沈海濤

(浙江景興紙業(yè)股份有限公司，嘉興 314200)

高效厭氧反應(yīng)器是廢紙造紙廢水處理工藝中的核心單元，對節(jié)能減排有重要影響。廢紙造紙廢水屬于高濃有機(jī)廢水，COD 含量較高，且含有豐富的生物質(zhì)能[1]。采用高效厭氧反應(yīng)器處理廢紙造紙廢水，可極大減輕好氧工藝段的處理負(fù)荷，兼具降低能耗和提高出水水質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)；此外，高效厭氧反應(yīng)還可利用廢紙造紙廢水中豐富的生物質(zhì)能產(chǎn)沼氣發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用[2-3]。近年，高效厭氧反應(yīng)器在我國廢紙造紙企業(yè)得到推廣和應(yīng)用，受到了眾多企業(yè)的青睞。

《國經(jīng)家“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，綠色經(jīng)濟(jì)是我國各工業(yè)企業(yè)堅持與追求的目標(biāo)。在國家減排減量及相關(guān)政策越來越嚴(yán)格的大環(huán)境下，對于污染性強(qiáng)的造紙廢水處理，尋求新技術(shù)及突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸已經(jīng)成為日常研究重點(diǎn)。

造紙廢水處理的核心單元厭氧塔的顆粒污泥活性問題始終困擾著造紙企業(yè)，影響著該行業(yè)水處理的整體水平。如何提升顆粒污泥在厭氧反應(yīng)器中的活性，從而整體提升厭氧反應(yīng)器的COD 去除效率成為眾多學(xué)者研究探討的方向[4]。顆粒污泥的生長是一種復(fù)雜的生物化學(xué)過程，其反應(yīng)生長程度與造紙廢水的循環(huán)利用率、原水總硬度、厭氧運(yùn)行相關(guān)pH等參數(shù)的控制調(diào)節(jié)以及厭氧反應(yīng)器的有機(jī)總負(fù)荷有關(guān)。廢水循環(huán)利用率越高，有機(jī)負(fù)荷、有毒有害物質(zhì)、鈣鎂離子等的濃度就越高，對顆粒污泥活性影響較大[5-7]。原水鈣硬度主要源于碳酸鈣造紙?zhí)盍虾图垙埻坎技庸さ念伭?，再廢紙制漿過程中其濃度可高達(dá)2 000～4 000 mg/L，嚴(yán)重導(dǎo)致了顆粒污泥鈣化以及相應(yīng)的活性污泥成分降低。當(dāng)進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器負(fù)荷超出其設(shè)計處理能力時，對污泥活性與產(chǎn)率也會帶來較大影響。

綜合分析出顆粒污泥活性過程的主要控制因素，探明其活性抑制機(jī)理，可以為高效厭氧反應(yīng)器顆粒污泥鈣化率的有效控制以及污泥的活性提升提供技術(shù)支持。同時，隨著污泥活性提升，污泥的產(chǎn)量逐步增加，厭氧菌產(chǎn)生的沼氣也穩(wěn)步提升，這兩部分的經(jīng)濟(jì)價值也能得到最大化體現(xiàn)，徹底改變環(huán)保污水處理只有投資無回報的現(xiàn)狀。

1 廢水處理工藝簡介

1.1 廢水處理工藝流程

企業(yè)的平均廢水產(chǎn)生量為25 000 m3/d，COD 濃度為4 000～5 000 mg/L，酸化度50%～65%，總硬度達(dá)到3 000 mg/L。廠區(qū)廢水處理工藝流程見圖1。由于系統(tǒng)來水高負(fù)荷、高硬度、高酸化度、含有毒性物質(zhì)，這對于厭氧顆粒污泥的生長、活性比、鈣化率、去除效率都會有很大影響。通過實(shí)際的運(yùn)行跟蹤，酸化度及毒性物濃度可以通過預(yù)曝氣來控制，同時顆粒污泥的鈣化率也能得到逐步降低。

圖1 廢水處理工藝流程

1.2 預(yù)曝氣工藝流程

（1）工藝參數(shù)控制：造紙廢水經(jīng)過斜網(wǎng)過濾漿水分離后，廢水進(jìn)入預(yù)曝氣池(46 m×30 m×5 m)，利用后端氧化溝系統(tǒng)廢棄的剩余活性污泥連續(xù)補(bǔ)充到預(yù)曝氣池內(nèi)，控制其預(yù)曝氣池內(nèi)的污泥濃度為10～12 g/L。此外，預(yù)曝氣池內(nèi)通過6 臺變頻表面曝氣機(jī)（24 kW）提供氧氣，保證預(yù)曝氣池出水溶解氧濃度為0.6～0.8 mg/L。

（2）工藝原理：造紙廢水內(nèi)的有毒有害物質(zhì)種類比較多，對厭氧甲烷菌有抑制作用，比如含硫化合物等。加入預(yù)曝氣工藝，一方面利用活性污泥菌種多元化優(yōu)勢，活性污泥內(nèi)硫細(xì)菌將硫化物氧化分解。另一方面，活性污泥本身有著良好的吸附性，也能將部分有毒物質(zhì)吸附去除。

（3）預(yù)爆氣池結(jié)構(gòu)：預(yù)爆氣池結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)氧化溝相似，其平面圖見圖2，實(shí)際運(yùn)行效果圖見圖3。

圖2 預(yù)曝氣池平面圖

圖3 預(yù)曝氣池運(yùn)行效果圖

2 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

2.1 預(yù)曝氣前后的水質(zhì)變化

2019 年7 月開始，對系統(tǒng)預(yù)曝氣前后的原水水質(zhì)變化、厭氧運(yùn)行情況和顆粒污泥生長情況進(jìn)行了持續(xù)跟蹤。其中，預(yù)曝氣前和預(yù)爆氣后進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器的原水COD 及酸化度數(shù)據(jù)分析見圖4。預(yù)曝氣后，原水COD 及酸化度的穩(wěn)定性得到改善，酸化度穩(wěn)定在30%～40%，原水COD 穩(wěn)定在4 000～4 500 mg/L，為厭氧顆粒污泥生長提供了良好生存環(huán)境。

定期對預(yù)曝氣前后水樣內(nèi)的硫含量進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，預(yù)曝氣后廢水中硫元素的濃度平均下降6.2%（圖5），說明毒性硫化物可能被硫細(xì)菌氧化為硫單質(zhì)。側(cè)面也印證了預(yù)曝氣處理降低了有毒有害物質(zhì)對產(chǎn)甲烷菌抑制作用。

圖5 預(yù)曝氣前后原水硫化物濃度變化

2.2 厭氧系統(tǒng)運(yùn)行情況

增加預(yù)曝氣工藝后，對厭氧系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)變化的分析如圖6 所示。從圖6 可以看出： 厭氧進(jìn)水COD 控制的更穩(wěn)定，波動幅度降低，出水VFA 保持在2 以下，出水COD 下降至1 000 mg/L 以下。

圖6 厭氧系統(tǒng)的進(jìn)出水COD及出水VFA數(shù)據(jù)

厭氧系統(tǒng)顆粒污泥總量統(tǒng)計見表1。由表1 可以看出：厭氧塔內(nèi)的污泥總量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，且VSS:TSS 比例逐漸升高，半年累計上漲13%，說明污泥的活性升高，鈣化率明顯降低。按當(dāng)前市場造紙厭氧污泥的平均價格900 元/噸，半年累計出產(chǎn)1 500 噸顆粒污泥，價值約135 萬元。

表1 顆粒污泥量

3 結(jié)束語

針對高鈣造紙廢水，本企業(yè)通過增加預(yù)曝氣工藝，使得顆粒污泥的鈣化率得到很好的控制，對最終的厭氧運(yùn)行效率及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值都有很好的效果。在觀測時間段內(nèi)，預(yù)曝氣后的厭氧進(jìn)水酸化度穩(wěn)定控制在50%以下，原水內(nèi)硫化物濃度下降6.2%，厭氧出水VFA 穩(wěn)定在3 mEq/L 以下，COD 穩(wěn)定在1 000 mg/L以下。預(yù)曝氣實(shí)施半年后，顆粒污泥VSS:TSS 比例累計上漲13%。