棉漿粕黑液廢水處理技術(shù)

在我國化纖漿粕生產(chǎn)中主要以棉短絨制成棉漿作為各種纖維產(chǎn)品的原材料，而在漿粕車(chē)間生產(chǎn)棉漿過(guò)程中產(chǎn)生大量黑液，具有COD高、色度高、黏度大、呈強堿性且難降解的水質(zhì)特點(diǎn)。

目前已經(jīng)研究的棉漿粕黑液處理及脫色技術(shù)包括Fenton試劑氧化法、酸析法、生化法、濕式空氣氧化法、鼓泡脫色法等，但是所處理黑液大多為稀黑液，其COD一般在3 000~14 000 mg/L，而且各種方法均存在不足之處。筆者主要根據新疆某纖維有限公司所排廢水為研究對象，針對該廠(chǎng)漿粕車(chē)間黑液排水COD高（最高可達21 800 mg/L）且排水不穩定的特點(diǎn)，以及漿粕車(chē)間中段水和紡絲車(chē)間黏膠廢水水質(zhì)特點(diǎn)，針對性地做了以黑液為處理對象的電化學(xué)-絮凝試驗，以黑液和黏膠廢水混合液以及三種廢水混合液為處理對象的混凝沉淀試驗，還有以黑液和中段水混合液為處理對象的生化處理中試試驗。通過(guò)不同小試和中試試驗，研究處理該廠(chǎng)棉漿黑液的有效方法并確定出最佳處理工藝。

1 廢水來(lái)源及性質(zhì)
 
該纖維廠(chǎng)漿粕車(chē)間主要生產(chǎn)工藝是將經(jīng)打碎和分離后的棉短絨傳送至蒸球中，加入堿液并在高溫高壓條件下進(jìn)行脫絨，其中排出的蒸煮液即為黑液，將脫絨后的原料進(jìn)行濃縮和過(guò)濾，其間排水即為中段水，再將過(guò)濾雜質(zhì)后的原料進(jìn)行漂白（包括酸洗和堿洗），再通過(guò)重力圓網(wǎng)濃縮機將濃縮后的薄片狀漿粕為原料送至其他生產(chǎn)車(chē)間。在紡絲車(chē)間里，黏膠纖維在生產(chǎn)的過(guò)程中，堿溶液中纖維素磺酸酯在酸浴中分解成再生纖維素纖維，其間排出的廢水為黏膠酸性廢水。

黑液臭味濃、堿性大、色度高、COD高且難降解，其COD為9 000~21 800 mg/L，pH為12~14；中段水COD低，范圍在500~1 000 mg/L，偏弱酸性或中性；而黏膠廢水COD較中段水高，范圍在1 000~1 300 mg/L，強酸性，pH為1~2。

2 電化學(xué)-絮凝試驗
 
試驗廢水采用新疆某纖維廠(chǎng)漿粕車(chē)間未經(jīng)處理的蒸煮原黑液，電解所用電源為WYJ-10A/30V直流穩壓穩流電源，混凝所用攪拌器為HJ-6型多頭磁力攪拌器，pH測定采用pHS-3C型酸度計，陽(yáng)極板為RuO2-Ti，大小為2 cm×4 cm；陰極板為不銹鋼，大小為2 cm×4 cm。

取900 mL黑液于塑料燒杯中，加鹽酸調節pH至3，將陰陽(yáng)極板分別用銅線(xiàn)連接至直流穩壓穩流電源，并用鐵架臺以間距5 cm固定在黑液中，通以 15 V的恒定電壓。在電解1 h后做預處理，即加入200 mg/L的聚合氯化鋁和3 mg/L的聚丙烯酰胺于磁力攪拌器上進(jìn)行混凝沉淀，靜置30 min后將上清液倒出繼續電解3 h，每30 min取上清液分別測定一次COD以及色度。試驗結果如表 1所示。

表 1 黑液處理水質(zhì)分析

 黑液呈強堿性且難降解，即使加酸調節后也無(wú)法直接加藥絮凝。在試驗過(guò)程中，通過(guò)單因素法，調節黑液pH分別為2、3、4時(shí)做了小試試驗，發(fā)現當調節廢水pH=2和pH=3時(shí)，電解1 h后廢水產(chǎn)生少量絮體，而在pH=4的時(shí)候，電解1 h后無(wú)絮體產(chǎn)生。

由表 1可見(jiàn)，在調節廢水pH=3后，通過(guò)1 h電解使其破穩，再通過(guò)加藥絮凝做預處理，此時(shí)COD去除率達到46.1%，色度去除率可達90.4%；經(jīng)過(guò) 3 h電解，結合絮凝處理，最終COD去除率達到62.4%，色度去除率可達98.4%。該試驗成功實(shí)現以電解和絮凝聯(lián)合處理黑液的方式有效降低了廢水的色度，且COD去除率隨電解時(shí)間變長(cháng)而不斷增大，出水pH也隨電解時(shí)間變長(cháng)而升高。

電化學(xué)和絮凝聯(lián)合處理黑液所達到的效果，為處理黑液做了有效的引導，其中最重要的兩個(gè)因素，一是調節黑液pH≤3；二是通過(guò)電解實(shí)現廢水中高分子難降解有機物質(zhì)的脫穩和降解。但是整個(gè)處理過(guò)程中需要額外加酸調節廢水pH，同時(shí)消耗電能，因此在下面的試驗中，筆者以電化學(xué)-絮凝試驗為指導，尋找替代鹽酸調節黑液pH的物質(zhì)以及替代電解來(lái)實(shí)現難降解有機物脫穩的方法。

3 絮凝沉降試驗
 
考慮到該纖維廠(chǎng)所排酸性廢水和中段水可替代鹽酸調節黑液pH，同時(shí)對原黑液進(jìn)行稀釋?zhuān)�并且發(fā)現三種廢水經(jīng)一定比例混合后可直接加藥絮凝。

試驗廢水同樣采用該纖維廠(chǎng)漿粕車(chē)間未經(jīng)處理的黑液、該車(chē)間中段排水以及紡絲車(chē)間黏膠酸性排水，混凝所用攪拌器為HJ-6型多頭磁力攪拌器，將各廢水按照一定體積比混合進(jìn)行絮凝沉降試驗。根據上述電化學(xué)-絮凝試驗得出黑液pH≤3時(shí)可通過(guò)電解產(chǎn)生絮體，于是在這里分別做兩組試驗，組1是V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4；組2是 V（黑液）∶V（黏膠廢水）=1∶4，可調節pH在3以下，然后各加入200 mg/L的聚合氯化鋁和3 mg/L的聚丙烯酰胺在磁力攪拌器上做絮凝沉降試驗。試驗結果如表 2所示。

表 2 絮凝沉降試驗分析

 由表 2可見(jiàn)，將黑液、中段水與黏膠廢水混合后得到偏酸性混合廢水，對原黑液進(jìn)行了稀釋?zhuān)珻OD相對較低。最終通過(guò)絮凝沉降法處理混合液，其COD的去除率達40%左右，而色度去除率可達80%。還利用了酸析〔3〕的原理，在加入黏膠酸性水后，混合液產(chǎn)生了少量的絮體，但絮體較輕漂浮在廢水表層，通過(guò)加入絮凝劑可形成大的絮體并迅速沉降。

4 生化處理現場(chǎng)中試試驗
 
試驗廢水采用漿粕車(chē)間未經(jīng)處理的黑液、中段水以及紡絲車(chē)間黏膠酸性排水，試驗方法是：按 V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合作為原廢水，通過(guò)加藥絮凝沉降后，經(jīng)過(guò)調節池調節廢水pH，再經(jīng)過(guò)水解酸化池-好氧池-二沉池。其中活性污泥取自新疆某造紙廠(chǎng)廢水處理的生化池并經(jīng)過(guò)馴化。整個(gè)試驗過(guò)程中水解酸化池和好氧池停留時(shí)間均為16 h。試驗結果如表 3所示。

 由表 3可見(jiàn)，三種廢水的混合液在整個(gè)系統處理過(guò)程中，混合廢水經(jīng)加藥絮凝后COD去除率達37%~45%，COD最終去除率達到70%以上。好氧池出水COD 均在300 mg/L以下，滿(mǎn)足二級排放標準。

5 工藝優(yōu)化
 
綜合考慮以上試驗的處理效果和實(shí)際成本，要盡量在達到較好處理效果的同時(shí)相應降低水處理成本。鑒于電化學(xué)法單獨處理黑液成本過(guò)高，在這里選擇V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合進(jìn)行處理�；旌虾髲U水被稀釋?zhuān)珻OD大大降低，運用混凝沉淀方法COD去除率可達37%~45%，因此選擇以“調節+混凝沉淀工藝+pH調節”為預處理方式。最終經(jīng)過(guò)好氧處理后，COD去除率可達70%，由于該纖維廠(chǎng)位于離沙漠較近的地帶，而人工濕地可作為生物處理后的深度處理，其COD去除率一般在80%以上。因而在主體工藝的選擇上，采用水解酸化-好氧處理，將沉淀后的出水經(jīng)在建管網(wǎng)輸送到沙漠后，再進(jìn)行人工濕地（潛流+表流）處理后進(jìn)入水景塘，利用該水源在沙漠邊緣再造一片綠洲。工藝流程如圖 1所示。

 圖 1 優(yōu)化的工藝流程

6 討論與結論
 
（1）通過(guò)電解-絮凝可實(shí)現對純黑液的有效脫色，其中需要加入鹽酸調節廢水pH至3左右，最終COD去除率可達到62.4%，色度去除率可達98.4%。該方案由于需要消耗大量電能及酸，處理成本偏高。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）考慮到黑液COD高，在強堿性下難降解的特性，采取與COD較低的中段水以及強酸性的黏膠廢水混合達到稀釋和調酸的目的，通過(guò)“以廢治廢”節省了額外投加酸的成本，并在此可直接加入藥劑進(jìn)行絮凝沉淀預處理，其對COD的去除率達到40%，色度去除率可達80%，出水可經(jīng)調節池中和后進(jìn)入生化池，該方案運行成本低且所采用的工藝成熟、操作運行簡(jiǎn)單可靠。

（3）在生化中試試驗中，通過(guò)按V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合，經(jīng)絮凝沉淀后調節pH至中性再進(jìn)入水解酸化池和好氧池，最終去除率可達70%，出水滿(mǎn)足二級排放標準。

綜合三種試驗處理效果分析，可得出該廠(chǎng)黑液最佳處理工藝，通過(guò)V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合，將黑液水、中段水、酸性廢水按照比例混合后可先進(jìn)行以“調節+混凝沉淀工藝+pH調節”的預處理，再進(jìn)行水解酸化、好氧處理后經(jīng)在建管網(wǎng)輸送到沙漠，再進(jìn)行人工濕地（潛流+表流）處理，最終排水可以滿(mǎn)足國家二級排放標準。筆者通過(guò)試驗室小試及現場(chǎng)中試試驗優(yōu)化了該類(lèi)廢水的處理工藝，為該類(lèi)廢水的處理提供了一定的參考。