混凝-生化-混凝组合工艺处理造纸中段废水的研究

2010-09-07刘卫海曹金艳王利丹

中国造纸 2010年2期

关键词：混凝剂混凝活性污泥

刘卫海曹金艳石岩王利丹陶艳

(湖南化工研究院,湖南长沙,410007)

·废水处理·

混凝-生化-混凝组合工艺处理造纸中段废水的研究

刘卫海曹金艳石岩王利丹陶艳

(湖南化工研究院,湖南长沙,410007)

以湖南某纸业公司的造纸中段废水为研究对象,采用混凝预处理-活性污泥-混凝组合工艺对该废水进行处理。实验采用专利产品复合型聚合硫酸铁(FPAS)为混凝剂,研究了预处理段和第三段中混凝剂的最佳用量;活性污泥处理实验包括污泥的培养、驯化和系统运行效果考察。采用混凝-活性污泥-混凝组合工艺,可使出水各项指标均达到国家排放标准(GB3544—2008)。

造纸中段废水;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

我国制浆造纸工业废水排放量占工业废水排放量的1/6。据国家环保部中国环境统计年报2006数据显示,2006年我国造纸行业化学需氧量(CODCr)排放量为155万t,占重点调查企业排放总量的33.6%[1]。参照“十一五”我国造纸行业污染减排CODCr控制目标[2],即使以全部达标排放计,每年排放到水环境中的污染物CODCr也达到140万t,对水源保护等生态环境建设造成很大压力。

国家环境保护部于2008年8月1日颁布并开始实施新的《制浆造纸工业水污染排放标准》GB3544—2008,代替此前实施的GB3544—2001,对制浆造纸工业废水的排放进行了更为严格的限制。目前国内很多造纸企业的废水采用一级混凝沉降、二级生化处理的方法进行处理,实践证明,这种方法在一定程度上可大幅降低造纸废水的污染负荷,是造纸废水处理较为成熟的技术[3-7]。但由于造纸废水污染的特殊性,传统方法处理后排放废水中不可生物降解的有机物含量较高,色度也较深,很难达到新排放标准GB3544—2008的要求。

本研究采用一级混凝沉淀预处理、二级活性污泥和三级混凝沉淀相结合的处理工艺对造纸中段废水进行处理,废水处理后各项指标均达到了《制浆造纸工业水污染物排放标准》(G B3544—2008)规定的排放限值。

1 实验

1.1 废水来源及水质

实验所用水样取自湖南某造纸厂,该厂采用芦苇和木材为原料制浆造纸,其中段废水CODCr为1100～1500 mg/L,pH值为6.5～7.5,色度约为500～600倍。该厂一直采用一级混凝加二级生化工艺处理中段废水,出水颜色深,CODCr为300～400 mg/L,达不到新标准GB3544—2008的排放要求。

1.2 仪器和试剂

仪器:pH计,生化处理模拟装置,空气压缩机,电子显微镜,CODCr微波消解仪。

试剂:重铬酸钾,硫酸亚铁铵,浓硫酸,硫酸汞,葡萄糖,磷酸二氢钾,尿素等。

1.3 测试项目与方法

CODCr采用重铬酸钾法测定;色度采用稀释倍数法测定;pH值使用酸度计测定;SS采用质量法测定。

1.4 实验方法及装置

混凝实验:在2000 mL烧杯内先加入1000 mL造纸废水,再加入一定量的混凝剂快速搅拌2 min,然后加入5 mL浓度为1 g/L的助凝剂聚丙烯酰胺(PAM),缓慢搅拌10 min,静置沉降后取上清液测定CODCr。

活性污泥培养和驯化实验:采用接种培养法进行活性污泥的培养与驯化,以造纸厂废水处理站二沉池剩余污泥作为菌种。在室温下,用微型空压机连续通入空气进行曝气,并不断提高进水废水浓度,使污泥逐渐适应废水环境,直至出水水质稳定。

实验装置的材质为有机玻璃,由带曝气系统的体积为25 L的曝气池和二沉池组成,曝气系统由微型空压机和曝气砂头组成。

2 结果与讨论

2.1 一级混凝沉淀实验

2.1.1 混凝剂种类对比

采用自制的造纸废水专用处理剂复合型聚合硫酸铁(FPAS)作为混凝剂,与水处理行业常用的混凝剂聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)进行了对比实验,在相同的水处理成本下,FPAS降低CODCr效果明显优于PAC和PFS,对比实验结果见表1。

表1 不同混凝剂预处理结果对比

因此,本实验优选FPAS作为一级和三级混凝沉淀处理的混凝剂。

2.1.2 混凝剂用量优化

实验确定了预处理混凝剂的最佳用量。FPAS用量对废水一级混凝处理效果的影响见表2。

表2 FPAS用量对混凝预处理效果的影响

由表2可以看出,随FPAS用量的增加,废水中CODCr初期去除效果明显,继续增加FPAS用量,去除效果明显趋缓。这是因为混凝剂用量过大时,废水中胶体微粒被较多的混凝剂所包围,失去同其他微粒结合的机会,达到另一种稳定状态,不易凝聚。因此,加药量与去除率不成线性关系,通过增加投药量提高去除效果会使水处理药剂成本大幅提高。因此,从成本和工艺稳定性两方面考虑,预处理出水CODCr浓度处理到800 mg/L左右,既可以降低生化处理单元的负荷,保证其稳定运行,又能将处理成本降至较低水平。CODCr浓度降至800 mg/L左右,混凝剂FPAS用量约为0.15 g/L,预处理药剂成本为0.18元。经过一级混凝处理后,废水的颜色由棕褐色变为浅黄色,说明废水中颗粒较大的有机污染物已经从废水中除去,这些相对分子质量较大的有机污染物是废水CODCr和色度的主要来源,其主要成分是制浆过程中降解的纤维素和半纤维素及酚型结构的木素降解产物。这部分物质的去除提高了废水的BOD5/CODCr比值,有利于二级生化处理的运行。

2.2 二级活性污泥法处理实验

2.2.1 活性污泥的培养和驯化

将取自某造纸厂废水处理站二沉池的活性污泥与自来水在25L有机玻璃曝气池中混匀,然后开启空压机曝气,添加葡萄糖、尿素和磷酸钠作为微生物的营养源,保持m(CODCr)∶m(N)∶m(P)=200∶5∶1。培菌结束后逐步加入经混凝预处理后的中段废水驯化污泥。最初加入的中段废水量占进水总量的10%,继续添加葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾作为主要的营养源。当出水稳定后,逐步增加中段废水,而葡萄糖加入量逐渐减少,直到加入100%预处理过的中段废水。在驯化过程中每天测定排出水的CODCr,直至出水水质稳定。驯化阶段结束时,电子显微镜检测观察到污泥中有大量菌胶团及固着型微生物。在污泥的培养驯化过程中,污泥具有较好的沉降性能,实验测得SV I(污泥指数)在60～80 mL/g之间。

2.2.2 活性污泥处理效果

用经过培养和驯化的活性污泥处理经混凝预处理后的中段废水,表3为系统在生化处理停留时间为12 h,进水CODCr为800 mg/L左右,m(BOD5)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1,曝气量为30 L/h的条件下连续运行10 d的处理效果。从表3可以看出,生化处理系统出水CODCr去除率稳定,最终出水CODCr保持在200 mg/L以下,说明经过培养驯化的污泥完全适应处理造纸中段废水,能起到稳定的处理效果。

表3 二级活性污泥法处理结果

2.3 三级混凝处理实验

活性污泥法处理出水色度仍较大,约为70～80 倍,CODCr一般在150～200 mg/L之间,达不到新标准的排放限值,必须进行三级深度处理。FPAS用量对三级混凝处理效果的影响见表4。

由表4可以看出,当三级混凝处理FPAS用量为0.18 g/L时出水即能达到GB3544—2008的排放标准,说明三级混凝处理出水能达标排放。

2.4 处理实例

湖南某造纸厂中段废水日处理规模为1万m3,原来采用混凝预处理-活性污泥组合的工艺流程,处理排放水CODCr浓度范围为200～300 mg/L,处理费用为1.2元/m3废水。现在在原工艺流程基础上增加三级混凝深度处理,混凝药剂采用FPAS。连续运行结果表明,混凝-活性污泥-混凝组合工艺处理流程运行稳定,达标处理费用为1.5元/m3废水。经采样监测,处理后出水水质良好,各项指标均达到GB3544—2008的排放标准,结果见表5。

表4 FPAS用量对三级混凝处理效果的影响

表5 实际处理出水结果

3 结论

3.1 针对中段废水原水CODCr浓度高的特点,先采用混凝预处理使出水CODCr浓度降到800 mg/L左右,复合型聚合硫酸铁(FPAS)用量以0.15 g/L较为合适,既可以降低生化处理单元的负荷,保证其稳定运行,又能将药剂成本降至较低的水平。

3.2 采用活性污泥工艺处理混凝预处理后的造纸中段废水,在生化处理时间为12 h的情况下可使CODCr降至200 mg/L以下,但色度仍较高,约为70～80 倍,出水无法达到GB3544—2008的排放标准。

3.3 经三级混凝处理后的出水各项指标完全达到GB3544—2008的排放标准,其中FPAS用量为0.18 g/L。湖南省某造纸厂的实际应用效果表明,混凝-活性污泥-混凝组合工艺处理效果较好,处理系统运行稳定可靠。

3.4 混凝-活性污泥-混凝组合工艺处理过程中产生大量污泥,实际应用该工艺的这家造纸厂现沿用传统的压滤后外运填埋的方式处理混凝污泥。现正在进行造纸污泥的资源回用研究,一是利用污泥热值含量高的特点,通过降低污泥含水率,将其转变为有利用价值的燃料;二是考虑到污泥中含有大量纤维,可将其用于低档箱纸板的中间填料。

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[5] 张秀丽.聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复合絮凝剂处理造纸废水[J].工业水处理,2005,25(8):36.

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[7] 谭磊,王宝山,等.混凝沉淀+电氧化反应器联合处理造纸废水的试验研究[J].工业水处理,2006(11):19.

(责任编辑:孙秋菊)

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)

刘卫海先生,高级工程师;研究方向:水处理剂研究和水污染控制。