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1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1目的及意义
据统计，全球目前的造纸业排放废水占工业废水排放总量的三分之一以上，居各行业之首。造纸业在我国作为重要的产业之一，在拉动经济快速增长的同时，也给环境带来了危害。
现代造纸行业主要分为制浆、调制、抄造和加工四个程序，其中按工序排出三部分水，一是制浆蒸煮废液，通称造纸黑液，所含的污染物占到了全厂污染排放总量的90%以上，含有大量纤维、无机盐和色素，是造纸厂污染的主要来源；二是中段废水，是指浆料经蒸煮、黑液提取后在筛选、洗涤和漂白过程中排出的废水；三是抄纸机排出的白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。造纸产业具有耗水量大、污水成分复杂且大量排放的特点，造纸工业的污染已经成为全社会关注的热点，在国家标准以及人们环保要求日趋严苛的今天，造纸工业的废水处理应着重于提高循环利用率，对难以循环利用的废水也应找到一种行之有效且经济适用的处理办法使出水达标。
因此，本此课程设计的目的在于通过对国内外先进工艺以及传统处理方法进行比较之后，寻找一种在现有技术条件下能满足经济、排放要求的针对造纸厂废水的污水处理工艺。
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计内容及目标
本此课程设计的主要内容是对湖北省内某造纸厂的6500t废水进行处理，根据所给的设计内容，本次设计的主要工作是实现污水中CODCr、BOD5、SS、色度的去除。CODCr、BOD5、SS的要求去除率都在95%以上，可以确定处理工艺中除了基本的一级物理处理和二级生物处理之外，还需要附加有三级处理以满足更高的排放要求，可以采用物理法、化学法或物理化学法。
设计进水水质和设计出水水质如下表所示：
| 指标 | CODCr | BOD5 | SS | 色度 | pH |
| 设计进水水质 | 2500mg/L | 400mg/L | 2000mg/L | 100 | 6-9 |
| 设计出水水质 | ≤60mg/L | ≤20mg/L | ≤10mg/L | ≤30 | 6-9 |
我们一般以废水中BOD与COD的比值与0.2的大小关系来确定废水是否适合采用生化法进行处理，本项目中，BOD5/CODCr=0.16小于0.2，所以不宜直接采用生化处理法，需要在生物处理之前先采用物理化学法进行预处理以改善污水的可生化性。
同时，由于造纸厂废水主要可分为制浆黑液、中段废水以及纸机白水，应该根据不同流程排出的废水的不同性质采用相应的处理方式。造纸工业的碱法制浆工艺产生的废水中含有大量的木质素，呈黑褐色，故称作黑液。黑液中含有大量的悬浮性固体、有机污染物和有毒物质，直接排放到水体中会造成严重的污染。中段废水成分与黑液相同，只不过浓度较低。由于所含的有机物质（纤维和碱等）数量少，回收较困难，但废水中的总固体、悬浮物和BOD5仍然很高，直接排放对水体污染仍很严重，因此需要进行处理。纸机白水中含有大量纤维，因此，对造纸机器废水可进行回收和重复利用。
本此设计的目标是在经过对国内外已经投入应用的各种工艺中找出一种投资较少，工艺稳定、处理效果好且占地较少的污水回收以及处理工艺。
2.2设计技术选择
以下是对各级采用工艺进行的比选，工艺选择过程中综合考虑了各工艺的处理效率、处理成本、技术应用普遍性。
一级处理：国内一般的造纸厂的一级处理都是采用格栅和初沉池去除SS。设计中同样采用粗格栅、细格栅、初沉池。
预处理：在一级处理之后进入生物处理之前，应先对污水进行一定的预处理改善可生化性，目前用于预处理的方式有：
（1）在初沉池之后增加一个预酸化池，这是较为主流的方式。操作较为简便且成本较低。
（2）将Fenton法与生物处理相结合，在预曝气池中按比例投加过氧化氢与二价铁离子的酸洗废液。这种方法对COD的去除率高，但需要与絮凝法联用，且投药比例难以确定。
（3）采用化学法（铁盐-石灰-有机高分子材料）联合光电催化氧化法。此法初次使用后催化剂的性能会有所下降，同时对技术水平和操作成本要求较高。
二级处理：传统好氧工艺并不能有效降低色度且微生物的处理能力会受到环境的限制，需要曝气能耗较高，适合处理BOD浓度较低的污水。厌氧消化工艺可以有效减少污泥体积且对COD、AOX的去除率较高，但需要热量输入且水力停留时间较长。所以在一般的造纸废水处理中都会将厌氧工艺与好氧工艺联合使用综合二者的优点。
先将污水进行厌氧生物处理初步降低BOD，厌氧生物处理工艺主要包括厌氧生物滤池、厌氧接触氧化池、升流式厌氧污泥床反应器等等。较先进且目前已投入应用的厌氧内循环反应器是在UASB反应器的基础上开发出来的，污水进入第一反应室与厌氧颗粒污泥混合，大部分有机物被转化为沼气，由集气罩收集，同时混合液在气液分离之后部分回流，部分进入第二反应室继续反应，具有比UASB反应器更高的有机负荷和处理效果。
污水的好氧处理包括活性污泥法和生物膜法，包括SBR、氧化沟、CAST、生物滤池、生物转盘法、生物接触氧化池、曝气生物滤池等工艺。其中CAST工艺是SBR工艺的一种改进型，在SBR工艺基础上增加了生物选择器和污泥回流装置，并对时序做了调整，从而大大提高了SBR工艺的可靠性及处理效率。氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，一般采用圆形或椭圆形廊道，池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有机械曝气和推进装置。池体的布置和曝气、搅拌装置都有利于廊道内的混合液单向流动。通过曝气或搅拌作用在廊道中形成0.25~0.30m/s的流速，使活性污泥呈悬浮状态，在这样的廊道流速下，混合液在5~15min内完成一次循环，而廊道中大量的混合液可以稀释进水20~30倍，廊道中水流虽然呈推流式，但过程动力学接近完全混合反应池。
三级处理：污水经过厌氧、好氧工艺、经二沉池固液分离之后还需要进行深度处理达到排放标准。三级处理一般采用物理法、化学法或是物理化学法：
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Fenton法：双氧水与催化剂亚铁离子试剂构成的氧化体系称为Fenton试剂。Fenton的氧化机理是在酸性条件下H2O2被催化分解所产生的反应活性很高的羟基自由基所致。在Fe2 的催化作用下双氧水能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。
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臭氧法：出水中会存在大量难以溶解的有机物或者油类物质(如COD)。此类难溶物质需要通过强氧化剂才能实现快速的降解，并实现有效的分解。臭氧需要借助强氧化剂来帮助溶解，并会在水中依次的与有机物和油脂物质发生化学反应，并依据其不同的内部结构将环链变成直链，长链变为短链，能够从本质上改变其化学性质，并能够在后期的流程中将此类杂物进行处理。O3还具备优质的杀菌功能，并会达到高质量的除味效果，并且还能充当生物活性炭的前期流程辅导的工序，在其中有效的帮助其去除异味和细菌。
（3）气浮法：絮凝气浮池的运作方式是借助少部分回流容器气浮的原理对污水进行处理。其主要的优势是气浮粒径小，能够在其中均匀的释放，旋转布气不堵塞，可以从本质上消除气浮工艺难以长时间保持稳定状态的缺陷。并且气浮池能够有效的去污水中悬浮在液体上方的胶体，有效的减少COD的浓度和油脂，可以实现非溶解性的污染物的全部清除。
3. 研究计划与安排
1-3周（3月13日前）：在生产实习的同时熟悉课题，确定获取文献、资料的途径。
4-5周（3月20日前）：完成开题报告和英文文献翻译，获取相关工程数据。
6-12周（5月10日前）：进行工程比选，进行工程设计与计算，绘制图纸，分析工程运行效果与费用等。
4. 参考文献（12篇以上）
[1]effisludge for life造纸厂废水污泥处理技术造福挪威纸厂[j].中华纸业,2018,39(18):72-73.
[2]顾礼炜. 废纸造纸厂污水处理技术与研究[d].苏州科技大学,2017.
[3]陈欢欢,施彩莲.造纸厂的废水处理技术及研究进展[j].华东纸业,2016,47(05):43-48.
