涡凹气浮生物接触氧化工艺处理纸箱生产废水

涡凹气浮/生物接触氧化工艺处理纸箱生产废水随着社会的发展，各种包装纸箱需求不断增加。

纸箱生产过程中主要有印刷生产中模板脱墨洗涤废水和裱糊机、合纸机、卡纸贴面机清洗废水，覆瓦机冷却废水和工厂生活污水等。

根据该废水的性质及排放特点，采用CAF涡凹气浮/生物接触氧化池工艺取得了较好的处理效果，处理后出水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—96)中Ⅰ级标准。

1 废水水量、水质某纸箱厂生产高强瓦楞纸板箱为90000t/a，纺纱用DTY纸箱为2400t/a，造纸工业用纸管为21600t/a。

该厂高浓度废水排放量为100 m3/d，其主要成分为印刷油墨、有机溶剂、树脂及淀粉浆糊等；低浓度废水主要有设备冷却水和生活污水，后者主要来自食堂、办公楼等，排放水量为108 m3/d。

工厂室外排水实行雨污分流，雨水排入雨水管网，而生活污水则通过化粪池后进入污水处理设施。

废水水质如表1所示。

2 排放标准按水功能区划分，废水排放执行《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中的Ⅰ级标准(新、扩、改)，即pH=6～9、CODCr≤100mg/L、石油类≤10mg/L、SS≤70mg/L、NH3-N≤15mg/L、色度≤50 倍。

3 工艺设计3.1 工艺流程废水处理工艺流程见图1。

3.2 主要构筑物和设备参数主要构筑物和设备参数见表2。

3.3 流程特点①针对车间排放废水浓度高的特点，首先进行物化预处理，同时考虑到生活污水可生化性较好，在后续处理中将生产、生活污水混合处理以达到比较好的处理效果。

②采用的CAF涡凹气浮系统与传统的溶气气浮(DAF)相比具有以下优点：a.工作原理完全不同。

它是通过特制的专利曝气机来产生微气泡，不需要任何循环泵、空气压缩机、压力溶气罐、高压泵、释放器，操作简单，没有复杂的机器设备，自动化程度高，不需要人工的参与，同时也不会出现与溶气相关的问题。

b.运行费用低。

CAF系统的能耗特低，仅相当于DAF的1/8～1/10,节约运行成本约40%～90%。

c.效率高。

CAF产生的微气泡是DAF的4倍，对SS的去除率可超过90%；通过投加合适的化学药剂，对COD和BOD的去除率可达60%以上。

③生物接触氧化曝气器采用胶膜曝气管，为镭射开孔、可闭孔结构，低风量可产生高溶氧，运行中具有自清功能、永不阻塞；耐酸、碱和耐紫外线老化；氧的利用率可达25%左右，是穿孔曝气管的3倍、普通曝气器的1倍以上。

通常在污水处理工程正常运行情况下，曝气系统经常费用(含电力、曝气产品更新、维修费用)约占了整个污水处理站运转费用的50%～90%。

使用胶膜曝气管后，在污水处理工程正常运行情况下可节约50%以上的定期经常费(尤其是电费)。

4 处理效果废水处理设施投入运行后，一直高效稳定，其处理结果如表3、4所示。

表3、4数据表明，其出水各项指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978—96)中Ⅰ级标准。

5 结论①纸箱生产废水采用涡凹气浮/生物接触氧化工艺取得了良好的处理效果，在生化反应前增加物化处理手段，不仅简化了生化处理流程，而且提高了生化效率。

此工艺可使进水CODCr从1 301 mg/L 降至61.5 mg/L，平均去除率达95.5%；SS从540mg/L降至37.3 mg/L，平均去除率达93.1%；色度从157倍降至23倍，平均去除率达85.3%；石油类从12.5mg/ L降至0.88 mg/L，平均去除率达93%。

②采用CAF作为物化处理单元处理效果好。

废水经CAF处理后，废水中的油墨和SS被大部分去除，大大改善了生物处理的工作条件，使污泥的沉降性能明显改善；且经CAF除油后，N∶C、P∶C的比值也明显改善，生物反应池中的营养比例也更为合理。

③曝气调节池设计停留时间比较长，可以较好地均匀水质、调节水量，避免了冲击负荷的出现，为后段处理提供了可靠的保障。

④该系统对废水量及有机负荷的冲击有较好的缓冲能力，保证了整个处理系统的稳定运行。

涡旋混凝给水处理技术分析一、概述“涡旋混凝给水处理技术”是根据多相流动物系反应控制惯性效应理论，结合给水工程实践，经近十年的研究而发明的。

该技术涉及了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。

理论上，首次从湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝的动力学问题进行了深入了研究，提出了“惯性效应”是絮凝的动力学致因，湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素，并建立了絮凝的动力相似准则；首次指出扩散过程应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过程，而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应，特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。

由于新理论克服了现有传统给水处理技术理论上的缺陷和实践上的不足，因而导致了在给水处理技术上的重大突破。

实践中，发明了列管式混合器、翼片隔板反应设备、接触絮凝斜板沉淀设备等。

目前这项新技术已在全国近50多家水厂成功地推广使用，取得了明显的经济效益和社会效益。

工程实践证明：此项技术用于新建水厂，工艺部分基建投资可节约20～30%；用于旧水厂技术改造，可使处理水量增加75%～100%，而其改造投资仅为与净增水量同等规模新建水厂投资的30%～50%。

采用此项技术可使沉淀池出水浊度低于3度，滤后水接近0度，可节省滤池反冲洗水量50%，节省药剂投加量30%，大大降低了运行费用和制水成本。

这项技术适应广泛，不仅对低温低浊、汛期高浊水处理效果好，同时，对微污染原水具有较好的处理效果。

可利用最小投资，取得最大效益，充分发挥现有供水设施的潜力，在短时间内缓解城市供水短缺状况，促进城市的经济发展。

二、“涡旋混凝给水处理技术”的工作机理（一）混合混合是反应第一关，也是非常重要的一关，在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水体中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的絮凝效果。

因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱稳与凝聚，可以把这个过程称为初级混凝过程，但这个过程的主要作用是混合，因此都称为混合过程。

混合问题的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散问题，使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚，是取得好的絮凝效果的先决条件，也是节省投药量的关键。

传统的机械搅拌混合与孔室混合效果较差。

近几年，国内外采用管式静态混合器使混合效果有了比较明显地提高，但由于人们对于多相物系反应中亚微观传质以及湍流微结构在胶体颗粒初始凝聚时的作用认识不清，故也妨碍了混凝效果的进一步提高。

混凝剂水解产物在混合设备中的扩散应分为两类：(1)宏观扩散，即使混凝剂水解产物扩散到水体各个宏观部位，其扩散系数很大，这部分扩散是由大涡旋的动力作用导致的，因而宏观扩散可以短时间内完成；(2)亚微观扩散，即浊凝剂水解产物在极邻近部位的扩散，这部分扩散系数比宏观扩散小几个数量级。

亚微观扩散的实质是层流扩散。

因此使混凝剂水解产物扩散到水体第一个细部是很困难的。

在水处理反应中亚微观扩散是起决定性作用的动力学因素。

例如高浊水的处理中，混凝剂水解产物的亚微观扩散成为控制处理效果的决定性因素。

由于混凝剂的水解产物向极邻近部扩散的速度非常慢，在高浊度期水中胶体颗粒数量非常多，因此没等混凝剂水解产物在极邻近部位扩散，就被更靠近它的胶体颗粒接触与捕捉。

这样就形成高浊时期有些地方混凝剂水解产物局部集中，而有些地方还根本没有。

混凝剂局部集中的地方矾花迅速长大，形成松散的矾花颗粒，遇到强的剪切力吸附桥则被剪断，出现了局部过反应现象。

药剂没扩散到的地方胶体颗粒尚未脱稳，这部分絮凝反应势必不完善。

这一方面是因为它们跟不上已脱稳胶体颗粒的反应速度，另一方面是因为混凝剂集中区域矾花迅速不合理长大，也使未脱稳的胶体颗粒失去了反应碰撞条件。

这样就导致了高浊时期污泥沉淀性能很差，水厂出水水质不能保证。

按传统工艺建造的水厂，在特大高浊时都需大幅度降低其处理能力，以保证出水水质。

这是由于过去工程界的人们对亚微观传质现象不认识，对其传质的动力学致因也不认识，因此传统的混合设备无能力解决高浊时混合不均问题，这不仅使水厂在特大高浊时大幅度降低处理能力，而且造成药剂的严重消费和造成出水的pH值过低。

亚微观扩散究其实质是层流扩散，其扩散规律与用蜚克定律描写的宏观扩散规律完全不同。

当研究尺度接近湍流微结构尺度时，物质扩散过程不一定是从浓度高的地方往低的地方扩散。

在湍流水流中亚微观传质主要是由惯性效应导致的物质迁移造成的，特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。

我们的管式微涡初级混凝设备，就是利用高比例高强度微涡旋的离心惯性效应来克服亚微观传质阻力，增加亚微观传质速率。

生产使用证明这两种设备在高浊时混合效果良好，不仅比传统的静态混合器可大幅度增加处理能力，也大大地节省了投药量。

（二）反应絮凝是给水处理的最重要的工艺环节，滤池出水水质主要由絮凝效果决定的。

传统廊道反应、回转孔室反应以及回转组合式隔板反应的絮凝工艺，水在设备中停留20～30分钟，水中尚有很多絮凝不完善的小颗粒。

近年来，国内出现了普通网格反应；国外推出了折板式与波形板反应设备，使絮凝效果有了比较明显地改善。

但由于人们对絮凝的动力学本质认识问题，妨碍了絮凝效果的进一步提高。

1.絮凝的动力学致因絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。

絮凝效果的好坏取决于下面两个因素：一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力，这是由混凝剂的性质决定的；二是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件所决定的。

导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是什么，人们一直未搞清楚。

水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学致因。

按照这一理论，要想增加碰撞几率就必须增加速度梯度，增加速度梯度就必须增加水体的能耗，也就是增加絮凝池的流速，但是絮凝过程是速度受限过程，随着矾花的长大，水流速度应不断减少。

絮凝的动力学致因究竟是什么？是惯性效应。

因为水是连续介质。

水中的速度分布是连续的，没有任何跳跃，水中两个质点相距越近其速度差越小，当两个质点相距为无究小时，其速度差亦为无穷小，即无速度差。

水中的颗粒尺度非常小，比重又与水相近，故此在水流中的跟随性很好。

如果这些颗粒随水流同步运动，由于没有速度差就不会发生碰撞。

由此可见要想使水流中颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动，这样水流就会对颗粒运动产生水力阻力。

由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同，所以不同尺度颗粒之间就产生了速度差。

这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。

如何让水中颗粒与水流产生相对运动呢？最好的办法是改变水流的速度。

因为水的惯性（密度）与颗粒的惯性（密度）不同，当水流速度变化时它们的速度变化（加速度）也不同，这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动。

为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件。

这就是惯性效应的基本理论。

改变速度方法有两种：一是改变水流时平均速度大小。