高浓度植物纤维填充料废水处理厌氧反应器
中国造纸行业生产原料长期依赖进口废纸。近年来，随着我国《进口废纸环境保护管理规定》和《限制进口类可用作原料的固体废物环境保护管理规定》的施行，造纸业原料来源受到了较大影响，也使我国造纸原料结构的优化升级迫在眉睫。江西某造纸厂为优化其造纸原料的结构，计划增加植物纤维填充料生产车间，因其生产过程中产生的废水具有污染物浓度高、pH波动大、可生化性较差等特点，需选用针对性的预处理工艺对其进行处理。本文采用高效厌氧反应器对该废水进行预处理，并明确工艺运行参数，可为其他同类型废水的处理提供参考。
1、工程概况
本项目为植物纤维填充料生产配套高浓度废水预处理设施，设计处理水量为6000t/d，主体处理工艺采用斜网+混凝沉淀+高效厌氧反应器。
本项目设计进水水质以业主方车间原料生产试验过程中取样化验数据作为参考依据，处理后出水满足后续处理工艺进水水质指标。其中，pH、CODcr、SS等指标为本项目污水处理的重点。设计进出水水质见表1。
2、工艺设计
(1)针对高浓度植物纤维填充料废水水质状况分析，发现其水质特点为：污染物浓度高(COD达到18000mg/L)，可生化性差(可生化性均不足0.2)，污染物成分复杂(生产过程中投加较多种类的药剂)等。基于以上水质特点，提出的处理工艺思路如下：斜网流槽+混凝+IC(Internalcircula-tion，内循环)厌氧反应器。
(2)废水在排入污水站后，由于其含有较高的ss以及pH，如直接进入高效厌氧反应器将会对其造成很大的影响，因此先在前端设置格栅+斜网+pH调整/混凝沉淀工艺进行处理，在去除大部分呈纤维颗粒状态存在的SS后再调整pH，使其满足进入高效厌氧反应器的水质条件。
(3)经物化预处理后的废水还存在温度较高的问题(尤其是在夏季时)，因此，当废水温度较高时会经冷却塔冷却后再进入预酸化池。
(4)废水在预酸化池内可起到充分调匀水质和水量的作用，同时通过预酸化作用为后续的高效厌氧反应器运行提供充分的保障。
(5)经预酸化池调匀后的废水连续稳定地用泵输送至高效厌氧反应器所配套的外循环系统。在反应器运行时，通过投加酸或碱调节废水的pH，将pH控制在6.5~7.5，给厌氧菌创造最理想的生存及反应条件。
经过外循环调节后的废水稳定、连续地用泵输送至高效厌氧反应器。为了使反应器底部布水均匀，防止堵塞，在进水管上设置脉冲装置搭配反应器底部的旋流布水器系统。
进水将穿过致密的厌氧颗粒污泥层，并发生厌氧反应。在这一过程中，废水中的大部分有机污染物被分解为甲烷、二氧化碳和水，从而达到去除废水中有机污染物的目的。反应器顶部设置多层高效三相分离器，用于分离废水、沼气和厌氧颗粒污泥。厌氧反应器的出水大部分被回流至外循环系统，并通过外循环系统顶部的分配器参与后续进水的外循环混合。
(6)剩余部分处理后的出水则自流进入后续生化处理单元进行进一步处理。
(7)本项目的关键工艺是高效厌氧反应系统，该工艺单元能够有效地去除废水中部分难降解性COD，同时提高废水的可生化性，为后续进一步处理该股废水创造可靠和稳定的水质条件。
3、高效厌氧反应器设计改良说明
本项目关键工艺处理单元将采用2座直径为13.0m，高为26m的高效厌氧反应器对废水进行厌氧处理。考虑到本项目特殊的水质状况，在高效厌氧反应器的设计中针对性地采用多个改良措施，解决传统厌氧反应器存在的不足，确保项目最终水质的稳定达标。
3.1 外循环系统设计
传统厌氧反应器在设计时大多无独立的外循环装置，在实际运行过程中经常出现反应器内上升流速受进水浓度影响较大的问题，同时由于上升流速的不稳定亦会影响到污泥膨胀床的膨胀效果，进而导致厌氧颗粒污泥在反应器底部堆积致使反应器最终无法正常使用。
本项目设计所采用的独立外循环系统，将预酸化池来水先用泵输送至外循环管，再通过大循环回流水与前端来水混合后再进入反应器内。以上设计可有效稀释进水有机污染物和有害物质，降低其对厌氧反应的影响(尤其是对废水中的钙离子浓度有较好的缓冲作用)，同时可灵活控制反应器内水流上升流速，保证污泥床充分膨胀，有效地解决了传统厌氧反应器所存在的不足。
外循环系统包含：外循环立管，1座；外循环水泵，6台；pH计，1台。
3.2 脉冲旋流布水器设计
传统厌氧反应器在设计时多采用平流式布水器，采用该设计的厌氧反应器在使用过程中经常出现布水不均匀的现象，容易导致厌氧颗粒污泥在反应器底部堆积，形成污泥死角，尤其是针对本项目所在的造纸行业废水，因其经常存在钙离子浓度过高的情况，因此布水器出现堵塞的情况尤为突出。
本项目设计所采用的环状旋流脉冲布水系统，可对厌氧反应器内污泥床实现充分的扰动，使厌氧颗粒污泥床保持膨胀，并与污水进行充分的接触反应，防止厌氧颗粒污泥的沉积而形成污泥死角，有效地避免厌氧颗粒污泥在反应器底部堆积造成底部布水器的堵塞，解决了传统厌氧反应器存在的不足。
脉冲旋流布水器包含：2套外部脉冲阀，2套内部多管状环形布水系统。
3.3 多层高效三相分离器设计
传统厌氧反应器在设计时大多采用单层三相分离器结构，仅设计在反应器顶层，且非全覆盖式布置。该设计会使反应器在使用过程中出现不同程度的跑泥，严重时将会影响到反应器的整体处理效率。
本项目设计采用多层高效三相分离器，充分考虑对厌氧颗粒污泥的截留效率以及对沼气的密封效果，采用双层全覆盖式三相分离器设计，可有效地对固、液、气进行高效分离，充分保证高效厌氧反应器的运行效果，有效地解决了传统厌氧反应器存在的不足。
多层高效三相分离器包含：中部三层三相分离器，2套；顶部五层三相分离器，2套。
3.4 多点排泥及反冲洗设计
传统厌氧反应器在设计时基本采用单点排泥，该设计经常导致反应器底部厌氧污泥无法均匀地排出，尤其是当反应器内有较多的钙化污泥产生时，由于钙化污泥的比重较大，单点排泥无法实现钙化污泥的正常排出，进而影响厌氧系统的正常运行。
本项目设计所采用的多点排泥装置，可确保反应器底部各个角落的污泥均能被排出，同时考虑到厌氧反应器所碰到的钙化污泥堵塞问题，设置反冲洗装置，可接入高压冲洗接口用于对各排泥口进行冲洗，防止污泥堵塞情况的发生。有效地解决传统厌氧反应器所存在的不足。
多点排泥及反冲洗装置包含：环状排泥阀，2组；高压反冲洗阀，2组。
4、项目运行效果
本项目于2021年4月主体完工，具备进水条件，当年6月系统调试成功，并于7月通过业主方性能验收，正式投入运行。运行期间整体处理效果良好，系统运行过程中主要参数：VLR(容积负荷)为10.58kgCOD/(m3・d)，上升流速为7.5m/h，进水VFA(指挥发性脂肪酸)≤3.5mmol/L，ALK(碱度)≥35mmol/L。系统运行稳定后各月平均出水水质见表2。
5、技术经济指标
本项目预处理污水设施运行费用主要包括电费、药剂费、人工费。其中：
(1)电费：本项目为三级供电负荷，装机容量为550.75kW，需用容量为342.70kW，日用电量约5346.12kWh。电价按0.35元/kWh(以厂区自备电厂发电成本计算)，折合0.312元/t废水。
(2)人工费：本项目日常运行期间需操作人员4人，工人工资按150元/日计算，折合0.1元/t废水。
(3)药剂费：PAC(聚合氯化铝)：0.143元/t废水；PAM(聚丙烯酰胺)：0.012元/t废水；尿素：0.075元/t废水；磷酸二氢铵：0.067元/t废水。
实际日常运行费用：0.709元/t废水。
同时高效厌氧反应器在运行过程中产生大量的沼气可作为再生能源进行利用。根据现场沼气流量计数据日平均产沼气9660m/d，每去除1kgCOD约可产生0.35m³沼气。按照每立方米沼气所产生的热值可转换为0.714kg标煤所产生的热值，同时按照1t标煤1000元市场价计算，预计可产生6897.24元/d的经济效益，在扣除污水处理运行费用的同时仍可产生一定的经济效益。
6、结论
本项目针对目前国内造纸行业非常少见的一种高浓度植物纤维填充料废水预处理案例，设计主体采用高效厌氧反应器对该高难度废水进行预处理，充分发挥高效厌氧反应器特点，同时结合相应的多处改良设计，使厌氧反应器的处理能力得到进一步提升，以相对较小的处理费用最大化地去除废水中大部分有机污染物；同时反应产生的沼气还可进行资源回收，减少了污水厂的运行成本。本项目废水处理作为造纸制浆行业非典型的工程案例，在有效推动厌氧反应器优化改良的同时，也将为今后造纸制浆行业高浓废水处理提供相应的案例参考，具有较高的推广价值。（来源：杭州山屿源环保科技有限公司）