生物法处理棉浆黑液的现场实验研究.pdf

生物法处理棉浆黑液的现场实验研究 李芙蓉 1 陈 辉 2 缪礼鸿 1 宋真云 2 1.武汉工业学院化学与环境工程系, 武汉 430023; 2.湖北金环股份有限公司, 湖北 襄樊 441000 摘要 利用经驯化的以嗜碱菌群为主的好氧活性污泥及常规厌氧、好氧污泥, 针对不同浓度的棉浆黑液在现场进行了 单独“ 好氧”及“ 好氧-厌氧-好氧”全流程工艺实验。 结果表明 对棉浆黑液直接进行好氧曝气, 可将原水 pH 值自 12. 4 左右稳定降低至 10 以下, COD 去除率可达40左右。 全流程实验中厌氧效果显著, pH 值最低可降至 8 . 2, 整个系 统抗冲击能力强, 运行稳定, COD 总去除率保持在 63以上。 关键词 棉浆黑液; 生物处理; 嗜碱菌; pH PILOT TEST ON BIOLOGICAL TREATMENT OF COTTON PULP BLACK-LIQUOR Li Furong1 ChenHui2 Miao Lihong1 Song Zhenyun2 1.Department of Chemical and Environmental Engineering , Wuhan Polytechnic University , Wuhan 430023, China; 2. Hubei Golden Ring Co.Ltd. , Xiangfan 441000, China Abstract Utilizing acclimated aerobic sludge in which alkaliphilic microorganism was dominant and normal activated sludge, pilot tests on aerobic process individually and on the process of “ aerobic -anaerobic - aerobic” for different concentration black-liquor were operated. The results showed that the pH value of black -liquor can be depressed from 12. 4 to 10 steadily and COD removal rate was up to 40 by aerating directly. Through the entire process test, the effect of anaerobic acidificationwas remarkable, the lowest pH value was 8. 2, the whole system ran steadily and the capability to resist shock loading was high, the total removal rate of COD kept over 63. Keywordscotton pulp black -liquor;biological treatment;alkaliphilic microorganism; pH value. 棉浆黑液具有高碱性、高污染的特点 ,是当前废 水治理中的难题之一。其主要污染物是木素 、纤维 素、 半纤维素和果胶等有机物 [ 1] 。 湖北金环股份有限公司棉浆黑液处理站现采用 先厌氧后好氧的传统生物处理工艺, 系统运行效果 差。特别是厌氧池 , 试运行 3 年多 , 一直无法调试成 功,主要原因是由于进水 pH 值高达 12. 5 以上 ,厌氧 作用无法进行, 在投入大量硫酸中和后 , 硫酸根离子 及产生的H2S 又使厌氧菌活性受到抑制 [ 2] ,使厌氧系 统无法启动。 嗜碱菌在污水处理中的应用已受到大家的广泛 关注, 已有利用嗜碱菌的催化作用对洗涤剂工业、印 染工业等产生的碱性废水进行生物处理的综述性报 道 [ 3] 。自然界中嗜碱微生物大多数为好氧微生物 [ 4] 。 经过近2 年的实验室研究发现 经优选和驯化的嗜碱 菌群在好氧条件下在较短的时间内可将 pH 12. 5 的 棉浆黑液降至 9. 6 左右 。故考虑可直接采用好氧生 物处理代替酸中和 , 使厌氧池进水 pH 控制在 10 以 下,以保证厌氧工段效率的正常发挥 。 针对现有黑液生化处理站存在的问题,根据实验 室研究结果 ,进行现场实验 ,力图掌握必要的工艺参 数,为处理站下一步的工艺改造提供理论依据和技术 支持 。 1 实验 1. 1 废水来源及工艺流程 棉浆黑液自湖北金环股份有限公司现有黑液生 化处理站总进水压力管流出。 实验流程如图 1所示。 一级曝气池由废酸罐改造而成 , 有效体积1 m 3 , UASB 反应器为有机玻璃制成, 有效体积150 L , 二级 曝气池及一 、 二级沉淀池均由 PVC 材料加工而成, 有 效体积分别为300,100和50 L 。 29 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 1一级曝气池; 2一级沉淀池; 3UASB反应器; 4二级曝气池; 5二级沉淀池; 6微孔曝气头; 7转子流量计; 8蠕动泵。 图 1 现场实验工艺流程 1. 2 活性污泥的来源及驯化 1 一级好氧 。接种污泥为处理站现有好氧沉淀 池底部污泥 MLSS 约12 000 mg L 。 由于处理站现有 好氧反应器进水 pH 值接近中性, 为常规好氧反应, 而现场实验一级好氧拟将高 pH 值黑液直接进入曝 气罐, 故需进行污泥驯化 ,使好氧性嗜碱菌成为优势 菌群。驯化按先间歇后连续运行的方式进行。间歇 运行 每天换水 2 次, 根据 pH 值降低情况调整进水 量; 连续运行 在保证曝气池内 pH 值稳定在 10 以下 的前提下逐步提高进水量 。连续运行污泥负荷达到 设计负荷即认为驯化基本结束 。 2 厌氧。接种污泥取自黑液处理站一闲置污泥 浓缩 池 , 经洗 涤去 除 浮渣 和 沉砂 后 其 MLSS 约 15 000 mg L。 厌氧污泥活性较好 , 接入 UASB 反应器 后可直接启用, 无需驯化 。 3 二级好氧 。接种污泥取自处理站现有好氧沉 淀池底部污泥, 现场实验二级好氧反应条件与处理站 现有好氧反应器接近, 故接种污泥无需驯化 ,可以直 接启用。 1. 3 实验条件 进水水质受棉浆生产工艺影响波动较大, pH 值 在12. 0～ 12. 5, ρ COD 在6 000～ 15 000 mg L ,平均进 水水温45 ℃,平均室温32 ℃。 一级好氧污泥接种量为 300 L, 污泥 驯化 结束 后一 级曝 气池 内 MLSS 在 4 000 mg L以上。厌氧污泥接种量约40 L 。 二级好氧 接种 污 泥 量 需 保 证 二 级 曝 气 池 内 MLSS 约 4 000 mg L 。 2 实验结果与讨论 2. 1 一级好氧单独间歇运行情况 一级曝气池污泥驯化好后 ,一次性进满黑液 此 时黑液 pH 12. 35, ρ COD7 556 mg L , MLSS 在 4 000 mg L左右 ,鼓入压缩空气 ,始终保持曝气池中 DO 在3. 5 mg L左右。不同曝气时间取样测定水样的 pH 值及 COD,结果如图 2 所示。在以嗜碱菌为优势 菌群的好氧活性污泥作用下, 棉浆黑液的 pH 值和 COD均随曝气时间的增加而减小 ,培养7 h后, 黑液的 pH 值可下降至 10 以下; 继续培养至15 h后, pH 值下 降缓慢, 而 COD 值仍有明显减少。当 pH 达到 9. 0, COD去除率达到 40时基本不变。分析其原因 棉 浆黑液中有机质的主要成分为一些细小的纤维素 、 半 纤维素及其经高温碱蒸煮后分解的小分子产物。这 些物质在嗜碱微生物的代谢作用下分解成有机酸和 CO2, CO2与黑液中残存的 NaOH 反应生成 NaHCO3, 使黑液的 pH 下降 , 具有一定的缓冲作用 pH 值在 9. 5～ 10. 5 。 图 2 曝气时间与黑液pH、COD 的关系曲线 2. 2 全流程实验运行结果与分析 根据间歇实验运行结果及处理站现有好氧池容 积负荷, 控制一级好氧进水量80 L h, HRT 12. 5 h, 气水比 V V 10∶ 1,废水经一级好氧后, 分流15 L h的 水量进入后续厌氧及二级好氧装置 ,其余部分直排, 二级好氧气水比 V V 为 8∶ 1。 2. 2. 1 低浓度黑液全流程运行实验 采用“好氧 - 厌氧-好氧”工艺 ,进行了为期半个 月的 全 流 程 实 验。 其 中 进 水 ρ COD平 均 为 6 212 mg L ,pH 12. 69 。一级曝气池中的污泥沉降比 SV 稳定在 22,MLSS 为 4. 31g L。各阶段 pH 值变 化及 COD 的去除情况如图 3和图 4所示。 系统运行良好, 各阶段作用发挥正常 ,UASB 反应 器有大量沼气产出。棉浆黑液经一级曝气后, pH 值 由12. 4 降至 9. 8 左右, 经厌氧酸化后 , 废水 pH 值进 一步下降至 8. 2 左右 ,再次曝气, pH 值又上升近 1 个 单 位。 一 级 曝 气 池 的COD容 积 负 荷 达 2. 15 kg m 3d ,污泥 COD 负荷为0. 498 kg kgd ,一 级曝气在 pH 值降低的同时 ,COD 去除约 33,经“好 30 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 氧-厌氧”反应后 ,COD 去除率可达 51. 6, 全流程 平均 COD 总去除率达 65 以上 。 图3 低浓度黑液全流程实验pH变化曲线 图 4 低浓度黑液全流程实验 COD 去除率变化曲线 2. 2. 2 高浓度黑液全流程运行实验 当生化处理站黑液 COD 提高至15 000 mg L以 上,在此条件下 , 进行为期10 d的“好氧 -厌氧 -好 氧”全流程实验 ,结果如表 1 所示 。 表 1 高浓度黑液全流程试验运行结果 项目原水 一级 好氧出水 厌氧 出水 二级 好氧出水 pH12 . 529. 428 . 599. 2 ρ COD mgL- 1 15 4818 7366 8615 694 色度 倍15 00015 0008 00010 000 COD 阶段去除率 43. 621. 517. 0 COD 累计去除率 55. 763. 2 注 数据为实验平均值。 系统抗冲击能力强, 在进水pH 值高达 12. 5,COD 高达15 000 mg L时 , 系统仍然运行稳定 。一级好氧 pH 稳定降低,且 COD 去除率比处理低浓度黑液时提 高了 10, 厌氧酸化效果显著, 沼气产量略有提高, COD总去除率保持在 63 以上。 3 结论 1 在经驯化的以嗜碱菌群为主的好氧活性污泥 作用下,对 pH 值高达 12. 4 的棉浆黑液直接进行好氧 曝气,7 h后 ,黑液的 pH 值可稳定下降至 10 以下。继 续曝气,pH 最低可降至9. 0 左右 ,而COD去除率最高 可达 40。 2 对 ρ COD 为6 000 mg L左右的低浓度棉浆黑 液进行“好氧-厌氧 - 好氧”全流程实验 ,系统运行良 好,pH 值最低可降至 8. 2,COD 总去除率可达 65 以上 ; 3 该系统抗冲击能力强, 在进水 pH 值高达 12. 5, ρ COD 达15 000 mg L时 ,仍然能稳定运行,COD 总去除率可保持在 63 以上。 参考文献 [ 1] 辛银花. 棉浆粕黑液处理技术的展望[ J] .人造纤维, 2005, 35 3 23 -25. 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