CN105293660A - 制浆造纸行业污水处理基础工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的制浆造纸行业污水处理基础工艺，包括前置辅助、一级污水处理核心工艺、中置辅助、二级污水处理核心工艺、后置辅助步骤，整体工艺过程中基于各工艺点水体的pH值进行控制，并可根据进、出水指标的要求进行各项参数设置。本发明可充分保障申请人的离子分离药剂在实际应用中的以下代表性特点和优势：投药量少(吨水10-300克)、直接固态投药不需稀释、污水实时处理不需缓存(反应速度3-15分钟)、水体内容物去除率高达80％以上，并可按照并满足国家各类污水处理排放指标，处理后的水无色无异味、无次生有害化学物质以及絮凝产生污泥含水率低(<35％)、无臭味、不沾黏等。
Description
技术领域
本发明是一种涉及污水处理领域的工艺和方法，具体体现是一种制浆造纸行业污水处理的基础工艺和方法。
背景技术
近年来，随着人口和经济的发展，环境问题日益严重，我国政府和广大人民给予高度重视。其中水污染的问题成为众多环境问题中比较重点难题，水污染引起土壤污染，继而引发空气污染，破坏整体生态环境。水污染的主要来源是生活污水和工业污水，其中工业污水首当其冲，而制浆造纸废水又是重点工业废水之一，水量大而且对人体和环境有害。
所谓制浆造纸是以植物或者回收纸张类等为主要原料，将其转化及生产出各种制浆和/或纸张的工业。由于原料组成和生产工艺条件的不同，废水中污染物含量和种类不尽相同。GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》执行。制浆造纸废水企业处理后水通常有三种排放方式：零排放、向污水厂排放和直接排放；零排放，即处理后水全部回用，这种情况下企业对于处理后水中的蛋白和酯类含量非常关心，也是企业重点关心和考察的指标，而零排放可以为企业节省成本，通常鼓励进行企业中水回用；另外一种是将处理后水排放进入工业园区或者城镇污水处理厂，这种情况下企业处理后水的指标必须符合工业园区和城镇污水处理厂的相关进水指标要求；第三种直接排放，目前企业制浆造纸废水的处理效果一般不能满足国家相关直接排放的标准和要求，通常不被允许。
制浆造纸废水水质成分不复杂，废水的特点是：
1)物理特性：悬浮物和浊度高，通常色度高(通常为乳白色)、不透明；臭味重；
2)主要成分:木质素、纤维、色素、酚、氯化物、戍糖素等；
3)化学需氧量(COD)中等：通常为1,000-1,500mg/L不等；
目前，制浆造纸废水处理主要综合使用物理法、化学法和生物法等三种技术方式；其中物理法包括各种过滤，膜技术的运行维护成本相当昂贵；而化学方法通常是在水中加入高分子的氧化剂(铁氧、芬顿等)和化学絮凝剂(例如聚丙烯酰胺(PAM)或者聚合氯化铝(PAC))等；但是，化学絮凝剂存在加药量大、事先好水稀释和配比、长时间静置沉淀、不可搅拌、产生次生化学危害物质和产生污泥含水量高的缺点，不可避免在实际工艺和操作中存在比较大的问题；例如絮凝速度慢，水流缓存和反应配套设施占地面积大，水资源和土地浪费比较严重，对水环境构成二次污染等，更大的问题是使用化学絮凝剂会对其产生的污泥处理带来很大的困扰，不仅要很大的电能驱动污泥压滤机或者离心机，而且污泥气味非常臭，处理后污泥的含水率仍然高达60％以上。生化法目前被广泛使用，尤其是在生活污水处理上，其优点是稳定、有效、运营成本低，但是其局限性是不能够处理高浓度有机物以及高盐等可生化性极差的废水，反复细菌驯化和培养难度高，甚至有些化工废水还能够杀死生化活性菌；这也是目前我国虽然城镇污水处理厂规模庞大，但是依然对垃圾渗沥液和工业废水无能为力的原因。
发明内容
为了解决制浆造纸行业污水处理中上述问题，本发明针对申请人的专有技术产品离子分离药剂(专利申请号：ZL201480001546.7)而特别设计的制浆造纸行业污水处理基础工艺。优化了传统物理处理制浆造纸行业污水的方法，规避了化学方法处理制浆造纸行业污水的弊端，并可结合生化方法处理制浆造纸行业污水的工艺，扩大制浆造纸行业污水处理范围，提高制浆造纸行业污水处理效果。专利申请号：201480001546.7中涉及的处理废水的组合物，其包含：按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)等。所述药剂为离子分离药剂，并为固体粉末颗粒。
本发明是为上述污水处理产品(包括离子分离药剂和设备产品)量身定做的制浆造纸行业污水处理工艺和方法，可充分保障离子分离药剂的投药量少(吨水10-300克)、直接固态投药不需稀释、污水实时处理不需缓存(反应速度3-15分钟)、水体内容物去除率高达80％以上、可按照并满足国家各类污水处理排放指标，处理后的水无色无异味、无次生有害化学物质以及絮凝产生污泥含水量低(<35％)、无臭味、不沾黏的特点和优势。本发明中使用的离子分离药剂是完全以天然生物材料提取配制的固体粉末制剂，基于离子分离技术和电荷中和原理进行污水处理。其基本机理是将水体中内容物(颗粒、分子以及高分子链环)进行吸附并聚合，形成大团絮凝沉淀并从水体中移除的方式，逆转和颠覆了传统污水处理概念，是对污水处理技术体系中物理吸附和絮凝技术的突破性提升。上述污水处理产品不仅可以完全取代目前行业中广泛使用的化学絮凝剂产品，而且还可在污水处理系统预处理以及水污染点源和污泥处理的控制上发挥重要作用。
该发明工艺可作为单独的污水处理基础工艺模板进行实际应用，也可以灵活增加或移除其他配套工艺，亦可自身串联使用，可广泛适用于各种污水处理系统工艺、预处理、末端处理和污泥处理环节，不仅保障出水质量的稳定性、降低综合运营成本，而且对现有污水处理系统改造简单(可保留现有设施和投资，例如生化系统)，新建污水处理系统投资低、工期短、占地面积小、见效快。
本发明公开的制浆造纸行业污水处理基础工艺包括了工艺流程以及在各个工艺流程节点上的具体控制方式。本发明基于制浆造纸行业污水处理基础工艺和方法，针对包括但不限于制浆、造纸、制浆造纸整体等行业，在生产工艺中产生的制浆造纸废水处理进行工艺和方法制定，针对性强而且经济、高效、环保、有效。
本发明通过如下技术方案实现：
离子分离药剂的工作条件为：
1、被处理水体pH值调整至7.0-9.0；
2、离子分离药剂在固态粉末状态下直接投放被处理水体中，被处理的水体要经过独立的高速搅拌和独立的低速搅拌，以提高吸附效率和离子分离程度。
3、通过斜板沉降设备分离被处理后的水和污泥。
本发明，制浆造纸行业污水处理基础工艺的工艺流程图如图1所示，包括①前置辅助、②一级污水处理核心工艺、③中置辅助、④二级污水处理核心工艺、⑤后置辅助等子工艺。详细子工艺和各个工艺点流程、参数、控制和操作方法步骤描述如下：
①前置辅助：制浆造纸废水原水由此进入，主要包括综合调节、pH检测、前曝气等环节。详细说明如下：
1)进水要求：本子工艺为本发明的第一个子工艺，进水来源是经过格栅等过滤后的待处理制浆造纸废水原水；根据进水量和反应工艺环节反应池的容量确定的水流速度，调节进水水流速度，确保水体在后续两级污水处理核心工艺的工艺环节中流经时间分别各自为3-15分钟；
2)综合调节：综合调节的主要作用是将进水水体的pH值根据需要进行调节，通常配置专用的调节池进行处理。根据待处理制浆造纸废水水质和工艺要求，在水体自然流动的情况下，直接将酸(例如一定浓度的盐酸HCl)或碱(例如一定浓度的碱液NaOH)在液体状态下加入污水中，并通过后续的pH值检测传感器将水体pH值控制在4.5-6.0之间；
3)水体pH值：pH值检测传感器针对调节进水进行检测，根据确定总体工艺要求，控制加酸和加碱环节形成自动控制反馈子系统，确保水体pH值在需要的范围内，通常进水pH值在4.5-6.0之间，或者根据总体工艺要求进行参数设定；
4)前曝气：在调节池进行综合调节的同时进行曝气，曝气时间为1个小时以上；
5)出水流向：前置辅助环节完成后，将待处理污水顺序流向后续的②一级污水处理核心工艺和方法子工艺环节，污水处理核心工艺和方法在本文中代号为
②一级污水处理核心工艺(Y)：该工艺流程图如图2所示，包括A-调节、B-反应、C-絮凝和D-滤清沉降等四个子工艺。子工艺和各个工艺点流程、参数、控制和操作方法步骤描述如下：
A、调节：来自①的水流由此进入，主要包括加碱控制、加酸控制、综合调节和pH检测等几个环节。详细说明如下：
1)进水要求：本子工艺为本发明的第二个子工艺，进水来源是待处理废水原水或者原水辅助处理后的来水；根据进水量和反应工艺环节反应池的容量确定的水流速度，调节进水水流速度，确保水体在后续反应和絮凝两个子工艺环节中流经时间为3-15分钟；
2)水体pH值：pH值检测传感器针对调节进水进行检测，根据确定总体工艺要求，控制加酸和加碱两个环节形成自动控制反馈子系统，确保水体pH值在投药前为7.0-9.0范围内。本环节可接受水体的pH值范围是3.0-11.0，并根据进水指标和处理后水质指标要求，综合设置调节后水体pH值门限，调节后pH值在7.0-9.0之间。水体pH值设定对本发明至关重要，本发明涉及的离子分离药剂对水体pH值的敏感度非常高，如果水体的pH值低于6.0，离子分离药剂不反应；如果水体的pH值高于9.0，离子分离药剂使用量将会大大增加。
3)分子暴露度：本发明默认进水的分子暴露度应满足离子吸附条件，如果水体中的分子暴露度无法满足离子吸附条件，可在本发明工艺进水之前增加酸化、曝气、活性污泥等传统工艺处理，然后再进入本发明工艺；
4)出水流向：调节环节完成后，将待处理污水顺序流向后续的反应子工艺环节。
B、反应：反应子工艺环节包括高速搅拌、加药控制等两个环节。水体在此流经时间需要控制在3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置有反应池。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的调节子工艺；本子工艺在实际工程中需要配置专用的反应池；反应池的容量根据待处理水量，结合水流流经反应池3-15分钟的时间，以及搅拌电机的额定功率进行确定。例如20吨每小时的水量，需要1.2立方米容积的反应池配置；
2)高速搅拌：通常采用搅拌电机驱动搅拌桨叶保持每分钟700-950转的均匀高速搅拌；为了增强水体中内容物的接触和离子分离效果，通常反应池采用正方形截面结构，水体搅拌后稳定形成较深锥形漏斗形状；高速搅拌形成之后，即可根据污水处理要求进行投药；
3)加药控制：根据要处理的污水特点，将各类所需投放的固体粉末的离子分离药剂依次投入水中，所投放的离子分离药剂平均综合用量每吨污水10-300g，在水体持续高速搅拌的状态下，提升水体的物理指标，包括嗅味、色度和浊度等，同时提升去除水体的悬浮物、重金属和其他有机化学指标。水体流经本工艺时间为3-15分钟；所需投加药剂都是在固体粉末状态下直接加入污水中，这一点与业内目前普遍使用的化学絮凝剂等使用方法有明显不同。目前传统化学絮凝剂在使用前需要用好水稀释，然后以液体的方式进行加药投放，费时费力，成本高。
4)出水流向：被处理水体在反应子工艺流经时间为3-15分钟，之后进入絮凝子工艺。
C、絮凝：絮凝子工艺环节包括慢速搅拌、pH值检测等两个环节。水体在此流经时间需要控制在3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置有絮凝池。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的反应子工艺；絮凝池的容量根据待处理水量，结合水流流经絮凝池3-15分钟的时间，以及搅拌电机的额定功率进行确定。例如20吨每小时的水量，需要1.2立方米容积的絮凝池配置；
2)慢速搅拌：通常采用搅拌电机驱动搅拌桨叶保持每分钟160-280转的均匀低速搅拌；为了增强水体中微小絮凝颗粒之间的结团絮凝效果，通常絮凝池与上述反应池相同也采用正方形截面结构，水体搅拌后稳定形成非常浅的锥形漏斗形状；絮凝工艺阶段不需要投药；
需要强调的是：一般的污水处理工艺使用的化学药剂，在絮凝工艺阶段只能长时间静置自然沉淀而不能进行搅拌，一旦进行搅拌将无法形成理想的絮凝效果；本发明使用的离子分离药剂颠覆了这种传统观念，使用本发明涉及的离子分离药剂，在絮凝工艺阶段进行搅拌的目的是将已经反应形成的小颗粒絮凝物凝聚为大团絮凝物，适度搅拌会增强絮凝效果，为下一步的滤清沉降工作做准备，大团絮凝物的沉降效果更好。
3)水体pH值检测：pH值检测传感器针对絮凝池水体进行检测，检测探头位于池体中下部。根据本发明离子分离药剂工作机理以及药品本身的弱酸性，药品反应完全后本子工艺阶段水体pH值应当在6.0-9.0之间；如果水体pH值偏高，证明反应子工艺阶段添加药剂不够，需要控制反应工艺中的投料器增加投药量；反之，减少投药量；
4)出水流向：被处理水体在絮凝子工艺流经时间为3-15分钟，之后进入滤清沉降子工艺。
D、滤清沉降：滤清沉降子工艺环节包括沉降、滤清出水、水质检测以及配套的污泥排出和参数调整等五个环节。水体在此流经时间需要控制至少3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置有沉降滤清池(例如斜板沉降池)。本发明使用的是斜板澄清沉降装置。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的絮凝子工艺；斜板沉降池的容量根据待处理水量，结合水流流经沉降滤清池3-15分钟的时间进行确定。
2)滤清出水：根据本发明离子分离药剂工作机理，水处理后产生的污泥在重力作用下下沉，同时形成上清液，上清液经过过滤后即可出水；滤清出水工艺阶段不需要投药和电机搅拌，直接根据物理原理进行沉降即可；
需要指出的是：使用传统化学絮凝剂形成絮凝物的沉降不能采用斜板沉降，不但需要长时间静置絮凝，而且产生污泥是粘性的，会在斜板上形成污泥粘连，维护成本极高；而本发明基于离子分离药剂形成的絮凝物污泥不亲水、不粘黏，不需要长时间静置，水体流动过程中在重力作用下可自然沉降，采用斜板沉降投入和运行成本低，操作和维护简单。
3)水质检测：包括pH值检测、COD、氨氮、总磷等国家排放标准所要求的关键水质指标，传感器针对沉降滤清池水体进行检测，检测探头位于池体中上部。需要说明的是其中COD指标在线检测有大约20-30分钟时延；
4)污泥排出：根据本发明离子分离药剂工作机理，水处理后产生的污泥在重力作用下下沉形成絮团状污泥沉淀。污泥位于沉降滤清池的底部、上大下小的锥形体内。锥形体底部配有出泥口，连接排泥管道定期自行排出和/或安装污泥泵抽取到污泥压滤或者离心机等污泥处理设备。污泥可间歇式排出，污泥量可参考依据总体处理水量的0.3‰至1.5‰计算。根据本发明离子分离药剂特性，产生的污泥无味、不粘黏、不亲水而且含水率在35％以下，污泥在沉降滤清池中的池壁、板框，以及污泥排出管道和泵体中不会发生粘连或者再次溶于水的现象，维护操作非常方便而且节能、环保和达标，大大降低污泥处理设备的维护成本；
5)参数配置调整：将检测数据和事先设定的出水水质指标要求进行比较，计算并微调事先设定的系统控制参数(包括调节工艺和絮凝工艺的pH上下门限值、投料器的投药速率等)。通常整体工艺配置参数需要在至少一至二个月的实际运营中调整为最佳，需要每天定期记录进水水质参数和流量、投药速率和药量、出水水质参数等数据，并及时进行数据分析，计算参数配置的调整方向和调整量。运营稳定期间，参数调整必须要特别慎重，通常微调处理；
6)出水流向：被处理水体在沉降滤清子工艺流经时间为3-15分钟，之后即可流出本发明工艺，进入后续的子工艺③。
③中置辅助：中置辅助子工艺包括生化、曝气、污泥排出等环节，通常实际工程中为此环节设置生化池。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的子工艺，两个子工艺相衔接所需要的各项水体指标根据总体制浆造纸废水的设计方案进行确定，包括但不限于COD、氨氮、总磷、可生化性等；上述一级污水处理核心工艺和方法已经将大量的悬浮物、大分子有机物、盐等去除，COD可以控制在500-1,000mg/L之间，生化压力非常小，细菌的存活期可以延长一倍以上；
2)生化和曝气：采用复合活性菌团，活性菌团的主要作用类似并可取代目前行业中普遍使用的活性污泥。根据待处理煤化工污水水质和出水要求，在水体自然流动的情况下，直接将活性菌团在液体状态下加入污水中。吨污水加入活性菌团0.3-0.8升；水体流经本工艺时间为15-40分钟；在生化池中同时进行曝气；
3)污泥排出：本环节中的污泥主要来源于生化池，排出污泥可以与一级和二级污水处理核心工艺和方法子工艺阶段产生的污泥合并进入储泥池；
4)出水流向：被处理水体在此子工艺处理后，进入④二级污水处理核心工艺和方法。
④二级污水处理核心工艺：二级污水处理核心工艺与一级污水处理核心工艺相同，设置二级处理的主要目的是为了将水体内容物含量进一步降低80％，并去除水体中的残留内容物。水体在此流经时间需要控制在3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置装用配套设备。需要强调的是：
1)针对制浆造纸废水处理，该子工艺中的B-反应环节中离子分离药剂的投药量需要调整为吨污水10-300克；
2)出水流向：被处理水体在此子工艺处理后，进入⑤后置辅助子工艺。
⑤后置辅助：该子工艺环节主要是过滤环节。此环节根据企业排水方式要求可选，如果需要的话，通常实际工程中为此环节设置碳滤、砂滤或膜过滤等后置工艺环节。
至此，污水处理整体结束，可进行排水或回用。
该发明工艺可作为单独的制浆造纸污水处理工艺模板进行实际应用，也可以灵活增加或移除其他配套工艺，亦可自身串联使用，可广泛适用于各种污水处理系统工艺、预处理、末端处理环节，不仅保障出水质量的稳定性、降低综合运营成本，而且对现有污水处理系统改造简单(可保留现有设施和投资，例如生化系统)，新建污水处理系统投资低、工期短、占地面积小、见效快。
特别需要指出的是：本发明的工艺在移动式一体化成套设备内进行，所述移动式一体化成套设备为用于处理废水组合物的混合、搅拌、投放和系统成套处理装置，包括通过管道依次相连的调节池、反应池、絮凝池、斜板澄清沉降装置；其中斜板澄清沉降装置的顶端通过管道排放处理后的水，斜板澄清沉降装置的底端通过管道连接污泥收集池。
其中，所述斜板澄清沉降装置的顶端为集水槽，底端为集泥斗，所述集水槽底部设有孔，斜板上设有孔，斜板与水平面的夹角为45°～65°。
特别需要强调的是：根据污水处理的要求，在进行前置辅助步骤之后，可以进行多级污水处理核心工艺步骤，可以在多级污水处理核心工艺步骤之间增加中置辅助步骤，最后再进行后置辅助步骤。
特别需要指出的是：本发明中的离子分离药剂均是指专利申请号为201480001546.7中涉及的处理废水的组合物。关于本发明中的离子分离药剂的更详细描述可以参见该专利文献；该专利文献描述的内容都视为本发明记载的内容。
本发明的优势：
本发明是为离子分离药剂所涉及的制浆造纸废水处理量身定制的工艺，利用本工艺可充分发挥药剂的特性和优势，并且工艺简洁明了，工艺稳定性好，有效降低综合运营成本，出水指标灵活可控，与后续污水处理工艺匹配度高。
本工艺自成一体，整体工艺模块化程度高，便于灵活采用，不仅可以单独成为点源控制污水处理系统，而且可以作为预处理模块添加在现有污水处理系统的生化工艺前和/或后，并适用于各种制浆造纸废水的处理。
本发明工艺和方法中的投药控制可以采用PLC(自动编程控制)方式进行自动控制，还可以与污水处理机构的DCS(分布式网络系统)进行接口对接，实现集中式控制。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为一级或二级污水处理核心工艺流程图；
图3为本发明移动式一体化成套设备的结构图；
图4为斜板澄清沉降装置结构图；
其中：图3和图4中，1pH调节池，2调节池，3搅拌器，4曝气池，5反应池，6絮凝池，7投料器，8斜板澄清沉降装置，9污泥收集池，10压滤机，11膜式泵，12管道,13集水槽，14集泥斗，15玻璃钢或其他材质的斜板，16污泥出口。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1-某企业制浆造纸污水的处理：
水体原水和处理后要求指标为：
基于本发明“一种制浆造纸污水处理基础工艺”，针对本实施例的工艺流程图如图1所示，工艺包括包括①前置辅助、②一级污水处理核心工艺、③中置辅助、④二级污水处理核心工艺、⑤后置辅助等子工艺。详细子工艺和各个工艺点流程、参数、控制和操作方法步骤描述如下：
①前置辅助：制浆造纸废水原水由此进入，主要包括综合调节、pH检测、前曝气等环节。详细说明如下：
1)进水要求：本子工艺为本发明的第一个子工艺，进水来源是经过格栅等过滤后的待处理制浆造纸废水原水；根据进水量和反应工艺环节反应池的容量确定的水流速度，调节进水水流速度，确保水体在后续两级污水处理核心工艺的工艺环节中流经时间分别各自为3-15分钟；本实施例在此工艺水体曝气时间为1小时；
2)综合调节：综合调节的主要作用是将进水水体的pH值根据需要进行调节，通常配置专用的调节池进行处理。根据待处理制浆造纸废水水质和工艺要求，在水体自然流动的情况下，直接将酸(例如一定浓度的盐酸HCl)或碱(例如一定浓度的碱液NaOH)在液体状态下加入污水中，并通过后续的pH值检测传感器将水体pH值控制在4.5-6.0之间；本实施例水体pH值控制在4.5-5.5之间；
3)水体pH值：pH值检测传感器针对调节进水进行检测，根据确定总体工艺要求，控制加酸和加碱环节形成自动控制反馈子系统，确保水体pH值在需要的范围内，通常进水pH值在4.5-6.0之间，或者根据总体工艺要求进行参数设定；本实施例水体pH值控制在4.5-5.5之间；
4)前曝气：在调节池进行综合调节的同时进行曝气，曝气时间为1个小时以上；本实施例曝气时间为1小时；
5)出水流向：前置辅助环节完成后，将待处理污水顺序流向后续的②一级污水处理核心工艺和方法子工艺环节，污水处理核心工艺和方法在本文中代号为(Y)。
②一级污水处理核心工艺(Y)：该工艺流程图如图2所示，包括A-调节、B-反应、C-絮凝和D-滤清沉降等四个子工艺。子工艺和各个工艺点流程、参数、控制和操作方法步骤描述如下：
A、调节：来自①的水流由此进入，主要包括综合调节和pH检测等几个环节。详细说明如下：
1)进水要求：本子工艺为本发明的第二个子工艺，进水来源是待处理废水原水或者原水辅助处理后的来水；根据进水量和反应工艺环节反应池的容量确定的水流速度，调节进水水流速度，确保水体在后续反应和絮凝两个子工艺环节中流经时间为3-15分钟；
2)水体pH值：pH值检测传感器针对调节进水进行检测，根据确定总体工艺要求，控制加酸和加碱两个环节形成自动控制反馈子系统，确保水体pH值在投药前为7.0-9.0范围内。本环节可接受水体的pH值范围是3.0-11.0，并根据进水指标和处理后水质指标要求，综合设置调节后水体pH值门限，调节后pH值在7.0-9.0之间。水体pH值设定对本发明至关重要，本发明涉及的离子分离药剂对水体pH值的敏感度非常高，如果水体的pH值低于6.0，离子分离药剂不反应；如果水体的pH值高于9.0，离子分离药剂使用量将会大大增加。本实施例中本环节pH值控制在7.5-8.5之间；
分子暴露度：本发明默认进水的分子暴露度应满足离子吸附条件，如果水体中的分子暴露度无法满足离子吸附条件，可在本发明工艺进水之前增加酸化、曝气、活性污泥等传统工艺处理，然后再进入本发明工艺；
3)出水流向：调节环节完成后，将待处理污水顺序流向后续的反应子工艺环节。
B、反应：反应子工艺环节包括高速搅拌、加药控制等两个环节。水体在此流经时间需要控制在3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置有反应池。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的调节子工艺；本子工艺在实际工程中需要配置专用的反应池；反应池的容量根据待处理水量，结合水流流经反应池3-15分钟的时间，以及搅拌电机的额定功率进行确定。例如20吨每小时的水量，需要1.2立方米容积的反应池配置；
2)高速搅拌：通常采用搅拌电机驱动搅拌桨叶保持每分钟700-950转的均匀高速搅拌；为了增强水体中内容物的接触和离子分离效果，通常反应池采用正方形截面结构，水体搅拌后稳定形成较深锥形漏斗形状；高速搅拌形成之后，即可根据污水处理要求进行投药；
3)加药控制：根据要处理的污水特点，将各类所需投放的固体粉末的离子分离药剂依次投入水中，所投放的离子分离药剂平均综合用量每吨污水10-300g，在水体持续高速搅拌的状态下，提升水体的物理指标，包括嗅味、色度和浊度等，同时提升去除水体的悬浮物、重金属和其他有机化学指标。水体流经本工艺时间为3-15分钟；所需投加药剂都是在固体粉末状态下直接加入污水中，这一点与业内目前普遍使用的化学絮凝剂等使用方法有明显不同。目前传统化学絮凝剂在使用前需要用好水稀释，然后以液体的方式进行加药投放，费时费力，成本高。需要强调的是，针对制浆造纸废水污水处理，该子工艺中的离子分离药剂的投药量需要调整为吨污水10-300克；本实施例中本环节投药量为35克；水体流经时间为5分钟；
4)出水流向：被处理水体在反应子工艺流经时间为3-15分钟，之后进入絮凝子工艺。本实施例水体流经时间为5分钟；
C、絮凝：絮凝子工艺环节包括慢速搅拌、pH值检测等两个环节。水体在此流经时间需要控制在3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置有絮凝池。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的反应子工艺；絮凝池的容量根据待处理水量，结合水流流经絮凝池3-15分钟的时间，以及搅拌电机的额定功率进行确定。例如20吨每小时的水量，需要1.2立方米容积的絮凝池配置；
2)慢速搅拌：通常采用搅拌电机驱动搅拌桨叶保持每分钟160-280转的均匀低速搅拌；为了增强水体中微小絮凝颗粒之间的结团絮凝效果，通常絮凝池与上述反应池相同也采用正方形截面结构，水体搅拌后稳定形成非常浅的锥形漏斗形状；絮凝工艺阶段不需要投药；
需要强调的是：一般的污水处理工艺使用的化学药剂，在絮凝工艺阶段只能长时间静置自然沉淀而不能进行搅拌，一旦进行搅拌将无法形成理想的絮凝效果；本发明使用的离子分离药剂颠覆了这种传统观念，使用本发明涉及的离子分离药剂，在絮凝工艺阶段进行搅拌的目的是将已经反应形成的小颗粒絮凝物凝聚为大团絮凝物，适度搅拌会增强絮凝效果，为下一步的滤清沉降工作做准备，大团絮凝物的沉降效果更好。
3)水体pH值检测：pH值检测传感器针对絮凝池水体进行检测，检测探头位于池体中下部。根据本发明离子分离药剂工作机理以及药品本身的弱酸性，药品反应完全后本子工艺阶段水体pH值应当在6.0-9.0之间；如果水体pH值偏高，证明反应子工艺阶段添加药剂不够，需要控制反应工艺中的投料器增加投药量；反之，减少投药量；
4)出水流向：被处理水体在絮凝子工艺流经时间为3-15分钟，之后进入滤清沉降子工艺。本实施例水体流经时间为5分钟；
D、滤清沉降：滤清沉降子工艺环节包括沉降、滤清出水、水质检测以及配套的污泥排出和参数调整等五个环节。水体在此流经时间需要控制至少3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置有沉降滤清池(例如斜板沉降池)。本发明使用的是斜板澄清沉降装置。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的絮凝子工艺；斜板沉降池的容量根据待处理水量，结合水流流经沉降滤清池3-15分钟的时间进行确定。
2)滤清出水：根据本发明离子分离药剂工作机理，水处理后产生的污泥在重力作用下下沉，同时形成上清液，上清液经过过滤后即可出水；滤清出水工艺阶段不需要投药和电机搅拌，直接根据物理原理进行沉降即可；
需要指出的是：使用传统化学絮凝剂形成絮凝物的沉降不能采用斜板沉降，不但需要长时间静置絮凝，而且产生污泥是粘性的，会在斜板上形成污泥粘连，维护成本极高；而本发明基于离子分离药剂形成的絮凝物污泥不亲水、不粘黏，不需要长时间静置，水体流动过程中在重力作用下可自然沉降，采用斜板沉降投入和运行成本低，操作和维护简单。
3)水质检测：包括pH值检测、COD、氨氮、总磷等国家排放标准所要求的关键水质指标，传感器针对沉降滤清池水体进行检测，检测探头位于池体中上部。需要说明的是其中COD指标在线检测有大约20-30分钟时延；
4)污泥排出：根据本发明离子分离药剂工作机理，水处理后产生的污泥在重力作用下下沉形成絮团状污泥沉淀。污泥位于沉降滤清池的底部、上大下小的锥形体内。锥形体底部配有出泥口，连接排泥管道定期自行排出和/或安装污泥泵抽取到污泥压滤或者离心机等污泥处理设备。污泥可间歇式排出，污泥量可参考依据总体处理水量的0.3‰至1.5‰计算。根据本发明离子分离药剂特性，产生的污泥无味、不粘黏、不亲水而且含水率在35％以下，污泥在沉降滤清池中的池壁、板框，以及污泥排出管道和泵体中不会发生粘连或者再次溶于水的现象，维护操作非常方便而且节能、环保和达标，大大降低污泥处理设备的维护成本；
5)参数配置调整：将检测数据和事先设定的出水水质指标要求进行比较，计算并微调事先设定的系统控制参数(包括调节工艺和絮凝工艺的pH上下门限值、投料器的投药速率等)。通常整体工艺配置参数需要在至少一至二个月的实际运营中调整为最佳，需要每天定期记录进水水质参数和流量、投药速率和药量、出水水质参数等数据，并及时进行数据分析，计算参数配置的调整方向和调整量。运营稳定期间，参数调整必须要特别慎重，通常微调处理；
6)出水流向：被处理水体在沉降滤清子工艺流经时间为3-15分钟，之后即可流出本发明工艺，进入后续的子工艺③。本实施例水体流经时间为5分钟；
③中置辅助：中置辅助子工艺包括生化、曝气、污泥排出等环节，通常实际工程中为此环节设置生化池。详细描述如下：
1)进水处理：本子工艺进水来源是其前面相邻的子工艺，两个子工艺相衔接所需要的各项水体指标根据总体制浆造纸废水的设计方案进行确定，包括但不限于COD、氨氮、总磷、可生化性等；上述一级污水处理核心工艺和方法已经将大量的悬浮物、大分子有机物、盐等去除，COD可以控制在300-800mg/L之间，生化压力非常小，细菌的存活期可以延长一倍以上；本实施例控制此环节进水COD为300-800mg/L；
2)生化和曝气：采用复合活性菌团，活性菌团的主要作用类似并可取代目前行业中普遍使用的活性污泥。根据待处理煤化工污水水质和出水要求，在水体自然流动的情况下，直接将活性菌团在液体状态下加入污水中。吨污水加入活性菌团0.3-0.8升；水体流经本工艺时间为15-40分钟；在生化池中同时进行曝气；本实施例吨污水加入活性菌团0.5升，每周添加一次，水体之流时间为40分钟；
3)污泥排出：本环节中的污泥主要来源于生化池，排出污泥可以与一级和二级污水处理核心工艺和方法子工艺阶段产生的污泥合并进入储泥池；
4)出水流向：被处理水体在此子工艺处理后，进入④二级污水处理核心工艺和方法。
④二级污水处理核心工艺：二级污水处理核心工艺与一级污水处理核心工艺相同，设置二级处理的主要目的是为了将水体内容物含量进一步降低80％，并去除水体中的残留内容物。水体在此流经时间需要控制在3-15分钟。通常实际工程中为此环节设置装用配套设备。需要强调的是：
1)针对制浆造纸废水处理，该子工艺中的B-反应环节中离子分离药剂的投药量需要调整为吨污水10-300克；本实施例此环节投药量为20克；
2)出水流向：被处理水体在此子工艺处理后，进入⑤后置辅助子工艺。
⑤后置辅助：该子工艺环节主要是过滤环节。此环节根据企业排水方式要求可选，如果需要的话，通常实际工程中为此环节设置碳滤、砂滤或膜过滤等后置工艺环节。本实施例中采用了砂滤。
至此，本实施例污水处理整体结束，可进行排水或回用。
本实施例稳定运行一个月后，水质检测数据为：
1)污泥排出：本实施例直接从锥形体底部出泥口出泥，通过排泥管道污泥泵抽取到污泥板框压滤机或其他压滤设备。产生的污泥无味、不粘黏、不亲水而且含水率在35％以下，污泥在沉降滤清池中的池壁、板框，以及污泥排出管道和泵体中不会发生粘连或者再次溶于水的现象，维护操作非常方便而且节能、环保和达标，大大降低污泥处理设备的维护成本；
2)参数配置调整：将检测数据和事先设定的出水水质指标要求进行比较，计算并微调事先设定的系统控制参数(包括调节工艺和絮凝工艺的pH上下门限值、投料器的投药速率等)。本实施例中，经过3天调试，整体工艺开始稳定并符合出水指标要求；
3)出水流向：被处理水体在沉降滤清子工艺流经时间为5分钟，之后即可流出本发明工艺，进行整体系统出水，回用或排放。本实施例中的出水进行直接河道排放。
实施例2：
本发明的工艺步骤可以在图3和图4涉及的移动式一体化成套设备中进行。移动式一体化成套设备的具体工艺处理步骤如下：
(1)为了配合离子分离药剂，达到良好的药剂反应效果，首先将污水放入pH调节池内，同时加入适合不同污水的pH值调节剂通常为酸化；
(2)污水经pH调节池调节PH值后，进入调节池2，将酸化后的水体pH值调节为7.0-9.0，为了混合均匀，可以用搅拌器搅拌；
(3)为进一步充分混合和反应，并达到打断污水分子链或释放相应物质的目的，经过调节池后的污水和相应药剂进入曝气池；
(4)经过前面pH调节池、调节池、曝气池的污水，为药剂的反应进行了充分的准备，为药剂充分发挥药性创造了有利条件；污水经管道进入反应池，同时通过用于处理废水的组合物的投料器投入相应药剂，在搅拌器的作用下与污水进行充分反应；
(5)污水及相应的药剂经反应池后，进入絮凝池，絮凝池用于捕捉可溶性和非可溶性物质及可见的或非可见的悬浮物；
(6)污水经过絮凝池后，进入斜板澄清/沉降装置，斜板为玻璃钢或其他材质的斜板，斜板上设有孔，孔的孔径及形状(长方形或圆形等)根据污水水质和污水流速单独计算。斜板与水平面的夹角为45°～65°。优选的，斜板与水平面的夹角为59°。斜板澄清沉降装置的顶端为集水槽，底端为集泥斗。
斜板澄清/沉降装置，使原水中的悬浮物、固体物或经投加混凝剂后形成的絮凝物，在斜板底侧或表面集聚成薄泥层，依靠重力作用滑向泥渣悬浮层，继而沉入集泥斗，由排泥管排入污泥池另行处理或综合利用，上清液逐渐上升至集水槽逐渐排出、可直接排放或回用。
斜板澄清/沉降装置，是根据平流式沉淀池去除分数性颗粒的沉淀原理制作而成，通过在池内增加斜板，减少水力半径的同时，加大水池过水断面的湿周，因此水流在相同水平流速v时，可以极大的降低雷诺数Re，从而减少蓄流，促进沉淀。另外，加设斜板还可以使颗粒沉淀距离缩短，减少沉淀时间，提高沉淀效率。
(7)经过斜板澄清/沉降装置处理后的水可以根据污水的情况选择再次进入曝气池，将污水未完全断开的分子链或未释放完全的物质做进一步的处理，以达到一个理想状态。再次经过曝气池处理后的污水可最终排放。
(8)污泥从斜板澄清/沉降装置中的集泥斗进入污泥收集池后通过膜式泵进入压滤机，从而脱去污泥中的水分。这个过程可以根据污水处理的情况选用。
经过上述步骤处理后的污水，能达到再次利用的目的，并且节能环保，整个处理过程自动高效。
上述处理废水的组合物采用天然生物材料制成，基于离子分离技术，利用电荷中和机理，可对各种污水和工业废水，以及污水处理中产生的污泥进行有效处理。该产品的工作机理属于污水处理物理法中的吸附方式，但是从功能上能够完全取代目前行业中使用的化学絮凝剂以及旋转蒸发、电离等传统产品和技术，并在水体中不产生次生危害，大大改善产生污泥的含水率。上述处理废水的组合物产品反应速度在3-15分钟，直接投放不需事先稀释，内容物去除率高达80％以上；其产生的污泥含水率小于35％，无味，不粘黏，不亲水；与离子分离药剂系列产品配套使用的移动式一体化成套设备占地面积小、工程建设周期短、操作简便。综合来看，离子分离药剂在污水处理方面的使用，不仅能够节能、占地面积小、中水再使用，而且还能够在污水处理整体系统中减轻现有生化和污泥处理等方面的压力，适度提升水体的可生化性。
Claims (7)
1.一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，包括(1)前置辅助、(2)一级污水处理核心工艺、(3)中置辅助、(4)后置辅助，其特征在于：
(1)前置辅助步骤中，将pH值调节至4.5-6.0；调节进水水流速度，确保水体在后续污水处理核心工艺的工艺环节中流经时间分别各自为3-15分钟；在调节池进行综合调节的同时进行曝气，曝气时间为1个小时以上；
(2)一级污水处理核心工艺步骤中，包括(A)调节、(B)反应、(C)絮凝、(D)滤清沉降：
(A)调节步骤中，调节水体pH值7.0-9.0；调节进水水流速度，确保水体在后续反应和絮凝两个子工艺环节中流经时间为3-15分钟；
(B)反应：在700-950转/分钟高速搅拌下，通过药剂投放控制器，根据要处理的污水特点，将各类所需投放的固体粉末的离子分离药剂依次投入水中，所投放的离子分离药剂平均综合用量每吨污水10-300g，水体流经反应工艺时间为3-15分钟；
其中，药剂的成分为：按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)；
(C)在160-280转/分钟的低速搅拌下在絮凝池中进行絮凝；在絮凝池中检测pH值，并通过控制(B)反应阶段投药量，控制pH值在6.0-9.0；
(D)经过斜板澄清沉降装置进行沉降、滤清出水、污泥排出；
(3)中置辅助步骤中，进行生化和曝气处理，将活性菌团在液体状态下加入污水中，每吨污水加入活性菌团0.3-0.8升；在生化池中同时进行曝气；水体流经本工艺时间为15-40分钟；COD控制在500-1,000mg/L之间；本步骤产生污泥与污水处理核心工艺中产生的污泥混合；
(4)后置辅助：后置辅助为过滤环节。
2.根据权利要求1所述的一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，其特征在于：所述中置辅助步骤之后，还包括二级污水处理核心工艺；所述二级污水处理核心工艺的步骤一级污水处理核心工艺步骤相同。
3.根据权利要求1所述的一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，其特征在于：所述后置辅助步骤中，过滤环节为砂滤、碳滤、钠滤或膜过滤。
4.根据权利要求1或2所述的一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，其特征在于：所述一级污水处理核心工艺或所述二级污水处理核心工艺在移动式一体化成套设备内进行，所述移动式一体化成套设备为用于处理废水组合物的混合、搅拌、投放和系统成套处理装置，包括通过管道依次相连的调节池、反应池、絮凝池、斜板澄清沉降装置；其中斜板澄清沉降装置的顶端通过管道排放处理后的水，斜板澄清沉降装置的底端通过管道连接污泥收集池。
5.根据权利要求4所述的一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，其特征在于：所述斜板澄清沉降装置的顶端为集水槽，底端为集泥斗，所述集水槽底部设有孔，斜板上设有孔，斜板与水平面的夹角为45°～65°。
6.根据权利要求1所述的一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，其特征在于：污水处理核心工艺中，步骤(D)滤清沉降步骤中，通过水质检测并与出水要求指标对比进行参数微调设置，控制出水水质指标；其中的参数微调设置，是通过控制调节(A)步骤中的PH值以及反应(B)步骤中的离子分离药剂的数量及种类、搅拌电机转速，絮凝(C)步骤中的搅拌电机转速实现的。
7.根据权利要求1所述的一种制浆造纸行业污水处理基础工艺，其特征在于，所述工艺采用可编程逻辑控制器以及监控和数据采集系统进行自动和电子控制。
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