工艺在造纸废水处理中的应用
丘治平
广东粤绿环境工程中心,广东 广州
丘治平
广东粤绿环境工程中心,广东 广州
摘 要：采用水解酸化-好氧(A/O)工艺处理东莞某企业的造纸废水。实际运行情况表明:该工艺具有抗冲击性,避免了污泥膨胀,活性污泥混合液浓度达3000~5000mg/L,系统CODCr和BOD5的去除率均在90%以上,处理效果良好,各项出水指标符合广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)中第二时段一级排放标准。
关键词：水解酸化;造纸废水;脉冲布水器;可变微孔曝气
随着社会科技文化事业的发展,人们对纸的需求量日益增大。为满足市场需求,东莞某企业在当地投资兴建涂布白纸板生产线,年产涂布白纸板18万吨,主要原料采用商品木浆和废新闻纸。该生产线在生产过程中排出大量工业废水,企业严格遵守国家的环境保护政策,为其配套建设了一套污水处理设施,设计规模为20000 m3/d。造纸废水成分复杂,不仅悬浮物(SS)含量高,还含有大量纤维素、半纤维素、多糖以及生产过程中使用的天然胶联剂、合成胶联剂、高岭土、钛白粉等无机涂料,并且还有少量的分散剂、消泡剂、防腐剂等,可生化性较差。水解酸化—好氧(A/O)工艺根据厌氧微生物及好氧微生物对有机污染物的氧化代谢机理,将厌氧微生物的代谢控制在水解酸化阶段,将难生物降解的高分子复杂有机物转化为易生物降解的低分子简单有机物,改善和提高废水的可生化性,然后与不同形式的好氧工艺组合应用,从而达到有效处理难降解有机废水的目的[1-2]。目前,大多数废纸造纸厂对废水采用一级物化处理,然后直接回用。经过回用的废水CODCr较高,且大部分为可溶性CODCr,采用传统的生物处理工艺难以有效处理[3-4]。本文主要探讨水解酸化-好氧(A/O)工艺处理造纸废水的设计及调试运行过程,希望对工程人员有借鉴作用。
1、处理工艺及设计参数
1.1 处理工艺
设计进出水水质参数如表1。处理出水水质符合广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)中第二时段一级排放标准。
根据设计进水水质,确定采取以下处理方案:预处理→厌氧水解酸化→好氧生物处理。废水先经粗格栅再通过筛网过滤回收纸浆纤维,然后再经混凝沉淀处理,进一步除去悬浮物和部分CODCr、BOD5。
造纸废水中含有较多木质素、纤维素等难以被好氧微生物降解的有机物质,其BOD /COD值较低,可生化性较差, CODCr去除率要达到90%以上,仅采用好氧生化处理是不够的。同时,由于好氧生化处理容易出现污泥膨胀现象,使污泥沉降性变差,会影响其处理效果[5]。
在好氧生化处理前增加水解酸化工艺,可将造纸废水中难生物降解的大分子有机物转化为易生物降解的小分子有机物,改善污水的可生化性,同时去除部分CODCr、BOD5和降低废水的色度。即使不能大幅度降低废水的CODCr,由于分子结构已发生改变,也可使其在好氧条件下去除[6]。在水解酸化阶段, CODCr和BOD5等污染物得到部分去除,减轻了后续处理单元的负担。水解酸化阶段不需供氧,还可以节省能源,降低运行费用。废水经过水解酸化处理后,可抑制丝状菌的大量生长,防止污泥膨胀。废水经水解酸化处理后直接进入好氧池进行好氧生化处理,由离心鼓风机向好氧池内鼓风曝气,为好氧微生物的新陈代谢提供氧气。好氧池的出水进入二沉池进行固液分离,沉降的污泥大部分回流到水解酸化池,剩余污泥则排至污泥浓缩池,经浓缩处理后送入带式脱水机进行脱水处理,泥饼外运处理。废水处理工艺流程见图1。
造纸废水中含有较多木质素、纤维素等难以被好氧微生物降解的有机物质,其BOD /COD值较低,可生化性较差, CODCr去除率要达到90%以上,仅采用好氧生化处理是不够的。同时,由于好氧生化处理容易出现污泥膨胀现象,使污泥沉降性变差,会影响其处理效果[5]。
在好氧生化处理前增加水解酸化工艺,可将造纸废水中难生物降解的大分子有机物转化为易生物降解的小分子有机物,改善污水的可生化性,同时去除部分CODCr、BOD5和降低废水的色度。即使不能大幅度降低废水的CODCr,由于分子结构已发生改变,也可使其在好氧条件下去除[6]。在水解酸化阶段, CODCr和BOD5等污染物得到部分去除,减轻了后续处理单元的负担。水解酸化阶段不需供氧,还可以节省能源,降低运行费用。废水经过水解酸化处理后,可抑制丝状菌的大量生长,防止污泥膨胀。废水经水解酸化处理后直接进入好氧池进行好氧生化处理,由离心鼓风机向好氧池内鼓风曝气,为好氧微生物的新陈代谢提供氧气。好氧池的出水进入二沉池进行固液分离,沉降的污泥大部分回流到水解酸化池,剩余污泥则排至污泥浓缩池,经浓缩处理后送入带式脱水机进行脱水处理,泥饼外运处理。废水处理工艺流程见图1。
1.2 设计参数
工程的主要构筑物及设计参数见表2。
工程的主要构筑物及设计参数见表2。
1.3 工艺特点
由于废水的纤维含量高,预处理采用斜筛,在运行中回收纤维的效果良好,再加上初沉池降低了后续工序负荷。
水解酸化池采用自动高效脉冲布水器进行布水。自动高效脉冲布水器利用虹吸管中快速流动的水将主管道中的空气带走,使主管道内形成一定的真空度,在管道内外大气压的作用下脉冲罐中的水瞬间冲入主管道,对水解酸化池池底形成冲击搅拌。由于水流速度很快,布水能在短时间内完成,达到脉冲的效果,搅起池底的污泥,使厌氧污泥与污水充分混合,厌氧微生物与污水中的有机物得以充分接触。该布水器具有以下优点:①结构简单,不需复杂设备,整个脉冲布水过程全靠水力自动完成,维护管理方便;②能耗低,效率高,除提升来水外无需其他的动力;③配水均匀,水力搅拌效果好;④采用优质不锈钢材质制作,使用寿命长等。
好氧池采用可变微孔下垂式曝气装置,该装置是一种更为理想的溶氧效率高、检修方便、操作可靠的曝气装置。空气支管安装在池体水面以上避免与污水接触,不易被腐蚀。曝气器再通过连接管与空气支管相连接。检修时,只需将要检修的曝气器连同连接管从空气支管上取下,把曝气器从水中提上来即可进行检修、更换,无需排掉池中污水。曝气管悬挂在连接管上,停留在水深4 ~5m处,气泡在其表面逸出时,直径约为50μm。如此微小的气泡使得氧气与废水接触面积增大,提高了氧气的传送效率。与其他曝气装置相比,该曝气装置具有以下优点:①曝气效果好;②检修方便,维护简单;③不易被腐蚀,使用寿命长等。
污水回用,本工程二沉池的出水部分经过砂滤池处理后直接回用,污水回用率达到60% (Qr=12000 m3/d),为企业节约了大量生产用水,创造了巨大的经济效益。
2、调试及运行情况
生化系统的接种和驯化
调试初期为了进行培菌和驯化,生化系统进水量应小于设计值,可按设计流量的30% ~40%启动运转。在生化系统微生物量增加到一定浓度时,流量可以提高至60% ~80%,待出水效果达到设计要求时,即可提到至设计流量。调试初期使用该企业一期工程污泥浓缩池生化污泥(含水率97%左右)进行接种,用回流污泥泵提升到水解酸化池、好氧池,每天投加80m3,连续投加12d。12d后用显微镜对好氧池的污泥进行镜检,污泥内已形成菌胶团发现钟虫、累枝虫等纤毛类原生动物,污泥已具有较好的凝聚、沉降能力。水解酸化池的填料上污泥开始挂膜,之后逐步增加水量,并且继续投加一定量的面粉、尿素、磷肥。由于接种污泥取自一期工程,微生物对中段废水已经适应。经过一个半月的调试运行,水解酸化池内培养出大量高浓度的厌氧污泥,好氧池的污泥沉降比SV达到18%,污泥呈黄褐色偏红,开始满负荷连续进水。再经一个多月的调试,好氧池内混合液污泥浓度达到5000mg/L,好氧池的出水水质在不加药的情况下可稳定达到设计要求。
2.1 工程运行效果
经过三个多月的调试运行,各个处理单元均已处于正常运行状态,验收时处理水量达到21000 m3/d。在超过设计规模的情况下,出水仍然能稳定达标,证明了水解酸化—好氧工艺具有抗冲击性能的特点。工程经当地环境监测站监测验收,综合运行监测结果见表3。
2.2 工程投资及运行费用
工程总投资1707·9万元,电耗0·416元/m3。废水处理厂定员12人,月工资按800元/(月·人)计,电费按0·65元/(kW·h)计,污水处理厂日常直接运行费用0·647元/m3,不包括折旧费和维修费。直接运行费用估算见表4。
由于废水的纤维含量高,预处理采用斜筛,在运行中回收纤维的效果良好,再加上初沉池降低了后续工序负荷。
水解酸化池采用自动高效脉冲布水器进行布水。自动高效脉冲布水器利用虹吸管中快速流动的水将主管道中的空气带走,使主管道内形成一定的真空度,在管道内外大气压的作用下脉冲罐中的水瞬间冲入主管道,对水解酸化池池底形成冲击搅拌。由于水流速度很快,布水能在短时间内完成,达到脉冲的效果,搅起池底的污泥,使厌氧污泥与污水充分混合,厌氧微生物与污水中的有机物得以充分接触。该布水器具有以下优点:①结构简单,不需复杂设备,整个脉冲布水过程全靠水力自动完成,维护管理方便;②能耗低,效率高,除提升来水外无需其他的动力;③配水均匀,水力搅拌效果好;④采用优质不锈钢材质制作,使用寿命长等。
好氧池采用可变微孔下垂式曝气装置,该装置是一种更为理想的溶氧效率高、检修方便、操作可靠的曝气装置。空气支管安装在池体水面以上避免与污水接触,不易被腐蚀。曝气器再通过连接管与空气支管相连接。检修时,只需将要检修的曝气器连同连接管从空气支管上取下,把曝气器从水中提上来即可进行检修、更换,无需排掉池中污水。曝气管悬挂在连接管上,停留在水深4 ~5m处,气泡在其表面逸出时,直径约为50μm。如此微小的气泡使得氧气与废水接触面积增大,提高了氧气的传送效率。与其他曝气装置相比,该曝气装置具有以下优点:①曝气效果好;②检修方便,维护简单;③不易被腐蚀,使用寿命长等。
污水回用,本工程二沉池的出水部分经过砂滤池处理后直接回用,污水回用率达到60% (Qr=12000 m3/d),为企业节约了大量生产用水,创造了巨大的经济效益。
2、调试及运行情况
生化系统的接种和驯化
调试初期为了进行培菌和驯化,生化系统进水量应小于设计值,可按设计流量的30% ~40%启动运转。在生化系统微生物量增加到一定浓度时,流量可以提高至60% ~80%,待出水效果达到设计要求时,即可提到至设计流量。调试初期使用该企业一期工程污泥浓缩池生化污泥(含水率97%左右)进行接种,用回流污泥泵提升到水解酸化池、好氧池,每天投加80m3,连续投加12d。12d后用显微镜对好氧池的污泥进行镜检,污泥内已形成菌胶团发现钟虫、累枝虫等纤毛类原生动物,污泥已具有较好的凝聚、沉降能力。水解酸化池的填料上污泥开始挂膜,之后逐步增加水量,并且继续投加一定量的面粉、尿素、磷肥。由于接种污泥取自一期工程,微生物对中段废水已经适应。经过一个半月的调试运行,水解酸化池内培养出大量高浓度的厌氧污泥,好氧池的污泥沉降比SV达到18%,污泥呈黄褐色偏红,开始满负荷连续进水。再经一个多月的调试,好氧池内混合液污泥浓度达到5000mg/L,好氧池的出水水质在不加药的情况下可稳定达到设计要求。
2.1 工程运行效果
经过三个多月的调试运行,各个处理单元均已处于正常运行状态,验收时处理水量达到21000 m3/d。在超过设计规模的情况下,出水仍然能稳定达标,证明了水解酸化—好氧工艺具有抗冲击性能的特点。工程经当地环境监测站监测验收,综合运行监测结果见表3。
2.2 工程投资及运行费用
工程总投资1707·9万元,电耗0·416元/m3。废水处理厂定员12人,月工资按800元/(月·人)计,电费按0·65元/(kW·h)计,污水处理厂日常直接运行费用0·647元/m3,不包括折旧费和维修费。直接运行费用估算见表4。
3、结 论
采用水解酸化-好氧工艺为主体的组合工艺处理造纸废水是成功的,该工艺操作管理方便,既有传统活性污泥法抗水量、水质负荷冲击的优点,又有能耗低的优点,运行稳定不产生污泥膨胀,出水水质可达到广东省地方排放标准。还有超过60%的出水被回用,节约了水资源,符合循环型经济建设要求。
参考文献
[1] 钱易·现代废水处理新技术[M].北京:中国科学技术出版社.1993:175-178.
[2] 王凯军,许晓鸣,郑元景.水解-好氧生物处理工艺应用实例[J].环境工程. 1991, 9(4): 1-2.
[3] 万金泉,马邕文,王艳,等. OCC制浆造纸废水封闭循环应用研究[J].中国造纸,2003(12): 22.
[4] 万金泉,马邕文.废纸造纸及其污染控制[M].北京:中国轻工业出版社,2004: 42-78.
[5] 徐华.草浆中段废水混凝沉淀-厌氧-好氧生物处理的工艺研究[J].给水排水,1999, 25(1): 44-46.
[6] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998: 16-54.
采用水解酸化-好氧工艺为主体的组合工艺处理造纸废水是成功的,该工艺操作管理方便,既有传统活性污泥法抗水量、水质负荷冲击的优点,又有能耗低的优点,运行稳定不产生污泥膨胀,出水水质可达到广东省地方排放标准。还有超过60%的出水被回用,节约了水资源,符合循环型经济建设要求。
参考文献
[1] 钱易·现代废水处理新技术[M].北京:中国科学技术出版社.1993:175-178.
[2] 王凯军,许晓鸣,郑元景.水解-好氧生物处理工艺应用实例[J].环境工程. 1991, 9(4): 1-2.
[3] 万金泉,马邕文,王艳,等. OCC制浆造纸废水封闭循环应用研究[J].中国造纸,2003(12): 22.
[4] 万金泉,马邕文.废纸造纸及其污染控制[M].北京:中国轻工业出版社,2004: 42-78.
[5] 徐华.草浆中段废水混凝沉淀-厌氧-好氧生物处理的工艺研究[J].给水排水,1999, 25(1): 44-46.
[6] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998: 16-54.
