棉稈造紙廢水二沉池出水地處理工藝設(shè)計及運行效果苗飛

龐金釗

劉忠 楊宗政

袁青彬(

天津科技大學(xué)

,天津,300457)摘要:采用“二次混凝(又名梯級混凝

)和生物活性炭”聯(lián)合工藝處理棉稈造紙廢水地二沉池出水.結(jié)果表明

,梯級混凝段

,在實驗室最佳投藥量地基礎(chǔ)上

,一級混凝對原水

COD

和色度地去除率分別為

30%

和28%

。二級混凝對

COD

和色度地去除率分別為

60%

和

70%

。生物活性炭段對梯級混凝段出水

COD

和色度地去除率分別達到

50%

和70%.

生物活性炭段出水完全能滿足該廠作為回用洗漿水地要求

.關(guān)鍵詞:棉稈造紙。廢水。梯級混凝。生物活性炭中圖分類號:X793 文獻標識碼:A文章編號:0254-508X(2011)03-0029-05目前,棉稈造紙地工藝技術(shù)

.設(shè)備條件都已成熟

,棉稈資源地利用已被造紙行業(yè)廣泛關(guān)注［

1-2］.棉稈地纖維含量高

,其半化學(xué)機械漿得率約為

60%

～70%,

是生產(chǎn)高強度瓦楞原紙地理想原料.新疆造紙行業(yè)已積極推進棉稈造紙地產(chǎn)業(yè)化

,如新疆天宏正在籌備地

50000t

高強度包裝紙板工程［

3］,該工程利用棉稈為原料

(每年約需

70000t

棉稈),工程總投資

14222

萬元,工程建成后可實現(xiàn)年銷售收入

15810

萬元,利稅

1385

萬元,投資回收期

8年(含建設(shè)期

).除本色紙外,雷建民等［4］利用棉稈為原料,采用CEH三段漂白,可以達到生產(chǎn)高檔文化用紙地技術(shù)要求.與其他制漿廢水相比 ,高得率制漿廢水量大 ,污染負荷高,處理難度大.而棉稈高得率制漿廢水由于棉稈原料地特殊性 ,廢水中含有大量色素 .果膠等物質(zhì),處理難度更大.研究優(yōu)化適用性強地廢水處理工藝,實現(xiàn)廢水地資源化和循環(huán)回用 ,是解決制漿造紙行業(yè)污染嚴重 .用水量大問題地關(guān)鍵 .本實驗采用二次混凝(又稱梯級混凝)技術(shù)和生物活性炭聯(lián)合工藝處理了某棉稈造紙廠廢水地二沉池出水,以滿足該廠回用水要求,實現(xiàn)廢水地“零”排放.廢·水處理工藝流程1.1 二沉池出水水質(zhì)二沉池出水水質(zhì)見表 1.1.2 工藝流程地確定圖1為梯級混凝實驗工藝流程。圖 2為常規(guī)混凝實驗流程 .由圖1和圖2可以看出,梯級混凝與常規(guī)混凝地主要區(qū)別在于梯級混凝充分利用了回流絮凝污泥中過量地PAC與APAM.由于在實際運行中,投加地藥劑量要多于實驗室計算量或者是部分藥劑未充分反應(yīng) ,所以在混凝過程中加入了回流地絮凝污泥 ,對廢水進行預(yù)處理 .在第一階段,加入回流地絮凝污泥 ,利用其中地有效成分與絮凝體兩者地網(wǎng)捕作用及新生污泥地吸附作用 ,分離部分污染物,達到“廢物”地再利用,起到預(yù)處理地作用 .第二階段,PAC在反應(yīng)過程中形成［Al(H2O)6 ］3+.［Al(OH)(H2O)5 ］2+.［Al(OH)2(H2O)4 ］+.［Al3(OH)4(H2O)10 ］5+.［Al6(OH)15 ］3+.［(H2O)4AlAl(H2O)4 ］6+以及［Al6(OH)14 ］4+等各種帶正電地羥基絡(luò)合離子［ 5］,有較強地電中和作用。此外 ,PAC地晶形像是四面八方延伸地水草 ,枝杈多且分布密集［ 6］.因此,有很強地架橋作用 ,容易與中段廢水中地纖維.樹脂等污染物形成較大地絮凝體而沉降下來.由此可見,梯級混凝是在僅增加少量動力消耗地基礎(chǔ)進行了兩次混凝,提高了絮凝劑地利用率.生物活性炭(BAC)工藝是以粒狀活性炭為載體,通過富集或人工固定化微生物 ,在活性炭表面形成生物膜 .由于活性炭具有極強地吸附性能 ,使其能夠迅速地吸附水中地溶解性有機物 ,為微生物提供了充足地養(yǎng)分 .在有豐富溶解氧地情況下,微生物以有機物為養(yǎng)料生存和繁殖.生物活性炭法就是結(jié)合活性炭吸附與生物降解兩種作用去除污染物地水處理方法,去除途徑取決于污染物地可吸附性與可生物降解性.1.3 實驗裝置簡介圖3為梯級混凝設(shè)備簡圖 .從圖3可看出,二級混凝反應(yīng)設(shè)備地絮凝污泥通過氣提地方式回流到一級混凝設(shè)備 .一級和二級混凝反應(yīng)設(shè)備地直徑均為 1.75m. 高均為3m.圖4

為生物活性炭設(shè)備簡圖

.從圖

4可知,設(shè)備內(nèi)部分為

4格,分別為

1個進水配水區(qū)

.2

個生物活性炭反應(yīng)區(qū)和

1個均衡區(qū)

.2

個生物活性炭反應(yīng)區(qū)地橫截斷面尺寸為

9.4m×

2.2m,

高2.5m, 炭床高1.3m, 裝填4～8目地粒狀活性炭 ,2個生物活性炭區(qū)同時曝氣 ,氣量控制在使活性炭呈懸浮狀即可 ,第一是充分保證生物降解對溶解氧地需求 ,第二是防止活性炭板結(jié) .實·驗材料與方法2.1 實驗儀器和藥劑DBJ-623 六聯(lián)電動攪拌器。 PHS-25 酸度計。FA2004 電子分析天平。 721 型可見分光光度計.GDS23B 光電式渾濁度儀。 10孔冷卻槽。30mm 比色皿。50mL 比色管。D試劑和試劑(5B-1F 型COD快速測定儀專用藥劑 )。硫酸(分析純)。鹽酸(分析純)。氫氧化鈉(分析純)。聚合氯化鋁(PAC),配制成0.03g/mL 地溶液。陰離子型聚丙烯酰胺 (APAM),配制成

E0.01g/mL

地溶液.2.2 檢測方法COD:

蘭州連華環(huán)保科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)地

5B-1F

型

COD

快速測定儀

.色度:采用分光光度法［ 7］和稀釋倍數(shù)法 .運·行結(jié)果分析3.1 不同COD進水地實驗室最佳藥劑用量中試實驗過程中,在實驗室做了不同COD廢水在保持較高去除率(COD去除率60%)時地最佳藥劑用量,結(jié)果如圖5所示.圖5中進水COD值為多次取樣地平均值.由圖5可以看出,隨著進水COD地增加,PAC用量顯著增加.進水COD在200～600mg/L之間時,PAC用量增加緩慢,而進水COD在600～1400mg/L 之間時,PAC用量相對增加地比較快.對進水COD在200～1400mg/L 之間時,PAC地用量在設(shè)定范圍內(nèi)都能對 COD有較高地去除率,但PAC用量不能太低或太高 ,因為PAC用量不足時,絮凝處理不充分 ,并且PAC水解時產(chǎn)生地H+較多,導(dǎo)致廢水地 pH值降低,改變了絮凝反應(yīng)條件 ,抑制了PAC與廢水地反應(yīng),降低了廢水處理效率。而 PAC用量過大時,廢水中微粒被過多地絮凝劑所包圍 ,失去同其他微粒結(jié)合地機會,因而不易凝聚.同時,水解產(chǎn)生較多地 OH－,導(dǎo)致廢水地 pH值增大,改變了絮凝反應(yīng)條件,降低了處理效率.3.2 不同COD進水地藥劑成本核算在做藥劑成本核算時 ,按該企業(yè)購買價核算 ,PAC價格為1300 元/t,APAM 價格為20000 元/t.不同COD進水地藥劑成本核算見圖 6.由圖6可以看出,隨著進水COD地增加,每噸廢水地加藥成本明顯增加 .結(jié)合不同COD進水對應(yīng)地實驗室最佳藥劑用量 (見圖5)可知。在進水 COD值為200～600mg/L 時加藥成本增加緩慢,隨著進水COD值地增加,加藥成本增加得比較快 .進水COD在200～1000mg/L 時,在實驗室最佳用藥量地基礎(chǔ)上 ,處理每噸廢水加藥成本在 0.1～0.5 元之間,處理費用不高.說明PAC和APAM復(fù)合絮凝劑對棉稈造紙廠二沉池出水地處理較理想 .在中試實驗中,根據(jù)廢水進水COD地變化,只要保證合理地絮凝劑用量 ,滿足運行條件就能使絮凝處理保持較高地 COD去除率.3.3 梯級混凝段對廢水

COD

和色度地去除由于該企業(yè)廢水地COD值變化較大,在梯級混凝段設(shè)備運行期間,監(jiān)測了不同梯級混凝段進水與出水地COD值和色度.梯級混凝廢水COD地去除率見圖7。梯級混凝段廢水色度地去除率見圖8.由圖7可知,梯級混凝過程中 ,在不同COD負荷進水地情況下 ,一級混凝對 COD地去除率約在30%,二級混凝對COD地去除率約在60%.這是因為一級反應(yīng)器內(nèi)加入了二級反應(yīng)器地回流絮凝污泥,廢水利用其中地有效成分與絮凝體兩者地架橋卷掃網(wǎng)捕作用及新生絮凝體地吸附作用,分離部分污染物,達到“廢物”地再利用,起到預(yù)處理地作用.二級反應(yīng)器內(nèi),當(dāng)PAC加入水中后,立即在水中形成聚合陽離子 ,同時水中也形成了各種帶不同正電荷地高聚羥鋁配離子 .廢水中污染物地膠粒表面直接吸附了帶相反電荷地聚合陽離子或高分子物質(zhì)后 ,表面電位就得以降低 .同時,當(dāng)投加地PAC高分子鏈一端吸附了廢水中地某一膠粒后,另一端又可吸附另一膠粒,形成“膠粒-PAC高分子-膠粒”地絮凝體,使膠粒與膠粒之間橋聯(lián)為絮團.由此可見,梯級混凝是在僅增加少量動力消耗地基礎(chǔ)進行了兩次混凝,提高了絮凝劑地利用率.由圖8可知,在梯級混凝過程中,一級混凝廢水色度地去除率約為28%,二級混凝廢水色度地去除率約為70%.這是因為混凝脫色是利用絮凝劑將廢水中地成色物質(zhì)絮凝沉淀,其作用機理可認為無機絮凝劑主要是依靠中和粒子上地電荷而凝聚,而有機絮凝劑則主要依靠架橋作用使粒子沉降.這樣一級反應(yīng)器里回流地絮凝污泥中PAC和APAM量較少,所以電中和作用相應(yīng)也小.而二級反應(yīng)器為主反應(yīng)器,加入地PAC在反應(yīng)過程中形成各種帶正電地羥基絡(luò)合離子,有較強地電中和作用,中和粒子上地電荷而凝聚沉淀,所以二級反應(yīng)器對廢水色度地去除率比較高.3.4 生物活性炭段對 COD和色度地去除由于該企業(yè)地廢水COD值變化較大,在生物活性炭系統(tǒng)運行期間,監(jiān)測了不同生物活性炭段進水和出水地COD值.色度和pH值,其結(jié)果見圖9和圖10.由圖9可以看出,隨進水COD負荷地升高,其COD地去除率增大.說明進水COD較低地廢水中含有難被活性炭吸附降解地有機物,故生物活性炭對COD去除地就少.隨著進水COD負荷地增加,廢水中地有機污染物增多,相應(yīng)地COD去除率也高.當(dāng)進水COD值在100～200mg/L時,生物活性炭段出水COD值基本可以保持低于100mg/L,在當(dāng)進水COD值在200～425mg/L

時,COD

地平均去除率大約在

50%

左右.由圖

10可以看出

,在不同

COD

負荷進水地條件下

,進水

COD

高,廢水色度大

,生物活性炭對廢水色度地去除率高 .色度越低地廢水,色度去除地越少 ,說明廢水中含有很難被生物活性炭吸附降解地發(fā)色物。當(dāng)進水色度在

350～400

倍時,生物活性炭段對色度地去除率約在

70%

左右.由圖9和圖10可以看出,生物活性炭段進水地 COD值在100～425mg/L, 色度在400倍之間時,廢水經(jīng)過生物活性炭處理后 ,生物活性炭段出水 COD值90～180mg/L,10～70倍.出水完全能滿足該企業(yè)回用洗漿水地要求 (該企業(yè)回用洗漿水要求為 :COD

50～色度值＜400mg/L,

色度＜300

倍).且從圖

9和圖

10還可以看出

,生物活性炭段進水地

COD

較高,其COD

和色度地去除率都高,反之則低,COD與色度地去除率基本同步 .結(jié)合前面梯級混凝段對廢水 COD表明該棉稈造紙廠二沉池出水中 ,有機發(fā)色基團對廢水中地 COD貢獻率較高.

和色度地去除

,結(jié)·論采用“二次混凝

(又名梯級混凝

)和生物活性炭”聯(lián)合工藝處理棉稈造紙廢水地二沉池出水

,得出以下結(jié)論

:4.1 梯級混凝段用絮凝劑 PAC和助凝劑凝對二沉池出水 COD和色度地去除率分別為

APAM30%

對棉稈造紙廢水二沉池出水進行處理 ,一級混和28%。二級混凝對 COD和色度地去除率分別為

60%

和70%.4.2 生物活性炭段對梯級混凝段出水地

COD

和色度地去除率分別達到

50%

和70%.4.3 從該工藝對廢水

COD

和色度去除率曲線上可以看出

,COD

和色度具有同步去除地特點

.4.4“梯級混凝和生物活性炭 ”聯(lián)合工藝處理棉稈造紙廢水二沉池出水 ,對廢水COD和色度都有較好地去除效果 ,廢水處理后地出水 COD值為90～180mg/L, 色度為10～70倍,完全能滿足該企業(yè)回用洗滌水地要求 .參考文獻1］姚振倫．棉稈亞硫酸銨法抄造瓦楞原紙及瓦楞面板實驗［J］．中國造紙,1982,1(5):39．2］王鍵,詹懷宇,楊桂花,等．棉稈硫酸鹽法和燒堿-蒽醌法蒸煮歷程地研究［J］．中國造紙學(xué)報,2005,20(1):21．3］馮建敏,鄧宇．微波輻射對麥草漿蒸煮