劉衛(wèi)海 曹金艷 石 巖 王利丹 陶 艷

(湖南化工研究院,湖南長沙,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,湖南長沙,410007)

以湖南某紙業(yè)公司的造紙中段廢水為研究對象,采用混凝預處理-活性污泥-混凝組合工藝對該廢水進行處理。實驗采用專利產(chǎn)品復合型聚合硫酸鐵(FPAS)為混凝劑,研究了預處理段和第三段中混凝劑的最佳用量;活性污泥處理實驗包括污泥的培養(yǎng)、馴化和系統(tǒng)運行效果考察。采用混凝-活性污泥-混凝組合工藝,可使出水各項指標均達到國家排放標準(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)國家環(huán)保部中國環(huán)境統(tǒng)計年報2006數(shù)據(jù)顯示,2006年我國造紙行業(yè)化學需氧量(CODCr)排放量為155萬t,占重點調(diào)查企業(yè)排放總量的33.6%[1]。參照“十一五”我國造紙行業(yè)污染減排CODCr控制目標[2],即使以全部達標排放計,每年排放到水環(huán)境中的污染物CODCr也達到140萬t,對水源保護等生態(tài)環(huán)境建設造成很大壓力。

國家環(huán)境保護部于2008年8月1日頒布并開始實施新的《制漿造紙工業(yè)水污染排放標準》GB3544—2008,代替此前實施的GB3544—2001,對制漿造紙工業(yè)廢水的排放進行了更為嚴格的限制。目前國內(nèi)很多造紙企業(yè)的廢水采用一級混凝沉降、二級生化處理的方法進行處理,實踐證明,這種方法在一定程度上可大幅降低造紙廢水的污染負荷,是造紙廢水處理較為成熟的技術[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物含量較高,色度也較深,很難達到新排放標準GB3544—2008的要求。

本研究采用一級混凝沉淀預處理、二級活性污泥和三級混凝沉淀相結(jié)合的處理工藝對造紙中段廢水進行處理,廢水處理后各項指標均達到了《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》(G B3544—2008)規(guī)定的排放限值。

1 實 驗

1.1 廢水來源及水質(zhì)

實驗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。該廠一直采用一級混凝加二級生化工藝處理中段廢水,出水顏色深,CODCr為300～400 mg/L,達不到新標準GB3544—2008的排放要求。

1.2 儀器和試劑

儀器:pH計,生化處理模擬裝置,空氣壓縮機,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 測試項目與方法

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

1.4 實驗方法及裝置

混凝實驗: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定CODCr。

活性污泥培養(yǎng)和馴化實驗:采用接種培養(yǎng)法進行活性污泥的培養(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,用微型空壓機連續(xù)通入空氣進行曝氣,并不斷提高進水廢水濃度,使污泥逐漸適應廢水環(huán)境,直至出水水質(zhì)穩(wěn)定。

實驗裝置的材質(zhì)為有機玻璃,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)由微型空壓機和曝氣砂頭組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 一級混凝沉淀實驗

2.1.1 混凝劑種類對比

采用自制的造紙廢水專用處理劑復合型聚合硫酸鐵(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)進行了對比實驗,在相同的水處理成本下,FPAS降低CODCr效果明顯優(yōu)于PAC和PFS,對比實驗結(jié)果見表1。

表1 不同混凝劑預處理結(jié)果對比

因此,本實驗優(yōu)選FPAS作為一級和三級混凝沉淀處理的混凝劑。

2.1.2 混凝劑用量優(yōu)化

實驗確定了預處理混凝劑的最佳用量。FPAS用量對廢水一級混凝處理效果的影響見表2。

表2 FPAS用量對混凝預處理效果的影響

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。這是因為混凝劑用量過大時,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)合的機會,達到另一種穩(wěn)定狀態(tài),不易凝聚。因此,加藥量與去除率不成線性關系,通過增加投藥量提高去除效果會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荷,保證其穩(wěn)定運行,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,預處理藥劑成本為0.18元。經(jīng)過一級混凝處理后,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污染物已經(jīng)從廢水中除去,這些相對分子質(zhì)量較大的有機污染物是廢水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,有利于二級生化處理的運行。

2.2 二級活性污泥法處理實驗

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有機玻璃曝氣池中混勻,然后開啟空壓機曝氣,添加葡萄糖、尿素和磷酸鈉作為微生物的營養(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)混凝預處理后的中段廢水馴化污泥。最初加入的中段廢水量占進水總量的10%,繼續(xù)添加葡萄糖、尿素和磷酸二氫鉀作為主要的營養(yǎng)源。當出水穩(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%預處理過的中段廢水。在馴化過程中每天測定排出水的CODCr,直至出水水質(zhì)穩(wěn)定。馴化階段結(jié)束時,電子顯微鏡檢測觀察到污泥中有大量菌膠團及固著型微生物。在污泥的培養(yǎng)馴化過程中,污泥具有較好的沉降性能,實驗測得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)混凝預處理后的中段廢水,表3為系統(tǒng)在生化處理停留時間為12 h,進水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處理造紙中段廢水,能起到穩(wěn)定的處理效果。

表3 二級活性污泥法處理結(jié)果

2.3 三級混凝處理實驗

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,達不到新標準的排放限值,必須進行三級深度處理。FPAS用量對三級混凝處理效果的影響見表4。

由表4可以看出,當三級混凝處理FPAS用量為0.18 g/L時出水即能達到GB3544—2008的排放標準,說明三級混凝處理出水能達標排放。

2.4 處理實例

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,處理費用為1.2元/m3廢水?，F(xiàn)在在原工藝流程基礎上增加三級混凝深度處理,混凝藥劑采用FPAS。連續(xù)運行結(jié)果表明,混凝-活性污泥-混凝組合工藝處理流程運行穩(wěn)定,達標處理費用為1.5元/m3廢水。經(jīng)采樣監(jiān)測,處理后出水水質(zhì)良好,各項指標均達到GB3544—2008的排放標準,結(jié)果見表5。

表4 FPAS用量對三級混凝處理效果的影響

表5 實際處理出水結(jié)果

3 結(jié) 論

3.1 針對中段廢水原水CODCr濃度高的特點,先采用混凝預處理使出水CODCr濃度降到800 mg/L左右,復合型聚合硫酸鐵(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荷,保證其穩(wěn)定運行,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處理后的造紙中段廢水,在生化處理時間為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,出水無法達到GB3544—2008的排放標準。

3.3 經(jīng)三級混凝處理后的出水各項指標完全達到GB3544—2008的排放標準,其中FPAS用量為0.18 g/L。湖南省某造紙廠的實際應用效果表明,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,實際應用該工藝的這家造紙廠現(xiàn)沿用傳統(tǒng)的壓濾后外運填埋的方式處理混凝污泥?，F(xiàn)正在進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,通過降低污泥含水率,將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣脙r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] 國家環(huán)境保護總局.中國環(huán)境統(tǒng)計年報2006[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2007.

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(責任編輯: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)

本課題為國家科技支撐計劃項目:造紙廢水深度處理關鍵技術與工程示范(2007BAC25B02)。