生物法在造纸废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：鸟往明处飞，人往高处去。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了生物法在造纸废水处理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

造纸废水中含有大量有机物，且含有木质素、纤维素等难降解物质，色度高，SS高，水质成份复杂。对造纸废水的可生化性进行了分析，并对生物法在造纸废水中的应用情况进行了综述。
1.前言
造纸废水是我国主要的工业废水之一，据报道，我国的制浆造纸工业废水排放量占工业废水的1/6，COD和SS均占1/4。由于造纸废水中含有大量的纤维素、木质素、无机碱及丹宁、树脂、蛋白质等物质，废水色度深、难降解有机物含量高，耗氧量大，如不经妥善处理而直接排放，其复杂的水质和较大的排放量，都将对周边环境和水体造成很大威胁。
2.造纸废水的可生化性分析
造纸废水一般可分为造纸黑液、中段废水和纸机白水三类。由于废水中主要成份的差异，使各废水的水质特点和生化性差异较大。如造纸黑液的主要污染物为木质素、纤维素、半纤维素等难降解有机物及色度；中段废水中含有较高浓度的木质素、纤维素和树脂酸盐等较难生物降解的物质成分，并含有有机氯化物；纸机白水中含有大量的纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。
表1引用相关论文的资料数据，对不同造纸废水的可生化性进行了归纳。

由表1可以看出，不同生产过程产生的造纸废水，可生化性差异较大。如造纸中段废水及纸浆漂白废水的可生化性小于0.3，而在瓦楞原纸生产中产生的废水的可生化性系数一般大于0.4。但总的来说，由于造纸废水中含有较多的木质素、纤维素、半纤维素等难降解有机物质，使得其废水的可生化性一般较差，这也是造纸废水生化处理的难点之一。
3.生物法处理造纸废水的典型工艺
3.1厌氧工艺
厌氧工艺主要用于造纸废水生化处理的预处理单元，应用较多的有水解酸化、UASB厌氧反应器、IC厌氧反应器等。
3.1.1水解酸化工艺
水解酸化工艺是将厌氧过程控制在水解与产酸阶段，利用水解和产酸菌的反应，将不溶性有机物水解成溶解性有机物、大分子物质分解成小分子物质，以改善废水的可生化性能。
张伟采用水解酸化———好氧曝气工艺处理石灰法造纸废水，废水中含有大量木质素、半纤维素、硅化合物等难降解物质，经水解酸化约12h，COD、BOD、SS去除率分别达到35%，20%和75%；成熟的水解污泥呈黑色颗粒状，其质量浓度约为25g/L。
3.1.2UASB厌氧反应器
UASB反应器，即上流式厌氧污泥床反应器，主要是利用反应器内一定高度和浓度的厌氧活性污泥，在与废水接触过程中，发生厌氧反应，从而将有机物降解为无机物质的过程，通过其核心组件———三相分离器，来实现泥、水、气三相的有效分离，保证出水水质。
杨正亮等采用UASB-化学混凝技术组合对草浆造纸废水进行处理，结果表明，接种颗粒污泥的二次启动，大大缩短了反应器的启动时间。在水力停留时间6h，进水COD逐渐提高的情况下对颗粒污泥进行驯化，20天后pH、COD去除率趋于稳定，其COD总去除率达90%-95%，SS总去除率达88.2%，色度由进水时的700降至50。
3.1.3IC厌氧反应器
IC反应器即内循环厌氧反应器，主要是针对UASB反应器的布水不易均匀、水流上升流速低、污泥与污水不易实现充分混合等缺点，通过优化设计和结构调整而成。其内部构造，实际上是两个UASB反应器的叠加，分为第一反应室和第二反应室，分别对废水进行粗处理和精处理过程。
福建南纸股份公司1999年从荷兰PAQUES公司引进IC厌氧反应器，用于公司30000m3/d污水处理系统。该反应器高24m，直径11m，反应器中颗粒污泥浓度在35-40g/L，IC反应器出水的COD一直稳定在1000-1200mg/L。
3.2好氧工艺
3.2.1氧化沟法
氧化沟是延时曝气活性污泥法的一种，它把连续环式反应池作为生物反应池，混合液通过在反应池内以一条闭合式曝气渠道进行连续循环。氧化沟具有较长的污泥停留时间和水力停留时间，污泥负荷低，因此出水水质好，在去除碳源污染物的同时，具有很好的脱氮除磷效果。
闫志谦等采用氧化沟来去除造纸废水中的难降解有机物及脱氮除磷。氧化沟设计流速为0.3m/s，相当于混合液在沟中平均环行了约204周，废水经稀释、吸附，得到长时间的降解。污泥泥龄长达30天。因此，经过氧化沟处理后的污泥已经得到了好氧稳定，VSS/SS值一般为60%，不需要另外消化；污泥也近于零排放。
3.2.2SBR法
SBR法，又称为序批式活性污泥法，是由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。SBR工艺的一个完整的操作过程，包括进水———反应———沉淀———排水排泥———闲置期，通过使反应器交替处于上述几个过程，从而使生物系统交替处于厌氧、缺氧、好氧的状态，有利于去除有机污染物和氮磷等物质。SBR一般采用较低的污泥负荷和较长的停留时间，因而出水水质稳定，水质好。
刘春等对SBR法处理造纸废水的工艺条件进行了探讨，实验表明，在进水COD为1713mg/L，BOD为734mg/L，沉淀时间、排水时间分别为1.0h和0.5h时，最佳进水时间为2.0h，曝气时间为12.0h，闲置时间为6.0h，COD，BOD，SS去除率分别达到79.9%，90.7%及84.9%。
3.2.3接触氧化法
接触氧化法属于生物膜法，主要是通过在反应池内设置弹性填料，并保持池内一定的污泥浓度，在填料表面会形成一层包括厌氧、缺氧和好氧菌群的生物膜，污水在与生物膜的接触过程中，污水中的有机物及营养物质被生物膜上的微生物吸附降解，从而使废水的污染物质程度减轻。
张丽娟在常温下，采用兼氧、好氧生物接触氧化处理高浓度制浆造纸废水，利用兼氧菌将废水中的大分子有机物分解为低分子有机物，同时利用兼氧菌的水解作用破坏大分子有机物的有色基团，提高废水的可生化性。后续采用直流式接触氧化池，并采用新型纤维组合填料。该系统对色度去除率在75%；SS去除率在79%；COD去除率在97%。
3.2.4A/O法
A/O法是传统活性污泥法的一种，通过在传统曝气池的前面预设一缺氧段，并适当设置混合液内回流系统，使系统在去除碳源污染物的同时，具有很强的脱氮能力。
丁春生等采用混凝沉淀-A/O工艺处理造纸废水，平均COD去除率为93.4%，平均SS去除率为96.9%。运行结果表明，该工艺切实可行，具有耐冲击负荷、污泥沉降性能好、易操作等优点。将剩余污泥回流至混凝反应池，可降低投药量，节省运行费用，减轻二次污染。
3.2.5MBR工艺
MBR是活性污泥法和膜分离技术的结合，其中以膜分离工艺代替传统活性污泥法中的二沉池，作用是把生物处理工艺所依赖的微生物从生物培养液(混合液)中分离出来，从而微生物得以在生化反应池内保留下来，同时保证出水中基本上不含微生物和其他悬浮物。
韩怀芬等使用MBR处理造纸综合废水(黑液中段废水和白水的混合液)，实验结果表明，用MBR处理造纸废水，通过污泥浓度的增加，当系统水力停留时间18h时，出水COD可以降低到100mg/L以下。
3.3厌氧--好氧组合工艺
韩彪采用“水解-好氧生物接触氧化"为主的处理工艺，对造纸中段废水进行处理。水解酸化池兼有调节池的作用，耐冲击负荷能力强，并可改善废水的可生化性，经水解酸化处理，废水的可生化性提高了35%，COD去除率约30%。生物接触氧化池利用池底污泥床和生物填料层生物膜共同组成的生物菌群系统，在好氧环境下氧化分解废水中的有机污染物，COD去除率约为75%。
关分派等介绍了“IC厌氧反应器-SBR-气浮"三级污水处理工艺在广州造纸股份有限公司南沙厂区的污水处理厂中的应用情况，高浓度废水先采用厌氧反应器进行预处理，有利于降低整个污水处理系统的运行成本；SBR系统采用了射流曝气方式，并通过模糊PID控制方式控制曝气风机的曝气量，使系统维修量少，运行电耗低；应用浅层气浮作为三级处理，以去除好氧出水中的残余有机物。
4.结束语
虽然造纸废水的可生化性一般，但是通过增加厌氧预处理，能够有效提高废水的可生化性能，从而利于后续好氧处理的顺利进行。由于厌氧-好氧组合工艺既能充分发挥厌氧微生物承担高浓度、高负荷与改善废水可生化性的优势，同时又能适宜地利用好氧微生物生长速度快、处理水质好的特点，因此在造纸废水处理中具有很好的前景。