造紙污水處理厭氧系統沼氣綜合利用摘要：制漿造紙工業需要排放大量的廢水，在這些廢水中往往都含有很多化學藥品、纖維素、木質素等，是我國自然環境污染的主要因素。相關研究顯示，在所有排放的工業廢水中，制漿造紙工業的廢水就占據了1/6的比重，其中COD和SS的占比達到了1/4。可見，必須要加強對造紙廢水的治理。由于制漿造紙廢水具有獨特的特點，如濃度高，其中含有大量的COD、SS、BOD5等，因此其治理方法也與普通工業廢水的治理方法不同。常用的有物理法、化學法、生物法和物理化學法，尤其是生物法效果比較理想，應用也較為廣泛，現已成為造紙廢水二級處理的主要手段。本文結合筆者曾編制的某造紙廢水處理厭氧技術改造環評探討造紙污水處理厭氧系統沼氣綜合利用技術。該項目的實施，既減少了造紙廢水的出水濃度，又提高了節能環保效益。關鍵詞：造紙廢水；厭氧系統；沼氣；綜合利用1制漿造紙行業廢水特性制漿造紙工業廢水的化學成分每家工廠之間差異很大。產生的廢水通常高度濃縮，其COD值范圍廣泛，即在0.5?115g/L之間。造成這種情況的主要原因是所用基材的特性不同（例如，硬木或軟木樹種，再生紙等）以及制漿和造紙工藝的差異。造紙過程中的主要步驟是：制漿（機械，混合或化學方法），漂白和造紙。在造紙的每個階段，都會產生不同化學成分的廢水。迄今為止，在制漿和造紙廠的廢水中已鑒定出250多種不同的物質。發現了一系列木質素，丁苯醚，酚，二惡英，氯化物，呋喃，酚和硫化合物。制漿過程中產生的廢水稱為“黑液”，富含木質素和木質素降解產物。漂白廢水中含有豐富的有毒化合物，如可吸附的有機鹵素，氯化有機化合物，苯酚等。造紙過程中的脫木質作用是造紙過程中木質素及其衍生物存在的原因。這些化合物中的一些是天然木材提取物，例如酸、單寧酸、生物堿、蠟、脂肪、苯酚等，是在制漿和造紙過程中形成的難降解的有毒化合物，還含有氯化物。漂白產生的二惡英或呋喃對活生物體有危險，因為它們可以誘導基因突變。2污水厭氧處理的機理最早的厭氧反應器，起源于“Mouras自動凈化器”，它是由法國人LouisMouras在1860年將簡易沉淀池改進而成的密閉式反應器，用來處理污水。現在，隨著該技術的不斷完善，厭氧反應器越來越多地用于生活和工業污水的處理。根據微生物類群的生理代謝不同，將厭氧反應的過程劃分為3個階段。第一階段為水解發酵階段，通過水解發酵菌的作用，將結構復雜龐大的有機物，如碳水化合物、蛋白質和脂類物質等，分解為小分子的有機酸、醇類等，和單分子的CO、H、NH和HS。2 2 3 2第二階段為產氫產乙酸階段，通過產氫產乙酸菌的作用，將第一階段的產物轉化為乙酸、CO和H。第三階段為產甲烷階段，以第一階段和第二階段產生的乙酸、CO2和H為主要基質(還有甲酸、甲醇及甲胺等)，在產甲烷菌的作用下將其轉化為CH和CO。參與厭氧過程的微生物主要為細菌，根據厭氧作用結果的不同，將這些細菌分為非產甲烷細菌與產甲烷細菌兩大類。在厭氧過程中，非產甲烷菌的作用是進行高分子有機物的降解、消化，而產甲烷菌的作用是將高分子有機物的降解產物轉化為甲烷(即沼氣)。非產甲烷細菌有18個屬、50多種，主要由兼性厭氧菌和專性厭氧菌組成。專性厭氧菌主要包括擬桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬、放線菌屬和棒桿菌屬等；兼性厭氧菌主要包括變形菌屬、鏈球菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、產假桿菌屬和產氣桿菌屬等。常見的產甲烷細菌主要有4種，包括甲烷球菌屬、甲烷桿菌屬、甲烷螺旋菌屬和甲烷八疊球菌屬。3造紙廢水的厭氧處理工段沼氣回收利用厭氧技術在制漿造紙廠廢水處理方面的應用，在近年來發展快速。在無氧條件下，厭氧菌可以對廢水中具有較高濃度的有機物進行充分講解，最終形成沼氣。這種技術在國內外均有比較廣泛的應用，現在已經有多種厭氧反應器應用于具體實際中。如厭氧接觸反應器、厭氧內循環反應器(IC)等。其中：內循環厭氧反應器(InternalCirculation，IC)是第三代高效厭氧反應器，其是基于UASB反應器發展而來的，但比UASB反應器具有更高的處理容量，而且整體投資成本也比較低，不會占用很多的土地，反應器的運行也比較穩定。諸多優點都顯示，該種反應器可堪稱處理效能最高的反應器。適合處理高濃度的有機廢水并產生沼氣。同時，通過在傳統廢水處理裝置上增加厭氧與沼氣處理系統，實現造紙廢水沼氣的回收利用，該技術已成功應用于多家企業。葉杰文曾研究發現，沼氣的熱值很高，具有很高的利用價值，不過，現在厭氧廢水處理站形成的沼氣少有得到真正的開發利用。某造紙企業在對內部設備和生產狀況、生產工藝等分析基礎上，采取了沼氣回收利用的措施，對造紙廢水厭氧處理工段中日產14000m3的沼氣進行有效提純、凈化，成功用于供熱服務，實現了廢水沼氣的綠色應用。陸琪銘曾研究某造紙企業沼氣資源化再利用項目分析,通過對企業改造方案的技術說明以及項目改造前后方案的對比，進一步分析了廢水厭氧處理工段沼氣再利用項目的可行性，本項目具有低投入高回報的特點，投資利潤高，可促進資源循環利用。4造紙廢水厭氧處理系統實例分析下面筆者結合某造紙企業廢水處理厭氧技術改造項目環境影響評價進行分析：（1） 原污水處理工藝流程簡述。生產廢水經廠內管道經格柵進入集水井，然后由提升泵提升至調節池，調節池前設置斜柵，進一步去除大顆粒懸浮物，廢水在調節池內進行混合，使后續處理工藝進水污染物濃度和水量保持穩定。廢水經調節池提升泵提升至氣浮池中，在氣浮池中去除大部分懸浮物。但是由于環保要求的提高，結合擬接管污水處理廠提標改造計劃，擬將原排放標準進行提高，以《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準作為提標改造的目標。同時擬接管污水處理廠擬提高園區排污單位的接管標準，COD接管標準從1200mg/L提高到900mg/L。因此，針對高濃度生產廢水，該造紙公司在原污水處理系統（即物化系統）后新增了厭氧處理系統，降低廢水的出水濃度。（2） 新增厭氧系統流程簡述。淺層氣浮池處理后的水經提升泵提升至預調節池中，調節池目的是厭氧條件更加穩定，經調節后的水提升至IC反應器，進行厭氧處理，IC反應器密閉，厭氧產生的沼氣經管道收集至沼氣處理系統，沼氣處理系統通過燃燒沼氣產生蒸汽，提供給生產工段；同時廢水自流至污水在線監測池，達標后經泵輸送至擬接管污水處理廠。通過本環評分析，該造紙企業污水處理站通過新增厭氧反應器后，厭氧反應器產生的沼氣，進入新增的沼氣鍋爐有效利用，實現了節能減排的效果，研究表明，每去除1kgCOD大約產生0.35m3沼氣，本項目年處理生產廢水3838117m3/a，廢水進入厭氧系統的濃度為1664mg/L，出水濃度為748.8mg/L，厭氧工段去除COD量為3512.6t/a，則每年產生沼氣量為122.9萬m3/a，折合3616m3/d。每m3沼氣具有約29288kJ熱值，相當于節約標煤3.6t，全年按340d計，則年節約煤1224t/a，減少了環境污染，同時本項目配套的沼氣鍋爐容量為6t/h，每年可提供蒸汽47520m3。5總結當前我國造紙廢水厭氧處理技術與國外相比，還存在一定的需要改進的地方。在具體實踐中，應結合制漿造紙實際，對厭氧反應器的相關工作條件進行完善，以有效去除高濃度有機廢水，使造紙廢水出水濃度能夠滿足污水處理廠的接管標準。并且厭氧處理系統過程中可產生可觀的沼氣量，通過收集利用，減少煤炭使用量，降低對環境的污染，企業既可實現節能減排，又可降低環境成本，可見造紙企業污水處理采用厭