水解酸化-活性污泥法处理造纸中段废水试验.pdf

水解酸化- 活性污泥法处理造纸中段废水试验 章北平 李 巍 陆谢娟 黄明清 邰 巍 华中科技大学环境科学与工程学院, 武汉 430074 摘要 以某公司制浆中段废水为研究对象, 针对中段废水难降解有机物浓度高的特点, 以水解酸化-活性污泥法工艺 对其进行处理研究, 重点研究了水解酸化和活性污泥段的处理参数和处理结果。 结果表明 水解酸化阶段在温度 低于 40 ℃, HRT 为10 h时, 废水中的 COD 的去除率在 34左右; 后续活性污泥法的主要工艺参数, 曝气时间为12 h, 混 合液中 DO 为4 mg L, COD 的去除率在80左右, 最终的处理结果使得 COD 出水达到国家造纸工业水污染物排放标 准 GB 3544 -2001 规定的排放标准。 但当温度高于40 ℃的时候, 整体工艺中段废水中的 COD 去除率仅为 55左右, 出水达不到排放标准。 关键词 制浆造纸中段废水 水解酸化 活性污泥法 0 引言 从20 世纪 70 年代开始, 我国就投入大量资金进 行造纸废水治理技术的研究和工程建设 ,在技术和经 济上 ,国内大中型木桨厂的造纸黑夜和白水治理都已 基本过关 。对于为数众多的万吨以下的小草浆纸厂 的污染治理,我国在“七五” 、 “八五”期间 ,组织广大科 技人员集中对以资源回收为主的综合治理技术路线 进行了认真研究 ,并已应用于生产 。然而我国对造纸 工业中段废水的治理起步较晚 , 治理力度不够 ,制浆 造纸厂的厂外综合废水治理 主要指中段废水 ,另有 部分纸机剩余白水 普及率较低。在流域限期治理中 匆忙上的一些废水处理设施, 虽说也配有二级生化处 理装置 ,但大多数存在和生产规模不配套 ,运行达不 到设计能力和设计水平, 运行费用高, 运行无法正常 而停停开开,而且中段废水排放量大,污染负荷高 ,成 分复杂 ,毒性大等特点 ; 尤其是非木材纤维一直是造 纸工业的主要原料 ; 其中麦草浆又占了大约一半, 而 草制浆造纸中段废水中主要污染物为植物纤维,污染 物浓度高,而 N 、 P 含量偏低, 可生化性很差, 处理难 度大等问题, 这也是造纸工业污染难以控制的主要 原因 [ 1] 。 1 实验用水和装置 1. 1 实验用水 实验用水取自一家制浆、造纸、热电、制水、碱回 收、 污水处理、 机械加工于一体的国家大型骨干造纸 企业。其现有 3 条造纸线, 分别以麦草 、 芦苇和木片 为原料 。公司排水主要为造纸排水 、 制浆排水 ,其造 纸排水方式 水经造纸工序循环利用后的水 ,再送制 浆车间使用 ,最后造纸部分的水混合再制浆部分的水 排到废水处理车间进行处理, 进废水车间的废水水质 为 COD 质量浓度2 000 ～ 3 000 mg L ,BOD 质量浓度 1 000 mg L以下,SS 质量浓度2 000 mg L左右 ,pH 为 7 左右 ,夏季水温 40～ 42 ℃,其他季节水温 30～ 35 ℃。 1. 2 实验工艺与装置 因为制浆中段废水的污染负荷较高 ,且可生化性 差,单独活性污泥法处理只能使其 COD 值降低 50 左右 ,因此采用单独活性污泥法处理难以使出水达标 排放 。本流程设计了水解酸化反应器对制浆中段废 水首先进行水解 ,以降解其中的木素、碳水化合物等 大分子污染物, 接着再用活性污泥法处理 ,实验室处 理流程见图 1。 进水斜网水解酸化沉淀池 污泥池 曝气池沉淀池 排水 图 1 水解酸化-活性污泥法工艺流程 2 结果和讨论 2. 1 水解酸化反应器的启动和参数选择 本实验水解酸化反应器接种污泥采用某纸业股 份有限公司污水处理厂曝气池活性污泥 ,据国内外研 究及实际工程情况表明 [ 2- 3] ,利用好氧污泥转型接种 启动厌氧反应器是可行的。将污泥量为反应器体积 1 10 的接种污泥加入反应器中, 接种后立即启动, 启 动初期,将废水稀释 1 倍,采用间歇方式进水, 开始阶 段出水混浊 , 悬浮物较多, 7 d后模拟连续进水, 并逐 步提高造纸中段废水的比例, 直至进水全部为造纸中 段废水。运行初期污泥在反应器中呈悬浮状态,随后 67 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 污泥逐渐呈絮状沉降到底部, 形成污泥层 ,且出水较 清澈透明, 在此期间, 定期测定污泥的 MLVSS 、 MLSS 及进、出水的 COD 浓度变化。经过近一个月的驯化 后,各项指标稳定, 可以认为水解污泥己经基本适应 造纸中段废水的水质特性 。此时厌氧反应器已开始 进入稳定运行阶段。 培养成熟的水解污泥外观呈黑色 ,结构密实, 污 泥絮体呈球状。从镜检结果看 细菌较多且很活跃, 同时有原生动物和后生动物出现, 污泥呈黑色 。污泥 经过近一个月的驯化后, 在各项出水指标趋于平稳的 情况下 , 对水解酸化反应器的污泥指标作了测定 MLVSS 4. 650 g L , MLSS 8. 268 g L, f 0. 56。 MLVSS 指标所表示的是混合液活性污泥中有机固体 物质部分的浓度 ,在水解酸化处理过程中 ,它近似的 反应出污泥中生物物质的量, 其余少量为污泥表面吸 附的有机物 。另外 ,SVI 污泥容积指数 值能较好的 反应出污泥的松散程度和凝聚 、沉降功能 ,对生活污 水及城市污水, 此值以 70 ～ 100 mL g 为宜 。SVI 过 低,说明泥粒细小,无机物含量高, 缺乏活性; 过高 ,说 明污泥的沉降性能不好, 并且已有产生膨胀现象的可 能 [ 4] ,本试验中活性污泥 SVI 为80 mL g , 说明污泥凝 聚、 沉降性能较好。 在稳定运行期间, 主要考察不同的营养比、水力 停留时间 、进水温度、进水 pH 值条件下 , 反应前后 COD浓度的变化 , 以此来确定水解酸化的最佳处理 参数 。 2. 1. 1 营养比对COD 去除率的影响 针对造纸中段废水中 N、P 含量低的问题, 加入 CO NH22、KH2PO4来调节废水中的营养比 , 通过实 验可以看出 ,在 C∶ N∶ P 中, C N 对厌氧消化的影响更 为重要 。在厌氧处理时提供 N 源, 除满足合成菌体 所需之外, 还有利于提高反应器的缓冲能力。C N对 COD去除率的影响如图2 所示。 图 2 ρ C ρ N 比对 COD 去除率的影响 由图 2可知 , 水解酸化的最佳 ρ C ρ N 比在 65∶ 1左右, 若氮源不足,即碳氮比太高, 则不仅厌氧菌 增殖缓慢, 而且消化液的缓冲能力降低 ,pH 值容易下 降。相反, 若氮源过剩,即 C N 太低 ,氮不能被充分利 用,并容易导致对微生物有毒害作用的 NH3含量的 上升, pH 值上升至 8. 0 以上 ,而抑制产水解酸化菌的 生长繁殖, 使消化效率降低。 2. 1. 2 水力停留时间对 COD 去除率的影响 图3 是水力停留时间与 COD 去除率的关系曲 线,从图 3可知,随着水力停留时间的延长 COD 去除 率逐渐提高 ,这主要是由于废水流量减小 ,废水的停 留时间变长 ,使得微生物和水中有机物的接触时间变 短,导致出水 COD 的去除率逐渐提高。但当水力停 留时间延长至10 h以后, COD 去除率增加甚微, 也就 是说 ,水解反应在一定程度上不受反应时间的控制, 这与水解、酸化阶段的去除机理有关, 在这一阶段主 要是有机物的分解过程, 从形式上和质上发生变化, 而在数量上变化较小的原因 。同时考虑到投资 , 选 10 h为水解酸化的最佳水力停留时间 。 图3 HRT 对 COD 去除率的影响 2. 1. 3 温度对 COD 去除率的影响 调节进水营养比 ,保持 C N 65∶ 1,HRT 10 h的 条件下运行 ,结果如图 4所示。 图4 温度对水解去除 COD 的影响 从图 4中可以看出 ,在温度高于35 ℃ 的时候, 随 着温度的升高, 出水的COD浓度逐渐增加,COD去除 率逐渐降低, 35 ℃时的 COD 去除率为 38. 7, 在水 温低于40 ℃时, 水解池对有机物的去除效果受温度 影响较小, 水解池仍可稳定运行, 这是由于水解酸化 过程中保持有大量水解污泥, 这种大生物量容易消除 温度带来的影响 ,同时反应器中高浓度污泥能对有机 物进行充分的吸附截流, 反应时间比较充足 ,致使温 度对 COD 的去除率影响较小。而当温度高于 40 ℃ 68 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 的时候 ,随温度上升 , 细菌的死亡速率已开始超过细 茵的增殖速率, 水解酸化菌逐渐失去活性 ,絮体无法 很好的凝聚,造成COD去除率很低 。 2. 1. 4 pH 值对出水水质的影响 图5所示为进水 pH 值与 COD 去除率关系曲线 , 从图5 中可知 ,在酸性 、 碱性还是中性的条件下, 水解 酸化反应器对 COD 都有一定的去除作用 。但酸性条 件优于中性和碱性条件。当进水 pH 值为 6. 0 ～ 7. 0 时,水解酸化反应器COD 的去除率最高,可达到 34。 图 5 pH 值对出水水质的影响 在水解酸化过程中, pH 值主要影响生化反应的 速率 、 产物组成以及污泥的形态和结构 。大量的研究 结果表明, 水解性发酵细菌 、产酸发酵细菌等对 pH 值变化的适应性较强 ,可在 pH 值为 3～ 10 进行 ,但最 佳pH 值为6. 0～ 7. 0。同时, pH 值还影响水解酸化产 物的种类和含量 , 即在不同的 pH 值条件下 , 液相末 端产物中挥发性有机酸的组成和相对含量有很大区 别,在 pH5 时的丙酸含量高于 pH 6 时的含量 [ 5] 。 本试验中 ,水解酸化反应器进水的 pH 值基本控制在 7. 0,以便为后续水解酸化反应创造适宜的条件。 2. 2 活性污泥处理参数的选择 取自上述水解酸化最佳处理条件下水解酸化反应 器稳定运行出水, 用某纸业股份有限公司污水处理厂 曝气池活性污泥做种泥,启动活性污泥反应器, 保持起 MLSS 在4 g L左右 ,改变曝气池水力停留时间 、 反应温 度、 pH 值、 曝气强度等影响因素, 观察反应前后废水中 有机物浓度变化结果如图 6～ 图 9所示。 由图可以看出 1 对本实验废水而言, 最佳曝气反应时间为 12 h,即使延长曝气时间 ,COD 的去除率也不见有明 显增长,这可能是因为废水中可以生物降解的有机污 染物已基本降解完全 ,所以延长曝气时间对废水中剩 余的有机污染物己没有太大意义。 2 当温度低于 40 ℃, 活性污泥反应器中 COD 去除率能够稳定在 80, 出水达到水质要求 , 温度一 旦高于40 ℃, 废水中 COD 去除率降到了 50 左右, 出水未达水质要求。 图 6 曝气时间对出水水质的影响 图 7 温度对出水水质的影响 图 8 pH 值对出水水质的影响 图 9 DO 对出水水质的影响 3 pH 值对 COD 的去除率有影响 ,在进水 pH 值 为7. 5 左右时,COD的去除率达到最大值。 4 在进水浓度相近的情况下, 曝气强度对 COD 去除率有影响 ,随曝气强度的增大,COD的去除率先上 升后下降,这是因为随着曝气强度的增大 ,氧传递速率 先上升后下降, 所以 COD 去除率先上升后下降, 在溶 解氧质量浓度为4mg L时,COD去除率达到最大。 2. 3 处理流程连续运行结果 取上述水解酸化和活性污泥法处理段的最佳处 理参数, 按图 1 所示工艺流程连续运行, 运行结果 见表 1。 从表 1 中可以看出 ,用该工艺流程处理制浆中段 废水能够很好地连续运行, 当进水 COD 质量浓度在 2 000 mg L时 ,COD 总的去除率在 90, 系统出水水 质稳定,且具有一定抗冲击符合的能力。 69 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 表 1 水解酸化-活性污泥法在最佳工况下处理效果 时间 进水 COD mgL - 1 水解出水 COD mgL- 1 好氧出水 COD mgL- 1 水解 去除 率 好氧 去除 率 11 8601 22625534. 179. 2 21 9821 31225833. 880. 3 32 0161 34326733. 480. 1 42 1041 38226334. 381. 0 51 8971 26024233. 680. 8 3 结论 1 制浆中段废水经水解酸化预处理后 ,废水可 生化性有显著提高。经过预处理的废水 ,虽然有机物 的种类没有减少 , 但是增加了许多小分子的化合物, 这些化合物是水解 、 酸化反应的中间产物 ,说明部分 不溶性有机物经过水解酸化预处理后转变为溶解性 有机物 ,使悬浮性有机物量有所减少, 相应的表现为 废水的可生化性提高了。 2 影响水解酸化的主要因素是水力停留时间, 温度、pH 值也有影响 ,废水可以不稀释直接进入, 在 本试验条件下, 最佳水力停留时间为10 h, 温度为 35 ℃,pH 值在进水时控制在 7 左右 ; 影响好氧活性 污泥段的主要因素有曝气时间、温度 、pH 、曝气强度 等,在本试验条件下, 曝气时间为12 h, DO 4 mg L ,pH 值为 7. 5左右, 温度37 ℃。 3 用水解酸化-活性污泥法来处理制浆中段废 水在技术上是可行的 ,在水温低于40 ℃ 时 ,进水 COD 质量浓度为2 200 mg L左右 , 保持总的水力停留时间 在22 h左右,出水质量浓度为280 mg L左右 ,其中水解 酸化段 COD去除率为34左右, 活性污泥段 COD 去 除率为 80 左右 。但是当温度高于40 ℃时, 微生物 活性减弱甚至死亡 ,污泥凝聚性变差, 造成大量污泥 流失, 废水中有机物去除率下降, 整体工艺中段废水 中的 COD 去除率仅为 55左右 , 出水达不到水质 要求 。 参考文献 [ 1] 国家环境保护总局科技标准司. 草浆造纸工业废水污染防治技 术指南. 北京 中国环境科学出版社,2001 6 -8 [ 2] Weiland P, Rozzi A . The start-up, operation and monitoring of high - race anaerobic treatment systems discusser  s report. Wat. Sci. Tech, 1991,24 8 257 -277 [ 3] 陆正禹. UASB 反应器常温下处理啤酒废水的生产性启动研究. 中国给水排水, 1995, 11 3 9 [ 4] 张自杰. 排水工程. 北京 中国建筑工业出版社, 2001 106 -107 [ 5] 张希衡. 废水厌氧生物处理工程. 北京 中国环境科学出版社, 1996 383 -390 作者通信处 章北平 430074 湖北武汉市 华中科技大学环境科 学与工程学院 E -mail bpzhangpro 163. com 2007- 12-26 收稿 上接第 14页 优点 ,其优越性远比曝气生物滤池好 。总之 ,包埋菌 固化技术在处理微污染水方面显示出了良好的潜力。 参考文献 [ 1] 王建龙. 生物固定化技术与水污染控制. 北京 科学出版社, 2002 [ 2] 王文兵, 陆少鸣, 易慧, 等. 曝气生物滤池预处理微污染源水的 中试研究. 水处理技术, 2007, 33 3 49 [ 3] 桑军强, 王占生. 低温条件下生物陶粒反应器运行特性研究. 环境科学, 2003, 24 2 112 -115 [ 4] 江萍, 胡九成. 国产轻质球型陶粒用于曝气生物滤池的研究. 环境科学学报, 2002, 22 4 459 -464 [ 5] 陈娅洁, 姚涛, 李至荣, 等. 包埋固定化硝化菌在不同 DO 下的 硝化规律研究. 环境科学与技术, 2006,29 5 26 作者通信处 侯帅华 213012 江苏省常州市龙江中路 86 号 东芝 变压器有限公司油箱部 E -mail houshuaihua163. com 2007- 12-14 收稿 70 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 showed that the improved was simple and implemented easily. The accuracy of the was high and the determining results could re - flect basically the degree of pollution caused by the oxygen -demanding organic matters in sediment-laden water. Keywords sediment -laden river COD monitoring improving PILOT-SCALE TEST ON TREATING THE CHEMICAL WASTEWATER BY MBBR PROCESS Lou Honghai Wang Qi HuDajiang et al 61 Abstract According to the features and quantity of a chemical wastewater, pretreatment -A O -MBBR process was adopted. In the course of testing, not only the COD could be removed steadily but also the TKN couldbe removed efficiently, the removal efficiency was more than95by this process. And a trace monitoring of Ca2in the fillings of the MBBR tank was done and a deposition of Ca2 did not happen, so the system was not influenced. Keywords chemical wastewater Ca2 MBBR process high concentration TKN AEROBIC ACTIVATED SLUDGE GRANULATION AND ITS CHARACTERISTICS INA CONTINU - OUS -FLOW COMPLETELY STIRRED TANK REACTOR CSTR Shen Yaoliang Li Yuan Sun Lizhu 63 Abstract The laboratory -scale study was carried out on the granulation and characteristics of aerobic activated sludge in a continuous -flow completely stirred tank reactor with a cetates as the carbon source and a prepared water by nutrients and other micro-elements as raw water COD150～ 500 mg L, pH6～ 7 , which was inoculated with activated sludge from a municipal wastewater treatment plant.The results showed that the stramineous aerobic granule sludge of1～ 5mm in diameter average 2～ 3mmwas ed after 20 d operation at normaltemper - ature 25～ 30℃ . The granulationwas accomplished via such consecutive processes as EPS self-flocculation, filamentous binding and attachment among the small -sized granules, and four steps including inner nucleus ation and flocculation, granule ation and maturation were found during the aerobic sludge granulation.The reactor was operated stably and efficiently , and the removal rates of 85～ 90, 90 and 50～ 70 for COD, NH 4-N and PO 3- 4-P respectively were obtained under the conditions of HRT being 2. 82 h and organic loading rate 4. 24 kg m3d. The aerobic granules show excellent settling perance with settling velocity of 30～ 58 m h. Keywords completely stirred tank reactor activated sludge aerobic granule sludge characteristics THE STUDY ON TREATMENT OF PAPER -MILL MID -STAGE WASTEWATER BY HYDROLYTIC ACIDIFICATION -ACTIVATED SLUDGE PROCESSZhang Beiping Li Wei Lu Xiejuan et al 67 Abstract The hydrolytic acidification -activated sludge processwas used to study pulp-mill mid -stage wastewater, which was characterized by high concentration of COD, with an emphasis onthe effect and parametersof hydrolytic acidification and activated sludge process. Experimental resultswere shown as follows when the temperature was under 40℃ and hydraulic retention time HRTwas 10 h, the removal rate of COD was about 34. The technologic parameters of the later activated sludge werehydraulic retention time was 12 h, the DO of the mixed liquid was 4 mg L, the removal rate of COD was about80. As a result, COD in the effluent couldmeet the emission standard specifiedby “Wastewater Pol - lictant Emission Standard of Papermaking Industry” GB3455 -2001. Butwhen the temperaturewas higher than 40℃, the removal rate of COD in the mid -stage wastewater was about 55. The effluent could not meet the emission standard. Keywords mid-stage wastewater hydrolytic acidification activated sludge process TECHNICAL AND ECONOMICAL COMPARISON OF WATER COOLING SYSTEM OF BLAST FURNACEWang Ling ChenJiliang 71 Abstract Taking 2 500m3blast furnace as example, technical flow, characteristic and economical benefit of recycledwater cooling system are analyzed, and it is proposed to use closed recycled soft water technics and evaporated air cooling equipment separately, which is important to save water and energy in iron and steel plants. Keywords boil furnace separated closed soft water circulation cooling system clean open -cycle water evaporative air cooler plate ex - changer economic benefit COMPARISON AND CHOICE OF FLUE GAS DESULFURIZATION PROCESSES Liao Chuanhua Zhou Ling Zhu Tingfeng et al 74 Abstract The use of coal becomes more and more important and the combustion of high -sulfur coals would impair air quality, efforts have been made to devise efficient processes to control sulfur dioxide emission. Besides desulfurization before and during combustion, flue gas desulfu - rization is considered the most promising that could also be applicable to all other fossil fuels. Several processes with highest use andwith high potential for future use are compared. Keywords desulfurization of flue gas comparison choose THE APPLICATION OF ENS SEMIDRY DEFLUORINATION AND DESULFURIZATION IN THE CLEANING OF SINTERED SMOKE AND EXHAUST Chang Ruiqing Bao Wenhong Ma Zhiming 78 Abstract The ENS semidry process of defluorination and desulfurization is a new-style technology in seperating sulfur dioxide SO2from smoke.It dealswith sulfur dioxide ranged from 0. 1 to 5 by volume. The content of sulfur dioxide in cleaned smoke reaches to several ppm. 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 6,December,2008