廢紙?jiān)旒垙U水處理主要方法
廢水處理技術(shù)按其作用原理,可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等等。但是廢紙?jiān)旒垙U 水中CODCr組分間的分子量差異較大,采用單一的處理方法只能去除其中一部分CODCr 物質(zhì),難以取 得滿意的效果,所以必須采用綜合處理技術(shù)。
1 物理法
物理法是指用機(jī)械的、物理的手段去除廢水中懸浮狀態(tài)的污染物,常作為廢水的預(yù)處理,去除廢水中不溶解的、粒徑較大的雜質(zhì),以回收廢水中的纖維、降低生化系統(tǒng)負(fù)荷,包括機(jī)械過濾(如格柵、篩 網(wǎng)、微濾機(jī)、濾床) 、澄清(沉淀) 、浮上(浮選) 等方法。
格柵、篩網(wǎng)等一般去除像碎漿過程中紙漿攜帶 的較大的砂石、鐵絲、玻璃、塑料包裝等粗雜質(zhì)。對(duì) 于廢水中含有的大量細(xì)小纖維,目前國(guó)內(nèi)造紙廠常 用斜篩或過濾機(jī)等纖維回收設(shè)備進(jìn)行回收。
沉淀設(shè)施主要有平流式、豎流式和幅流式沉淀 池三種,其中平流式沉淀池最為常用,但由于其過水 斷面大,水流處于湍流狀態(tài),水流短路,不利于廢水 中懸浮物的下沉,造成了生產(chǎn)能力不大,設(shè)備龐大, 處理效率低等問題。后來出現(xiàn)的斜板(斜管) 沉淀 池,在沉淀區(qū)傾斜地裝設(shè)一組平行板或方形管,互相 平行重疊在一起,水流從平行管或管的一端流到另 一端,每?jī)蓧K斜板間相當(dāng)于一個(gè)很淺的沉淀池,從而 很好地提高了處理效率。
氣浮法是一種有效的固2液和液2液分離方法, 是將空氣以微小氣泡形式通入水中,使微小氣泡與 在水中懸浮的顆粒粘附,形成水2氣2顆粒三相混合 體系,顆粒粘附上氣泡后,密度小于水即上浮水面, 形成浮渣層從水中分離出去。加壓溶氣浮上法是目 前常用的浮上法。近年來發(fā)展的超效淺層氣浮是氣 浮凈化技術(shù)的重大突破,將原有的靜態(tài)進(jìn)水、動(dòng)態(tài)出 水改為動(dòng)態(tài)進(jìn)水、靜態(tài)出水,改變了傳統(tǒng)推流式氣浮 池的進(jìn)出水及污泥分離方式。尤其對(duì)于植物纖維等 疏水性很強(qiáng)的物質(zhì),不投加化學(xué)藥劑(如混凝劑、助 凝劑等) 即可獲得滿意的固(液)2液分離效果,實(shí)踐證明,超效氣浮對(duì)SS 的去除率能達(dá)到90 %以上, 特別適合廢紙?jiān)旒垙U水的預(yù)處理,對(duì)中等規(guī)模以上 廢紙?jiān)旒埳a(chǎn)廢水的預(yù)處理具有一定的優(yōu)越性。
2 化學(xué)法
化學(xué)法是指利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的 雜質(zhì)。它的處理對(duì)象主要是污水中無機(jī)的或是有機(jī) 的(難于生物降解的) 溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。常見的 有化學(xué)混凝法、中和法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法等 方法。
化學(xué)混凝主要靠壓縮雙電層作用、吸附架橋作 用、網(wǎng)捕作用來使廢水中的微小懸浮物和膠體產(chǎn)生 凝聚和絮凝,使之形成大的具有良好沉淀性能的絮 凝體從而從廢水中除去。常用的混凝劑有無機(jī)鹽類 混凝劑如鋁鹽(硫酸鋁、明礬等) 、鐵鹽(三氯化鐵、硫 酸亞鐵、硫酸鐵等) ,高分子混凝劑如無機(jī)高分子混 凝劑聚合氯化鋁( PAC) 、聚合氯化鐵( PFC) 和有機(jī) 高分子混凝劑聚丙烯酰胺( PAM) 等。實(shí)際操作中 對(duì)混凝劑的加量、混凝劑的加入方式、混凝反應(yīng)時(shí)間 等均可通過實(shí)驗(yàn)來確定。
通常的做法是將化學(xué)處理與常規(guī)處理(混凝沉 淀、吸附) 結(jié)合在一起。化學(xué)處理劑(即氧化劑) 可以 先加入到廢水中進(jìn)行預(yù)氧化,然后再進(jìn)行混凝沉降, 也可以與混凝劑同時(shí)投加,以產(chǎn)生混凝劑與氧化劑 的協(xié)同作用效果,氧化劑還可以在混凝沉淀后的某 個(gè)處理階段投加,以進(jìn)行廢水深度處理。另外 ,絮凝沉淀后進(jìn)行微濾處理,處理后的廢水外觀清澈透明,水質(zhì)較好。
化學(xué)氧化法所采用的氧化劑主要有高錳酸鉀、 次氯酸鈉、Fenton 試劑、臭氧等。對(duì)于不同性質(zhì)的 廢水,使用不同氧化劑所取得的效果差異較大。對(duì) 高錳酸鉀、次氯酸鈉處理廢紙?jiān)旒垙U水效果的研究 表明,高錳酸鉀是良好的預(yù)處理劑,而次氯酸鈉則是 較好的深度處理劑。Fenton 試劑以過氧化氫為氧 化劑,以亞鐵鹽為催化劑,當(dāng)兩種試劑在一起時(shí)會(huì)生 成·OH 自由基,該自由基具有很高的氧化電位,進(jìn) 攻性很強(qiáng)。而且該反應(yīng)不需要特制的反應(yīng)系統(tǒng),也 不會(huì)分解產(chǎn)生新的有害物質(zhì)。另外,加入的Fe2 + 和 一部分被氧化成的Fe3 + 都有在中堿性環(huán)境中水解 絮凝的效果,因此,可以代替混凝作用。
廢水凈化的電化學(xué)方法是新型水處理技術(shù),其 實(shí)質(zhì)是直接或間接地利用電解作用,把水中的污染 物去除,或把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒、低毒物質(zhì)。已有 脈沖電絮凝法處理廢紙?jiān)旒垙U水中試表明 ,當(dāng)在 較低電流密度,水力停留時(shí)間HRT 為10min ,混凝 劑(陰離子聚丙烯酰胺) 用量20mg/ L 時(shí),四個(gè)水質(zhì) 指標(biāo)電導(dǎo)率、SS、COD、色度的去除率分別達(dá)到了 37. 7 %、88. 7 %、74. 2 %、91. 7 % ,取得了良好的效 果。
3 物理化學(xué)法
常見的廢水物化處理法有吸附法、離子交換法、 萃取法、膜析法等。
用各種膜分離技術(shù)如微濾(MF) 、超濾(UF) 、納 濾(NF) 、反滲透(RO) 等處理造紙白水,可以較徹底 地去除白水中的膠體和各種溶解性物質(zhì),是實(shí)現(xiàn)造 紙白水零排放目標(biāo)的有效措施之一。有研究表 明,采用低壓反滲透處理造紙白水, TOC、CODCr 的去除率達(dá)到了75 %～96 %、88 %～94 %,而間接 反映無機(jī)物含量的參數(shù)電導(dǎo)率的下降率達(dá)到了 95 %～97 %。目前存在的主要技術(shù)問題是這種凈化 技術(shù)要求所要處理的水應(yīng)澄清到固形物含量十分 低,否則易把膜堵塞,而且膜在使用一段時(shí)間后會(huì)被 污染,從而引起處理流量的下降,因此通常將膜處理 和常規(guī)白水處理方法結(jié)合使用。
4 生物處理法
廢水的生物處理法就是在人工創(chuàng)造的有利于微 生物生命活動(dòng)的環(huán)境中,使微生物大量繁殖,通過微 生物的新陳代謝作用氧化降解廢水中的有機(jī)物質(zhì)使 之無害化的過程。生物處理是廢紙?jiān)旒埳a(chǎn)廢水處 理的二級(jí)處理技術(shù),按微生物是否需要供氧分為厭 氧法和好氧法,按生物處理工藝過程可分為懸浮生 長(zhǎng)系統(tǒng)(活性污泥法) 和附著生長(zhǎng)系統(tǒng)(生物膜法) , 其中生物膜法可分為生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸 氧化法、生物流化床等方法。
由于高分子質(zhì)量的CODCr 可生化性差,所以 對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水直接進(jìn)行生化處理是不合適的。 一般認(rèn)為BOD5 / CODCr ≥0 . 3 可以生化處理, BOD5 / CODCr = 0 . 4～0 . 6 宜于生化處理,BOD5 / CODCr ≥0 . 7 最適宜生化處理。廢紙?jiān)旒垙U水經(jīng) 物理、化學(xué)、物化等方法處理后,其BOD5 / CODCr 值幾乎均在0 . 4～0 . 7 以內(nèi),適合于生化處理。
廢水的厭氧處理是厭氧菌在厭氧條件下消化有 機(jī)物的過程,消化過程分酸化段和產(chǎn)甲烷段,在酸化 段要使廢水有良好的p H 緩沖能力,以防止產(chǎn)酸菌 分解有機(jī)物產(chǎn)生的大量有機(jī)酸使p H 過度下降導(dǎo)致 反應(yīng)器“酸化”,生產(chǎn)中可通過加入碳酸氫鈉等緩沖 劑增加廢水的緩沖能力。產(chǎn)甲烷段的產(chǎn)甲烷菌適宜 生長(zhǎng)的p H 范圍是6. 8～7. 8 ,最佳范圍為6. 8～7. 2 ,p H 過高或過低都會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性造成抑 制。同時(shí)特定的菌種有其特定的最適溫度,厭氧消 化可根據(jù)細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)范圍分為低溫消化(5～ 15 ℃) 、中溫消化(30～35 ℃) 、高溫消化(50～55 ℃) , 通常采用的厭氧處理的溫度一般選擇在中溫或高 溫。國(guó)際水學(xué)會(huì)2000 年報(bào)道了高溫處理造紙廢水 研究成功的消息 。這一研究由Pagues 及Koch 、 Cadaguadeng 等三家荷蘭和德國(guó)的水處理公司與兩 家造紙廠(Oudege2VPK 和Saica ) 共同完成, 由 Pagues 承擔(dān)工藝的核心部分,即高溫厭氧處理的研 究。工廠進(jìn)行的厭氧中試結(jié)果為:反應(yīng)器容積負(fù)荷 30kgCODCr / (m3 ·d ) 、污泥負(fù)荷2. 3kgCODCr / kgVSS ,水力停留時(shí)間5. 6h ,CODCr 去除率80 %以 上。厭氧處理一般采用水解酸化或完全厭氧反應(yīng)器 (UASB、IC 等) 。根據(jù)生化進(jìn)水濃度的高低,選擇將 厭氧控制在水解酸化階段或完全厭氧階段,建議 當(dāng)生化進(jìn)水CODCr大于800 mg/ L 時(shí)采用完全厭氧 反應(yīng)器。厭氧系統(tǒng)容積負(fù)荷可取2～15 kgCODCr / (m3 ·d) 。厭氧處理具有耐沖擊負(fù)荷、CODCr去除率 高、動(dòng)力消耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn),同 時(shí)還有沼氣等副產(chǎn)品,近年來得到了廣泛應(yīng)用,可用 于污泥的消化、高濃和溫度較高廢水的處理,目前大 多厭氧反應(yīng)器主要用作活性污泥處理的前處理,與 單獨(dú)采用活性污泥法處理相比 ,厭氧處理節(jié)省了 包括處理處置剩余污泥在內(nèi)的至少80 %的能量消 耗。
廢水的好氧生物處理法是在給廢水供氧以使之 有一定溶解氧濃度的條件下好氧微生物氧化降解有 機(jī)物的過程。(好氧) 活性污泥法主要通過向廢水曝 氣的方式給廢水以適量的溶解氧,曝氣可采用鼓風(fēng) 曝氣或是機(jī)械曝氣。近年發(fā)展的射流曝氣微氣泡擴(kuò) 散器,通過混合液的高速射流,將鼓風(fēng)機(jī)引入的空氣 切割粉碎為微氣泡,使混合液和微氣泡充分混合和 接觸,促進(jìn)了氧的傳遞,提高了反應(yīng)速率,也可設(shè)計(jì) 成負(fù)壓自吸式射流器,這樣可省掉鼓風(fēng)機(jī),避免了鼓 風(fēng)機(jī)引起的噪聲。用于處理廢紙?jiān)旒垙U水的活性污 泥應(yīng)進(jìn)行培養(yǎng)馴化,在適宜條件下培養(yǎng)出的活性污 泥才具有較好的活性及沉降性能。近年發(fā)展的序批 式活性污泥反應(yīng)器(SBR) ,通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 充水、曝氣、沉淀、排水、靜置五個(gè)階段依次完成,實(shí) 現(xiàn)了厭氧好氧反應(yīng)的交替進(jìn)行,有效地控制了污泥 膨脹。生物接觸氧化法是生物膜法中的一種常 用的好氧處理方法,其原理是在曝氣池中安裝固定 填料,廢水在壓縮空氣的帶動(dòng)下,同填料上的生物膜 不斷接觸,同時(shí)壓縮空氣提供氧氣。實(shí)踐證明,生物 接觸氧化法能夠較好地處理廢水,但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng) 中其掛膜的效果和生物膜的優(yōu)劣直接決定處理效 果。在處理廢水過程中,生物膜的活性厚度在70～ 100μm 之間,生物膜的活性較好;在掛膜不同階段, 對(duì)CODCr的去除率有所不同,在掛膜前期去除率較 低,在正常運(yùn)行后,去除率穩(wěn)定在較高水平,能夠達(dá) 到88 %的去除率 。也有人對(duì)高溫下的好氧生物 處理做過相關(guān)研究[12 ] ,得出的結(jié)論是高溫好氧生物 處理具有高的有機(jī)物降解速率,較低的污泥產(chǎn)量,尤 其是在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)效果更佳,不過其中 某些嗜熱菌可能對(duì)特定營(yíng)養(yǎng)有一定的需求,特別是 嗜熱芽孢桿菌,通常表現(xiàn)出對(duì)蛋氨酸有較高的需求。 另外在操作過程中要確定最佳的工藝條件以適應(yīng)系 統(tǒng)的氧氣吸收率。
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