造纸园区废水处理案例｜造纸厂纸制品厂污水处理工程

综合造纸园区废水"Fenton氧化+MBR"深度处理工程

一、项目背景与概况

某造纸产业园区位于中部地区，园区内聚集了12家造纸及纸制品企业，涵盖文化用纸、包装用纸、生活用纸和特种纸等多个纸种。园区废水处理厂负责收集处理园区内所有企业的生产废水，设计处理规模为80000立方米/天。由于园区内企业众多，废水来源复杂，水质水量波动大，且含有一定量的难降解有机物和色度物质，常规的生物处理工艺难以稳定达到排放标准。

项目进水水质指标为：COD浓度1200-2000毫克/升，BOD₅浓度350-600毫克/升，SS浓度500-1000毫克/升，氨氮浓度25-45毫克/升，总氮浓度40-70毫克/升，色度200-400倍，pH值6.5-8.5。出水执行《制浆造纸工业水污染物排放标准》表3特别排放限值，要求COD≤50毫克/升，BOD₅≤10毫克/升，SS≤10毫克/升，氨氮≤5毫克/升，总氮≤10毫克/升，色度≤15倍。

二、废水特性与处理挑战

园区综合废水的最大特点是水质复杂多变。不同企业的生产工艺、原料种类和添加剂配方各不相同，导致废水中的污染物组成差异很大。文化用纸企业的废水含有较多木质素衍生物和施胶剂；包装纸企业的废水含有较多油墨粒子和胶黏物；生活用纸企业的废水含有较多柔软剂和湿强剂；特种纸企业的废水可能含有特殊功能助剂。这些物质的叠加效应使得园区废水的可生化性变差，难降解有机物含量增加。

处理挑战主要体现在以下几个方面：一是水质水量波动大，园区内企业的生产班次和检修周期不同，导致废水厂的进水负荷波动剧烈；二是难降解有机物含量高，常规生物处理对这部分污染物的去除效果有限；三是色度去除困难，特别是含有脱墨废水和染料废水时，色度问题尤为突出；四是总氮去除要求高，需要在碳氮比可能不足的情况下实现高效脱氮；五是出水标准严格，特别是COD和总氮的排放限值较低，对处理工艺提出了更高要求。

三、处理工艺流程设计

针对园区综合废水的特性和处理挑战，本项目采用"预处理+水解酸化+A/O生物处理+二沉池+Fenton氧化+MBR膜生物反应器+臭氧消毒"的组合工艺。该工艺充分发挥了生物处理和高级氧化技术的协同作用，通过Fenton氧化将难降解有机物转化为易降解物质，再利用MBR的高效截留作用确保出水水质稳定达标。

3.1 预处理系统

预处理系统包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池和调节池。粗格栅栅隙20毫米，细格栅栅隙5毫米，去除废水中的粗大杂物和纤维。曝气沉砂池停留时间5-8分钟，通过曝气作用使砂粒与有机物分离，去除密度较大的无机颗粒。调节池有效容积24000立方米，水力停留时间7.2小时，设置潜水搅拌器和曝气系统，实现水质水量的均质均量。

由于园区废水可能含有一定量的重金属和有毒物质，在调节池设置在线监测仪表，实时监测pH值、COD、氨氮和重金属浓度。当进水水质异常时，自动报警并启动应急预案，避免对后续生物处理系统造成冲击。

3.2 水解酸化池

水解酸化池采用升流式厌氧污泥床形式，有效容积12000立方米，水力停留时间3.6小时。池内设置弹性立体填料，填料层高度3.5米，为微生物提供附着生长的载体。水解酸化池的主要作用是提高废水的可生化性，将大分子有机物水解为小分子物质，同时起到一定的COD去除作用。

水解酸化池对COD的去除率约10%-15%，但BOD₅/COD比值从0.32提升至0.45，显著改善了废水的可生化性。运行过程中控制pH值在6.5-7.5之间，温度维持在20-30摄氏度。定期排泥，控制污泥龄在5-8天，防止产甲烷菌过度增殖影响酸化效果。

3.3 A/O生物处理系统

A/O系统是本工程的主体生物处理单元，由缺氧池和好氧池组成。缺氧池有效容积16000立方米，水力停留时间4.8小时，设置潜水搅拌器维持污泥悬浮状态，溶解氧控制在0.3毫克/升以下。好氧池采用推流式曝气池，有效容积48000立方米，水力停留时间14.4小时，分四廊道设计，采用微孔曝气器供氧，溶解氧维持在2-4毫克/升。

A/O系统通过硝化反硝化作用实现脱氮除碳。污泥浓度控制在4000-5000毫克/升，污泥龄控制在15-20天，以保证硝化菌的充分增殖。污泥回流比控制在80%-100%，混合液回流比控制在200%-400%，根据进水总氮浓度动态调整。该单元对COD的去除率达到75%-80%，氨氮去除率达到95%以上，总氮去除率达到70%-75%。

3.4 二沉池

二沉池采用辐流式沉淀池，共4座，直径45米，有效水深4.0米，表面负荷0.65立方米每平方米每小时。配套周边传动刮泥机和污泥回流泵。二沉池出水COD约250-350毫克/升，BOD₅约40-60毫克/升，SS约30-50毫克/升。二沉池污泥部分回流至A/O系统，部分作为剩余污泥排至污泥处理系统。

3.5 Fenton氧化系统

二沉池出水进入Fenton氧化系统进行高级氧化处理。Fenton氧化利用亚铁离子催化过氧化氢产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的氧化能力，能够将难降解有机物氧化分解为小分子物质，甚至矿化为二氧化碳和水。

Fenton氧化反应池采用推流式反应器，有效容积3000立方米，水力停留时间0.9小时。反应池分为三格，第一格投加硫酸亚铁和过氧化氢，第二格为反应区，第三格为中和区。亚铁离子投加量按亚铁离子与过氧化氢摩尔比1:3-1:5控制，过氧化氢投加量按COD去除需求计算，一般为200-400毫克/升。反应pH值控制在3-4，反应时间30-60分钟，反应温度常温。

Fenton氧化对COD的去除率达到40%-50%，色度去除率达到80%-90%。反应后的出水进入中和池，投加氢氧化钠调节pH值至7-8，同时投加聚丙烯酰胺进行混凝沉淀，去除反应产生的铁泥。铁泥经过浓缩脱水后外运处置。

Fenton氧化的主要缺点是药剂成本较高，且产生大量含铁污泥。为降低运行成本，正在探索电Fenton、光Fenton等改进工艺，以及铁泥的回用和减量化技术。

3.6 MBR膜生物反应器

Fenton氧化出水进入MBR系统进行最终深度处理。MBR将生物处理与膜分离相结合，利用膜的截留作用替代二沉池，实现污泥与水的彻底分离，出水水质优异且稳定。

MBR系统采用浸没式中空纤维膜组件，膜材质为聚偏氟乙烯，膜孔径0.04微米。膜池有效容积8000立方米，分为8个膜池，每个膜池安装膜组件若干支，总膜面积24000平方米。膜通量15-20升每平方米每小时，运行周期8-12分钟，反洗时间30-60秒。

MBR系统的好氧区溶解氧维持在2-3毫克/升，污泥浓度控制在8000-12000毫克/升，远高于常规活性污泥法。高污泥浓度有利于提高容积负荷和抗冲击能力。MBR对COD的去除率达到60%-70%，氨氮去除率达到95%以上，SS去除率达到99%以上，出水浊度小于1NTU。

MBR系统的膜污染控制是关键。采用定期反洗、维护性清洗和恢复性清洗相结合的策略。日常反洗采用膜产水，每运行8-12分钟反洗30-60秒。维护性清洗每周进行一次，采用次氯酸钠溶液（有效氯浓度200-500毫克/升）浸泡清洗。恢复性清洗每月进行一次，采用柠檬酸和氢氧化钠交替清洗，彻底恢复膜通量。

3.7 臭氧消毒系统

MBR出水进入臭氧接触池进行消毒处理。臭氧投加量5-10毫克/升，接触时间15-20分钟。臭氧消毒不仅能够杀灭水中的病原微生物，还能进一步氧化去除残留的微量有机物和色度物质，确保出水水质安全。臭氧接触池尾气经过臭氧破坏器处理后排放，防止臭氧对大气环境的影响。

四、主要构筑物与设备参数

调节池：钢筋混凝土结构，尺寸80米×40米×8.0米，有效水深7.5米，有效容积24000立方米。配套潜水搅拌器8台，曝气系统一套，在线监测仪表若干。

水解酸化池：钢筋混凝土结构，尺寸60米×30米×7.5米，有效水深7.0米，有效容积12600立方米。配套弹性立体填料、布水系统和排泥系统。

A/O生物池：缺氧池尺寸80米×30米×7.5米，好氧池分四廊道，每道尺寸100米×15米×7.5米，总有效容积约50000立方米。配套微孔曝气器8000个，鼓风机6台（5用1备），单台风量200立方米每分钟。

二沉池：辐流式，共4座，直径45米，有效水深4.0米。配套周边传动刮泥机、污泥回流泵和浮渣收集装置。

Fenton氧化池：钢筋混凝土结构，尺寸40米×15米×5.5米，分三格，配套加药系统、搅拌机和pH控制系统。

MBR膜池：钢筋混凝土结构，共8个膜池，每个尺寸15米×10米×5.5米，总有效容积约6600立方米。配套膜组件、产水泵、反洗泵、鼓风机和化学清洗系统。

臭氧接触池：钢筋混凝土结构，尺寸20米×10米×5.0米，配套臭氧发生器、接触系统和尾气破坏装置。

五、运行效果与数据分析

工程运行两年来，各处理单元运行稳定，出水水质持续优于排放标准。

预处理+调节：进水COD平均1600毫克/升，出水COD平均1520毫克/升，去除率5%。

水解酸化：进水COD平均1520毫克/升，出水COD平均1370毫克/升，去除率10%；BOD₅/COD从0.32提升至0.45。

A/O生物处理：进水COD平均1370毫克/升，出水COD平均310毫克/升，去除率77%；进水氨氮平均35毫克/升，出水氨氮平均3毫克/升，去除率91%；进水总氮平均55毫克/升，出水总氮平均14毫克/升，去除率75%。

二沉池：出水COD平均310毫克/升，SS平均40毫克/升。

Fenton氧化：进水COD平均310毫克/升，出水COD平均170毫克/升，去除率45%；进水色度平均250倍，出水色度平均30倍，去除率88%。

MBR：进水COD平均170毫克/升，出水COD平均35毫克/升，去除率79%；进水氨氮平均3毫克/升，出水氨氮平均0.5毫克/升，去除率83%；出水SS平均2毫克/升，浊度平均0.3NTU。

臭氧消毒：出水COD平均35毫克/升，色度平均8倍，细菌总数小于100个每毫升。

最终出水各项指标：COD平均35毫克/升，BOD₅平均6毫克/升，SS平均2毫克/升，氨氮平均0.5毫克/升，总氮平均8毫克/升，色度平均8倍，均优于特别排放限值要求。

六、运行管理与优化策略

园区废水处理厂的运行管理比单一企业更为复杂，需要协调各企业的排水时间和水量，避免冲击负荷。建立了园区废水排放管理制度，要求各企业安装在线监测设备，实时上传排水数据。当某企业排水水质异常时，及时通知企业整改，必要时关闭该企业的排水阀门。

在工艺运行优化方面，根据进水水质变化动态调整运行参数。当进水COD浓度较高时，适当增加Fenton氧化的药剂投加量；当进水碳氮比不足时，补充碳源（如甲醇或乙酸钠）以促进反硝化；当进水色度较高时，优化Fenton氧化的反应条件，提高色度去除效果。

污泥处理方面，系统每天产生剩余污泥约60吨（含水率80%），采用离心脱水机脱水至含水率75%以下，脱水后的污泥送垃圾焚烧厂或水泥厂协同处置。正在探索污泥厌氧消化产沼气和污泥干化焚烧等更彻底的减量化、资源化途径。

七、工程投资与运行成本

工程总投资约2.8亿元，其中土建投资1.6亿元，设备投资1.2亿元。吨水运行成本约3.5元，其中电费1.4元，药剂费1.0元（Fenton氧化药剂占主要部分），膜更换费0.4元，人工费0.3元，污泥处置费0.2元，其他费用0.2元。

虽然运行成本较高，但出水水质稳定达到特别排放限值，避免了环保处罚风险，同时中水回用率达到60%，每年节约新鲜水用量约1750万吨，节约水费约4400万元。综合考虑，工程具有良好的环境效益和社会效益，为园区企业的可持续发展提供了有力保障。