，黑液氹為中性，但CODcr變動范圍較大，據(jù)××××××紙業(yè)有限公司提供情況分析，主要是試生產(chǎn)開始期間生產(chǎn)不穩(wěn)定，波動較大，更為重要的是期間所用原料為稻草，該部分原料多有變質(zhì)，相對制漿得率低，原料耗量大，進入水中的物質(zhì)多，造成污染物濃度較高，在生產(chǎn)的現(xiàn)在階段將原料稻草改為麥草后，這部分原料的質(zhì)量較好，制漿得率顯著提高，使得廢水中所含的污染物顯著減少，經(jīng)測試，屬于炒認液廢水中CODcr為1000ｍｇ/Ｌ左右，同時洗草水中的污染物含量也有明顯降低，CODcr含量800ｍｇ/Ｌ左右，對此，公司已明確不再利用稻草作原料，全部改為麥草，一是提高漿得率，以降低生產(chǎn)成本，二是相應減少了污染物的排放。經(jīng)反復核對及研究，為確保真實性，使設(shè)計方案，應盡可能貼近實際。在保證廢水排放達標的前提下，以便最大可能地降低投資減少運行成本。
結(jié)合上述情況，得出廢水水質(zhì)如下，黑液廢水：PH-7、CODcr12000 mg/L、BOD55000 mg/L、SS4000 mg/L。洗草水：PH-7、CODcr1000 mg/L、BOD5 250 mg/L、SS1700 mg/L。
以上的水量及作為本設(shè)計的基本依據(jù)之一。
⑵設(shè)計出水水質(zhì)
該項目建成后，處理后的出水水質(zhì)應滿足國家《造紙工業(yè)水污染物排放》（GB3544-2001）規(guī)定限值，即：
PH6-9；CODcr≤400mg/L；BOD5≤100mg/L；SS≤100mg/L。
2、處理方案
2.1處理工藝的確定
根據(jù)××××××紙業(yè)有限公司的生產(chǎn)情況，因紙機部分未上，僅有制漿部分，所排廢水全部為制漿黑液及麥草洗滌廢水，黑液壓油稀釋水量較小。同時考慮制漿工藝采用半化學制漿法，其排放黑液的污染物含量相對堿法制漿的黑液較低，ＰＨ基本為中性，但色度仍然較深，并含有大量小纖維及木素，黑液可生化性較差，根據(jù)有關(guān)資料介紹，這種黑液不太適應厭氧處理。而麥草洗滌廢水主要不是是SS較高，帶有植物的天然色度，可溶性污染物較低。針對這些情況，擬采取分別處理與綜合處理相結(jié)合的方法。即首先將黑液廢水和洗草廢水分別采用物化方法處理到一定程度后混合，再經(jīng)生化處理。物化處理的目的，首先是去除廢水中的纖維及懸浮物等固形物，以減少后段絮凝處理時的加藥量，之后根據(jù)黑液廢水及洗草廢水的性質(zhì)，采用不同的絮凝劑對兩種廢水分別進行凈化。經(jīng)絮凝處理后，黑液中的小纖維及木素等污染物基本得到處理，同時CODcr等污染物也將會有　大幅度降低，而選草廢水經(jīng)上述物化處理后，與物化處理后的黑液廢水混合，可以滿足生化進水的要求。
實踐證明，選用好的合適的絮凝劑處理廢水，其SS的增除率可達85－95％，色度去除率可達99％左右，CODcr去除率可達60－80％。按照這種效果推斷，兩種廢水分別預處理后混合，再經(jīng)生化處理系統(tǒng)處理，最終出水可以達標排放。
好氧生物處理采用生物接觸氧化工藝，為保證處理效果，其前部增設(shè)酸化水解段，可進一步使難降解的大分子有機物降解為水分子，以提高廢水的可生化性，為生化處理創(chuàng)造條件，確保達標排放。
此外，在物化處理的工藝方面重點突出了以廢治廢的的思想，強化物化處理，對重要的環(huán)節(jié)采用了混合凈化、分離集一體組合工藝設(shè)備，既考慮了大力減少建設(shè)投資及降低運行成本，又保證處理效果。其技術(shù)關(guān)鍵有：
⑴強化黑液廢水的物化處理，重點在于確定正確的物化組合工藝及相關(guān)設(shè)備的構(gòu)造、選型及運行的各項工藝參數(shù)。
⑵選擇商效的廢水處理混凝劑及設(shè)計合理的加藥裝置。本次選用的混凝劑大多考慮選用低價的物質(zhì)，同時具有對污染物去除率高、脫色效果好、運行啟動快等特點。
⑶催化氧化技術(shù)。氧化技術(shù)近年來在廢水處理方面有較大的發(fā)展與開發(fā)。實踐證明該技術(shù)不但能有效的去除廢水中的污染物，還有較好的脫色與除臭作用，而且能和多項廢水處理工藝配合，特別是與生化處理配合，可收到1＋1≥2的效果，同時不產(chǎn)生二次污染。
本工藝路線在采取上術(shù)三大技術(shù)后，可使廢水中的污染物得到較高的去除率，而且可降低廢水處理成本，處理后的廢水不但滿足回用于洗草用水要求，并達到國家規(guī)定排放標準。
2.2處理工藝流程說明
2.2.1工藝流程簡介
廢水處理工藝流程見圖１所示

黑液廢水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　洗草廢水

集水井　　　　　　　　　　　　　　加藥罐　　　　　過濾網(wǎng)

流量表　　　　　　　　　　　　　　加藥泵　　　　　污水泵C

沉淀池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　流量表
　　　　　　　　　　　　　　　　　流量計
灰渣過濾池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一體化凈化器

集水池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　混合池

污水泵A　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　酸化水解池

風機Ｂ　

黑液凈化器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生物接觸池

催化氧反應器　　　　　風機A　　　污泥干化池　　　沉淀池

中間水池　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　渣濾池
　　　　　　　　　　　流量計

污水泵B　　　　　　　加藥泵　　　　　　　　　　　集水池

一體化凈化器　　　　　加藥罐　　　污泥外運
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　達標排放

過濾器

圖１　廢水處理工藝示意圖
黑液廢水首先經(jīng)過粗細兩道格柵，其中粗格柵設(shè)計為立式，主要是去除水中較大的懸浮物和漂浮物，細格柵設(shè)計為斜式，以進一步去除水中的纖維，并對其回收。然后廢水進入沉淀池和灰渣過濾池，以去除泥沙泥沙及細小纖維，此外灰渣還可吸附水中的部分其它污染物質(zhì)。經(jīng)過濾后的廢水由污水泵打入黑液凈化器，該工序采用載體法的技術(shù)，進一步脫除黑液中的木素纖維及除硅和部分有機物。爾后廢水自流入催化氧化反應器，該單元的功能主要是分解廢水中的有毒物質(zhì)，并將大分子的污染物分解為小分子污染物，以便后續(xù)處理。催化氧化系統(tǒng)出水再經(jīng)泵打入一體凈化器，在此加入絮凝藥劑，廢水與藥劑在凈化器中充分反應，在絮凝劑的作用下，通過壓縮微顆粒表面雙電層、降低界面§電位、電荷中和等電化學過程，以及橋聯(lián)、網(wǎng)捕、吸附等物理化學過程，使廢水中的懸浮物、脫體和可絮凝的其它物質(zhì)凝聚成“絮團”，在一體化凈化器中，使水與“絮團”得以分離再經(jīng)過濾器進一步將小顆粒固體分離后，出水進入混合池。
洗草廢水首先通過濾網(wǎng)濾掉較大懸浮物后，經(jīng)泵打入一體化凈化器，與黑液廢水的作用原理相同，在絮凝藥劑的作用下，使其廢水中的大部分污染物得以去除。上述兩種廢水經(jīng)物化處理后進入混合調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量。自流進入酸化水解池，在此，給予適量空氣，將廢水中的大分子有機物在缺氧條件下，降解成較小分子的物質(zhì)，以提高廢水的可生化性，同時可去除部分有機物。經(jīng)酸化水解后，廢水進入生化池。這里采用生和接觸的方法，在給氧的情況下，細菌對廢水中的有機物進行降解，廢水得到凈化。為保證凈化效果，設(shè)計中延長了水力停留時間。經(jīng)生化處理后的廢水進入沉淀分離池，以便使廢水與污泥進行分離，出水進入渣濾池，濾料為煤灰渣，在此可進一步將廢水中的圓形物過濾去除，同時依靠灰渣的吸附能力，對其它污染物進行吸附。經(jīng)渣濾池處理后的廢水可達標排放。
物化處理過程中，沉淀及過濾出的纖維等物質(zhì)可以作為造紙原料利用，或是加入煤中作為燃料燃燒處理。
生化過程中分離出的污泥可打入干化池脫水分離后，將污泥外運處置。
2.2.2廢水凈化效果
經(jīng)上述處理工藝處理的水質(zhì)凈化效果見表１
表１　處理工藝預期達到的凈化效果
單元名稱 水量(mg/L) PH CODcr BOD5 SS
濃度mg/L 去除率% 濃度mg/L 去除率% 濃度mg/L 去除率%
黑液系統(tǒng)進水 500 7 12000 5000 4000
格柵出水 500 7 11400 5 4750 5 3600 10
沉淀池出水 500 7 10260 10 4275 10 3420 10
灰渣過濾出水 500 7 8208 20 3633 15 2268 30
黑液凈化器出水 500 7 6566 20 2725 25 1587 30
催化氧化反應器出水 500 7 5581 15 2316 15 1110 30
一體凈化器(加藥) 500 7 2511 55 926 60 555 50
過濾出水 500 7 2134 15 741 20 333 40
洗草水進水 1000 7 1000 250 1700
過濾網(wǎng) 1000 7 900 10 237 5 1360 20
一體化凈化器(加藥) 1000 7 360 60 166 30 408 70
混合池進水 1500 7 951 358 457
水解酸化出水 1500 7 808 15 286 20 366 20
生物接觸氧化 1500 7 404 50 86 70 182 50
渣濾池出水 1500 7 364 10 77 10 91 50
系統(tǒng)出水 1500 7 364 77 91
排放標準 6-9 ≤400 ≤100 ≤100
3、公用工程
3.1給水排水
⑴給水
　　廢水處理站正常用水主要是化驗室配藥及清潔用水，用水量按10m3/h設(shè)計。由生產(chǎn)供水系統(tǒng)供給。
⑵排水
廢水處理站采取雨污分流，雨水不入污水系統(tǒng)，可經(jīng)廠區(qū)雨水管網(wǎng)排放。廢水處理站的化驗廢水、清洗水等入污水處理系統(tǒng)處理后達標排放。
3.2供配電
本工程裝機總?cè)萘繛?2.4KW，常用功率為47.7KW，供電按三類電負荷設(shè)計，單回路供電，380伏四線制。配電情況見表２。
表２　工程配電情況表
序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 數(shù)量(臺) 總裝機容量(KW) 常用功率(KW)
1 污水泵Ａ 65YW－25－15－2.2 2 4.4 2.2
2 污水泵Ｂ 1SG—65－－125 2 6 3
3 污水泵Ｃ 80YW—65—25—7.5 2 15 7.5
4 高壓風機 FSR－－125 2 30 15
5 加藥系統(tǒng) 2套 3 3
6 催化氧化系統(tǒng) 2 22 11
7 污泥泵 65QW—25—15－－3 2 6 3
8 照明及化驗室 6 3
9 合計 92.4 47.7
3.3供熱、保溫
本廠的所在位置處于北方寒冷地區(qū)，污水處理站在冬季運行必須解決供熱問題，采取必要的采暖及保溫設(shè)施。污水站的設(shè)備間需要加裝暖氣設(shè)備，要求室內(nèi)溫度保持在１０℃以上，以保證設(shè)備正常運行和水處理的穩(wěn)定性，減少物化處理的加藥量。對室外水池部分的墻體要有相應保溫措施，水池項部架設(shè)陽光柵以達到增溫的目的。以上這些供熱保溫措施可以滿足廢水冬季運行時的基本要求，保證出水水質(zhì)。
3.4環(huán)境保護
污水處理站本身所產(chǎn)生的污染主要為水泵和風機設(shè)備的噪聲污染，這些設(shè)備均安裝在室內(nèi)，并對風機出口均安裝消聲裝置，不會對周圍環(huán)境帶來影響。污水處理過程中所產(chǎn)生的固體廢渣主要為分離出的細小纖維、木素等，可以作為造紙原料或是作為燃料，加入煤中燃燒處理。生化過程中排放的污泥經(jīng)脫水后可外運處置。
3.5定員
污水處理站設(shè)四班三倒運行，每班1名操作員，另設(shè)1名技術(shù)員兼化驗員，2名替?zhèn)淙藛T，共計6人。設(shè)備維修、檢修等納入全廠統(tǒng)一安排，不另設(shè)員。
4、工程投資概算
根據(jù)《河北省建設(shè)工程材料預算價格》、《河北省建筑工程預算定額》、《河北省建筑工程預算補充定額》、《河北省常用項目單位估價匯總表》，并參考同類設(shè)計，本工程總投資172.02萬元，其中設(shè)備投資萬元，土建工程投資19.8萬元。設(shè)備投資估算見表３，土建工程投資估算見表４，工程總投資見表５。
表３　主要設(shè)備價格估算一覽表
序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 單價(萬元) 總價(萬元) 備注
1 格柵、濾網(wǎng) 3個 1.0
2 污水泵Ａ 65YW－25－15－2.2 2臺 0.39 0.78
3 污水泵Ｂ 1SG—65－－125 2臺 0.35 0.7
4 污水泵Ｃ 80YW—65—25—7.5 2臺 0.72 1.44
5 黑液凈化器 2臺 16.2 32.4
6 黑液一體化反應器 2臺 7.5 15
7 催化氧化反應器 2臺 11 22
8 洗草水一體化反應器 2臺 13 26
9 高壓風機 FSR－－125 2臺 5.0 10.0 含消聲器、過濾器
續(xù)表３
序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 單價(萬元) 總價(萬元) 備注
10 高級氧化系統(tǒng)風機 FSR－－100 2臺 3.85 7.7
11 污水流量計 2個 0.35 0.7
12 加藥計量儀 2個 0.05 0.1
13 加藥罐 2個 0.8 1.6
14 加藥泵 2臺 0.06 0.12
15 污泥泵 65QW—25—15－－3 2臺 0.22 0.44
16 生化池填料 1260m3 0.0112 14.11
17 填料架 280 m2 0.0075 2.1
18 曝氣管 480米 0.003 1.44
19 曝氣支管 90米 0.012 1.08 水下部分
20 曝氣配件 0.50 0.50 卡箍、接頭等
21 沉淀池填料 75 m2 0.05 3.75
22 支架 75 m2 0.0075 0.56
23 管道閥門 4
24 電氣儀表 1.7
25 合計 149.22


表４　土建投資估算一覽表
序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 結(jié)構(gòu) 總價(萬元) 備注
1 格柵井 2個 磚混 0.3
2 灰渣過濾池 5個 9.0 日前廠內(nèi)已建兩座2400m３水池,該部分設(shè)施全部利用此兩座水池改造
3 沉淀分離池 3個
4 酸化水解池 1個
5 調(diào)節(jié)、集水池、儲水池 各1個
6 生化接觸池 2個
7 污泥干化池 3個
8 設(shè)備基礎(chǔ) 2.0
9 綜合廠房 170 m2 磚混 8.5
10 合計 19.8
表５　廢水處理工程總投資估算表
項 目 內(nèi) 容 總價(萬元)
直接工程費 設(shè)備投資 149.22
土建投資 19.8
間接工程費 設(shè)計費、調(diào)試費、安裝 3.0
合計 172.02
5、關(guān)于土建工程及改造
土建改造工程，主要是生化系統(tǒng)的生化處理池、酸化水解池及廢水處理所需的沉淀池及過濾池等。詳細見設(shè)計圖及要求。
關(guān)于廠房，現(xiàn)已建好，南北寬（內(nèi)寬）9.5米，東西第27米，高度約7.5米，可以滿足所需要求。
設(shè)備基礎(chǔ)部分，全部位于廠房內(nèi)，可根據(jù)廠房內(nèi)設(shè)備總體布局及設(shè)備大小，提供具體的基礎(chǔ)技術(shù)資料、圖紙。
考慮到生化冬季運行的溫度要求，生化池及與生化處理相關(guān)的室外水池，必須有保溫措施，主要從兩方面考慮：一是對外池壁的保溫，即采取外壁增設(shè)保溫貼面材料，然后填土埋設(shè)。二是在生化池及水解酸化池頂部，采用透光的陽光柵。此外應考慮盡可能地提高系統(tǒng)進水溫度，在有條件情況下，將一些高溫廢蒸汽或熱水直接加入生化系統(tǒng)。這些措施可以提高生化的處理效果，保證出水水質(zhì)。
6、經(jīng)濟效益分析
6.1環(huán)境效益分析
廢水處理工程建成后，日處理黑液500m3/d，洗草水1000m3/d，處理后排水的CODcr、BOD5、SS分別為364mg/L、77mg/L、91mg/L，全部滿足《造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544―2001）中的標準值要求。每日可削減污染物量CODcr、BOD5、SS分別為6450kg/d、2634kg/d、3564kg/d。環(huán)境效益顯著。
6.2經(jīng)濟損益分析
6.2.1廢水處理運行費用
廢水處理運行費用主要包括電費、藥劑費、人工費。
費用計算基準：年生產(chǎn)日300天；電價按0.50元/kwh；人員工資按600元/月；藥劑加入量0.08％，藥劑價格1000元/Ｔ。
電費＝常用功率(kwh) ×24×300×0.5＝47.7×24×300×0.5＝17.17萬元/a
工資費用＝職工人員×月工資×12個月＝6×600×12＝4.32萬元/a
藥劑費用＝投加量＝日處理量×300×藥劑價格＝0.08%×1500×300×1000＝36萬元/a
全年運行費：　　　17.17+4.32+36＝57.49萬元/a
廢水處理成本： 57.49÷300÷1500×10000＝1.277元/m3廢水
6.2.2經(jīng)濟收益
經(jīng)濟收益考慮兩部分：一是黑液中分離出的纖維及木素，這部分物質(zhì)可以直接回收造紙，或是與煤混合作為鍋爐的燃料燃燒。其產(chǎn)生量按照10kg/T黑液計，每天可回收5噸纖維，按500元/T計算，每天可得2500元效益。二是處理后的水回用于洗草，以減少新鮮水用量，按每天節(jié)水300Ｔ計算，噸水0.5元，每天可得利150元。兩項合計為2650元／d，全年收益79.5萬元。
7、結(jié)論
本方案日處理黑液500m3/d，洗草水1000 m3/d，工程總投資172.02萬元。工程年運行費57.49萬元，廢水處理成本為1.277元/ m3廢水，未考慮回收的纖維及水資源。處理后排放廢水中的CODcr、BOD5、SS分別為364mg/L、77mg/L、91mg/L，全部滿足《造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544―2001）中的標準值要求。每日可削減污染物量CODcr、BOD5、SS分別為6450kg/d、2634kg/d、3564kg/d。環(huán)境效益顯著。
從上述各項技術(shù)、經(jīng)濟指標分析，針對該項目純制漿生產(chǎn)黑液廢水，除洗草水外沒有任何水稀釋黑液，必然造成處理難度的增大，要求建設(shè)投資及運行費相對要高，相比之下　本處理工藝不論在投資方面、運行費用方面，還是環(huán)境效益方面，都是比較理想的技術(shù)工藝。