造紙廢水的分段處理技術

摘要：分析了造紙廢水的來源，重點闡述了造紙廢水分段處理的方法和工藝流程，強調了不同階段廢水的不同治理方法，具有節約資源，投資少，見效快等優點。
　　
關鍵詞：造紙廢水 生物—物理化學法 減法 木質素

一、概述
　　
造紙廢水是我國主要的工業污染源之一。我國造紙業多采用草桿、木漿等作為造紙原料。造紙廢水成分復雜，可生化性差，屬于較難處理的工業廢水。制漿造紙生產一般有制漿、洗漿、漂白、造紙的工序組成。造紙屬于高有機廢水濃度、高懸浮物含量、難生物降解的有機污染廢水。造紙廢水的水質因制漿種類、造紙品種而異。若按不同的生產工序排出廢水水質來看，一般地，制漿廢水（也稱黑液）的污染最嚴重，codcr濃度可達4000～6000mg/l；洗漿和漂白廢水，既中段廢水的污染程度次之，codcr濃度可達2000～3000mg/l，ss 1500～2500mg/l;紙廢水即為白水，為污染較輕的廢水，主要含有細小懸浮性纖維、造紙填料和某些添加劑等，codcr濃度為150～600mg/l，ss為500～1500mg/l。白水中的懸浮物主要是紙漿纖維組成，可以作為資源加以回收利用。
　　
二、造紙廢水的分段處理

1、生物—物理化學法處理黑液
　　
（1）廢水　試驗用的制漿黑液取自某造紙廠。
　　
（2）制漿黑液的處理流程
　　
（3）菌種及污泥馴化
　　
實驗用的厭氧接種污泥取自某垃圾填埋場的厭氧消化池。將取回的厭氧污泥混合液去除雜質后靜置沉淀，棄去上層清液，以軟性填料作為填料進行掛膜，將掛膜后的填料裝入厭氧反應器中。按codcr∶n∶p=2000∶3.5∶1加入尿素及磷酸二氫鉀于黑液中，然后將黑液泵入厭氧反應器中進行厭氧生物膜的馴化，馴化過程中逐漸增加黑液流量到滿負荷運行，大約35d完成馴化培養厭氧生物膜的工作。
　　
實驗用好氧活性污泥菌種取自某纖化廠中段廢水曝氣池活性污泥。采用制漿黑液對接種污泥進行馴化，按codcr∶n∶p=200∶5∶1的比例加入營養物質，逐漸增加黑液在曝氣混合液中的比例達到黑液濃度，馴化周期為20d。
　　
（4）處理過程
　
①酸中和黑液在進入生物處理前采用酸中和法將黑液ph值調到4，加熱到60℃，然后沉淀，將上清液進入下一段處理。
　　
②厭氧處理　酸中和預處理后黑液石灰水調節ph至6后，進入厭氧反應器。反應溫度為35℃，停留時間為18h。
　　
③好氧處理　厭氧處理后的黑液直接進入好氧處理階段，反應ph為7.2～7.5，溫度20℃～26℃，溶解氧為1.5mg/l～2.2mg/l，水力停留時間為8h
　　
④生物活性炭處理　采用圖1中流程a工藝時，則好氧處理后的出水進入生物活性炭柱，柱子內填充已掛膜的活性炭顆粒。廢水在柱內的停留時間為5.1min。活性炭掛膜及馴化約需15d。
　　
⑤化學混凝處理　采用圖1中流程b工藝時，則好氧處理后的出水進入化學混凝處理階段。加入的混凝劑為55528。
　　
（5）處理效果及影響因素
　　
①酸中和處理過程中的影響因素
　　
黑液中codcr濃度在1810mg/l～14500mg/l范圍內變化時，酸中和處理對codcr的去除率影響不大，而對木質素的去除率影響較大，codcr濃度過高或過低都將引起木質素去除效率的降低，當黑液中codcr濃度為7250mg/l時，酸中和處理黑液中的木質素去除率可達78.6%（圖2）。
　　酸中和過程的ph值從7降低到5時，黑液的codcr和木質素的去除率呈上升趨勢，如再繼續降低黑液的ph值，則其codcr及木質素去除率提高很緩慢。因此，考慮到降低ph值既能提高酸中和處理效果，又不因酸用量的增加導致處理成本的增加，故取酸中和ph值為4～5。
　　
酸中和的過程中加熱與否對處理效果的影響見表1。從表1可以發現加熱雖然使出水codcr和木質素含量略有上升，但加熱提高了污泥的壓縮性能，是污泥顆粒大并易于沉降，上清液多。
　　
②酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理效果
　　
采用酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理制漿造紙黑液，進入穩定運行階段后，70d的運行處理效果：在酸中和階段木質素及codcr的絕對去除量最大，而生物活性炭階段對木質素及codcr的去除效率最高。對codcr濃度為13500mg／l及木質素含量為5983mg／l的制漿黑液實施酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭綜合處理工藝后，出水codcr降至390mg／l，木質素降至46mg／l，其去除率分別為97.1%和99.2%。
　　
③酸中和-厭氧-好氧-化學混凝工藝的處理效果
　　
試驗結果表明，在厭氧-好氧生物處理后再進行化學混凝處理能有效去除黑液中殘余的木質素，其去除率達82.1%，但對黑液中codcr的去除效果不明顯。黑液處理后，codcr從14500mg／l下降至1403mg／l。比較制漿黑液厭氧和好氧處理中木質素的降解效果后發現，厭氧處理比好氧處理對木質素的生物降解更為有利，前者能夠降解木質素約47.0%，后者僅能使木質素降解。
　　
（6）小結
　　
采用酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理制漿造紙黑液，效果是很明顯的，并且不用投加混凝劑，避免了再一次對處理水的污染，但由于活性炭的成本較高，在實際中很少被采用。
　　
大部分的造紙廠采用厭氧-好氧生物處理后再進行化學混凝處理。這樣一來混凝劑的選擇就很重要了，而55528是孔德忠院士發明的一種國防三防（防生物、防化學）消除劑，屬于軍事用劑，全名為55528生物戰劑消除劑，它可以作為混凝劑、消毒劑、沉淀劑，還可以調節ph、滅菌，它的除磷效果也很好，并且不會造成水體的污染。所以可以放心使用，不必擔心會對被處理造成二次污染。
　　
2、堿法草漿中段廢水生物處理
　　
（1）廢水水質
　　
減法草漿中段廢水水質如下：bod5500mg／l～600mg／l，ss365mg／l～1910mg／l，cod1640mg／l～1910mg／l，色度2000，ph8～9，揮發酚1.5mg/l～2.0mg/l。
　　
（2）廢水處理工藝流程
　　
廢水首先在初沉池中去除大顆粒的懸浮物，然后進入加速曝氣池，加速曝氣池為兩只i-o型曝氣池，它的特點是曝氣區在池的外圍，沉淀區中間，曝氣區上部加裝有消泡裝置。加速曝氣池出水投加硫酸鋁后，進入加速澄清池，在加速澄清池中進行固液分離。
在堿法草漿中段廢水生物處理過程中，從初沉池、加速曝氣池和加速澄清池來的三種污泥采用氣浮法進行濃縮，濃縮后的浮渣用板框壓濾機進行干化，壓濾渣和煤混合做燃料。
　　
（3）曝氣池活性污泥的馴化培養
　　
①恢復活性階段　來自某印染廠的干污泥運到廢水處理站以后將其調稀，然后用泵送入第一只曝氣池，并加清水150t，磷酸二氫鉀500g，進行鼓風悶曝，并定時加入糞水，控制氨氮在100mg／l～150mg／l，溶解氧3mg／l～4mg／l，逐步恢復干污泥的活性。鏡檢中出現了草履蟲、豆形蟲、滴蟲和鐘蟲等。
　　
②馴化階段　完成恢復干污泥活性后，采用配水方法進行馴化，逐步提高造紙廢水的進水比例，使活性污泥逐漸適應堿法草漿的廢水水質。溶解氧一般控制在2.5mg／l～6.0mg／l之間，氨氮維持在來水平，有時偏高一些。
　　
③培養階段　馴化后的活性污泥進行培養，以增加活性污泥的濃度。廢水由間斷進水改為連續進水，操作條件基本不變。其間換水兩次，第一次在11d后進行，先將鼓風機、攪拌葉輪停止運轉，靜止3h～4h后，將上面廢水抽去130t，然后恢復正常運轉。間隔5d后進行第二次換水，換去上面廢水100t，進行悶曝幾小時后恢復正常運行。15d后基本上完成了第一只曝氣池的活性污泥培養工作。污泥沉降體積在75%～80%左右，鏡檢有大量菌膠團和原生動物。把第一只曝氣池的混合液一分為二，一半泵入第二只曝氣池，然后兩只池繼續同時培養，約過8d～10d時間，就達到了預期的污泥量，此時進水量亦逐步增加到40t/h左右
　　
（4）曝氣池運行條件
　　
①由于制漿造紙系統排放的廢水是間斷的，因此，廢水水質變化幅度很大，這對廢水的生物處理是不利的。為了保持進水水質的穩定，通過測定廢水的高錳酸鉀耗氧量來進行水質的調配，使廢水的高錳酸鉀耗氧量控制在700mg／l～800mg／l之間，相當于進水bod5在500mg／l～600mg／l之間。
　　
②曝氣池的溶解氧是一個非常重要的條件。溶解氧過高，微生物自身氧化，活性污泥細碎。同時空氣量大，曝氣強度大，廢水中產生大量泡，造成消泡困難，廢水處理順利進行。溶解氧過低，活性污泥得不到足夠的氧，造成污泥活性下降。在此工藝中，采用曝氣盤曝氣，曝氣盤曝氣的優點在于不留死角，曝氣池的每個角落，都能充分得到氧。

③一般進水ph在8～9之間，生物處理后，曝氣池出水ph為7.0～7.5，所以正常情況下，不需調節ph值。
　　
④營養鹽對生物處理的影響表現在對活性污泥性能的改善。由于廢水中含有微量的氮和磷，因此在一段時間內不加營養鹽也能取得較好的去除效果，但隨著時間的延長，污泥指數上升，活性污泥結構松散，這時如添加營養鹽，污泥指數即下降，污泥濃度增加，但處理效果不變。因此根據具體情況采用間斷或連續施加營養鹽。
　　
⑤溫度對活性污泥的活性影響很大。i-o型曝氣池在冬季一般保持在7℃～10℃之間，這時廢水處理效果較差，當溫度下降到9℃以下時，bod5去除率降低50%。如果冬季用冷凝水（35℃～40℃）保溫，使曝氣池曝氣區維持在12℃以上。基本上不影響處理效果。溫度對處理效果的影響如表2。
　　
（5）運行效果
　　
在1980年4月～6月的穩定條件的運行效果見表3。由表可見堿法草漿中段廢水生物處理效果是令人滿意的。
　　
3、使用物理方法對白水進行處理
　　
白水中的ss主要由紙漿纖維組成，可以作為資源加以回收利用。白水單獨處理后出水codcr濃度為80～120mg/l，ss為100mg/l以下，可以重新回用到紙生產用于沖網、沖毯等，白水處理分離的纖維回收利用。
　　
我國造紙廢水處理回用已有二十余年的歷史，技術成熟、使用可靠。白水處理的技術措施主要是機械物理分離和物理化學處理。如在造紙車間設置壓力篩、振動篩、盤片過濾等設備，兼具纖維回收和白水處理。
　　
在工程上，通常采用溶氣氣浮等，氣浮裝置一般采用傳統的深槽氣氣浮或者高效淺層氣浮。在采用清濁分流生產回用技術路線時應進一步拓寬回用水的用途。例如，白水處理后不僅用于紙機的沖網、沖毯等，同時還可以根據不同的情況，用于碎漿、調漿、制漿噴淋平衡水等，以實現最大限度的利用水資源。

三、總結
　　
（1）在厭氧-好氧生物處理后再進行化學混凝處理能有效去除黑液中殘余的木質素，其去除率達82.1%，但對黑液中codcr的去除效果不明顯。黑液處理后，codcr從14500mg／l下降至1403mg／l。
　　
（2）酸中和-厭氧-好氧-生物活性炭工藝處理制漿造紙黑液，在酸中和階段木質素及codcr的絕對去除量最大，而生物活性炭階段對木質素及codcr的去除效率最高。
　　
（3）比較制漿黑液厭氧和好氧處理中木質素的降解效果后發現，厭氧處理比好氧處理對木質素的生物降解更為有利，前者能夠降解木質素約47.0%，后者僅能使木質素降解。
　　
（4）造紙中段廢水成分復雜，在實際深度處理中，很難斷言采用哪一種方法最好，因此在選擇處理工藝時，應先充分考慮各種處理方法的優缺點，同時根據實際技術水平和生產狀況，在不同的條件下對技術和濟進行比較。
　　
（5）55528可以作為混凝劑、消毒劑、沉淀劑，還可以調節ph和滅菌，它的除磷效果也很好，并且不會造成水體的污染。