高档卷烟纸生产废水处理的中试研究

Posted 2023-01-12 负荷

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广东某厂高档卷烟纸生产废水经单独混凝沉淀难以达标排放，采用中试规模的曝气生物滤池(BAF)对经混凝沉淀的高档卷烟纸废水进行处理，结果表明，BAF对该类废水处理的最佳水力负荷为1m3/(m2.h)，此时CODCr去除率85%，TSS去除率24%，反冲洗仅需12～15天1次，出水性能优于广东省地方标准中的一级排放标准。当向调节池添加1∶10比例的浓浆池废水与原调节池废水时，BAF有较强的抗冲击负荷能力，CODCr去除率仍然在80%左右，出水达标，但反冲洗为2～3天1次。研究表明，混凝沉淀+BAF处理高档卷烟纸生产废水处理是一种可行、稳定的工艺。
高档卷烟纸作为一个特殊纸种，在薄页纸中占有较重要的地位，近年来，随着国内市场需求量的增加，生产高档卷烟纸的企业越来越多。高档卷烟纸的生产过程中由于加入了多种化学物质，其废水有一定的特殊性，但是对于高档卷烟纸生产过程中所产生废水的处理方法鲜见报道，研究该类废水的特点及其处理工艺对这一行业的发展有重要意义。
广东省江门市某纸业有限公司是专门生产高档卷烟纸的合资企业，公司主要业务是生产和销售高档卷烟用纸。公司有两条生产线，一条生产卷烟纸(CP)，一条生产高透成型纸(PPW)。第一条生产线废水排放量大(2000～3000m3/d)，CODCr在88～230mg/L之间，由于生产过程中加入阳离子淀粉等物质，废水的可生化性良好。第二条生产线废水排放量小(0～1500m3/d)，CODCr在40～130mg/L之间，但是由于加入了PVA等难生物降解的物质，废水较难生化处理。废水中含有大量微小悬浮物、短纤维和胶体物质。但两条生产线的生产原料都是商品浆板，污染比传统造纸行业少。公司原有一套污水处理设施，主要工艺流程为加聚合氯化铝(PAC)混凝后经聚丙烯酰胺(PAM)助凝沉淀后外排，出水的TSS达标，但CODCr远不达标，需要进行工艺改进。曝气生物滤池(BAF)近年来发展迅速，是一种高效经济的生化处理手段，BAF虽然在烟草以及造纸行业的废水中应用较多[2-3]，但是在高档卷烟纸生产废水处理上的应用还未见报道。本实验结合该废水的特点，采用中试规模的BAF进行处理，研究BAF对该类废水的处理效果及其稳定性。
1.实验
1.1 水处理工艺与水质
废水处理工艺流程如图1所示。两条生产线所排放的废水分别排入调节池与浓浆池，为减轻混凝反应处理的负担，浓浆池废水不定时地以1∶10左右的比例混合至调节池经再次调节后进行处理，虽经稀释，但是此时的废水单经混凝沉淀处理难以达标排放。

工艺进出水水质以及排放标准如表1所示，要求处理出水达到广东省地方标准《水污染物排放限值(DB44/26—2001)》第二时段一级排放标准。

由表1可以看出，原厂工艺的混凝沉淀对TSS有良好的去除作用，去除率达95%，而且出水的色度也很低，但是对于CODCr，混凝工艺仅能达到15%左右的去除率，出水CODCr远不能达标。废水进水的CODCr波动性大，出水TSS低。为了有效地去除废水中的CODCr、BOD5等污染物，中试选用BAF对混凝沉淀出水进行后续处理，以期取得良好的CODCr去除效果，并对TSS进一步处理。
1.2 试验装置与流程
生化处理装置的主体选用BAF装置，如图2所示。装置由UPVC管材制成，反应器为圆柱形，高度2.0m，直径0.2m，有效容积55L。内装陶粒作为填料，陶粒直径3～5mm，孔隙率50%，采用上向流方式进水，滤板和滤头布水，压缩空气机曝气，气水比为(4～5)∶1，采用气水联合反冲洗，反冲洗时间为10min，反冲洗频率根据出水水质确定。

混凝出水流入贮水箱，再由下自上流入BAF，经BAF处理后流入出水收集箱，然后排出，出水收集箱中的水作为反冲洗水的水源。
1.3 分析方法
CODCr、BOD5、TSS、色度均采用国家标准方法检测分析，pH值采用雷磁pH计测定。
2.结果与讨论
2.1 BAF的挂膜与启动
采用工厂的混凝沉淀出水为BAF的进水进行挂膜，同时加入适量葡萄糖与磷(葡萄糖加入量为500mg/L，并使池中的m(C)∶m(N)∶m(P)约为100∶5∶1)。闷曝1天后，以5L/h开始连续进水，在BAF的CODCr去除率达到80%左右的情况下，在挂膜第3天就提高流量到10L/h，每天分4次检测挂膜驯化阶段曝气生物滤池的进出水水质，取所有检测数据的平均值，结果如表2所示。

由表2可知，BAF对该废水的适应性强，处理效果好，挂膜时间可以在4～5d完成。此时BAF的CODCr去除率已经高于70%，可以认为其挂膜驯化已经成功，进入废水的试验阶段。
2.2 BAF的水力负荷对其处理能力的影响
研究表明，BAF内滤层高度对反应器的工作性能有着很大的影响，并在一定程度上决定了工程的基建投资和运行管理的难易程度，同时，气水比、水力负荷、CODCr负荷是影响BAF处理能力的重要因素，BAF内填料层的高度选择应结合污水水质以及BAF的水力负荷来综合确定。为了更准确地确定滤料层高度，为实际工程提供指导意义，在中试试验中以水力负荷作为主要参数来研究BAF对该废水的处理能力。水力负荷是指单位时间内通过BAF单位面积的流量，比BAF的停留时间更为精确。
图3表明，进水经过混凝沉淀处理，TSS不高，在25～36mg/L之间，BAF可以保持良好的工作性能，且只需较低的反冲洗频率(12～15天反冲洗1次)，TSS去除率可达到71%以上，出水的TSS在10mg/L以下。但是随着水力负荷的增大，TSS的去除率呈下降趋势，这是因为BAF对TSS的去除主要依靠滤料的物理截留作用和微生物的吸附作用，随着水力负荷的增大，BAF上升流速加快，生物膜和滤料对悬浮物的接触时间减少，单位时间内有更多的悬浮物通过滤料层并使得出水悬浮物增加，TSS的去除率下降。

CODCr的去除效果见图4，由图4可知，BAF的水力负荷为0.30～0.83m3/(m2.h)时，CODCr去除效率为75%～80%，去除率上升缓慢，其主要原因是此时的进水流量小，营养物并不十分充足，BAF未达到高效的工作状态；当负荷提高到1m3/(m2.h)时，CODCr去除率达到85%以上，这一方面是水中营养物质的逐渐充足使BAF中的微生物代谢加快，BAF处于高效的工作状态；另外，提高流量，提高了上升流速，在一定程度上使气、水进行极好地均分，促进了陶粒表面微生物的更新换代，也一定程度上提高了CODCr去除效率。当水力负荷达到1.27～1.70m3/(m2.h)时，由于负荷较高，CODCr去除效率下降，只能达到60%～70%左右，出水CODCr约为50～75mg/L。另外，在此期间，BOD5变化范围不大，在13～18mg/L之间，进出水的pH值变化范围不大，保持在6～9之间，色度稳定在2倍以下。

由此可以得到BAF处理此类废水的最佳运行参数：BAF水力负荷1m3/(m2.h)，此时CODCr去除率可以达到85%，出水CODCr在40mg/L左右，TSS小于10mg/L，这2项指标达到生活杂用水的回用标准。
2.3 BAF的抗冲击负荷试验
高档卷烟纸生产过程中需要添加多种化学药剂，如瓜尔胶、PVA、消泡剂、乙二醛等[1，7]，这部分废水水量小，但处理难度大。工厂将此部分废水分流排到了浓浆池中(CODCr约3000mg/L左右)，浓浆池的污水不定时以1∶10的比例与原调节池的废水稀释后再进行处理，但是此时处理难度加大，因此需要在BAF运行的最佳表面负荷下考察添加浓浆池废水时BAF的处理能力。连续1周向调节池以1∶10的比例加入浓浆池废水，研究BAF对CODCr的处理效果，结果如图5所示。在此期间BAF的反冲洗频率为2～3天1次。

由图5可以看出，当浓浆池废水与调节池废水混合后，经过混凝沉淀工艺后废水的CODCr在220～320mg/L之间，远远不能达到排放标准的要求。BAF对混有浓浆池的浓废水有一个明显的适应过程。初期，CODCr去除率一直下降，此阶段对BAF内的微生物是一个驯化的阶段；经过短时间的适应后，CODCr去除率缓慢上升，保持在80%左右，出水CODCr在80mg/L以下。虽然BAF进水的水质波动性比较大，但是出水的CODCr均能保证稳定在一个较低的水平，说明BAF对该类废水短期内承受高负荷冲击的能力比较强，BAF和工厂的混凝沉淀工艺结合能使出水达到广东省地方排放标准。
3.结语
3.1 BAF处理混凝沉淀后的高档卷烟纸生产废水时的最佳水力负荷为1m3/(m2.h)，CODCr去除率可达到85%，出水CODCr在40mg/L左右，TSS在10mg/L以下，可达到广东省地方排放标准，基本达到生活杂用水标准。
3.2 当浓浆池废水与原调节池废水以1∶10混合时，BAF仍能保持高性能，CODCr去除率仍在80%左右。混凝沉淀+BAF是一种既高效又稳定的处理高档卷烟纸生产废水的方法。