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 一、概況

    隨著我國市場經濟的深入發展，特別是產品化趨勢日益明顯，產品包裝行業得到*發展，市場對包裝制品需求不斷增大。包裝紙板生產在世界各國國民經濟中占有重要的地位，紙板產品成為包裝工業的主要原材料。我國“十五”規劃中明確表明，我國造紙產量與需求量平均都能保持5%左右的增長，發展方向主要集中在高檔紙品上。可見，目前市場前景廣闊，產品發展余地大，銷售市場有保障。

 紙業有限責任公司根據目前市場情況，經過長時間的市場調查了解和前期準備工作，引進全自動熱力噴放制漿（爆破制漿）（權號：ZL02246643.6）技術，計劃投資6000萬元人民幣，以竹子為主要原料生產竹漿，新上年生產能力6.0萬噸造紙生產線，生產紙漿板、生活用紙和包裝用紙。工程分兩期建設，一期年生產能力3.6萬噸，二期年生產能力2.4萬噸，整個項目由制漿車間、造紙車間、輔助設施、公用工程、環保工程、生活設施和儲運工程等部分組成。

    爆破制漿過程中不產生蒸煮廢液即傳統造紙制漿黑液,主要為打漿時產生的洗液,其污染組成為:BOD5：主要來自制漿中分解的有機物,即糖類、醇類、有機酸、木質素等；CODcr：主要來自木質素及其衍生物；SS：主要來自流失的細小纖維。

    根據《紙業有限責任公司60kt/a爆破制漿造紙工程環境影響報告書》中提供的數據，外排廢水主要是生產中的打漿廢水，一期廢水量約為9410m3/d，二期廢水量約為6273 m3/d，二期工程建成后外排廢水量共計約15683m3/d。

    根據《建設項目管理條例》和《環境保護法》之規定，環保設施的建設應與主體工程“三同時”。受紙業有限責任公司委托，我公司提出了該項目的廢水處理方案，按本方案進行建設后，可確保廢水的達標排放，同時將大部分廢水經預處理后回用于生產過程，減少污染物的排放，能*地減輕該項目外排廢水對沙溪的不利影響。

    二、水質水量和排放標準 

    （一）水量

    日排放水量：一期9410m3/d，二期6273 m3/d，二期合計15683m3/d

    設計規模：一期9410m3/d，其中預處理能力為9410m3/d，生化處理能力為2900m3/d。

    二期新增6273 m3/d，其中預處理能力為6273m3/d，生化處理能力為2000m3/d。

    二期合計15683m3/d，其中預處理能力為15683m3/d，生化處理能力為4900m3/d。

    本次方案設計對一期水量進行設計。

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　連續運行階段反應器氨氮, 亞硝氮和硝氮變化如圖 2所示, 進水溫度及總氮去除率如圖 3所示.為了研究脫氮途徑, 引入厭氧氨氧化反應方程式, 如式(1)所示.厭氧氨氧化菌按1 :1.32的比例消耗氨氮和亞硝氮.厭氧氨氧化工藝生成的氮氣量與硝氮量之比為8, 該值稱為特征比.

　　反應器改為連續進水出水的第1 d, 總氮去除率為13.8%.但亞硝氮氨氮消耗比為1.41, 特征比為28.17, 不滿足厭氧氨氧化方程式.分析其原因, 可能是由于火山巖填料對基質的吸附作用.隨著吸附達到飽和, 總氮去除率明顯降低, 第4 d時, 總氮去除率由13.8%降低到5.2%.反應器繼續運行, 氨氮和亞硝氮去除效果逐漸提高, 出水硝氮濃度逐步增加.第109 d時, 連續15 d氨氮和亞硝氮去除率大于90%, 總氮去除率大于70%, 亞硝氮氨氮消耗比穩定在1.17~1.26, 特征比穩定在8.76~10.21, 符合厭氧氨氧化反應方程式, 表明上向流厭氧氨氧化生物濾柱啟動成功.

　　Zekker等在20℃條件下以發酵廠高氨氮污水為基質, 歷時186 d成功啟動厭氧氨氧化工藝.進水溫度20~25℃, 氨氮和亞硝氮基質濃度為30~50 mg ·L-1, Bao等在224 d啟動厭氧氨氧化生物濾柱. Zhang等以含25~35 mg ·L-1氨氮和亞硝氮的配水為基質, 23℃條件下90 d成功啟動厭氧氨氧化SBR反應器.與前人研究成果相比, 本試驗以更低濃度的實際生活污水為基質, 在15.1~21.9℃的條件下, 成功啟動厭氧氨氧化反應器, 較前人的研究成果有所進步.

　　2.2 厭氧氨氧化濾柱的低溫運行

　　第153~244 d時, 反應器在秋季運行, 進水溫度為12.6~18.9℃.溫度在14℃以上時, 反應器氨氮、亞硝氮去除率大于95%, 溫度小于14℃時, 氨氮和亞氮去除率明顯降低.第245 d, 反應器運行進入冬季, 進水溫度為10.2~14.3℃.由圖 3可知, 反應器總氮去除率與進水溫度密切相關.進水溫度在10~12℃時, 總氮去除率為25%~60%.進水溫度為12~14℃時, 總氮去除率為55%~75%.第245~334 d, 反應器zui大出水總氮濃度為30.1 mg ·L-1, 平均總氮去除率為54.3%.

　　為了避免生物膜過度增殖導致濾柱堵塞, 第461 d對濾柱進行反沖洗.反沖洗時, 采用較大的水力負荷以達到削減生物膜厚度的目的.以氣水聯合的方式進行反沖洗, 氣水比為3, 水沖強度為2.0 L ·(s ·m2)-1, 反沖洗時間為3 min.反沖洗后, 氨氮去除率從98.6%降低到59.7%, 亞硝氮去除率從97.3%降低為57.2%, 總氮去除率由78.4%降為48.1%.運行8 d后, 氨氮去除率恢復至90%以上, 總氮去除率提高到71%.相比于其他生物膜, 本試驗厭氧氨氧化生物膜反沖洗后恢復速度較快.有研究表明, 成熟的厭氧氨氧化菌生物膜結構緊湊, 分泌較多的胞外多聚物, 對水力負荷沖擊的抵抗能力強, 因此成熟厭氧氨氧化生物膜受反沖洗影響較小.

　　第510~604 d, 運行季節為秋季, 進水溫度為13.2~19.6℃, 反應器氨氮和亞硝氮去除率大于90%, 總氮去除率大于75%.相比于去年同期水平, 進水溫度在14℃以下時, 依然有著良好的處理效果.第605 d, 運行再次進入冬季, 進水溫度為10.1~14.7℃.進水溫度在10~12℃時, 總氮去除率為50%~65%.進水溫度為12~14℃時, 總氮去除率為70~80%.第605~695 d, 反應器zui大出水總氮濃度為19.7 mg ·L-1, 平均總氮去除率為69.7%.總氮去除率比去年同期相比增長了29%, 總氮去除負荷增長率為23%.

　　Guillén等通過1 048 d的低溫馴化, 提高了低溫厭氧氨氧化工藝的處理效果. Trojanowicz等從低溫馴化3 a的厭氧氨氧化反應器中取泥, 在低溫時成功啟動反應器并取得了良好的處理效果.前人的研究主要表明, *的低溫馴化可以提高低溫厭氧氨氧化菌活性, 但對于*馴化對厭氧氨氧化活性提高并未定量化.在本試驗中, 從第245~334 d到第605~695 d, 歷時1 a, 總氮去除負荷增長率為23%, *低溫馴化明顯地提高了反應器低溫處理效果.

　　2.3 生物學特性研究

　　每個季節從反應器中取出濾料, 測定濾料生物量及反應速率, 結果如圖 5所示.生物量單位以VSS/濾料計, 為mg ·g-1.

　　第55~148 d, 進水溫度為16.5~21.9℃, 反應器生物量從5.08 mg ·g-1增長到9.61 mg ·g-1, 增長幅度較大.第230~298 d, 進水溫度為10.2~13.8℃, 生物量由10.20 mg ·g-1提高為11.38 mg ·g-1, 低溫環境中生物量增長速度較慢, 表明溫度對厭氧氨氧化菌生物膜的增長有較大影響.第461 d濾柱進行反沖洗, 生物量從14.96 mg ·g-1降低至8.01 mg ·g-1, 反沖洗可以有效地剪切生物膜,

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制革廢水中污染物組成復雜，綜合廢水是在脫毛、脫脂廢水及鞣制廢水經上述一級處理后，再與其他水洗廢水合并的廢水。其水質為：COD200～4000mg/L;BOD1200～2000mg/L;SS200～3000mg/L;S2-30～80mg/L;pH值8～11。綜合廢水的處理方法也很多，有生化工藝和物化等方法。國內制革工業通常采用物化處理和生化處理相結合的方法，此法投資省，運行費用低，能夠穩定達標排放。

　　生化處理工藝

　　①預處理系統：主要包括格柵、調節池、沉淀池、氣浮池等處理設施。制革廢水中有機物濃度和懸浮固體濃度高，預處理系統就是用來調節水量、水質;去除SS、懸浮物;削減部分污染負荷，為后續生物處理創造良好條件。制革廢水中含有較多的柔軟劑、滲透劑和表面活性劑等高分子化合物，這些物質比較難以生物降解P.A.Balakrishnan等研究在生物處理前，用臭氧來氧化廢水，將這些高分子有機物轉變成低分子形式，甚至是容易消化的簡單的生物機體，從而提高生物的可降解性。試驗證明經過臭氧處理，制革廢水的BOD5、COD和色度都有明顯的降低。田剛紅在生物處理前*行水解酸化，將廢水的m(BOD5)/m(CODCr)的值由0.2提高到0.4以上，*地提高了廢水的可生物降解性，為好氧生化處理提供有利條件。這兩項技術與傳統物化預處理技術相比，除能夠提高廢水的可生物降解性，還能夠解決廢水處理過程中的泡沫問題，且產泥量少，為解決制革廢水處理中產生的大量污泥提供了一條途徑。還可以投加混凝劑、絮凝劑去除制革廢水中不易生化降解的化工輔料。一般用*或堿式氯化鋁，投加量為0.03%~0.05%，可去除CODCr與BOD5約50%，S2-70%以上，SS與色度80%以上。

　　②生物處理系統：制革廢水的ρ(CODCr)一般為3000~4000mg/L，ρ(BOD5)為1000~2000mg/L，屬于高濃度有機廢水，m(BOD5)/m(CODCr)值為0.3~0.6，適宜于進行生物處理。目前國內應用較多的有氧化溝、SBR和生物接觸氧化法，應用較少的是射流曝氣法、間歇式生物膜反應器(SBBR)、流化床和升流式厭氧污泥床(UASB)。要選用哪種生物處理工藝，除了考慮水質特點，還要兼顧處理水量、處理要求和場地面積等因素。目前用于處理制革廢水的比較成熟的工藝是氧化溝、SBR和生物接觸氧化法，其技術參數比較全面。制革廢水水量水質波動大，含有較高濃度的Cl-和SO42-，以及微生物難降解的有機物及鉻和硫化物帶來的毒性問題，因此生物處理工藝必須具備耐沖擊負荷，且能適應高鹽度對微生物產生的抑制作用，又能在較長時間內使難降解有機物得到降解和無機化。氧化溝的運行負荷非常低，處理效果好，且停留時間長、稀釋能力強、抗沖擊負荷能力強，故氧化溝是符合上述條件的*技術。但對于中、小型制革廠，因生產無一定規律或無足夠場地，采用氧化溝工藝并非選擇，而SBR工藝是間歇運行，具有理想推流的特點，且流程短;生物接觸氧化法對于水量、水質的沖擊負荷有很強的耐沖擊能力，故制革廢水相對集中排放、水質多變及負荷變化大的適合用SBR工藝和生物接觸氧化法。射流曝氣法是在活性污泥法的基礎上采用射流曝氣器進行充氧，提高了氧的利用率;SBBR是將SBR和生物膜技術結合起來，兼具兩者特點;流化床和UASB工藝的負荷高，這些技術都有適合處理制革廢水的一方面，但應用少，技術參數不全面，需要進一步研究。