劉衛(wèi)海 曹金艷 石 巖 王利丹 陶 艷

(湖南化工研究院,湖南長(zhǎng)沙,410007)

·廢水處理·

混凝-生化-混凝組合工藝處理造紙中段廢水的研究

劉衛(wèi)海 曹金艷 石 巖 王利丹 陶 艷

(湖南化工研究院,湖南長(zhǎng)沙,410007)

以湖南某紙業(yè)公司的造紙中段廢水為研究對(duì)象,采用混凝預(yù)處理-活性污泥-混凝組合工藝對(duì)該廢水進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)采用專利產(chǎn)品復(fù)合型聚合硫酸鐵(FPAS)為混凝劑,研究了預(yù)處理段和第三段中混凝劑的最佳用量;活性污泥處理實(shí)驗(yàn)包括污泥的培養(yǎng)、馴化和系統(tǒng)運(yùn)行效果考察。采用混凝-活性污泥-混凝組合工藝,可使出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)(GB3544—2008)。

造紙中段廢水;混凝沉淀;生化

(＊E-mail:43214427@qq.com)

Abstract:The combination process of pre-coagulation-activated sludge-coagulation was used to treat the wastewater from washing and bleaching plants.The patent product compound polymerric ferric sulfate(FPAS)was used as coagulant.The optimum amountof FPAS in coagulation stageswas deter mined.The activated sludge process experiment included culturing,taming of the sludge and investigation of running result of the system.The bio-chemical treatment system's efficiency was investigated.The results showed that the process has good treatment effect.The emission index of outletwatermeets the NationalDischarge standard of paper-making industry(GB3544—2008).

Key words:wastewater from washing and bleaching;coagulation;biochemical

我國(guó)制漿造紙工業(yè)廢水排放量占工業(yè)廢水排放量的1/6。據(jù)國(guó)家環(huán)保部中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)2006數(shù)據(jù)顯示,2006年我國(guó)造紙行業(yè)化學(xué)需氧量(CODCr)排放量為155萬t,占重點(diǎn)調(diào)查企業(yè)排放總量的33.6%[1]。參照“十一五”我國(guó)造紙行業(yè)污染減排CODCr控制目標(biāo)[2],即使以全部達(dá)標(biāo)排放計(jì),每年排放到水環(huán)境中的污染物CODCr也達(dá)到140萬t,對(duì)水源保護(hù)等生態(tài)環(huán)境建設(shè)造成很大壓力。

國(guó)家環(huán)境保護(hù)部于2008年8月1日頒布并開始實(shí)施新的《制漿造紙工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》GB3544—2008,代替此前實(shí)施的GB3544—2001,對(duì)制漿造紙工業(yè)廢水的排放進(jìn)行了更為嚴(yán)格的限制。目前國(guó)內(nèi)很多造紙企業(yè)的廢水采用一級(jí)混凝沉降、二級(jí)生化處理的方法進(jìn)行處理,實(shí)踐證明,這種方法在一定程度上可大幅降低造紙廢水的污染負(fù)荷,是造紙廢水處理較為成熟的技術(shù)[3-7]。但由于造紙廢水污染的特殊性,傳統(tǒng)方法處理后排放廢水中不可生物降解的有機(jī)物含量較高,色度也較深,很難達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)GB3544—2008的要求。

本研究采用一級(jí)混凝沉淀預(yù)處理、二級(jí)活性污泥和三級(jí)混凝沉淀相結(jié)合的處理工藝對(duì)造紙中段廢水進(jìn)行處理,廢水處理后各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(G B3544—2008)規(guī)定的排放限值。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 廢水來源及水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用水樣取自湖南某造紙廠,該廠采用蘆葦和木材為原料制漿造紙,其中段廢水CODCr為1100～1500 mg/L,pH值為6.5～7.5,色度約為500～600倍。該廠一直采用一級(jí)混凝加二級(jí)生化工藝處理中段廢水,出水顏色深,CODCr為300～400 mg/L,達(dá)不到新標(biāo)準(zhǔn)GB3544—2008的排放要求。

1.2 儀器和試劑

儀器:pH計(jì),生化處理模擬裝置,空氣壓縮機(jī),電子顯微鏡,CODCr微波消解儀。

試劑:重鉻酸鉀,硫酸亞鐵銨,濃硫酸,硫酸汞,葡萄糖,磷酸二氫鉀,尿素等。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

CODCr采用重鉻酸鉀法測(cè)定;色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定;pH值使用酸度計(jì)測(cè)定;SS采用質(zhì)量法測(cè)定。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法及裝置

混凝實(shí)驗(yàn):在2000 mL燒杯內(nèi)先加入1000 mL造紙廢水,再加入一定量的混凝劑快速攪拌2 min,然后加入5 mL濃度為1 g/L的助凝劑聚丙烯酰胺(PAM),緩慢攪拌10 min,靜置沉降后取上清液測(cè)定CODCr。

活性污泥培養(yǎng)和馴化實(shí)驗(yàn):采用接種培養(yǎng)法進(jìn)行活性污泥的培養(yǎng)與馴化,以造紙廠廢水處理站二沉池剩余污泥作為菌種。在室溫下,用微型空壓機(jī)連續(xù)通入空氣進(jìn)行曝氣,并不斷提高進(jìn)水廢水濃度,使污泥逐漸適應(yīng)廢水環(huán)境,直至出水水質(zhì)穩(wěn)定。

實(shí)驗(yàn)裝置的材質(zhì)為有機(jī)玻璃,由帶曝氣系統(tǒng)的體積為25 L的曝氣池和二沉池組成,曝氣系統(tǒng)由微型空壓機(jī)和曝氣砂頭組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 一級(jí)混凝沉淀實(shí)驗(yàn)

2.1.1 混凝劑種類對(duì)比

采用自制的造紙廢水專用處理劑復(fù)合型聚合硫酸鐵(FPAS)作為混凝劑,與水處理行業(yè)常用的混凝劑聚合氯化鋁(PAC)和聚合硫酸鐵(PFS)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn),在相同的水處理成本下,FPAS降低CODCr效果明顯優(yōu)于PAC和PFS,對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同混凝劑預(yù)處理結(jié)果對(duì)比

因此,本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選FPAS作為一級(jí)和三級(jí)混凝沉淀處理的混凝劑。

2.1.2 混凝劑用量?jī)?yōu)化

實(shí)驗(yàn)確定了預(yù)處理混凝劑的最佳用量。FPAS用量對(duì)廢水一級(jí)混凝處理效果的影響見表2。

表2 FPAS用量對(duì)混凝預(yù)處理效果的影響

由表2可以看出,隨FPAS用量的增加,廢水中CODCr初期去除效果明顯,繼續(xù)增加FPAS用量,去除效果明顯趨緩。這是因?yàn)榛炷齽┯昧窟^大時(shí),廢水中膠體微粒被較多的混凝劑所包圍,失去同其他微粒結(jié)合的機(jī)會(huì),達(dá)到另一種穩(wěn)定狀態(tài),不易凝聚。因此,加藥量與去除率不成線性關(guān)系,通過增加投藥量提高去除效果會(huì)使水處理藥劑成本大幅提高。因此,從成本和工藝穩(wěn)定性兩方面考慮,預(yù)處理出水CODCr濃度處理到800 mg/L左右,既可以降低生化處理單元的負(fù)荷,保證其穩(wěn)定運(yùn)行,又能將處理成本降至較低水平。CODCr濃度降至800 mg/L左右,混凝劑FPAS用量約為0.15 g/L,預(yù)處理藥劑成本為0.18元。經(jīng)過一級(jí)混凝處理后,廢水的顏色由棕褐色變?yōu)闇\黃色,說明廢水中顆粒較大的有機(jī)污染物已經(jīng)從廢水中除去,這些相對(duì)分子質(zhì)量較大的有機(jī)污染物是廢水CODCr和色度的主要來源,其主要成分是制漿過程中降解的纖維素和半纖維素及酚型結(jié)構(gòu)的木素降解產(chǎn)物。這部分物質(zhì)的去除提高了廢水的BOD5/CODCr比值,有利于二級(jí)生化處理的運(yùn)行。

2.2 二級(jí)活性污泥法處理實(shí)驗(yàn)

2.2.1 活性污泥的培養(yǎng)和馴化

將取自某造紙廠廢水處理站二沉池的活性污泥與自來水在25L有機(jī)玻璃曝氣池中混勻,然后開啟空壓機(jī)曝氣,添加葡萄糖、尿素和磷酸鈉作為微生物的營(yíng)養(yǎng)源,保持m(CODCr)∶m(N)∶m(P)=200∶5∶1。培菌結(jié)束后逐步加入經(jīng)混凝預(yù)處理后的中段廢水馴化污泥。最初加入的中段廢水量占進(jìn)水總量的10%,繼續(xù)添加葡萄糖、尿素和磷酸二氫鉀作為主要的營(yíng)養(yǎng)源。當(dāng)出水穩(wěn)定后,逐步增加中段廢水,而葡萄糖加入量逐漸減少,直到加入100%預(yù)處理過的中段廢水。在馴化過程中每天測(cè)定排出水的CODCr,直至出水水質(zhì)穩(wěn)定。馴化階段結(jié)束時(shí),電子顯微鏡檢測(cè)觀察到污泥中有大量菌膠團(tuán)及固著型微生物。在污泥的培養(yǎng)馴化過程中,污泥具有較好的沉降性能,實(shí)驗(yàn)測(cè)得SV I(污泥指數(shù))在60～80 mL/g之間。

2.2.2 活性污泥處理效果

用經(jīng)過培養(yǎng)和馴化的活性污泥處理經(jīng)混凝預(yù)處理后的中段廢水,表3為系統(tǒng)在生化處理停留時(shí)間為12 h,進(jìn)水CODCr為800 mg/L左右,m(BOD5)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1,曝氣量為30 L/h的條件下連續(xù)運(yùn)行10 d的處理效果。從表3可以看出,生化處理系統(tǒng)出水CODCr去除率穩(wěn)定,最終出水CODCr保持在200 mg/L以下,說明經(jīng)過培養(yǎng)馴化的污泥完全適應(yīng)處理造紙中段廢水,能起到穩(wěn)定的處理效果。

表3 二級(jí)活性污泥法處理結(jié)果

2.3 三級(jí)混凝處理實(shí)驗(yàn)

活性污泥法處理出水色度仍較大,約為70～80 倍,CODCr一般在150～200 mg/L之間,達(dá)不到新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值,必須進(jìn)行三級(jí)深度處理。FPAS用量對(duì)三級(jí)混凝處理效果的影響見表4。

由表4可以看出,當(dāng)三級(jí)混凝處理FPAS用量為0.18 g/L時(shí)出水即能達(dá)到GB3544—2008的排放標(biāo)準(zhǔn),說明三級(jí)混凝處理出水能達(dá)標(biāo)排放。

2.4 處理實(shí)例

湖南某造紙廠中段廢水日處理規(guī)模為1萬m3,原來采用混凝預(yù)處理-活性污泥組合的工藝流程,處理排放水CODCr濃度范圍為200～300 mg/L,處理費(fèi)用為1.2元/m3廢水?，F(xiàn)在在原工藝流程基礎(chǔ)上增加三級(jí)混凝深度處理,混凝藥劑采用FPAS。連續(xù)運(yùn)行結(jié)果表明,混凝-活性污泥-混凝組合工藝處理流程運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)標(biāo)處理費(fèi)用為1.5元/m3廢水。經(jīng)采樣監(jiān)測(cè),處理后出水水質(zhì)良好,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到GB3544—2008的排放標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果見表5。

表4 FPAS用量對(duì)三級(jí)混凝處理效果的影響

表5 實(shí)際處理出水結(jié)果

3 結(jié) 論

3.1 針對(duì)中段廢水原水CODCr濃度高的特點(diǎn),先采用混凝預(yù)處理使出水CODCr濃度降到800 mg/L左右,復(fù)合型聚合硫酸鐵(FPAS)用量以0.15 g/L較為合適,既可以降低生化處理單元的負(fù)荷,保證其穩(wěn)定運(yùn)行,又能將藥劑成本降至較低的水平。

3.2 采用活性污泥工藝處理混凝預(yù)處理后的造紙中段廢水,在生化處理時(shí)間為12 h的情況下可使CODCr降至200 mg/L以下,但色度仍較高,約為70～80 倍,出水無法達(dá)到GB3544—2008的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 經(jīng)三級(jí)混凝處理后的出水各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到GB3544—2008的排放標(biāo)準(zhǔn),其中FPAS用量為0.18 g/L。湖南省某造紙廠的實(shí)際應(yīng)用效果表明,混凝-活性污泥-混凝組合工藝處理效果較好,處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

3.4 混凝-活性污泥-混凝組合工藝處理過程中產(chǎn)生大量污泥,實(shí)際應(yīng)用該工藝的這家造紙廠現(xiàn)沿用傳統(tǒng)的壓濾后外運(yùn)填埋的方式處理混凝污泥?，F(xiàn)正在進(jìn)行造紙污泥的資源回用研究,一是利用污泥熱值含量高的特點(diǎn),通過降低污泥含水率,將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣脙r(jià)值的燃料;二是考慮到污泥中含有大量纖維,可將其用于低檔箱紙板的中間填料。

[1] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)2006[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2007.

[2] 董文福,傅德黔.“十一五”我國(guó)造紙行業(yè)污染減排分析[J].中國(guó)造紙,2008,27(12):63.

[3] 洪 衛(wèi),劉 勃,蘇 穎,等.制漿造紙廢水深度處理技術(shù)解析[J].中華紙業(yè),2009,30(7):76.

[4] 李松禮,洪 衛(wèi),楊海濤,等.制漿造紙綜合廢水深度處理技術(shù)[J].中國(guó)造紙,2006,25(6):71.

[5] 張秀麗.聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑處理造紙廢水[J].工業(yè)水處理,2005,25(8):36.

[6] 王 艷,萬金泉,馬邕文.水解酸化-好氧工藝處理OCC廢紙?jiān)旒垙U水[J].中國(guó)造紙,2005,24(6):14.

[7] 譚 磊,王寶山,等.混凝沉淀+電氧化反應(yīng)器聯(lián)合處理造紙廢水的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)水處理,2006(11):19.

(責(zé)任編輯:孫秋菊)

Treat ment of theWastewater from Washing and Bleach ing by Physicochem ical and Biochem ical Process

L IU Wei-hai CAO Jin-yan＊SH I Yan WANGLi-dan TAO Yan

(Hu'nan Research Institute of Chem ical Industry,Changsha,Hu'nan Province,410007)

劉衛(wèi)海先生,高級(jí)工程師;研究方向:水處理劑研究和水污染控制。

X793

A

0254-508X(2010)02-0032-03

2009-07-30(修改稿)

本課題為國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目:造紙廢水深度處理關(guān)鍵技術(shù)與工程示范(2007BAC25B02)。