草漿造紙中段廢水治理與污泥資源化技術
我國造紙行業總排水量僅次于化工與鋼鐵,位居工業部門排放量的第3位,而COD排放量則占全國工業排放量的三分之一。因此,造紙工業水污染治理不但成為造紙行業乃至全社會關注的熱點,而且也成為造紙企業生存與發展的關鍵[1]。我國森林資源匱乏,因而大量使用禾草原料制漿造紙,大部分企業采用堿法化學漿或半化學漿制漿工藝。以下對堿法草漿造紙廢水的中段水的治理與污泥的資源化綜合利用等問題進行探討。
1 中段廢水處理技術中段廢水主要產生于造紙過程中的洗滌、篩選、漂白等工序。
在黑液經堿回收處理的前提下(黑液提取率>80%),控制中段水或全廠綜合廢水COD在1500~1800mg/L,通過一級沉淀和二級生化處理可以達到5造紙工業水污染物排放標準6(GB3544)2001)的二級排放要求,只是工藝略有不同。例如:以美國艾姆科公司技術設備為主的氧化溝工藝系統, 以芬蘭奧斯龍公司技術設備為基礎的強力表面曝氣工藝系統,以瑞典普拉克公司的技術設備為基礎采用選擇器技術為核心的深井曝氣工藝系統(井深為9m)等。在此介紹的是LRP+多級A/O工藝系統。中段廢水處理工藝流程見圖1。
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1.1 LRP工藝
通過對達標排放廢水的分析研究發現,主要成分是木質素等難生化降解物質,這樣對于生產處于變化中的企業來講,確保達標排放就必須確保基本上去除可生化降解物質,因而需延長生化停留時間或者加大投藥量,但這樣做的結果是提高了運行費用。
通過對木質素來源的研究,可以發現采用含氯化合物的漂白過程是產生的主要原因,因此單獨處理這部分水可以提高處理效率,降低處理成本。Hynniuen提出了木質素去除工藝(Ligninremovalprocess,簡稱LRP)。其基本原理是基于酸化纖維污泥具有促進有機物沉淀的能力。纖維污泥中主要成分是纖維素和半纖維素的降解產物(稱做纖維),當水與纖維接觸時,水分子在氫鍵的作用下與纖維表面的羥基締合,水分子中帶負電的一端離開纖維表面向外伸出 (由羥基電離產生的負電荷也可促使水分子的這種排列),這樣使其產生了較強的溶劑化作用且具有了一定的親水性[2]。木質素分子在空間呈網狀結構,其憎水性部分聚向膠核內部,帶負電性官能團如羥基、酚羥基等則分布在表面,由膠核周圍的Na+形成溶劑化外殼,從而形成穩定的聚合物親水性膠體。當溶液pH值降低后,負電性官能團的電負性降低使溶劑化外殼變薄,酸化纖維污泥加入LRP系統后減少了木質素膠粒間的斥力,使之易于脫穩而沉淀[3],從而減少了酸的投加量,同時可以充分發揮纖維聚合度高、分子量大、吸附點多的長處和直線型的結構特征等優勢,不僅可以大量吸附和粘連廢水中已析出的木質素和細小纖維,而且可減少混凝劑的投加量。
LRP工藝大體可分為三個階段:纖維污泥的酸化、混合與沉淀、pH調節與污泥分離處理。工藝流程見圖2。
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從實際運行的角度看,LRP技術的主要優勢有以下幾點:與傳統的物化法比較(例如鋁鹽沉淀法),其對化學藥品的消耗較低,因而運行費用也相對較低;易于污泥處理,并可利用剩余污泥作為紙板原料,實現了污泥的綜合利用;對于已有機械處理或生物處理設備的用戶,可以很方便地將LRP工藝與原工藝結合應用,因此是一種適應性很強的處理方法;運行管理簡便,且處理系統有較強的抗沖擊負荷能力。
1.2 多級A/O工藝
經過LRP系統處理后的漂白水中的木質素含量大大降低,這樣有利于后續的生化處理。生化處理部分采用以懸掛鏈移動曝氣裝置為核心的多級A/O生化處理系統以確保出水達到排放標準[3](見圖3)。
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該系統由厭氧池、水解酸化池和多級A/O池三部分組成:污水經過厭氧池、水解酸化池和多級A/池后進入沉淀池,沉淀后的出水進入穩定池穩定處理后排放;沉淀池中的污泥一部分回流到曝氣池前端與進水混合后進入厭氧池,另一部分則作為剩余污泥排入污泥濃縮池。
針對造紙廢水,多級A/O生化處理系統具有三個特點:
低污泥負荷大多數造紙廢水處理工程的污泥負荷取值較高,可提供的微生物數量較少,微生物僅分解污染物中最有營養的部分,未充分利用生物新陳代謝全過程,使得凈化效率降低;而低污泥負荷可充分利用污泥提供的微生物和微生物新陳代謝的全過程,將廢水中的污染物徹底吸收、分解,使得出水水質更好,并且低污泥負荷條件下,活性污泥充分參與反應,使得需處理的剩余污泥量很少,且所含的有機物已被很好地分解、礦化,所以污泥穩定無臭味。
充氧效率高
微孔曝氣器是目前使用的充氧效率最高的設備,但是對于懸浮物含量高且運行條件惡劣的造紙廢水處理來講,對其維護維修顯得比較困難。而采用懸掛鏈移動曝氣裝置后所有緊固件均在水面上,可以在不停氣、不放空構筑物的情況下,將曝氣管直接提出水面進行維護維修,這樣不僅具有了固定微孔曝氣器的氧轉移效率高的特點, 而且具有自身方便快捷的維修模式。
無污泥膨脹
污泥膨脹最直接的表現為污泥指數(SVI值)升高。造成污泥膨脹的主要原因:一是水溫,夏、秋季發生的可能性較大;二是水質,一般來講,大量含碳水化合物的可溶性有機物的廢水易于發生污泥膨脹,尤其是水質突然惡化的時候。就曝氣池本身來講高污泥負荷、高污泥濃度、單一運行方式都容易在水質突然惡化的時候發生污泥膨脹,解決的方法主要有:改變空氣量;減少污泥負荷,通常是減少進水量或稀釋進水;改變運轉工藝;加氯;輕微的污泥膨脹可以增加排泥量,降低混合液濃度;在曝氣池中裝置載體以培養生物膜;采用A/O工藝。多級A/O工藝混合液經過多次好氧區和缺氧區的交替作用,有效降低了SVI值以及避免了發生污泥膨脹。
2 污泥的資源化與綜合利用技術
造紙廢水的污泥產量大,一般是同等規模市政污水處理廠的5~10倍,因此污泥的處置問題十分重要。造紙污泥中有機物含量在30%左右,并且不含重金屬成分, 是制肥的理想原料。污泥制肥工藝流程見圖4。具體來講:將機械脫水后污泥與其他添加劑混合以后,采用以好氧發酵為主的方法制肥,好氧發酵過程利用好氧性微生物的代謝作用,使污泥中有機物轉化成富含植物營養物的腐殖質,反應的最終代謝物是CO2、H2O和熱量,大量產生的熱量使物料維持持續高溫,以降低物料的含水率,并有效地去除了污泥中的病原體、寄生蟲卵和雜草種子,使對污泥的處置達到減量化、穩定化、無害化、資源化的目的。
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3 工程實例
山東泉林紙業有限責任公司1997年)1999年先后投資建成了治污一期工程(造紙廢水物化處理)和二期工程(氧化塘),隨著公司生產規模及產品結構的變化,治污設施逐漸暴露出處理工藝和處理能力的不足。經過論證,采用在原有氧化塘加裝懸掛鏈移動曝氣裝置后運行的多級A/O工藝。項目主要技術參數如下:處理水量為4.5×104m3/d(一期)、10×104m3/d(二期);進水COD為1500mg/L,出水為200mg/L;進水BOD5為 500mg/L,出水為60mg/L。該項目于2002年4月通過山東省環保局組織的現場驗收。
4 結語
中段廢水的處理采用針對不同水質,物化與生化相結合的處理方法,以達到降低處理成本的目的。針對漂白廢水中含大量木質素的特點,采用LRP物化系統可以高效去除不易被生化降解的物質,從而大大減輕了生化處理的難度和壓力。
造紙廢水處理污泥產量大,污泥處置如何實現最終的減量化、穩定化、無害化和資源化顯得十分重要,而污泥制肥為此提供了一條有效的途徑。
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