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 一、概况

    随着我国市场经济的深入发展，特别是产品化趋势日益明显，产品包装行业得到*发展，市场对包装制品需求不断增大。包装纸板生产在世界各国国民经济中占有重要的地位，纸板产品成为包装工业的主要原材料。我国“十五”规划中明确表明，我国造纸产量与需求量平均都能保持5%左右的增长，发展方向主要集中在高档纸品上。可见，目前市场前景广阔，产品发展余地大，销售市场有保障。

 纸业有限责任公司根据目前市场情况，经过长时间的市场调查了解和前期准备工作，引进全自动热力喷放制浆（爆破制浆）（权号：ZL02246643.6）技术，计划投资6000万元人民币，以竹子为主要原料生产竹浆，新上年生产能力6.0万吨造纸生产线，生产纸浆板、生活用纸和包装用纸。工程分两期建设，一期年生产能力3.6万吨，二期年生产能力2.4万吨，整个项目由制浆车间、造纸车间、辅助设施、公用工程、环保工程、生活设施和储运工程等部分组成。

    爆破制浆过程中不产生蒸煮废液即传统造纸制浆黑液,主要为打浆时产生的洗液,其污染组成为:BOD5：主要来自制浆中分解的有机物,即糖类、醇类、有机酸、木质素等；CODcr：主要来自木质素及其衍生物；SS：主要来自流失的细小纤维。

    根据《纸业有限责任公司60kt/a爆破制浆造纸工程环境影响报告书》中提供的数据，外排废水主要是生产中的打浆废水，一期废水量约为9410m3/d，二期废水量约为6273 m3/d，二期工程建成后外排废水量共计约15683m3/d。

    根据《建设项目管理条例》和《环境保护法》之规定，环保设施的建设应与主体工程“三同时”。受纸业有限责任公司委托，我公司提出了该项目的废水处理方案，按本方案进行建设后，可确保废水的达标排放，同时将大部分废水经预处理后回用于生产过程，减少污染物的排放，能*地减轻该项目外排废水对沙溪的不利影响。

    二、水质水量和排放标准 

    （一）水量

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

    设计规模：一期9410m3/d，其中预处理能力为9410m3/d，生化处理能力为2900m3/d。

    二期新增6273 m3/d，其中预处理能力为6273m3/d，生化处理能力为2000m3/d。

    二期合计15683m3/d，其中预处理能力为15683m3/d，生化处理能力为4900m3/d。

    本次方案设计对一期水量进行设计。

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　连续运行阶段反应器氨氮, 亚硝氮和硝氮变化如图 2所示, 进水温度及总氮去除率如图 3所示.为了研究脱氮途径, 引入厌氧氨氧化反应方程式, 如式(1)所示.厌氧氨氧化菌按1 :1.32的比例消耗氨氮和亚硝氮.厌氧氨氧化工艺生成的氮气量与硝氮量之比为8, 该值称为特征比.

　　反应器改为连续进水出水的第1 d, 总氮去除率为13.8%.但亚硝氮氨氮消耗比为1.41, 特征比为28.17, 不满足厌氧氨氧化方程式.分析其原因, 可能是由于火山岩填料对基质的吸附作用.随着吸附达到饱和, 总氮去除率明显降低, 第4 d时, 总氮去除率由13.8%降低到5.2%.反应器继续运行, 氨氮和亚硝氮去除效果逐渐提高, 出水硝氮浓度逐步增加.第109 d时, 连续15 d氨氮和亚硝氮去除率大于90%, 总氮去除率大于70%, 亚硝氮氨氮消耗比稳定在1.17~1.26, 特征比稳定在8.76~10.21, 符合厌氧氨氧化反应方程式, 表明上向流厌氧氨氧化生物滤柱启动成功.

　　Zekker等在20℃条件下以发酵厂高氨氮污水为基质, 历时186 d成功启动厌氧氨氧化工艺.进水温度20~25℃, 氨氮和亚硝氮基质浓度为30~50 mg ·L-1, Bao等在224 d启动厌氧氨氧化生物滤柱. Zhang等以含25~35 mg ·L-1氨氮和亚硝氮的配水为基质, 23℃条件下90 d成功启动厌氧氨氧化SBR反应器.与前人研究成果相比, 本试验以更低浓度的实际生活污水为基质, 在15.1~21.9℃的条件下, 成功启动厌氧氨氧化反应器, 较前人的研究成果有所进步.

　　2.2 厌氧氨氧化滤柱的低温运行

　　第153~244 d时, 反应器在秋季运行, 进水温度为12.6~18.9℃.温度在14℃以上时, 反应器氨氮、亚硝氮去除率大于95%, 温度小于14℃时, 氨氮和亚氮去除率明显降低.第245 d, 反应器运行进入冬季, 进水温度为10.2~14.3℃.由图 3可知, 反应器总氮去除率与进水温度密切相关.进水温度在10~12℃时, 总氮去除率为25%~60%.进水温度为12~14℃时, 总氮去除率为55%~75%.第245~334 d, 反应器zui大出水总氮浓度为30.1 mg ·L-1, 平均总氮去除率为54.3%.

　　为了避免生物膜过度增殖导致滤柱堵塞, 第461 d对滤柱进行反冲洗.反冲洗时, 采用较大的水力负荷以达到削减生物膜厚度的目的.以气水联合的方式进行反冲洗, 气水比为3, 水冲强度为2.0 L ·(s ·m2)-1, 反冲洗时间为3 min.反冲洗后, 氨氮去除率从98.6%降低到59.7%, 亚硝氮去除率从97.3%降低为57.2%, 总氮去除率由78.4%降为48.1%.运行8 d后, 氨氮去除率恢复至90%以上, 总氮去除率提高到71%.相比于其他生物膜, 本试验厌氧氨氧化生物膜反冲洗后恢复速度较快.有研究表明, 成熟的厌氧氨氧化菌生物膜结构紧凑, 分泌较多的胞外多聚物, 对水力负荷冲击的抵抗能力强, 因此成熟厌氧氨氧化生物膜受反冲洗影响较小.

　　第510~604 d, 运行季节为秋季, 进水温度为13.2~19.6℃, 反应器氨氮和亚硝氮去除率大于90%, 总氮去除率大于75%.相比于去年同期水平, 进水温度在14℃以下时, 依然有着良好的处理效果.第605 d, 运行再次进入冬季, 进水温度为10.1~14.7℃.进水温度在10~12℃时, 总氮去除率为50%~65%.进水温度为12~14℃时, 总氮去除率为70~80%.第605~695 d, 反应器zui大出水总氮浓度为19.7 mg ·L-1, 平均总氮去除率为69.7%.总氮去除率比去年同期相比增长了29%, 总氮去除负荷增长率为23%.

　　Guillén等通过1 048 d的低温驯化, 提高了低温厌氧氨氧化工艺的处理效果. Trojanowicz等从低温驯化3 a的厌氧氨氧化反应器中取泥, 在低温时成功启动反应器并取得了良好的处理效果.前人的研究主要表明, *的低温驯化可以提高低温厌氧氨氧化菌活性, 但对于*驯化对厌氧氨氧化活性提高并未定量化.在本试验中, 从第245~334 d到第605~695 d, 历时1 a, 总氮去除负荷增长率为23%, *低温驯化明显地提高了反应器低温处理效果.

　　2.3 生物学特性研究

　　每个季节从反应器中取出滤料, 测定滤料生物量及反应速率, 结果如图 5所示.生物量单位以VSS/滤料计, 为mg ·g-1.

　　第55~148 d, 进水温度为16.5~21.9℃, 反应器生物量从5.08 mg ·g-1增长到9.61 mg ·g-1, 增长幅度较大.第230~298 d, 进水温度为10.2~13.8℃, 生物量由10.20 mg ·g-1提高为11.38 mg ·g-1, 低温环境中生物量增长速度较慢, 表明温度对厌氧氨氧化菌生物膜的增长有较大影响.第461 d滤柱进行反冲洗, 生物量从14.96 mg ·g-1降低至8.01 mg ·g-1, 反冲洗可以有效地剪切生物膜,

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　为了考查不同投药方式对气浮絮凝处理的影响,对各种投药方式进行了中试试验,三种投药方式均能得到较好的气浮絮凝处理效果,炼油污水气浮出水的石油类和CODCr均有较高的去除率。从减少投药次数、便于管理出发,采用一级投药二级气浮的工艺技术较为合适;而第二种投药方式则因絮凝剂总剂量相对分散,难以取得*种投药方式的效果,因此在不增加浮选成本的前提下,采用第二种投药方式不太理想。第三种投药方式,尽管也有较好的气浮絮凝处理效果,但因两絮凝剂间隔时间过长,会减弱有机絮凝剂的作用效果,使之无法很好地起到桥联作用以加速气浮絮凝的效果。

　　一级气浮絮凝处理与二级气浮絮凝处理的出水水质比较

　　为了适应某炼油厂炼油污水的新旧气浮处理工艺(新工艺为二级浮选,老工艺为一级浮选),对一级气浮处理和二级气浮处理的浮选效果进行了对比中试试验,无论是一级气浮絮凝还是二级气浮絮凝,均可以取得良好的气浮絮凝处理效果,可为后续的生化处理提供良好的水质,并为保证后续处理装置顺利运转奠定了基础。

　　采用复合絮凝剂进行炼油污水气浮絮凝中试试验,气浮出水的石油类、CODCr、挥发酚的去除率均有较好的处理效果,石油类的去除率>75%,CODCr的去除率>55%,为后续生化处理装置提供了良好的水质,也为后续处理装置的正常运行奠定了坚实的基础。

　　通过中试试验确定了无机絮凝剂和有机絮凝剂的投药剂量、投药间隔时间和投药方式,所得结论*适用于现行炼油厂污水处理工艺。