造紙廢水的分段處理技術(shù)

摘要：分析了造紙廢水的來(lái)源，重點(diǎn)闡述了造紙廢水分段處理的方法和工藝流程，強調了不同階段廢水的不同治理方法，具有節約資源，投資少，見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)。
　　
關(guān)鍵詞：造紙廢水 生物—物理化學(xué)法 減法 木質(zhì)素

一、概述
　　
造紙廢水是我國主要的工業(yè)污染源之一。我國造紙業(yè)多采用草桿、木漿等作為造紙原料。造紙廢水成分復雜，可生化性差，屬于較難處理的工業(yè)廢水。制漿造紙生產(chǎn)一般有制漿、洗漿、漂白、造紙的工序組成。造紙屬于高有機廢水濃度、高懸浮物含量、難生物降解的有機污染廢水。造紙廢水的水質(zhì)因制漿種類(lèi)、造紙品種而異。若按不同的生產(chǎn)工序排出廢水水質(zhì)來(lái)看，一般地，制漿廢水（也稱(chēng)黑液）的污染最嚴重，CODCr濃度可達4000～6000mg/l；洗漿和漂白廢水，既中段廢水的污染程度次之，CODCr濃度可達2000～3000mg/l，SS 1500～2500mg/l;紙廢水即為白水，為污染較輕的廢水，主要含有細小懸浮性纖維、造紙填料和某些添加劑等，CODCr濃度為150～600mg/l，SS為500～1500mg/l。白水中的懸浮物主要是紙漿纖維組成，可以作為資源加以回收利用。
　　
二、造紙廢水的分段處理

1、生物—物理化學(xué)法處理黑液
　　
（1）廢水　試驗用的制漿黑液取自某造紙廠(chǎng)。
　　
（2）制漿黑液的處理流程
　　
（3）菌種及污泥馴化
　　
實(shí)驗用的厭氧接種污泥取自某垃圾填埋場(chǎng)的厭氧消化池。將取回的厭氧污泥混合液去除雜質(zhì)后靜置沉淀，棄去上層清液，以軟性填料作為填料進(jìn)行掛膜，將掛膜后的填料裝入厭氧反應器中。按CODCr∶N∶P=2000∶3.5∶1加入尿素及磷酸二氫鉀于黑液中，然后將黑液泵入厭氧反應器中進(jìn)行厭氧生物膜的馴化，馴化過(guò)程中逐漸增加黑液流量到滿(mǎn)負荷運行，大約35d完成馴化培養厭氧生物膜的工作。
　　
實(shí)驗用好氧活性污泥菌種取自某纖化廠(chǎng)中段廢水曝氣池活性污泥。采用制漿黑液對接種污泥進(jìn)行馴化，按CODCr∶N∶P=200∶5∶1的比例加入營(yíng)養物質(zhì)，逐漸增加黑液在曝氣混合液中的比例達到黑液濃度，馴化周期為20d。
　　
（4）處理過(guò)程
　
①酸中和黑液在進(jìn)入生物處理前采用酸中和法將黑液pH值調到4，加熱到60℃，然后沉淀，將上清液進(jìn)入下一段處理。
　　
②厭氧處理　酸中和預處理后黑液石灰水調節pH至6后，進(jìn)入厭氧反應器。反應溫度為35℃，停留時(shí)間為18h。
　　
③好氧處理　厭氧處理后的黑液直接進(jìn)入好氧處理階段，反應pH為7.2～7.5，溫度20℃～26℃，溶解氧為1.5mg/l～2.2mg/l，水力停留時(shí)間為8h
　　
④生物活性炭處理　采用圖1中流程A工藝時(shí)，則好氧處理后的出水進(jìn)入生物活性炭柱，柱子內填充已掛膜的活性炭顆粒。廢水在柱內的停留時(shí)間為5.1min�；钚蕴繏炷ぜ榜Z化約需15d。
　　
⑤化學(xué)混凝處理　采用圖1中流程B工藝時(shí)，則好氧處理后的出水進(jìn)入化學(xué)混凝處理階段。加入的混凝劑為55528。
　　
（5）處理效果及影響因素
　　
①酸中和處理過(guò)程中的影響因素
　　
黑液中CODCr濃度在1810mg/l～14500mg/l范圍內變化時(shí)，酸中和處理對CODCr的去除率影響不大，而對木質(zhì)素的去除率影響較大，CODCr濃度過(guò)高或過(guò)低都將引起木質(zhì)素去除效率的降低，當黑液中CODCr濃度為7250mg/l時(shí)，酸中和處理黑液中的木質(zhì)素去除率可達78.6%（圖2）。
　　酸中和過(guò)程的pH值從7降低到5時(shí)，黑液的CODCr和木質(zhì)素的去除率呈上升趨勢，如再繼續降低黑液的pH值，則其CODCr及木質(zhì)素去除率提高很緩慢。因此，考慮到降低pH值既能提高酸中和處理效果，又不因酸用量的增加導致處理成本的增加，故取酸中和pH值為4～5。
　　
酸中和的過(guò)程中加熱與否對處理效果的影響見(jiàn)表1。從表1可以發(fā)現加熱雖然使出水CODCr和木質(zhì)素含量略有上升，但加熱提高了污泥的壓縮性能，是污泥顆粒大并易于沉降，上清液多。
　　
②酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理效果
　　
采用酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理制漿造紙黑液，進(jìn)入穩定運行階段后，70d的運行處理效果：在酸中和階段木質(zhì)素及CODCr的絕對去除量最大，而生物活性炭階段對木質(zhì)素及CODCr的去除效率最高。對CODCr濃度為13500mg／L及木質(zhì)素含量為5983mg／L的制漿黑液實(shí)施酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭綜合處理工藝后，出水CODCr降至390mg／L，木質(zhì)素降至46mg／L，其去除率分別為97.1%和99.2%。
　　
③酸中和-厭氧-好氧-化學(xué)混凝工藝的處理效果
　　
試驗結果表明，在厭氧-好氧生物處理后再進(jìn)行化學(xué)混凝處理能有效去除黑液中殘余的木質(zhì)素，其去除率達82.1%，但對黑液中CODCr的去除效果不明顯。黑液處理后，CODCr從14500mg／L下降至1403mg／L。比較制漿黑液厭氧和好氧處理中木質(zhì)素的降解效果后發(fā)現，厭氧處理比好氧處理對木質(zhì)素的生物降解更為有利，前者能夠降解木質(zhì)素約47.0%，后者僅能使木質(zhì)素降解。
　　
（6）小結
　　
采用酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理制漿造紙黑液，效果是很明顯的，并且不用投加混凝劑，避免了再一次對處理水的污染，但由于活性炭的成本較高，在實(shí)際中很少被采用。
　　
大部分的造紙廠(chǎng)采用厭氧-好氧生物處理后再進(jìn)行化學(xué)混凝處理。這樣一來(lái)混凝劑的選擇就很重要了，而55528是孔德忠院士發(fā)明的一種國防三防（防生物、防化學(xué)）消除劑，屬于軍事用劑，全名為55528生物戰劑消除劑，它可以作為混凝劑、消毒劑、沉淀劑，還可以調節pH、滅菌，它的除磷效果也很好，并且不會(huì )造成水體的污染。所以可以放心使用，不必擔心會(huì )對被處理造成二次污染。
　　
2、堿法草漿中段廢水生物處理
　　
（1）廢水水質(zhì)
　　
減法草漿中段廢水水質(zhì)如下：BOD5500mg／L～600mg／L，SS365mg／L～1910mg／L，COD1640mg／L～1910mg／L，色度2000，pH8～9，揮發(fā)酚1.5mg/l～2.0mg/l。
　　
（2）廢水處理工藝流程
　　
廢水首先在初沉池中去除大顆粒的懸浮物，然后進(jìn)入加速曝氣池，加速曝氣池為兩只I-O型曝氣池，它的特點(diǎn)是曝氣區在池的外圍，沉淀區中間，曝氣區上部加裝有消泡裝置。加速曝氣池出水投加硫酸鋁后，進(jìn)入加速澄清池，在加速澄清池中進(jìn)行固液分離。
在堿法草漿中段廢水生物處理過(guò)程中，從初沉池、加速曝氣池和加速澄清池來(lái)的三種污泥采用氣浮法進(jìn)行濃縮，濃縮后的浮渣用板框壓濾機進(jìn)行干化，壓濾渣和煤混合做燃料。
　　
（3）曝氣池活性污泥的馴化培養
　　
①恢復活性階段　來(lái)自某印染廠(chǎng)的干污泥運到廢水處理站以后將其調稀，然后用泵送入第一只曝氣池，并加清水150t，磷酸二氫鉀500g，進(jìn)行鼓風(fēng)悶曝，并定時(shí)加入糞水，控制氨氮在100mg／l～150mg／l，溶解氧3mg／l～4mg／l，逐步恢復干污泥的活性。鏡檢中出現了草履蟲(chóng)、豆形蟲(chóng)、滴蟲(chóng)和鐘蟲(chóng)等。
　　
②馴化階段　完成恢復干污泥活性后，采用配水方法進(jìn)行馴化，逐步提高造紙廢水的進(jìn)水比例，使活性污泥逐漸適應堿法草漿的廢水水質(zhì)。溶解氧一般控制在2.5mg／l～6.0mg／l之間，氨氮維持在來(lái)水平，有時(shí)偏高一些。
　　
③培養階段　馴化后的活性污泥進(jìn)行培養，以增加活性污泥的濃度。廢水由間斷進(jìn)水改為連續進(jìn)水，操作條件基本不變。其間換水兩次，第一次在11d后進(jìn)行，先將鼓風(fēng)機、攪拌葉輪停止運轉，靜止3h～4h后，將上面廢水抽去130t，然后恢復正常運轉。間隔5d后進(jìn)行第二次換水，換去上面廢水100t，進(jìn)行悶曝幾小時(shí)后恢復正常運行。15d后基本上完成了第一只曝氣池的活性污泥培養工作。污泥沉降體積在75%～80%左右，鏡檢有大量菌膠團和原生動(dòng)物。把第一只曝氣池的混合液一分為二，一半泵入第二只曝氣池，然后兩只池繼續同時(shí)培養，約過(guò)8d～10d時(shí)間，就達到了預期的污泥量，此時(shí)進(jìn)水量亦逐步增加到40t/h左右
　　
（4）曝氣池運行條件
　　
①由于制漿造紙系統排放的廢水是間斷的，因此，廢水水質(zhì)變化幅度很大，這對廢水的生物處理是不利的。為了保持進(jìn)水水質(zhì)的穩定，通過(guò)測定廢水的高錳酸鉀耗氧量來(lái)進(jìn)行水質(zhì)的調配，使廢水的高錳酸鉀耗氧量控制在700mg／l～800mg／l之間，相當于進(jìn)水BOD5在500mg／l～600mg／l之間。
　　
②曝氣池的溶解氧是一個(gè)非常重要的條件。溶解氧過(guò)高，微生物自身氧化，活性污泥細碎。同時(shí)空氣量大，曝氣強度大，廢水中產(chǎn)生大量泡，造成消泡困難，廢水處理順利進(jìn)行。溶解氧過(guò)低，活性污泥得不到足夠的氧，造成污泥活性下降。在此工藝中，采用曝氣盤(pán)曝氣，曝氣盤(pán)曝氣的優(yōu)點(diǎn)在于不留死角，曝氣池的每個(gè)角落，都能充分得到氧。

③一般進(jìn)水pH在8～9之間，生物處理后，曝氣池出水pH為7.0～7.5，所以正常情況下，不需調節pH值。
　　
④營(yíng)養鹽對生物處理的影響表現在對活性污泥性能的改善。由于廢水中含有微量的氮和磷，因此在一段時(shí)間內不加營(yíng)養鹽也能取得較好的去除效果，但隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，污泥指數上升，活性污泥結構松散，這時(shí)如添加營(yíng)養鹽，污泥指數即下降，污泥濃度增加，但處理效果不變。因此根據具體情況采用間斷或連續施加營(yíng)養鹽。
　　
⑤溫度對活性污泥的活性影響很大。I-O型曝氣池在冬季一般保持在7℃～10℃之間，這時(shí)廢水處理效果較差，當溫度下降到9℃以下時(shí)，BOD5去除率降低50%。如果冬季用冷凝水（35℃～40℃）保溫，使曝氣池曝氣區維持在12℃以上�；�本上不影響處理效果。溫度對處理效果的影響如表2。
　　
（5）運行效果
　　
在1980年4月～6月的穩定條件的運行效果見(jiàn)表3。由表可見(jiàn)堿法草漿中段廢水生物處理效果是令人滿(mǎn)意的。
　　
3、使用物理方法對白水進(jìn)行處理
　　
白水中的SS主要由紙漿纖維組成，可以作為資源加以回收利用。白水單獨處理后出水CODCr濃度為80～120mg/l，SS為100mg/l以下，可以重新回用到紙生產(chǎn)用于沖網(wǎng)、沖毯等，白水處理分離的纖維回收利用。
　　
我國造紙廢水處理回用已有二十余年的歷史，技術(shù)成熟、使用可靠。白水處理的技術(shù)措施主要是機械物理分離和物理化學(xué)處理。如在造紙車(chē)間設置壓力篩、振動(dòng)篩、盤(pán)片過(guò)濾等設備，兼具纖維回收和白水處理。
　　
在工程上，通常采用溶氣氣浮等，氣浮裝置一般采用傳統的深槽氣氣浮或者高效淺層氣浮。在采用清濁分流生產(chǎn)回用技術(shù)路線(xiàn)時(shí)應進(jìn)一步拓寬回用水的用途。例如，白水處理后不僅用于紙機的沖網(wǎng)、沖毯等，同時(shí)還可以根據不同的情況，用于碎漿、調漿、制漿噴淋平衡水等，以實(shí)現最大限度的利用水資源。

三、總結
　　
（1）在厭氧-好氧生物處理后再進(jìn)行化學(xué)混凝處理能有效去除黑液中殘余的木質(zhì)素，其去除率達82.1%，但對黑液中CODCr的去除效果不明顯。黑液處理后，CODCr從14500mg／L下降至1403mg／L。
　　
（2）酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理制漿造紙黑液，在酸中和階段木質(zhì)素及CODCr的絕對去除量最大，而生物活性炭階段對木質(zhì)素及CODCr的去除效率最高。
　　
（3）比較制漿黑液厭氧和好氧處理中木質(zhì)素的降解效果后發(fā)現，厭氧處理比好氧處理對木質(zhì)素的生物降解更為有利，前者能夠降解木質(zhì)素約47.0%，后者僅能使木質(zhì)素降解。
　　
（4）造紙中段廢水成分復雜，在實(shí)際深度處理中，很難斷言采用哪一種方法最好，因此在選擇處理工藝時(shí)，應先充分考慮各種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)根據實(shí)際技術(shù)水平和生產(chǎn)狀況，在不同的條件下對技術(shù)和濟進(jìn)行比較。
　　
（5）55528可以作為混凝劑、消毒劑、沉淀劑，還可以調節pH和滅菌，它的除磷效果也很好，并且不會(huì )造成水體的污染。 來(lái)源：水工業(yè)市場(chǎng)雜志 作者: 杜芳