摘要:介紹了造紙工業(yè)中段水的來源、水質(zhì)特點,著重陳述了造紙中段水的生化處理工藝,將生物接觸氧化方案、氧化溝方案及射流曝氣活性污泥方案三種方案作了闡述及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,并推薦類似污水處理項目優(yōu)先選用射流曝氣活性污泥方案。
關(guān)鍵詞:造紙中段水;生化處理;射流曝氣活性污泥方案
造紙工業(yè)是一個用水量大、污染嚴(yán)重的行業(yè)。由于造紙廢水污染物濃度高、治理難度大,各國均將造紙廢水列為主要公害之一。據(jù)官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計,全球造紙業(yè)生產(chǎn)、消費率以每年2%~3%的速度增長,而亞洲則以8.5%的增長率位居各大洲之首。我國造紙業(yè)在近10年來則以18%的增長速度居亞洲之首。造紙業(yè)高速發(fā)展的背后是沒有形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)、污染嚴(yán)重、原材料匱乏、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理等一系列亟待解決的問題。初步統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2005年全國COD排放總量1413萬噸,與“十五”計劃提出的1300萬噸的總量控制目標(biāo)相差113萬噸,未完成削減10%的控制目標(biāo)。而造紙工業(yè)是排放COD的重點行業(yè),草漿造紙是污染水環(huán)境的主要原因,同時污染治理設(shè)施沒有能夠完全及時配套,造成占全國工業(yè)COD排放總量半數(shù)以上的造紙行業(yè)的排污總量沒有得到有效控制。就我國造紙廢水的污染現(xiàn)狀而言,加強治理和監(jiān)管力度,切實做到達(dá)標(biāo)排放仍是當(dāng)前造紙業(yè)環(huán)保工作的重中之重。
1 造紙中段水的來源與特點
造紙廢水是指化學(xué)制漿產(chǎn)生的蒸煮廢液(又稱黑液、紅液),洗漿漂白過程中產(chǎn)生的中段水及抄紙工序中產(chǎn)生的白水,本文主要介紹造紙中段廢水的處理方法。
中段廢水是指經(jīng)黑液提取后的蒸煮漿料在篩選、洗滌、漂白等過程中排出的廢水,顏色呈深黃色,占造紙工業(yè)污染排放總量的8%~9%,噸漿COD負(fù)荷310kg左右。中段水濃度高于生活污水,BOD和COD的比值在0.20到0.35之間,可生化性較差,有機物難以生物降解且處理難度大。中段水中的有機物主要是木質(zhì)素、纖維素、有機酸等,以可溶性COD為主。其中,對環(huán)境污染最嚴(yán)重的是漂白過程中產(chǎn)生的含氯廢水,例如氯化漂白廢水、次氯酸鹽漂白廢水等。次氯酸鹽漂白廢水主要含三氯甲烷,還含有40多種其它有機氯化物,其中以各種氯代酚為最多,如二氯代酚、三氯代酚等。此外,漂白廢液中含有毒性極強的致癌物質(zhì)二惡英,對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了嚴(yán)重威脅。
2 造紙中段水的生化處理
2.1生化工藝選擇原則
為了使污水處理廠能達(dá)到預(yù)期目標(biāo),在生化工藝的選擇和設(shè)備選擇上主要考慮以下針對性措施:
(1)所選生化處理工藝必須技術(shù)先進(jìn)、成熟,對水質(zhì)變化適應(yīng)能力強,運行穩(wěn)定,能保證出水水質(zhì)達(dá)到工廠使用標(biāo)準(zhǔn)及排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(2)所選工藝應(yīng)減少基建投資和運行費用,節(jié)省占地面積和降低能耗。
(3)所選工藝應(yīng)易于操作、運行靈活且便于管理。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量,應(yīng)能對工藝運行參數(shù)和操作進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
(4)所選曝氣設(shè)備必須具有較高的氧轉(zhuǎn)移率,曝氣動力效率較高,節(jié)省動力消耗;為了防止并減少泡沫的產(chǎn)生,必須保證生化處理單元具有較大的污泥濃度,即混合液懸浮固體濃度應(yīng)盡量高。
(5)所選好氧處理工藝必須具有較大的生化反應(yīng)推動力,即底物濃度梯度(污泥負(fù)荷隨時間的變化值)大。也就是說,所選工藝對難生物降解污染物質(zhì)有較強的分解氧化能力。
(6)耐沖擊負(fù)荷,對進(jìn)水的水質(zhì)、水量有巨大的稀釋能力,不會因水質(zhì)水量的急劇變化而使處理系統(tǒng)癱瘓、停運、失去處理能力。
(7)適當(dāng)選取較低的有機負(fù)荷,低負(fù)荷對可降解有機物分解徹底,可以達(dá)到較高的處理深度,確保排放水質(zhì),便于污水資源化回收利用;且污泥齡長,生物污泥合成量少,污泥處置費用低。
2.2生化工藝方案比較
針對以上特點,可供選擇的常用生物處理工藝方案主要有生物接觸氧化方案、氧化溝方案和射流曝氣活性污泥方案等。
2.2.1生物接觸氧化方案
生物接觸氧化又稱淹沒式生物濾池,實質(zhì)是在曝氣池內(nèi)填充填料,已經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料,并以一定的流速流經(jīng)填料。在填料上布滿生物膜,污水與生物膜廣泛接觸,污水中的有機物在生物膜上微生物新陳代謝功能作用下被去除,污水得到凈化,生物接觸氧化是一種介于活性污泥與生物濾池兩者之間的生物處理技術(shù),可以說是具有活性污泥法特點的生物膜法,兼具有兩者的優(yōu)點。
為了節(jié)省運行費用,并提高污水的可生化性,在生物接觸氧化池前加厭氧水解調(diào)節(jié)池,將厭氧工藝控制在水解酸化階段,旨在利用厭氧條件下多種產(chǎn)酸菌的胞外酶分解水中長鏈有機物,產(chǎn)生有機酸、醇等,污水中的有機物水解酸化后,可生化性得到了提高,利于發(fā)揮后續(xù)好氧工藝的生物降解性能,使整個工藝能節(jié)能運行并使出水優(yōu)良。
生物接觸氧化工藝的特點:
(1)體積負(fù)荷高,處理時間短,節(jié)約占地面積;
(2)生物活性高,有較高的微生物濃度;
(3)污泥產(chǎn)量低,不需污泥回流;
(4)生物接觸氧化法有時脫落一些細(xì)碎生物膜,沉淀性能較差,從而會造成出水中的懸浮固體濃度升高;
針對此種污水,生物接觸氧化存在以下缺點:
(1)設(shè)備比較復(fù)雜,管理比較繁瑣。
(2)填料的掛摸受水質(zhì)、水量、溫度等的影響比較大,不容易管理維護(hù)。
(3)此種水質(zhì)的鹽分、濃度較高,填料和曝氣頭容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象,且設(shè)備使用壽命低、日常維護(hù)管理費用高,填料和曝氣大約每三年就更換一次,費用較高，同時也可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于生物接觸氧化工藝的技術(shù)文檔。
2.2.2氧化溝方案
氧化溝工藝是在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上完善、發(fā)展并靈活運用硝化反硝化技術(shù)的典型工藝之一。氧化溝在流程上采用連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池的原理,將碳源代謝、硝化、反硝化等一系列生物化學(xué)過程在一個閉合環(huán)路中連續(xù)進(jìn)行,又名“連續(xù)循環(huán)曝氣池”。氧化溝呈封閉的溝渠型,流態(tài)呈推流式,溶解氧形成多重濃度梯度,同時具有完全混合和推流的特征。氧化溝一般為低負(fù)荷設(shè)計,而且氧化溝內(nèi)循環(huán)流量大,為進(jìn)水流量數(shù)十倍,使反應(yīng)器具有很強的稀釋緩沖能力,這種均化能力帶來運行穩(wěn)定,耐受沖擊負(fù)荷,提高沉淀效果,改善出水水質(zhì)等一系列卓越的工藝特性。由于氧化溝的突出特點,近年來氧化溝工藝已在工業(yè)污水處理工程中得到了廣泛的應(yīng)用,取得、積累了許多成功的經(jīng)驗。但是氧化溝工藝由于技術(shù)性原因,機械曝氣效率低,使得污水處理廠只能用提高裝機功率來彌補,從而增加了投資和運行費用;此外,氧化溝的溝深不能過深,這就造成了相對于其它工藝,氧化溝的占地面積較大。
氧化溝工藝具有以下特點:
(1)對水質(zhì)水量適應(yīng)性強,可適用于小規(guī)模200噸/日污水處理廠,也可適用于大規(guī)模200萬噸/日的污水處理廠。
(2)處理效果好,BOD5去除率可達(dá)95～99%。
(3)曝氣機采用表面曝氣,檢修方便,運行可靠。
(4)工藝流程簡單,構(gòu)筑物少,操作維護(hù)簡便。
(5)處理效果穩(wěn)定,出水水質(zhì)優(yōu)良可靠。
(6)污泥產(chǎn)量少,污泥性質(zhì)穩(wěn)定,節(jié)省污泥消化系統(tǒng)。
(7)具有較強的抗沖擊負(fù)荷和適應(yīng)水質(zhì)變化的能力。
氧化溝工藝的缺點如下:
(1)占地面積大,設(shè)備多,投資較高。
(2)設(shè)備裝機功率大,設(shè)備閑置率高。
(3)充氧率低,運行費用高。
2.2.3射流曝氣活性污泥方案
活性污泥法于1914年由英國人Ardernh和Locbett實驗成功,是最常見的污水生物處理方法,污水在經(jīng)過初步沉淀去除各種大塊顆粒之后送到好氧反應(yīng)池,在池中通過曝氣或攪拌供給氧氣。在活性污泥法中,經(jīng)處理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下來返回反應(yīng)池,這樣可以維持很高的微生物密度和活性。當(dāng)污水停留在好氧反應(yīng)池期間,一部分有機物被處理成無機物,另一部分轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞物質(zhì),從而使污水得到凈化。在中低濃度有機污水處理中,活性污泥法是使用最多、運行最可靠的一種方法。在國內(nèi),由于技術(shù)成熟,技術(shù)分支較為廣泛,且投資省、易啟動、處理效果好等優(yōu)點而得到廣泛運用。但傳統(tǒng)活性污泥法由于曝氣動力消耗大,每噸污水處理費用居高不下,同時在用空氣曝氣時容易產(chǎn)生泡沫,造成難以充氧,管理不好則易產(chǎn)生污泥膨脹,產(chǎn)生大量的污泥等原因,使其在應(yīng)用上受到了限制。
射流曝氣活性污泥法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,通過改變傳統(tǒng)的曝氣方式來提高氧的利用效率。
射流曝氣是介于機械曝氣和氣泡擴散裝置兩者之間的一種曝氣設(shè)備,它是自20世紀(jì)40年代開始應(yīng)用的。隨著不斷的研究開發(fā)應(yīng)用,現(xiàn)在的射流曝氣形狀已發(fā)生了根本改變,普遍采用直徑25mm以上的新型防堵塞型噴嘴。現(xiàn)在普遍采用的射流曝氣頭基本都采用同一原理,其是將大量的循環(huán)水和低壓空氣在一個專利的噴嘴里混合。射流曝氣活性污泥法的核心設(shè)備是高效泵循環(huán)射流曝氣器。其工作原理是:由循環(huán)水泵提供工作水,由鼓風(fēng)機提供壓縮空氣。當(dāng)工作水與壓縮空氣由噴嘴噴出射向池內(nèi)液體時,由于高速的射流與周圍低流速液體的速度差及能量差,引起射流邊界與周圍液體發(fā)生劇烈混摻,邊界上低能量液體被卷吸入射流中,并在擴大的射流中被吸收、加速、混合。同時,在射流與周圍液體交界處理存在較大的剪應(yīng)力,使射流邊界上形成旋渦和紊流。這樣,使污水得到充分的充氧曝氣。
射流曝氣活性污泥工藝具有以下特點:
(1)射流曝氣的動力效率、氧的轉(zhuǎn)移效率高,具有高效節(jié)能的優(yōu)點,運行費用比較低。
(2)曝氣所需引射水由循環(huán)泵提供,曝氣所需的空氣由羅茨風(fēng)機提供,可根據(jù)溶解氧情況對鼓風(fēng)機進(jìn)行變頻控制,能最大限度地節(jié)約能耗。
(3)射流曝氣頭采用不銹鋼材質(zhì),噴嘴采用耐磨合金材質(zhì),使用壽命長;不存在堵塞問題;水中無運轉(zhuǎn)部分,需檢修設(shè)備均在池外,運行管理、維護(hù)均非常方便。
(4)采用了組合式設(shè)計,安裝簡便。
(5)由于直接向噴嘴部分供氣,不會產(chǎn)生過渡混合,減少了有味氣體逸出。
(6)與其他工藝相比,污泥沉降性能與出水穩(wěn)定方面具有優(yōu)勢。
3 結(jié)論
通過以上論述及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可以看出,射流曝氣活性污泥工藝和氧化溝工藝在大規(guī)模的高濃度污水處理中有較成功的經(jīng)驗,生物接觸氧化工藝在小規(guī)模的工業(yè)污水處理中也有很成熟的經(jīng)驗,但由于受其工藝復(fù)雜性限制,不宜在大規(guī)模的工程中應(yīng)用。對于企業(yè)的污水處理,其水處理的成本直接關(guān)系到產(chǎn)品的成本,直接關(guān)系到企業(yè)的競爭力和生存。所以我們近幾年在污水處理的運行節(jié)能方面作了大量的研究,在綜合考慮氧利用率、設(shè)備維護(hù)費用、設(shè)備使用壽命等要素下,集微孔曝氣和機械曝氣的優(yōu)點而推出了射流曝氣。通過以上比較可以看出,射流曝氣在工程投資、設(shè)備要求、維修保養(yǎng)、曝氣設(shè)備使用壽命方面均具有明顯的優(yōu)勢,并且射流曝氣活性污泥工藝在我國造紙污水處理方面得到了廣泛的應(yīng)用,采用該工藝投產(chǎn)后運行穩(wěn)定,處理效果良好,所以在類似項目的污水治理工程中生化段推薦使用射流曝氣活性污泥工藝。
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