造纸厂废水处理毕业设计开题报告 17页

南昌大学毕业设计（论文）开题报告学院：系专业：班级：学号：姓名：指导教师：填表口期：2014年4刀18H一、选题的依据及意义：在我国的各种行业中，造纸行业是污染最严重的行业之一，因为造纸厂从原材料到制成纸制品，所冇的工艺过程都耍用到水，而排放的废物及化学试剂等都通过水传播到自然界，给周围的生态环境造成了很大的污染，有些甚至是无法逆转的破坏。目前，国家统计的41个工业行业中，造纸行业废水排量总量仅次于化工制造业，高居第二位。纸浆造纸工业每年产生的废水量31.8亿t,占全国工业废水总排放量的16.1%；COD总排放量148.8t占全国工业COD总排放量的33.0%。近年来虽然随着环保工作力度的加大，市场需求的改变，造纸业产品结构有了较大调n整，但产品仍以中低档为主，企业技术水平低，治理污染落后。经济效益低卜•的面貌并没有得到根本改变，一个纸厂污染一条河的情况仍比比皆是。造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。纸和纸板的消费量增长速度与国内生产总值增长速度同步。造纸工业工业化经济中缩发挥的作用越来越多地引起世人瞩目，被国际上公认为“永不衰竭”的工业。现代造纸工业是技术、资金、资源、能源密集型，规模效益显著，连续高效生产的记住原料工业，同时又是产生大量废水、废气、固体废物和噪声的工业。造纸工业污染不仅在我国非常严重，而且在工业发达国家也是非常严重的，例如在美国、日木、瑞典及芬兰等国家，解决造纸工业的污染问题迫在眉睫。二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）目前，我国造纸业废水主要分为两大类，一类为制浆废水；另一类为废纸废水。而这两种废水，它们的来源及一般处理方法不尽相同。2・1•制浆废水2.1.1制浆废水的来源制浆产生的造纸废水，污染最为严重。洗浆时排出废水呈黑褐色，称为黑水，黑水中污染物浓度很高，产生大量COD,BOD高达5—40g/L,含有大量纤维、无机盐和色素。漂口工序排出的造纸废水也含有大量的酸碱物质。抄纸机排出的造纸废水，称为口水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。2.1.2制浆废水的一般处理方法第一种是物理处理法，这种处理方法基本上不用化学用品，而是通过简单的破碎!过滤!再由除渣器去除杂物，然后排放。这种方法虽然简单方便而II成本小但是却没有起到真正意义上的彻底处理，对生态环境的破坏述是很大。丁春生等［1］介绍了高效浅层气浮技术设备的原理、特点;造纸废水经该工艺处理后,CODCr.SS去除率分别达到90%和99%以上，出水水质达到造纸工业废水排放二级标准［2］。第二种是化学处理法，该方法采用化学物质对融入水小的污染物质进行分解提取，例如混凝法是釆用一些特殊的混凝剂(硫酸铝，氧化铝，氧化钙等)来降低污水的浊度色质,去除污水屮的某些重金属物质和胶状物等达到口的，化学氧化法是利用化学物质(双氧水,氯，高氯酸等)和污水屮的有机污染物通过发生化学反应来达到消除污染物的口的，这种方法有时会在去除了污水中原来的污染物质后带来新的污染物，甚至会有得不偿失的后n果。姚淑华等［3］采用高钮酸钾预氧化-混凝沉淀法处理制浆造纸废水,有较好的处理效果,CODCr的去除率可达88%〜94%,色度去除率达88%以上。王九思等［4］采用絮凝-C102氧化法对造纸废水进彳亍处理,实验结果表明，该法可使原水CODCr从1400mg/L降至＜70mg/L,废水CODCr与色度去除率分别大于95%和97%,岀水达到排放标准。第三种是生物法，生物法是利用微生物将污水中的冇机物降解为无机物來达到目的，在此过程屮要为微牛物创造条件，使微牛物大量繁殖提高降解效率。好氧法就是利用自然界的好氧微生物在有氧条件下降解污染物质，厌氧法则必须要求在无氧条件下进行，这种方法的需求条件比较严格，也难以控制，成本较高；生物酶法是通过酶的反应形成游离基,然后游离基会通过聚合反应生成高分了沉淀物，从而消除废水中的污染物质⑸。杨云龙⑹等在序批式活性污泥法(SBR)生物反应器内投加固定化紫色非硫光合细菌(PSB)及其他异养菌处理亚硫酸钠造纸混合废水，结果表明，在好氧条件下稳定运行时CODCr去除率为70%左右,木素去除率为75%o与传统生化法相比，固定化PSB-SBR系统处理效果好。2.2废纸废水2.2.1废纸废水的來源废纸造纸以废板纸、废报纸、废书刊纸等为主要原料，生产多种规格的白板纸、箱板纸、瓦楞纸等产品。生产工艺根据产品不同有一定的差异,废水排放主要來源于筛选、浓缩及纸机白水等工序，当冇脱墨工艺时，排岀脱墨废水。废纸造纸废水屮主要含有半纤维素、木质素、无机酸盐、细小纤维、无机填料以及油n墨、染料等污染物。木质索、半纤维索主要形成废水的COD及B0D5;细小纤维、无机填料等主要形成SS;油墨、染料等主要形成色度及COD。这些污染物综合反映出废水的SS、COD指标均较高。2.2.2废纸废水的基本处理方法（*）气浮或沉淀法采用气浮或沉淀方法，通过投加混凝剂，可去除绝大部分SS,同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5o其典型的处理工艺流程如下：废水->筛网->集水池->气浮或沉淀->排放气浮和沉淀均为物化处理方法，处理效果与选用的设备、工艺参数、混凝剂等有关，其COD去除率一般高于制浆中段水的COD去除率，通常能达到70%〜85%。对吨纸废水排放量>150m3、浓度较低的中小型废纸造纸企业,通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家排放标准。气浮和沉淀法各自的优缺点比较见表1表1气浮与沉淀法比较处理方法优点缺点气浮1・处理效果稳定、可靠2.占地面积小3•污泥量少•易于脱水4•土建费用低1・设备费用较高2•运行电耗略高沉淀1・处理方法成熟、稳定2.电耗较低3•操作较简单1.占地较大2•污泥需经浓缩后脱水n最近儿年來，在气浮法中高效浅层气浮界军突起。高效浅层气浮具有水力停留时间短«5min）.池体水深浅（仅500mm）、处理效果好等优点。它应用浅池理论和“零速度”原理,彻底改变了传统推流式气浮池的进出水及污泥分离方式，废水在气浮池屮处于相对静止状态,微气泡吸附污泥后可垂直向上浮起，固形物上浮速度为4〜10cm/min,可在短时间内获得优质岀水，其SS、C0D去除率可略高丁沉淀法，对中型规模的废水处理有其一定的优越性。其中涡凹气浮法处理效果尤其显著：涡凹气浮法是一种高效的气浮法，设备体积小、投资少、占地面积小、节约能源，已逐步受到用户的青睐。尤其在为节约生产成本、大量冋掺废纸的纸浆来抄造新纸的造纸厂，该方法的使用方兴未艾[7_8]o其原理可表示为众所周知，在一辆高速行驶的车辆尾部会产生一个气旋，带起并吸附很多尘土。同样，在高速旋转的涡叶轮后部也会产生一股吸引力。由于水的密度远远大于空气的密度，在水中高速旋转的涡叶轮后部产生的吸引力也远远人于其在空气中高速旋转时产生的吸引力。水屮涡叶轮后部的吸引力是如何转化到实用的气浮工艺之屮的呢?经研究，采用钢管做传输动力的转动杆，其下端封死、上端与空气相通，而在涡叶轮的后部留下一个气孔与转动杆的中孔相连，示意见图1。I空气水面空气图1这样转动杆既当动力传递的载体，也当空气流通的通道。当涡叶轮高速旋转时，涡叶轮后部产生的巨大吸引力将空气源源不断地吸入水中，这时空气顺着传动杆的中孔向下，沿着涡叶轮后部的气孔进入水中。而高速旋转的涡叶片，会把进入水体中的空气打碎成很n多微小的气泡，形成的湍流把这些微小的气泡均匀地扩散到污水之中［9］。徐州市贾汪区某大型造纸厂大量地以冋收的包装箱纸板为原料，年产再牛瓦楞原纸5力•t。废水主要来口于打浆浓废水及纸机抄纸网下口水的混合水，废水排出量约600t/ho其水质为：C0D1620mg/L,B0D538mg/L,SS1470mg/L,pH值7〜10。按当地环保部门的要求和造纸行业的排污标准，该厂的废水经处理后应达到C0D100mg/LB0D100mg/L,SSI00mg/L,pH值6〜9。其工艺流程见图4.Io回用外排煤渣吸附污泥外运或填埋调节池格棚污水该厂采用了混凝涡凹气浮法处理污水,图4.1再生造纸废水混凝一涡凹气浮法治理流程表4.1是徐州市环境监测中心对该厂污水治理工程进行监测的结杲，表明采用此工艺取得了良好的处理效果。表1主要污染物的去除情况原水平均浓度(mg儿)纤维回收机出水(mg/L)涡凹气浮机出水(mg儿)煤渣吸附总去除率(mg/L)(%)COD162011101659194.4BOD53831()X64791.3nSS14709621066395.7实践证明，涡凹气浮法应用于废纸再牛造纸工艺的废水治理是成功的。经混凝一涡凹气浮处理的废水，COD去除率达到92%、BOD去除率达87.5%、SS去除率达到93.3%。处理后的水可达标排放，也可作为工艺用水回用。n（二）物化与生化处理相结合对于吨纸废水排放量较低、废水含COD较高的人中型废纸造纸企业，期槊通过单级气浮或沉淀的物化方法达到国家一级排放标准有较大的难度，因为可溶性COD、BOD5主要需通过生化方法才能有效去除。一般,当执行C0DW100mg/L的排放标准时，原水COD浓度不宜超过600〜800mg/L;当执行C0DW150mg/L的排放标准时，原COD浓度不宜超过800〜1000mg/Lo因此,在原水SS和COD浓度较高时，应在一级物化处理Z后接生化方法处理，使处理岀水最终达到国家排放标准的要求。物化加生化处理方法的典型工艺流程如下：废水筛网调节沉淀或气浮SBR反应器排放SBR法将进水、反应、沉淀、排水和闲置等5个基本工序集于一个反应器中，周期性地完成对废水的处理。进水期将造纸废水或者经过预处理的造纸废水引入SBR反应器，此时反应器中已有一定数量的满足处理耍求的活性污泥，其数量一般为SBR反应器容积的50%左右，充水所需时间随处理规模和反应器容积的大小及造纸废水的水质而定，一般为l-4h,污水浓度越高，污染物毒性越大，其相应的充水时间较长。反应期在反应阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度及低浓度基质的环境中，反应器也相应地形成厌氧-缺氧-好氧的交替过程，使其不仅具有良好的有机物处理效能，而且貝有良好的除氮脱磷效杲，在SBR反应器的运行过程中，随反应器内反应时间的延长，其基质浓度也由高到低，微生物经历了对数生长期、减速生长期和衰减期，英降解冇机物的速率也相应db零级反应向一级反应过渡。沉淀期构成活性污泥微生物的细菌可分为菌胶团形成菌和丝状菌，当菌胶团形成菌占优势时，污泥的絮凝和沉淀性能比较好；反Z,当丝状菌占优势时，贝IJ污泥的沉降性能将出现恶化，易发生污泥的丝状菌膨胀问题。在SBR工艺屮，由于污水是一次性投入反应器小，因而在反应的初期，有机质的浓度较高，反应的后期污染物的浓度较低，反应器屮存在着随时间而产生的较大的浓度梯度，这一浓度梯度较好地防止了污泥的膨胀，有利于污泥的沉降和分离。n排水排泥期SBR反应器中的混合液在经过一定的沉淀后，将反应器屮的上清液排出反应器，然后将相当于反应器过程生长而产生的污泥量排出反应器，以保持反应器内一定数量的污泥。闲置期闲置期的功能是在静置无进水的条件卜•，使微生物通过内源呼吸作用恢复其活性，为下一个运行周期创造良好的初始条件。通过闲置期后的活性污泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大吸附表面积，因而当进入卜•一个运行周期的进水期时，活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力而有效地发挥其初始去除作用。闲置时间一般控制在2h以内。SBR工艺的特点及相应的作用机理如表2所示表2SBR工艺的特点及其机理特点机理生化反应速率快，有机物去除效率髙理想推流状态有效的处理难生物降解的有机化合物生态环境多样性沉淀性能好，出水含泥量少，水质高理想沉淀理论克服了因丝状菌过度繁殖引起的污泥膨胀生态环境多样性可同时实现脱氮除磷的目的生态环境多样性无需设置二沉池和污泥回流自身结构特点适合处理流量变化人的工业废水间歇式运行方式潘凛溥［10］等采用SBR法进水0.5h,曝气6h,沉降lh,排水0.5h,闲置6h,—周期共14h处理造纸混合废水,C0%的去除率为82.5%,冃运行稳定，处理效果好，出水亦较稳定，水质能达到造纸行业排放标准，活性污泥沉降良好，均以菌胶团为主，不易发生膨胀。（三）污泥处置与综合利用①回收浆料n在造纸过程小浆料的流失不可避免，做好流入废水屮的废浆回收有两个好处:一是回收的浆料可回用于造纸或外售作为低档纸的原料,产生直接经济效益;二是降低废水处理负荷，减少药剂消耗。废浆的回收，一般采用筛网微滤，用60〜70目尼龙网或机械格栅，筛网的规格和材质的选用与水质有关，如生产涂布白板纸废水的纤维比较细小，需要选用细筛网，但太细则过水效果差，影响废水处理量。一般机械格栅的栅距在0.15〜0.25mm时，截留纤维效果最佳,SS去除率为30%〜50%,C0D去除率为20%〜30%,既能满足过水量的需要,乂能达到提高回收率的目的。②污泥脱水废水经物化、生物方法处理后，其中的悬浮物有90%以上分离出来成为污泥。通常原料废纸有5%左右进入废水，吨纸将产生70〜80kg的绝干污泥，折合:气浮污泥（沉淀浓缩污泥）含水率97%,污泥量约2.3〜2.6t/t纸;机械脱水后污泥含水率75%左右，干污泥量约0.3〜0.4t/t纸；自然干化污泥含水率较高,污泥量＞0.7t/t纸。污泥脱水采用压滤机脱水，大屮型企业以带式压滤机为多，屮小型企业以板框压滤机为多。也有一些小企业采用自然干化方法，自然干化容易造成二次污染，南方地区尤甚，最好应避免米用。三.本课题研究内容某造纸厂以UKP浆板、进口OCC废纸、国产OCC废纸为原料生产，产品方案为年产55万吨牛皮箱板纸造纸生产线，牛皮箱板纸定量范ffl：100^140g/m2，计算基准:140g/m2,成品水份:6~10%。n图3-1PM18造纸生产工艺流程图白水回收系统：纸机网部产生的浓白水进入冲浆白水槽用于冲浆，然后用于浆料的稀释；网下白水分为浓白水和稀白水，冲浆白水槽多余浓白水至网下浓白水池，网下浓白水一部分用于浓度控制，多余的溢流至稀白水池，稀白水送多盘白水过滤机，回收浆送至芯层混合浆池去配浆，回收的澄清水用于浓度控制及废纸碎解，超清水经过滤后用于纸机喷淋水。废水排水量为11880m7do污水处理站设计指标一览表序号项目pHCOD(mg/1)BOD5(mg/1)SS(mg/l)水量(m7d)1车间来水6〜950002300350020,000实际牛产水样检测结果如下:项目色度CODcr氨氮总氮总磷LAS挥发酚进口检测样1024倍3.56X1031.184.150.4221.100.48该项H废水排口执行《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)表2屮关于制浆和造纸联合生产企业排放标准，其他项目执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表n3-2中第二类污染物最高允许排放浓度一级标准。具体标准限值见表5-1。表3・2废水污染物最高允许排放浓度单位：mg/L,pH值除外监测项目pH色度SSbod5CODcr氨氮总氮排放标准6-950302090812监测项目总磷动植物油石油类阴离子表面活性剂挥发酚单位产品基准排水量(t/t)排放标准0.810550.520四•本课题研究方法本设计采用混凝-涡凹气浮法和SBR法处理废水，能达到显著效果。涡凹气浮法是一种新型气浮法，与传统加压气浮法相比，省掉了熔气罐、空压机、高压水泵、反应器、曝气头等设备，其能耗是传统气浮法的1/8〜l/10o并且，它具有设备体积小、占地面积少、投资省、自动岀渣、无噪声、运行管理方便等优点。经混凝-涡凹气浮处理后，各项水质指标的去除率皆在85%以上然后经SBR反应器处理：SBR法是一种间歇式活性污泥法，国内通常叫做序批式活性污泥法，又称序批式反应器。该法在城市污水、食品工业废水、造纸废水行业等有广泛的运用。SBR法将进水、反应、沉淀、排水和闲置等5个基木工序集于一个反应器屮，周期性地完成对废水的处理。在经济投入方面，由于SBR集合了进水、曝气、反应和沉淀等多项功能于一身，因此无需设置二沉池，工艺简单,与传统的连续式活性污泥法相比其基建投资费用可节省30%左右，占地面积可缩小30%〜50%,方士等人利用该工艺处理每吨造纸废水只需0.33元山。随着企业规模的不断加人,种类不断壊加，难降解的冇机物种类和数B也随之增加，在人们环保意识不断加强，排放标准不断严格的同吋，为了提高这些难牛物降解有机物的降解速率，科研人员在SBR工艺的基础上发出了许多新的工艺以及工艺组合。刘琼玉财等人通过用混凝一SBR组合工艺成功的将造纸废水的COD浓度由15984mg/L降至741mg/L,COD的去除率高达95.4%o高湘阴等人针对鹿泉市某大型造纸厂的特点,选用了CASS工艺，曝n气时间仅为6h,使处理后的废水稳定的达到了《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级标准和当地环保部门的要求。与传统的生物氧化法处理造纸废水相比减少了4个小时左右的曝气时间，大大的节约了能源的消耗。本设计采用本工艺的原因：该造纸厂废水COD浓度高，生物降解性不是很好，单一的依靠生物处理工艺很难稳定的达到排放标准。采用混凝-涡凹气浮法和SBR法组合工艺能够有效达到口标，其具有以下优势：(1)高效性。由于混凝沉淀属于物理一化学处理工艺，没有生物选择性，不受废水屮有机物生化性的影响，因此可以有效的将再生纸废水屮难生物降解部分的有机污染物去除，捉高废水的生化性冋。SBR工艺集进水、反应、沉淀及排水于一体，因此不存在微生物的流失现象，池内微生物维持在一个较高的浓度。(2)可靠性。废纸废水通过混凝沉淀处理后，使得废水中大部分的污染物被除去，包括了难生物降解的有机污染物。改善后的废纸废水在经过SBR的生物处理,进一步去除废水中剩余的污染物，从而保证了处理Z后的水能稳定的达标排放。(3)运行管理简单。SBR可利用PLC实现集中管理和分散控制丽。通过计算机就能实现进水、排水等步骤的进行，并H可以实时监测池体的运行状况，从而减少了人为的巡查次数以及操作劳动强度。(4)运行费用低。由于只将废纸废水通过混凝沉淀工艺，大大减少了该工艺处理过程中的药剂使用量，并但经过混凝沉淀后的废纸废水屮的大部分污染物得以去除，捉高了生化性，为后续SBR处理工序减轻了负担，缩短了曝气时间，从而减少了电能的消耗,降低了运行成本。n工艺流程:混凝剂回收纤维助凝剂•纤维回收机混凝反应槽涡凹气浮机SBR反应器出水污泥外运或外污泥压滤机图4.2本设计工艺流程五.本设计目标内容，特点及进度冃标：经过该工艺处理的该造纸厂废水能够达到排放标准。进度:n序号各阶段工作内容起讫日期20141查阅资料3.10-3.162开题报告3.17-3.233实习、确定工艺流程3.24-4.64撰写毕业设计说明书4.7-4.205撰写毕业设计计算书4.21-5.46设计、绘制工程图纸5.5-5.187校核与文件整理5.19-5.308准备答辩5.31-六.参考文献1.丁春生，刘宏远,王卫文，等•高效气浮技术设备及其在造纸废水处理屮的应用[J]•浙江工业大学学报,2001,29(4):3982.江红光，梅荣武•高效浅层气浮技术在造纸废水处理屮的应用[J].环境污染与防治,2003(4):1803.姚淑华，石中亮,宋守志，等.预氧化-混凝沉淀法处理制浆造纸废水的研究[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(11):754.王九思，赵红花,马艳飞•絮凝-C102氧化法处理造纸废水[J].廿肃科学学报,2002,14(2):32n1.许效天，霍林，霍聪,造纸废水处理技术应用及研究进展[J],化工环保，2009(3)n1.杨云龙，薛噱,吴国庆.固定化PSB处理亚硫酸钠造纸废水[J].中国环境科学,2001,21(4):3512.北京水环境技术与设备研究中心.废水处理工程技术手册(废水卷)[M].北京：化学工业岀版社，2000,325〜327.&中国化工防治污染技术协会•化工废水处理技术[M].北京:化学工业出版社.2000,55〜56.9.顾国维，何义亮•膜生物反应器在污水处理屮的研究和应用[M].北京：化学工业出版社，2002.10•潘凛溥，方士.SBR法处理造纸废水研究[J]•环境科学与技术.1998(2)：19〜21.11.方士.SBR工艺处理造纸废水试验研究[J].水处理研究,1999,25(2),122〜124.12.刘琼玉，刘君侠.混凝一SBR法联合处理造纸废水[J].江汉大学学报(自然科学版),2011,39(3):36〜39.13.高湘,CASSI艺处理造纸中段废水的应用研究.市政技术2007,25(4)：268〜270.14F.EL-Gohary,A.Tawfik.DecolorizationandCODreductionofdisperseandrcactivcdycswastcwaterusingchcmical-coagulationfollowedbysequcntialbatchreactor(SBR)process[J],Desalination,2009:1159〜1164.15.饶姗姗，王拯，李剑.SBR工艺和自动化控制技术的结合[J]•甘肃科技,2004,1(1):38-