1、总论
1.1概况
河北××××××纸业有限公司于2005年3月报批9.6万吨／年高强瓦楞纸建设项目，有关环保审批手续，现已建成并具备试生产条件。该项目建成生产所需原料，以50％的莜麦秸杆作原料制浆，年耗麦草87000吨，50％为美国进品废瓦楞纸箱及国内回收的废旧纸箱，进口与国内回收量约各占一半，年耗废纸箱量为60480吨。其麦草制燃起部分采用碱法半化学制浆，连续蒸煮工艺，蒸煮后的浆料经四段黑液挤压机提取，可将其中80％左右的黑液提取出来，由于目前该项目公有制浆部分纸机部分未上，所以排放的废水主要为制浆过程产生的黑液废水及原料麦草洗涤废水，其中黑液废水中的污染物浓度较高，色度较深，处理难度较大，而洗草废水中所含的悬浮物等较高，上述两种废水均不能达标排放，需要进行处理。
河北××××××集团按照国家要求，认真招待建设项目环境保护的有关规定，决定对生产过程中产生的废水进行净化处理，实现达标排放。根据河北××××××纸业有限公司的实际废水排放情况，河北××环保科技有限公司编制了该项目废水处理技术方案。
1.2设计依据
⑴《建设项目环境保护设计规定》；
⑵《给水排水设计手册》；
⑶《给水排水标准规范实施手册》；
⑷《给水排水工程概预算与经济评价手册》；
⑸《造纸工业水污染物排放标准》（GB 3544-2001）；
⑹河北××××××有限公司的相关资料。
1.3设计原则
⑴废水处理方案符合国家有关技术政策规定要求，处理后的水质满足国家规定的排放标准。
⑵选用的处理工艺技术成熟、运行稳定可靠，易于运行管理。
⑶废水处理技术方案昼节省投资，降低运行费用，以减轻企业的负担。
1.4设计参数
本废水处理工程所处理的废水为两部分，一部分为属于炒认部分为洗草废水。属于炒认液废水来自于制浆工序，因该制浆工艺为连续碱法半化学制浆法，碱用量少，与碱法制浆工艺相比，其废水中所含的污染物浓度较低，但根据现场观察，其中纤维素等固形物储量较多，可见原料流失料严重，为此厂方确定增设纤维回收设备，一是提高浆得率，同时可减轻后端的处理负荷。洗草废水来自原料草的洗草工序，主要目的是为了将其所含的泥沙去除，因此该部分废水中的主要污染物为泥沙等固形物及悬浮物，该两部分废水经由各自的生产工序分别排出。
1.4.1设计处理规模
根据××××××有限公司提供，该项目建成投产后，每天排放制浆黑液废水500m3/d麦草洗涤废水1000m3/d，以此作为本设计的废水处理站的规模。
1.4.2设计水质
⑴设计进水水质
根据试生产过程中排放的废水，经几次初步试验分析，黑液氹为中性，但CODcr变动范围较大，据××××××纸业有限公司提供情况分析，主要是试生产开始期间生产不稳定，波动较大，更为重要的是期间所用原料为稻草，该部分原料多有变质，相对制浆得率低，原料耗量大，进入水中的物质多，造成污染物浓度较高，在生产的现在阶段将原料稻草改为麦草后，这部分原料的质量较好，制浆得率显著提高，使得废水中所含的污染物显著减少，经测试，属于炒认液废水中CODcr为1000ｍｇ/Ｌ左右，同时洗草水中的污染物含量也有明显降低，CODcr含量800ｍｇ/Ｌ左右，对此，公司已明确不再利用稻草作原料，全部改为麦草，一是提高浆得率，以降低生产成本，二是相应减少了污染物的排放。经反复核对及研究，为确保真实性，使设计方案，应尽可能贴近实际。在保证废水排放达标的前提下，以便最大可能地降低投资减少运行成本。
结合上述情况，得出废水水质如下，黑液废水：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。
以上的水量及作为本设计的基本依据之一。
⑵设计出水水质
该项目建成后，处理后的出水水质应满足国家《造纸工业水污染物排放》（GB3544-2001）规定限值，即：
PH6-9；CODcr≤400mg/L；BOD5≤100mg/L；SS≤100mg/L。
2、处理方案
2.1处理工艺的确定
根据××××××纸业有限公司的生产情况，因纸机部分未上，仅有制浆部分，所排废水全部为制浆黑液及麦草洗涤废水，黑液压油稀释水量较小。同时考虑制浆工艺采用半化学制浆法，其排放黑液的污染物含量相对碱法制浆的黑液较低，ＰＨ基本为中性，但色度仍然较深，并含有大量小纤维及木素，黑液可生化性较差，根据有关资料介绍，这种黑液不太适应厌氧处理。而麦草洗涤废水主要不是是SS较高，带有植物的天然色度，可溶性污染物较低。针对这些情况，拟采取分别处理与综合处理相结合的方法。即首先将黑液废水和洗草废水分别采用物化方法处理到一定程度后混合，再经生化处理。物化处理的目的，首先是去除废水中的纤维及悬浮物等固形物，以减少后段絮凝处理时的加药量，之后根据黑液废水及洗草废水的性质，采用不同的絮凝剂对两种废水分别进行净化。经絮凝处理后，黑液中的小纤维及木素等污染物基本得到处理，同时CODcr等污染物也将会有　大幅度降低，而选草废水经上述物化处理后，与物化处理后的黑液废水混合，可以满足生化进水的要求。
实践证明，选用好的合适的絮凝剂处理废水，其SS的增除率可达85－95％，色度去除率可达99％左右，CODcr去除率可达60－80％。按照这种效果推断，两种废水分别预处理后混合，再经生化处理系统处理，最终出水可以达标排放。
好氧生物处理采用生物接触氧化工艺，为保证处理效果，其前部增设酸化水解段，可进一步使难降解的大分子有机物降解为水分子，以提高废水的可生化性，为生化处理创造条件，确保达标排放。
此外，在物化处理的工艺方面重点突出了以废治废的的思想，强化物化处理，对重要的环节采用了混合净化、分离集一体组合工艺设备，既考虑了大力减少建设投资及降低运行成本，又保证处理效果。其技术关键有：
⑴强化黑液废水的物化处理，重点在于确定正确的物化组合工艺及相关设备的构造、选型及运行的各项工艺参数。
⑵选择商效的废水处理混凝剂及设计合理的加药装置。本次选用的混凝剂大多考虑选用低价的物质，同时具有对污染物去除率高、脱色效果好、运行启动快等特点。
⑶催化氧化技术。氧化技术近年来在废水处理方面有较大的发展与开发。实践证明该技术不但能有效的去除废水中的污染物，还有较好的脱色与除臭作用，而且能和多项废水处理工艺配合，特别是与生化处理配合，可收到1＋1≥2的效果，同时不产生二次污染。
本工艺路线在采取上术三大技术后，可使废水中的污染物得到较高的去除率，而且可降低废水处理成本，处理后的废水不但满足回用于洗草用水要求，并达到国家规定排放标准。
2.2处理工艺流程说明
2.2.1工艺流程简介
废水处理工艺流程见图１所示

黑液废水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　洗草废水

集水井　　　　　　　　　　　　　　加药罐　　　　　过滤网

流量表　　　　　　　　　　　　　　加药泵　　　　　污水泵C

沉淀池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　流量表
　　　　　　　　　　　　　　　　　流量计
灰渣过滤池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一体化净化器

集水池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　混合池

污水泵A　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　酸化水解池

风机Ｂ　

黑液净化器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生物接触池

催化氧反应器　　　　　风机A　　　污泥干化池　　　沉淀池

中间水池　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　渣滤池
　　　　　　　　　　　流量计

污水泵B　　　　　　　加药泵　　　　　　　　　　　集水池

一体化净化器　　　　　加药罐　　　污泥外运
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　达标排放

过滤器

图１　废水处理工艺示意图
黑液废水首先经过粗细两道格栅，其中粗格栅设计为立式，主要是去除水中较大的悬浮物和漂浮物，细格栅设计为斜式，以进一步去除水中的纤维，并对其回收。然后废水进入沉淀池和灰渣过滤池，以去除泥沙泥沙及细小纤维，此外灰渣还可吸附水中的部分其它污染物质。经过滤后的废水由污水泵打入黑液净化器，该工序采用载体法的技术，进一步脱除黑液中的木素纤维及除硅和部分有机物。尔后废水自流入催化氧化反应器，该单元的功能主要是分解废水中的有毒物质，并将大分子的污染物分解为小分子污染物，以便后续处理。催化氧化系统出水再经泵打入一体净化器，在此加入絮凝药剂，废水与药剂在净化器中充分反应，在絮凝剂的作用下，通过压缩微颗粒表面双电层、降低界面§电位、电荷中和等电化学过程，以及桥联、网捕、吸附等物理化学过程，使废水中的悬浮物、脱体和可絮凝的其它物质凝聚成“絮团”，在一体化净化器中，使水与“絮团”得以分离再经过滤器进一步将小颗粒固体分离后，出水进入混合池。
洗草废水首先通过滤网滤掉较大悬浮物后，经泵打入一体化净化器，与黑液废水的作用原理相同，在絮凝药剂的作用下，使其废水中的大部分污染物得以去除。上述两种废水经物化处理后进入混合调节池调节水质水量。自流进入酸化水解池，在此，给予适量空气，将废水中的大分子有机物在缺氧条件下，降解成较小分子的物质，以提高废水的可生化性，同时可去除部分有机物。经酸化水解后，废水进入生化池。这里采用生和接触的方法，在给氧的情况下，细菌对废水中的有机物进行降解，废水得到净化。为保证净化效果，设计中延长了水力停留时间。经生化处理后的废水进入沉淀分离池，以便使废水与污泥进行分离，出水进入渣滤池，滤料为煤灰渣，在此可进一步将废水中的圆形物过滤去除，同时依靠灰渣的吸附能力，对其它污染物进行吸附。经渣滤池处理后的废水可达标排放。
物化处理过程中，沉淀及过滤出的纤维等物质可以作为造纸原料利用，或是加入煤中作为燃料燃烧处理。
生化过程中分离出的污泥可打入干化池脱水分离后，将污泥外运处置。
2.2.2废水净化效果
经上述处理工艺处理的水质净化效果见表１
表１　处理工艺预期达到的净化效果
单元名称 水量(mg/L) PH CODcr BOD5 SS
浓度mg/L 去除率% 浓度mg/L 去除率% 浓度mg/L 去除率%
黑液系统进水 500 7 12000 5000 4000
格栅出水 500 7 11400 5 4750 5 3600 10
沉淀池出水 500 7 10260 10 4275 10 3420 10
灰渣过滤出水 500 7 8208 20 3633 15 2268 30
黑液净化器出水 500 7 6566 20 2725 25 1587 30
催化氧化反应器出水 500 7 5581 15 2316 15 1110 30
一体净化器(加药) 500 7 2511 55 926 60 555 50
过滤出水 500 7 2134 15 741 20 333 40
洗草水进水 1000 7 1000 250 1700
过滤网 1000 7 900 10 237 5 1360 20
一体化净化器(加药) 1000 7 360 60 166 30 408 70
混合池进水 1500 7 951 358 457
水解酸化出水 1500 7 808 15 286 20 366 20
生物接触氧化 1500 7 404 50 86 70 182 50
渣滤池出水 1500 7 364 10 77 10 91 50
系统出水 1500 7 364 77 91
排放标准 6-9 ≤400 ≤100 ≤100
3、公用工程
3.1给水排水
⑴给水
　　废水处理站正常用水主要是化验室配药及清洁用水，用水量按10m3/h设计。由生产供水系统供给。
⑵排水
废水处理站采取雨污分流，雨水不入污水系统，可经厂区雨水管网排放。废水处理站的化验废水、清洗水等入污水处理系统处理后达标排放。
3.2供配电
本工程装机总容量为92.4KW，常用功率为47.7KW，供电按三类电负荷设计，单回路供电，380伏四线制。配电情况见表２。
表２　工程配电情况表
序号 设备名称 规格型号 数量(台) 总装机容量(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 高压风机 FSR－－125 2 30 15
5 加药系统 2套 3 3
6 催化氧化系统 2 22 11
7 污泥泵 65QW—25—15－－3 2 6 3
8 照明及化验室 6 3
9 合计 92.4 47.7
3.3供热、保温
本厂的所在位置处于北方寒冷地区，污水处理站在冬季运行必须解决供热问题，采取必要的采暖及保温设施。污水站的设备间需要加装暖气设备，要求室内温度保持在１０℃以上，以保证设备正常运行和水处理的稳定性，减少物化处理的加药量。对室外水池部分的墙体要有相应保温措施，水池项部架设阳光栅以达到增温的目的。以上这些供热保温措施可以满足废水冬季运行时的基本要求，保证出水水质。
3.4环境保护
污水处理站本身所产生的污染主要为水泵和风机设备的噪声污染，这些设备均安装在室内，并对风机出口均安装消声装置，不会对周围环境带来影响。污水处理过程中所产生的固体废渣主要为分离出的细小纤维、木素等，可以作为造纸原料或是作为燃料，加入煤中燃烧处理。生化过程中排放的污泥经脱水后可外运处置。
3.5定员
污水处理站设四班三倒运行，每班1名操作员，另设1名技术员兼化验员，2名替备人员，共计6人。设备维修、检修等纳入全厂统一安排，不另设员。
4、工程投资概算
根据《河北省建设工程材料预算价格》、《河北省建筑工程预算定额》、《河北省建筑工程预算补充定额》、《河北省常用项目单位估价汇总表》，并参考同类设计，本工程总投资172.02万元，其中设备投资万元，土建工程投资19.8万元。设备投资估算见表３，土建工程投资估算见表４，工程总投资见表５。
表３　主要设备价格估算一览表
序号 设备名称 规格型号 数量 单价(万元) 总价(万元) 备注
1 格栅、滤网 3个 1.0
2 污水泵Ａ 65YW－25－15－2.2 2台 0.39 0.78
3 污水泵Ｂ 1SG—65－－125 2台 0.35 0.7
4 污水泵Ｃ 80YW—65—25—7.5 2台 0.72 1.44
5 黑液净化器 2台 16.2 32.4
6 黑液一体化反应器 2台 7.5 15
7 催化氧化反应器 2台 11 22
8 洗草水一体化反应器 2台 13 26
9 高压风机 FSR－－125 2台 5.0 10.0 含消声器、过滤器
续表３
序号 设备名称 规格型号 数量 单价(万元) 总价(万元) 备注
10 高级氧化系统风机 FSR－－100 2台 3.85 7.7
11 污水流量计 2个 0.35 0.7
12 加药计量仪 2个 0.05 0.1
13 加药罐 2个 0.8 1.6
14 加药泵 2台 0.06 0.12
15 污泥泵 65QW—25—15－－3 2台 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 曝气管 480米 0.003 1.44
19 曝气支管 90米 0.012 1.08 水下部分
20 曝气配件 0.50 0.50 卡箍、接头等
21 沉淀池填料 75 m2 0.05 3.75
22 支架 75 m2 0.0075 0.56
23 管道阀门 4
24 电气仪表 1.7
25 合计 149.22


表４　土建投资估算一览表
序号 设备名称 规格型号 数量 结构 总价(万元) 备注
1 格栅井 2个 砖混 0.3
2 灰渣过滤池 5个 9.0 日前厂内已建两座2400m３水池,该部分设施全部利用此两座水池改造
3 沉淀分离池 3个
4 酸化水解池 1个
5 调节、集水池、储水池 各1个
6 生化接触池 2个
7 污泥干化池 3个
8 设备基础 2.0
9 综合厂房 170 m2 砖混 8.5
10 合计 19.8
表５　废水处理工程总投资估算表
项 目 内 容 总价(万元)
直接工程费 设备投资 149.22
土建投资 19.8
间接工程费 设计费、调试费、安装 3.0
合计 172.02
5、关于土建工程及改造
土建改造工程，主要是生化系统的生化处理池、酸化水解池及废水处理所需的沉淀池及过滤池等。详细见设计图及要求。
关于厂房，现已建好，南北宽（内宽）9.5米，东西第27米，高度约7.5米，可以满足所需要求。
设备基础部分，全部位于厂房内，可根据厂房内设备总体布局及设备大小，提供具体的基础技术资料、图纸。
考虑到生化冬季运行的温度要求，生化池及与生化处理相关的室外水池，必须有保温措施，主要从两方面考虑：一是对外池壁的保温，即采取外壁增设保温贴面材料，然后填土埋设。二是在生化池及水解酸化池顶部，采用透光的阳光栅。此外应考虑尽可能地提高系统进水温度，在有条件情况下，将一些高温废蒸汽或热水直接加入生化系统。这些措施可以提高生化的处理效果，保证出水水质。
6、经济效益分析
6.1环境效益分析
废水处理工程建成后，日处理黑液500m3/d，洗草水1000m3/d，处理后排水的CODcr、BOD5、SS分别为364mg/L、77mg/L、91mg/L，全部满足《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544―2001）中的标准值要求。每日可削减污染物量CODcr、BOD5、SS分别为6450kg/d、2634kg/d、3564kg/d。环境效益显著。
6.2经济损益分析
6.2.1废水处理运行费用
废水处理运行费用主要包括电费、药剂费、人工费。
费用计算基准：年生产日300天；电价按0.50元/kwh；人员工资按600元/月；药剂加入量0.08％，药剂价格1000元/Ｔ。
电费＝常用功率(kwh) ×24×300×0.5＝47.7×24×300×0.5＝17.17万元/a
工资费用＝职工人员×月工资×12个月＝6×600×12＝4.32万元/a
药剂费用＝投加量＝日处理量×300×药剂价格＝0.08%×1500×300×1000＝36万元/a
全年运行费：　　　17.17+4.32+36＝57.49万元/a
废水处理成本： 57.49÷300÷1500×10000＝1.277元/m3废水
6.2.2经济收益
经济收益考虑两部分：一是黑液中分离出的纤维及木素，这部分物质可以直接回收造纸，或是与煤混合作为锅炉的燃料燃烧。其产生量按照10kg/T黑液计，每天可回收5吨纤维，按500元/T计算，每天可得2500元效益。二是处理后的水回用于洗草，以减少新鲜水用量，按每天节水300Ｔ计算，吨水0.5元，每天可得利150元。两项合计为2650元／d，全年收益79.5万元。
7、结论
本方案日处理黑液500m3/d，洗草水1000 m3/d，工程总投资172.02万元。工程年运行费57.49万元，废水处理成本为1.277元/ m3废水，未考虑回收的纤维及水资源。处理后排放废水中的CODcr、BOD5、SS分别为364mg/L、77mg/L、91mg/L，全部满足《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544―2001）中的标准值要求。每日可削减污染物量CODcr、BOD5、SS分别为6450kg/d、2634kg/d、3564kg/d。环境效益显著。
从上述各项技术、经济指标分析，针对该项目纯制浆生产黑液废水，除洗草水外没有任何水稀释黑液，必然造成处理难度的增大，要求建设投资及运行费相对要高，相比之下　本处理工艺不论在投资方面、运行费用方面，还是环境效益方面，都是比较理想的技术工艺。