山東某制漿造紙企業主要生產高檔包裝紙、高檔工業用原紙、高級文化辦公用紙等，生產車間由數條木漿生產線和20余條抄紙生產線組成，廢水排放量達到5～8萬 m3/d，其中高濃化學漿黑液進入堿回收車間濃縮、燃燒，回收無機堿；化機漿車間制漿廢水、抄紙車間紙機白水及生活污水進入污水處理廠，經過脈沖厭氧流化床反應器（PAFR）—改良型氧化溝（ABR+卡魯塞爾氧化溝）—高級氧化工藝處理后達標排放。污水處理廠廢水處理工程于2010年下半年開始規劃建設，2011年7月份進水調試，2011年11月份正常運行至今。
1 工藝概況
1.1 設計進出水水質及水量
污水處理廠廢水處理工程總設計規模為10萬 m3/d，設計出水執行《制漿造紙工業水污染物排放標準》（GB 3544—2008）排放標準的要求。設計進出水水質如表 1所示。
| 項目 | COD/(mg.L -1 ) | BOD/(mg.L -1 ) | SS/(mg.L -1 ) | pH |
| 進水 | ≤3000 | ≤2500 | 6~9 | |
| 出水 | ≤70 | ≤20 | ≤30 | 6~9 |
由于污水處理廠廢水主要來自原料木片的洗滌、化機漿生產過程以及紙機白水，污染物成分復雜，主要是一些分子結構較穩定的大分子污染物，如木質素、纖維素、半纖維素，及部分其他有機雜質和泥砂等無機物。廢水COD、SS均較高，可生化性較差，屬于較難處理的工業廢水之一。
1.2 廢水處理流程
廢水處理工藝流程見圖 1。
圖 1 廢水處理工藝流程
廢水先經過圓網機濾去細小纖維和懸浮物后，自流進入1#絮凝反應池。絮凝反應池出水進入初沉池，沉淀污泥由刮吸泥機吸出，泵送至污泥濃縮池，出水自流進入調節池，進行水質與水量的調節。調節池中的廢水經泵提升至PAFR，由脈沖布水器進行布水，在水解和產酸菌的作用下，廢水中大分子有機物被分解成小分子有機物，廢水中溶解性有機物顯著增加，提高了廢水的可生化性。PAFR出水進入改良型氧化溝，利用好氧菌的吸附、氧化分解廢水中的有機物，氧化溝所需氧氣由表面曝氣機供給。氧化溝出水進入二沉池，泥水分離后，部分污泥回流至生化系統，部分污泥進入濃縮池。二沉池出水自流至集水池，再泵送至高級氧化系統進行進一步處理，出水達標排放。沉淀污泥、剩余污泥和化學污泥經濃縮、壓濾、干化后作為燃料使用。
2 主要構筑物
2.1 圓網機平臺
圓網機平臺外形尺寸為長×寬 =41.0 m×16.0 m，篩網規格為0.178 mm （80目）。圓網機16臺。圓網機過濾及清渣無需消耗動力，通過水力流動即可實現。
2.2 1#絮凝反應池
1#絮凝反應池外形尺寸為長×寬×高=16.0 m×16.0 m×6.0 m，HRT為15 min。根據進水水質有選擇地投加絮凝劑。1#絮凝反應池1座。
2.3 初沉池
初沉池外形尺寸為 D 47.0 m×4.5 m，表面負荷為0.6 m3/（m2·h）。初沉池4座。
2.4 調節池
調節池面積為2 514.0 m2，高5.0 m，HRT為2.7 h。在廢水進入生化處理系統之前，需預先調節水量、水質。調節池1座。
2.5 PAFR
PAFR設計流量為80 000 m3/d，PAFR外形尺寸為長×寬×高=70.0 m×38.0 m×13.0 m，有效水深12.0 m，有效容積61 270 m3，HRT為18.4 h。PAFR 2座。在PAFR內，廢水經歷整個厭氧過程，包括水解酸化階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段。該反應器具有以下優點：
（1）脈沖布水器和顆粒污泥。PAFR內設有自動高效脈沖布水器（見圖 2），僅消耗部分勢能，無潛水攪拌等輔助設備。脈沖布水利用虹吸管中快速流動的水流將主管道中的空氣帶走，使主管道內形成一定的真空度，在管道內外大氣壓作用下池內的水進入主管道后排入池中。由于水流速度快，布水在短時間內即可完成，達到脈沖效果。脈沖作用將池底高濃度污泥攪起，使池內泥水充分混合，厭氧菌與廢水中的有機物充分接觸；底部采用穿孔布水管布水均勻，可使泥水充分混合，利用兼氧、厭氧菌等生物群體的綜合作用，提高廢水的可生化性。在PAFR啟動階段，接種在PAFR中的普通絮狀污泥，通過脈沖布水的沖擊作用形成連續的上升-下降過程，污泥不斷互相碰撞、摩擦，易形成致密結構的顆粒化污泥。
圖 2 自動高效脈沖布水器
（2）三相分離功能。PAFR呈全封閉式，采用特有的泥水氣三相分離系統，它既能收集分離器下的反應室產生的氣體，又能使分離器上的懸浮物沉淀下來。
2.6 改良型氧化溝
改良型氧化溝采用“ABR+卡魯塞爾氧化溝”的組合工藝，其以卡魯塞爾氧化溝為主，輔以ABR，性能穩定，操作管理簡便，維護工作量小，同時可以有效防止污泥膨脹。
2.6.1 ABR
ABR外形尺寸為長×寬×高 =108.0 m×36.0 m×5.5 m，有效容積為17 500 m3，水深4.5 m ，HRT為4.2 h。ABR相當于一個完全混合的恒化反應器，其HRT為2～14 h。HRT的確定是ABR設計的關鍵。系統HRT的設置應保證水中易降解的COD被自由游動菌充分吸收和利用，使其保持持續生長并不斷隨出水排出系統。如果HRT 選擇得當，絲狀菌在競爭中無法生存，從而不會引起污泥膨脹。ABR 1座。
2.6.2 氧化溝段
氧化溝段外形尺寸為長×寬×高 =102.4 m×56.05 m×5.5 m，廊道寬度為9 m，有效水深4.8 m，容積75 000 m3，HRT為18.0 h。設計COD負荷為87 545 kg/d，MLSS為4 500 mg/L，COD污泥負荷為0.324 kg/（kg·d）。設計水溫為35～38 ℃，設計剩余污泥產量為28 850kg/d（水溫38 ℃），設計污泥齡為10.1 d（水溫38 ℃），最大需氧量為4 087 kg/h（水溫38 ℃）。氧化溝段曝氣裝置采用倒傘型表面曝氣機（充氧動力效率：2.1kg/kW；功率為132 kW的3套，功率為160 kW的15套）。氧化溝段3座。
2.7 二沉池
二沉池外形尺寸為 D 47.0 m×4.5 m，表面負荷為0.6 m3/（m2·h），為中間進水、周邊出水、輻流式沉淀池。二沉池4座。
2.8 高級氧化系統
集水池外形尺寸為長×寬×高 =28.0 m×24.0 m×5.0 m，HRT為0.7 h，集水池1座；高級氧化反應池外形尺寸為長×寬×高 =28.0 m×27.0 m×7.5 m ，HRT為60 min，高級氧化反應池1座；終沉池外形尺寸為 D 47.0 m×4.5 m，表面負荷為0.6 m3/（m2·h ），終沉池4座。
3 工藝調試
3.1 PAFR調試
接種污泥取自原有厭氧池排出污泥，通過調節池提升泵將污泥提升至厭氧池。接種量SS以8~10 kg/m3（反應池）為宜。調試初期系統啟動水量按照設計水量的30%，COD容積負荷在0.3~0.5 kg/m3左右。當COD去除率＞45%、出水VFA＜700 mg/L后，可以逐步提高進水量，每次提高幅度宜在設計進水量的10%左右。在調試初期，需加堿調節pH以確保厭氧出水pH在6.8~7.2。在污泥馴化階段，為加快污泥顆粒化程度，出水內循環量可控制在100%~150%左右。每周1次對厭氧池2、4、6、8、10 m高處的污泥層進行取樣觀察，用100 mL量筒測定其5 min或30 min的沉降體積，分析其沉降性能。在運行過程中，根據厭氧微生物對m（COD）∶m（N）∶m（P）=350∶5∶1 的要求適量補充氮、磷。實際運行中氮源應適當提高，厭氧反應器出水NH4+-N在30 mg/L左右。
3.2 改良型氧化溝的調試
將好氧系統構筑物內充滿新鮮廢水，隨后投加好氧菌種，菌種可選擇污水處理廠二沉池的剩余污泥。與此同時，開啟曝氣設備及污泥回流系統，使好氧系統處于循環悶曝狀態1～2 d左右。之后采取連續進水方式，進水量控制在設計流量的15%～30%，進水COD在1 000 mg/L左右，二沉池的污泥大部分回流至好氧進水單元。當生化系統COD去除率達到75%左右時，逐步增加好氧系統進水量。調試運行過程中，應注意以下幾點：（1）控制生化系統的溫度在15~35 ℃；（2）污水pH保持在6.0~9.0；（3）營養物的需要量約為m（COD）∶m（N）∶m（P）=100∶5∶1；（4）溶解氧一般應控制在2～4 mg/L；（5）定期或隨時調節回流比和回流量，污泥回流比在50%~100%左右；（6）調節MLSS和SV，控制剩余污泥的排放量，好氧系統設計MLSS為3 000～5 000 mg/L，SV30一般控制在50%以下。
4 調試過程中的問題及相應對策
調試過程中存在的問題及采取的相應對策：
（1）PAFR出水pH低，VFA異常升高。調試過程中，PAFR連續幾天出現出水pH低、VFA異常升高的情況。通過觀察對比每天的實驗記錄，發現該時期進水pH與之前無明顯變化；通過對比每天的進水水質及水量發現，進水水量基本維持恒定，但進水負荷明顯升高。據此推測，上述情況可能是由于厭氧處理負荷過高導致有機酸積累引起的。
針對上述情況，在無法改變進水水質前提下，及時調整每天進水量，保證每天進入PAFR的總負荷基本恒定，同時增加厭氧污泥量。經過幾天的調整，PAFR出水pH低、VFA異常升高的情況未再出現。
（2）改良型氧化溝ABR和氧化溝段均出現大量泡沫，氧化溝段出現部分污泥上浮。調試過程的一段時期內，ABR和氧化溝段出現大量泡沫，并且氧化溝段出現部分污泥上浮的情況。鏡檢觀察到活性污泥中含有大量的絲狀菌，據此判斷部分污泥上浮為絲狀菌大量繁殖引起的污泥膨脹。通過逐一排查引起污泥膨脹的因素，發現進水中氮、磷營養物質投加及時，pH在正常范圍，溶解氧也基本維持在2.0～4.0 mg/L，由此最終確定污泥膨脹是由進水有機物質太少，生化池內F/M太低，導致微生物食料不足引起的；而大量泡沫的出現可能與系統的污泥停留時間較長、污泥回流率較低有關。
針對上述情況，采取了以下措施：適當提高進水負荷；加大排泥量，降低污泥齡，防止污泥老齡化；在ABR和氧化溝池壁周邊增設噴淋裝置，通過噴灑水流或水珠打碎浮在水面的氣泡，減少泡沫。通過以上措施，ABR和氧化溝段出現大量泡沫及氧化溝段部分污泥上浮問題基本得到解決，整個好氧系統逐漸趨于正常。
（3）二沉池大量污泥上浮。二沉池的排泥裝置采用的是雙周邊傳動全橋式刮吸泥機，污水從池中心的進水管導流筒擴散，均勻地向周邊輻射狀流出，呈懸浮狀的污泥經沉淀后沉積于池底（池底基本保持水平），上清液通過溢流堰板由出水槽排出池外。雙周邊傳動全橋式刮吸泥機主梁下部連接管路支架、污泥刮集泥斗、吸泥管路等，利用液位差通過虹吸管將集泥槽的污泥排至中心排泥管自吸式排泥。雖然該裝置無需動力，運行費用低，但虹吸管和吸泥管路很容易出現漏氣的情況，虹吸被破壞，二沉池無法正常排泥。在調試運行初期，由于未能及時發現該問題，導致二沉池的大量污泥沉積于池底，污泥在二沉池內停留時間過長，發生酸化或反硝化反應導致大量污泥上浮。
基于上述情況，組織專業技術人員集中檢修了所有刮吸泥機的吸泥管路，以避免管路漏氣情況的發生；同時加強了二沉池刮吸泥裝置的日常巡檢。通過以上措施，基本保證了二沉池的正常運行。
5 系統運行效果及處理成本分析
5.1 系統運行效果
本工程采用PAFR—改良型氧化溝—高級氧化工藝處理制漿造紙廢水取得較好的處理效果，出水水質穩定，達到《制漿造紙工業水污染物排放標準》（GB 3544—2008）的要求。系統運行效果見表 2。
| 處理單元 | COD | BOD 5 | SS | |
| 車間廢水 | 3000 | 1000 | 2500 | |
| 初沉池出水 | 1500 | 700 | 175 | |
| PAFR出水 | 825 | 420 | 100 | |
| 改良型氧化溝+二沉池出水 | 289 | 29.4 | 56 | |
| 高級氧化系統出水 | 60 | 18.9 | 25.2 |
將系統連續運行1周的各工段出水COD數據繪制成圖，如圖 3所示。
圖 3 系統連續運行1周各工段出水COD
由圖 3可知，系統進水COD在1周內出現了一定幅度的波動，其波動范圍在2 100~3 500 mg/L。但經過PAFR—改良型氧化溝—高級氧化工藝處理后，出水COD變化幅度不大，均維持在60 mg/L以下。據此推測，該組合工藝具有較強的耐沖擊力，不會因進水負荷的波動引起出水水質的劇烈變化。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。
5.2 運行成本分析
本廢水處理工程規模為100 000 m3/d。
5.2.1 電費
總裝機容量為6 029.7 kW，按實際運行功率4 639.0 kW核算，負荷系數取0.8，綜合電價按0.60元/（kW·h）計，則電費為4 639.0÷100 000×24×0.8×0.6 =0.534元/m3。
5.2.2 藥劑費
各項藥劑費用如表 3所示。
| 藥劑 | 單價/(元.t -1 ) | 消耗量/kg.m -3 | 價格/元.m -3 | |
| 物化加藥系統 | 聚合氯化鋁 | 1800 | 0.180 | 0.324 |
| 陰離子聚丙烯酰胺 | 15000 | 0.003 | 0.045 | |
| 硫酸根去除藥劑 | 0.150 | |||
| 營養鹽 | 0.130 | |||
| 高級氧化系統 | 過氧化氫(27.5%) | 600 | 0.830 | 0.500 |
| 陽離子聚丙烯酰胺 | 30000 | 0.001 | 0.030 | |
| 氯化亞鐵(FeCl 2 .4H 2 O) | 750 | 0.500 | 0.375 | |
| 片堿(NaOH) | 2200 | 0.103 | 0.227 |
由表 3經計算可知，總的藥劑費用為1.781元/m3。
5.2.3 工資福利費
平均工資為1 000元/（月·人），職工定員為48人，工資福利費為1 000×48÷30÷100 000=0.016元/m3。
則該廢水處理工程直接運行費用為 0.534+1.781+0.016=2.331元/m3。
