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1材料与方法
1.1废水来源及水质
该造纸厂以废旧瓦楞纸、箱板纸为原料生产瓦楞纸，生产过程主要包括制浆、造纸、压榨、烘干、复卷等，生产中的污水主要来自制浆过程，制浆就是将废纸打成纸纤维的过程，需要用水不断的冲洗筛选，细小纤维、废纸上带的有机物和固体杂质被洗出成为废水中污染物的主要来源，另外，造纸机冲洗滤布有一部分水流到污水站。流到污水站的综合污水主要有:造纸水、车间冲洗水、真空泵冷却水、污泥压滤水、生活污水。
1.2废水处理工艺
扩产前造纸厂污水处理采用物化+好氧处理工艺，好氧采用活性污泥法，曝气采用微孔曝气，废水中的大部分悬浮物和COD通过加药去除，运行成本高，好氧池污泥经常发生膨胀，运行不稳定。根据扩产后造纸厂的污水水质水量和现有的污水处理设施，我公司对其现有污水处理系统进行整体设计改造，采用预处理+IC厌氧+好氧+物化的污水处理工艺对污水进行处理。在原有设施基础上新增一沉池、IC厌氧反应器和深度处理系统，好氧部分充分利用原有的好氧池和原一沉池、均质池进行扩容，达到对原有设施的充分利用。
1.3反应装置
针对在实际运行过程中IC厌氧反应器内部的布水布气系统存在的缺陷，我公司对传统厌氧反应器的布水布气系统关键设备进行改造，形成具有自主知识产权的上旋流厌氧反应器。该反应器直径为8m，高为20m，总效容积1000m3，碳钢材质。
1.4接种污泥
对厌氧反应器而言，接种污泥的数量、性质、活性是影响反应器启动速度的最重要的因素。以同种废水培养的颗粒污泥进行接种，可以实现反应器的快速启动。本项目采用木浆废水颗粒污泥为接种污泥，由于水质相似，可以缩短驯化期，实现反应器的快速启动，污泥接种量为300m3，TSS为91.2g/L，VSS为61.5g/L。
1.5主要分析方法
试验中的分析方法参照文献，主要分析指标及方法为SCOD(重铬酸钾法)、VFA(滴定法)、流量(电磁流量计)、pH(精密pH计)、温度(温度计)。
2满负荷运行阶段系统分析
根据接种污泥的活性以及对新反应器的适应情况和上旋流厌氧反应器的运行控制指标，分三个阶段实现系统启动，即污泥驯化期、负荷提高期、满负荷运行期，经过28天调试运行，上旋流厌氧反应器达到设计负荷12kgCOD/m3•d。本实验选取满负荷运行后数据进行分析。
2.1SCOD去除率
满负荷运行阶段，上旋流厌氧反应器进出水SCOD与去除率的关系。受车间生产工艺影响，瓦楞纸造纸废水水质波动比较明显，尤其是SS含量对TCOD的测量影响较大，本实验选择分析废水SCOD的变化，研究上旋流厌氧反应器的去除效率。在满负荷运行阶段，系统进水SCOD波动比较大，数值在2000～4000mg/L之间，经过上旋流厌氧反应器处理后，系统出水SCOD在750mg/L左右小幅度稳定波动，可见上旋流厌氧反应器的抗冲击负荷能力较强。受进水水质的影响，厌氧系统SCOD去除率有一定的波动，但波动不大，SCOD去除率均值为74%。与其它文献报道中提到的应用在工程项目上的IC反应器处理同样类型废水相比，本工程试验中用到的自行研制的厌氧反应器的处理效率比其它工程中实际应用的IC厌氧装置处理效率要高。
2.2出水pH和VFA变化
满负荷运行阶段，厌氧系统出水pH及VFA变化。厌氧系统出水pH是影响厌氧反应器运行的重要因素，出水pH可以用来判断反应器中酸碱度是否处于平衡状态，采用上旋流厌氧反应器处理瓦楞纸废水，系统出水pH在7.0～7.8之间稳定波动。出水VFA浓度过高表明反应器里有大量的VFA累计，反应器有可能面临酸化的危险，研究表明，厌氧反应器正常运行中，应保持出水VFA浓度在400mg/L以下。系统出水VFA除了在运行的第24～31与38～41天VFA高于400mg/L以上外，其余时段出水VFA均低于400mg/L以下。从图4可以看出，系统在第24～31天和第38～41天出水VFA在400～600mg/L之间，同时段系统出水pH稍有降低，虽然VFA高于推荐值，但出水pH仍超过6.8，满足产甲烷菌最适宜的pH范围，因此符合稳定运行指标要求。
2.3容积负荷对SCOD去除率的影响
满负荷运行阶段，SCOD去除率随容积负荷变化趋势如图5所示。在运行的第1～6天，容积负荷从15.12kgCOD/m3•d降到8.28kgCOD/m3•d，SCOD去除率也由最初的74.8%降到了69.0%;运行的第6～18天，容积负荷呈稳定波动的趋势，容积负荷均值为10.54kgCOD/m3•d，SCOD去除率均值为73%;运行的第18～29天，容积负荷呈波动上升趋势，最高达到19.44kgCOD/m3•d，此时的SCOD去除率为85.8%;运行的第29～34天，容积负荷出现了一定下滑，容积负荷降到11.88kgCOD/m3•d，此时SCOD去除率为64.8%;在运行的第34～46天，容积负荷呈现小幅波动的趋势，容积负荷均值为13.87kgCOD/m3•d，SCOD去除率均值为73.3%。可以发现SCOD去除率的变化与容积负荷的变化有关，实际运行过程中，控制容积负荷在10～14kgCOD/m3•d之间，SCOD去除率可达73%左右。
2.4容积负荷对出水VFA的影响
VFA是厌氧消化过程中有机物降解过程的中间产物，有机物经水解反应后产生VFA，而产甲烷菌利用VFA产生甲烷，所以出水VFA在反应器控制中被认为是最重要的参数。VFA在厌氧反应器中的变化情况能反映出产甲烷菌的活性状态，而且比pH值更为敏感，试验过程中对上旋流厌氧反应器中VFA的变化进行了连续监测，发现VFA的波动与运行容积负荷有密切关系。随着负荷的波动，出水VFA出现了明显的波动，在运行的24～31天与38～41天出水VFA超过400mg/L，之后随着运行负荷的逐步降低，出水VFA逐步降到400mg/L以下。通过上面的分析可以看出，运行的容积负荷过高可能导致出水VFA过高，反映到反应器内部的运行情况，有可能造成厌氧系统的酸累积，从而影响产甲烷菌的活性。
3经济性分析
满负荷运行时，实际水量为4500m3/d，每天厌氧系统可以去除COD约10000kg，每kgCOD可转化0.35m3CH4，折合0.54m3沼气，因此每天大约可以产生5400m3沼气，1m3沼气的实际产热量相当于1kg普煤的产热量，参考煤电当量357g/(kW•h)，电费按照0.44元/度计算，不考虑建造沼气发电装置的费用，计算可知改造后污水处理系统产生的沼气可为公司每天节约电费约6655元，高于改造后系统每日处理废水运行成本。
4结论
通过本试验研究结果可以看出，采用上旋流厌氧反应器处理瓦楞纸造纸废水，SCOD去除率高、运行效果稳定。(1)系统出水SCOD在750mg/L左右，SCOD去除率波动不大，SCOD去除率均值为74%，系统抗冲击负荷能力较强。(2)虽然出水VFA部分时间大于400mg/L，但出水pH值始终大于6.8，没有出现酸累积现象，符合稳定运行指标要求。(3)容积负荷对SCOD去除率有一定影响，实际运行过程中，控制容积负荷在10～14kgCOD/m3•d之间，SCOD去除率可达73%左右。(4)运行过程中要控制容积负荷过高而导致的出水VFA过高，以免造成厌氧系统的酸累积，从而影响产甲烷菌的活性。(5)改造后废水处理吨水电耗可以降到0.947元，利用厌氧产生的沼气发电，还可以进一步降低吨水电耗。
作者：吕丹丹 杨永凯 张萍 崔丹红 孙庆峰 孙召强 单位：中持水务股份有限公司