造纸废水为高浓有机废水，为了控制其污染排放，近年来其提标改造成为造纸企业重点任务。造纸废水排放量大，pH值变化幅度大，色度高，悬浮物含量大，成分复杂，生物降解性差，是难处理的工业废水^[1]。据调查资料，2018年全国纸及纸板生产企业约2 700家，全国纸及纸板生产量10 435万t，我国纸浆消耗总量为9 387万t，其中废纸纸浆消耗量为5 474万t，占纸浆消耗总量的58%^[2]。目前废纸造纸废水处理主要方法有，物理处理，化学氧化处理，生物处理方法，其中Fenton氧化法处理效果较好^[3]。本文结合工程实例，介绍Fenton氧化法+活性砂滤对造纸废水进行深度处理的经验。

某市造纸工业基地，利用废纸为原料造纸，为处理好造纸工业基地内的污水，配套建设污水处理厂。造纸企业造纸废水集中进行预处理后，排入污水处理厂进行二级生化处理和深度处理。其中造纸废水2.5万m³/d，生活污水0.5万m³/d，总设计水量为3万m³/d。该污水厂原废水处理工艺流程如图1所示。

为确保水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准^[4]，需对污水处理厂进行提标改造，增加深度处理工艺。

根据污水处理厂区现排放水质资料和排水水质要求，本深度处理系统设计进出水质如表1所示。

根据排放要求和污水水质特征，污水处理厂提标改造工艺流程如图2所示。

废水经过二级生化处理后自流进入中间水池，中间水池出水提升至Fenton氧化塔，设置稀硫酸加药装置，调节废水的pH值为酸性，投加Fenton试剂将废水中有机污染物氧化分解，从而去除废水中的污染物质。Fenton氧化塔出水自流至中和脱气池，投加液碱调节出水pH值至中性，并将污水中少量气泡脱除，同时在中和脱气池投加絮凝剂PAM，与Fenton氧化反应过程中产生的铁泥发生絮凝反应，絮凝后的污水自流进入终沉池。芬顿反应产生的铁泥在自身重力的作用下沉降至池底，底部铁泥泵送至现有污泥浓缩池后进污泥处理系统进行处理。终沉池出水进入砂滤池中，采用内循环洗砂系统进行连续过滤，去除废水中的细微悬浮物质，砂滤池出水达标排放。砂滤池洗砂水自流进入洗砂水池，然后通过泵送至终沉池中。

深度处理系统对污水中COD及SS的去除效果估算如表2所示。

工艺流程主要包括中间水池、Fenton氧化塔、中和脱气池、终沉池，砂滤池等。

为确保二级生化出水稳定进入Fenton氧化塔，本工程设计中间水池，设计水量为Q=1 250m³/h，中间水池的停留时间为T=10.75min，有效容积224m³。

Fenton技术具有操作简单，反应物易得、费用便宜、无复杂设备且对环境友好等优点^[5]。采用Fenton氧化塔对废水进行深度氧化处理，该技术的主要原理是外加H₂O₂氧化剂与Fe²⁺催化剂，两者在适当的pH值下反应产生羟基自由基（OH·），利用羟基自由基的高氧化能力与废水中的有机物反应，分解氧化有机物，进而降低废水中生物难降解的COD^[6]。

Fenton氧化塔出水自流至中和脱气反应池中。Fenton氧化塔对废水的pH值有一定需求条件，设置稀硫酸加药装置，调节废水的pH值，保证废水深度处理系统的正常运行。根据在线监测反馈的塔内的pH值情况，调节并控制pH值在3.5～5.5内，测量点安装在反应塔内。

Fenton氧化塔单座处理水量为1万m³/d，根据废水水量，选用3座，每座氧化塔停留时间为22min。每座Fenton氧化塔设1台供料泵，2台循环泵。供料泵Q=430 m³/h,H=18 m,N=37kW,3用1备。取氧化塔内水流上升流速为70m/h，循环泵流量为Q循=S×V/2=400 m³/h,H=13 m，功率为22kW,6用2冷备。

为了保证废水的絮凝效果，中和脱气反应池中需投加液碱对废水的pH值进行调节，在中和脱气池前管道内设置pH值在线监测，调节pH值在6～7。Fenton反应产生较多的气体，中和脱气池还起到脱去废水中少量气体的作用，去除Fenton反应产生的铁泥，同时对色度、SS及胶体也具有非常好的去除功能。

设计水量1 250m³/h，取中和脱气反应池的停留时间40.32min，则反应池有效容积840m³。中和脱气反应池单位面积需气量取0.08m³/（m²·min），则鼓风机风量13m³/min,H=5m水柱，电机功率为18.5kW。散气装置选用63PVC管，设计数量280m。

终沉池设计为辐流式沉淀池，经混凝后的废水在该池中经静置沉淀进行泥水分离。在该池内设置1台刮泥机，以便收集沉积于池底的铁泥，并泵送至污泥处理系统中。终沉池上清液达标排放。设计数量2座，表面负荷q取1.00m³/（m²·h），单座面积650m²，直径为28m，有效容积2 154m³，停留时间3.0h。选用半桥型周边传动刮泥机，数量2套，28m，功率0.37kW。

砂滤池主要作用为去除废水中的细微悬浮物质，使废水中的悬浮物达标排放。整个砂滤器主要由水过滤系统、砂循环系统、压缩空气系统、洗沙器、监控控制系统五部分组成^[7]。砂滤池占地面积小，滤速可达8～12m/h，自动进行反冲洗，稳定控制水量和水质突变的废水处理效果，有效提高生产效率，降低设备的运营成本等特点^[7]。设计总处理能力3万m³/d，设计滤速8m/h，数量4座×7组=28座（共28座，每4座1组）。单座有效过滤面积，5.6m²/套，清洗水流量≥5.0m³/（h·套），砂滤层有效高度2m。

设置空压系统为砂滤系统提供压缩空气；空压机出气经过空气过滤装置过滤后，去除压缩空气中的颗粒物，然后经过气源分配箱将压缩空气分配到每一套砂滤器。空压机Q=2.2 m³/min,P=0.8 MPa,N=15kW，共4台（3用1备）储气罐1个，容积2m³；空气过滤器1套。

砂滤池产生的洗砂水自流进入洗砂水池，洗砂水池出水泵送至终沉池中。洗砂水池有效容积64m³，配套洗砂水泵2台（1用1备），Q=125m³/h,H=10m,N=5.5kW。

深度处理产生的铁泥由终沉池污泥泵泵送至现有污泥处理系统处理。污泥泵选用3台（2用1备），Q=120m³/h,H=12m，功率7.5kW，每天工作12h。本系统污泥量按进水TCOD为150mg/L估算，预计处理3万m³/d废水产生铁泥最大为23t。

污水处理的工艺流程中需要投加化学品主要是稀硫酸、液碱、H₂O₂、硫酸亚铁、污水PAM，分别设置药品投加系统进行投加。

当运行一段时间后，终沉池出现明显的紊流现象，导致Fenton氧化塔产生的铁泥不沉淀，出水浑浊。主要原因为出水pH值过低，影响絮凝效果，运行时，在线监测出水的pH值，通过在中和脱气池中增加液碱投加量来提高出水pH值来解决此问题。

调试过程出水水质夜间COD偶有不达标，分析原因为夜间污水量超出设计量，水质也超出设计指标，氧化塔来水波动，COD负荷过高，需增加在线监测力度，针对来水波动，增加氧化塔循环泵的流量或增加加药量，减小氧化塔负荷。

运行时出现终沉池表面水颜色较深，出水COD较高，主要原因为H₂O₂和FeSO₄的加药过量，一部分H₂O₂和FeSO₄转化成COD。解决方法为在线监测来水水质情况，水质较好时减少H₂O₂和FeSO₄的加药量。

砂滤池主要控制要点为压缩空气压力、进水量等，压缩空气通过压力将脏的砂子和水的混合物通过提砂管向上推动，将脏的悬浮物和砂粒分离，主要控制要点为压缩空气压力、进水量等，通过设置在线监测系统，达到稳定的工艺运行目标。

实际调试运行过程中，在进水水质波动情况下，需调整加药量满足出水指标。氧化塔进水平均指标为COD 138.2 mg/L,SS 67.5 mg/L,pH 7.57，加药量为H₂O₂0.40kg/m³、FeSO₄0.60kg/m³、液碱1.02kg/m³、浓硫酸0.50kg/m³、污水PAM 0.002kg/m³。砂滤池平均出水指标为COD 32 mg/L,SS6mg/L,pH 7.03。

本方案深度处理系统的运行成本可分为以下几方面：电力消耗，化学品消，操作人员工资。

总装机功率（包括备用设备）512.96kW；总运行功率369.21kW；单位水动力消耗0.277 6kW·h/m³，不包括仪表、空调、照明等公用设施用电。

根据张安龙等^[5]研究表明，pH为3时，去除效果最好，pH大于6后COD去除率大幅度下降，pH为6，反应时间为30 min，双氧水（27.5%）浓度为0.5mL/L，硫酸亚铁浓度为1.0g/L时，COD去除效果较好，可以达到50mg/L以下。因此工业设计中，考虑进水水质波动影响，设计进水pH调节为5，实际运行时酸的投加量约为0.50kg/m³ H₂O。

为了保证较好的悬浮物去除效果，在废水处理流程中需要加入絮凝剂PAM。在Fenton氧化塔系统中，污水PAM消耗量为0.002kg/m³ H₂O。

本项目为提标改造项目，操作人员无需新增，可以用污水厂原工作人员。

综合以上分析，在正常设计进水水质水量情况下，建设成的Fenton氧化塔+砂滤系统的运行费用汇总如表3所示。

造纸废水深度处理运行费用为2.522元/m³，其中电费为0.194元/m³，药剂费为2.328元/m³。根据进水pH的变化，氧化塔和中和脱气池的酸碱添加量会有所变化，实际进水pH值低则减少硫酸添加量，实际运行费用偏低，进水pH值高则实际运行费用偏高。实际运行时发现Fenton氧化塔中pH值控制在5.4～5.6，处理效果也能达标，运行中，通过氧化塔出水回流一部分至中间水池可以减少酸的添加量。

系统投入运行后，COD年消减量为1 095t,SS年消减量为657t，有效减少了污染物，促进了当地循环经济和可持续发展。造纸废水因污染浓度高，色度大，生化效果差，其提标改造的处理难度大。应用Fenton氧化法可以很好的去除废水中的COD，同时降低废水中的色度，再结合砂滤处理，COD进出水平均指标为138.2mg/L、32mg/L,SS进出水平均指标为67.5 mg/L、6 mg/L，去除率达到76.85%和91.11%，出水达到GB 18918-2002一级A标准。设计时考虑Fenton氧化条件为酸性，设置Fenton氧化进水pH值至5左右，处理效果较好，实际调试运行时pH 5.4～5.6也能达标，经Fenton氧化处理后的出水呈酸性，设计中和脱气池中投加碱液中和，提高絮凝作用，使得出水达标。