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造纸脱墨废水的深度处理技术 ＊ 余关龙 杨春平 马淑广 曾光明 钟袁元 湖南大学环境科学与工程学院, 湖南 长沙 410082 摘要 介绍一种实用的脱墨废水三级处理技术的原理、工艺流程、主要构筑物 , 并重点探讨了在各级处理过程中的控 制参数和影响因素。 应用该工艺建造的某大型造纸厂的脱墨废水处理工程, 处理出水达到了污水综合排放标准 GB8978 -1996 中二级标准。 针对该处理系统实际运行中出现的问题, 提出了相应的解决措施, 可供同行借鉴和参考。 关键词 脱墨废水 有机物 活性污泥法 强氧化法 污水处理 ＊教育部新世纪优秀人才支持计划项目 NCET-05 -0701 ; 中国博士 后科学基金资助项目 2005037206 0 引言 北方一家大型造纸公司, 主要生产高速新闻纸, 年产量30 多万 t ,主要生产原料全部采用进口美国废 纸。公司采用脱墨工艺在废纸制浆过程中,产生了大 量脱墨废水 ,成分相当复杂 ,主要包括所使用的脱墨 剂、 各种颜料、 淀粉 、 纤维等 ,仅采用普通生化处理难 以达到排放标准 ,但经过深度处理后,出水可达到污 水综合排放标准中城镇污水处理厂排放二级标准 。 1 工程实例 1. 1 脱墨废水处理工艺流程 该工程处理工艺是在传统的生化二级处理的基 础上, 增加 Fenton强氧化处理工艺, 对脱墨废水中难 生物降解的污染物能够有效去除, 从而保证了出水水 质。工艺流程如图 1 所示。 图 1 脱墨废水处理工艺流程图 1. 2 工程运行及净化效果 该工程运行完全由自控装置控制运行, 从 2005- 04-172006-08,工程运行 1 年多时间 , 整个系统稳 定,运行良好 , 部分二级处理水回用于脱墨工序。出 水执行污水综合排放标准 GB8978- 1996 城镇污水处 理厂排放二级标准, 处理效果和出水水质见表 1。 表 1 处理工艺的性能 项目 Q m3 d- 1 CODCr mgL- 1 BOD5 mgL- 1 SS mgL- 1 pH T ℃ 设计12 0004 0001 6002 5006～ 845 进水8 5003 8009024 2006～ 932～ 45 出水6 30011722286～ 831 出水范围3500～ 11000101～13011～ 3019～ 356～ 830～ 33 标准12030306～ 835 1. 3 主要构筑物 该工程主要构筑物的设计尺寸见表 2。 表 2 主要构筑物设计尺寸 构筑物规格数量 均衡池25 m30 m6. 5 m1 化学反应池6. 5 m6 . 5 m 5. 0 m2 初沉池F38 m4. 2 m H1 曝气池84 m18 m6. 5 m2 二沉池F28 m3. 5 m H2 强氧化池5. 0 m5 . 0 m 4. 9 m1 三沉池F30 m3. 5 m H1 2 脱墨废水处理 2. 1 初级处理 初级处理针对脱墨废水的性质主要采用物理化 学方法对其进行预处理, 是减小后续处理负荷、保证 处理效果的重要一环 。 来自脱墨车间的废水经转筒格栅去除粗大杂物 和纤维后, 进入均衡池,调节水质水量,池底安装了曝 气装置,正常运行时可防止废水中的悬浮物沉淀和使 池水充分混合均匀, 同时也向废水补充了一定的溶解 氧 DO ,有利于减轻后续处理供氧负荷。 均衡池废水由泵提升至化学反应池 ,进行加药处 理。化学反应池是由 2 个独立的单元即絮凝反应池 和凝聚反应池以及相应的搅拌设备组成 。整个流程 采用一次提升后 , 废水可依次自流至各处理构筑物, 28 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 最后外排 。 2. 1. 1 药品选择 选择聚合氯化铝 PAC 和明矾 ALUM 作对比试 验。结果如表 3。 表 3 PAC和 ALUM 处理效果对比 项目PAC 10 ALUM 7. 8 用量 mL0 . 250. 50. 750. 250 . 50. 75 出水 CODCr mgL- 1 1 8841 6961 6581 9001 8021 746 由表 3 可见,PAC 效果较好, 而且 PAC 还能够去 除废水中约80的色度和 40的总有机碳 TOC [ 1] 。 2. 1. 2 加药量与搅拌速度控制 实际运行中 ,按 850 mg L 加入 PAC 后 ,剧烈搅拌 10 min, 迅速促进混合 ,产生形体细小的凝聚物 ,随后 进入凝聚反应池内, 按 14 mg L 投加A-Polymer 98 线性高分子结构, 具有极强的粘性 , 缓慢搅拌 10 min ,使细小的凝聚物絮凝成较大颗粒, 进入辐流 式一沉池进行泥水分离 [ 2] 。SS 的去除效率高达 99,CODCr去除率达 61,BOD5去除率达 51。 2. 2 生物处理 采用普通活性污泥法对废水进行生物处理,废水 中绝大部分溶解性可生物降解的有机物得到有效处 理,是整个处理工艺的核心部分。 2. 2. 1 构筑物及设备 主要由曝气池、冷却塔和二沉池组成。曝气池总 容积18 000 m 3 ,分为平行 2 组, 每组分为 4 格, 池底按 微生物沿曝气池方向推流运行时降解污染物需氧量 的不同设置10 台底曝机 ,既能向水体充分供氧,又能 使废水与活性污泥完全混合。最前面的 1 格体积稍 大,设有 2台 ,该池兼具生物选择器的功能 ,能有效抑 制污泥膨胀 [ 3,4] , 冷却塔主要在夏季运行, 将废水温度 降至 35 ℃以下 ,以适合生物处理。 2. 2. 2 废水生物处理 进入曝气池废水分2 组以完全混合推流式方式平 行运行,有利于进行单线调试和维持曝气池的稳定运 行以及污泥膨胀后的快速恢复 [ 5] 。在曝气池前端,活 性污泥与废水充分接触,由于有机物浓度相对较高,微 生物代谢活力强,对废水中 DO 的利用量也最大, 在曝 气池末端,废水中的有机物几乎消耗殆尽,底物成为限 制因素,活动能力相应减弱,同时体外分泌粘性物质 , 相互聚集成团,有利于在二沉池进行泥水分离 [ 6] ,沉淀 的生物污泥分别由泵回流至相应的曝气池。 2. 2. 3 重要控制因素 稳定曝气池进水量 ,MLSS 维持在2 500 mg L左 右,BOD5负荷约 1. 2 kg m 3d ; 溶解氧供给状况, 出 水DO 维持在 1. 5～ 2. 0 mg L 左右, 废水温度在 35 ℃ 以下; 污泥回流比控制在进水量的 40左右 , 根据曝 气池内的污泥浓度和污泥状态进行调整 。 营养物的投加 。对脱墨废水应投加微生物维持 生命活动所必需的N 、 P, 通常按 BOD5∶ N∶ P 100∶ 5∶ 1 的比例投加, 运行中 ,选择以尿素和磷酸钠为 N 源和 P 源, 按1 000 t废水投加40 kg尿素和50 kg磷酸钠。 2. 2. 4 活性污泥的控制管理 通常控制及监测指标如表 4。 表 4 曝气池日常监测指标 MLSS mgL- 1SV30 DO mgL- 1pHT ℃ 2 500121 . 5～ 2 . 07～ 835 镜检, 通过显微镜观察活性污泥菌胶团的性状, 丝状菌数量 ,原生动物的数量 、 形状及活性。 脱墨废水中发生的污泥膨胀主要为丝状菌污泥 膨胀 ,呈丝状扩展生长的丝状菌的表面积与容积之比 较絮凝性菌胶团细菌的大 ,在对有限制性的营养和环 境条件 如 DO 、底物、营养物 、pH 、温度等 的争夺中 占优势,表现出更强的生命力 ,或因其它诱发因素 ,刺 激或引发污泥膨胀 [ 7] ,可从丝状菌过度繁殖的诱因上 采取措施抑制其生长 ,防止膨胀的发生 [ 8] 。 2. 3 强氧化处理 Fenton法 Fenton 法作深度处理 [ 9-11] ,此反应时间短, 被去除 的CODCr90以上能在反应的前 10 min 内完成 [ 12] 。 2. 3. 1 Fenton反应池进水水质 进入 Fenton 反应池的废水水质基本比较稳定,具 体数值如表 5。 表 5 进入 Fenton 反应池废水的性质 温度 ℃pHCODCr mgL- 1 BOD5 mgL - 1SS mgL- 1 337. 82804728 2. 3. 2 Fenton反应工艺流程 Fenton 反应是在不同的池体中分阶段完成的 ,需 要对进入的废水调至酸性 , 然后加入催化剂 氯化亚 铁 和强氧化剂 双氧水 与废水中未能生物降解的污 染物进行反应, 并予以去除,最后将废水调至中性 ,沉 淀。工艺流程如图 2。 2. 3. 3 影响因素的实验确定 Fenton 极强的反应能力 [ 13] , 本质上取决于 3个因 素 pH 值、双氧水 H2O2 与氯化亚铁 FeCl2 的比例 和加入量、温度 [ 14] 。 29 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 图 2 Fenton 反应工艺流程图 根据具体水质情况 , 通过在实验室做 Jar-test 以 优化 3 个影响因素。实验室得出 Fenton 法处理脱墨 水二沉池出水效果最佳时各项控制参数 pH∶ 2～ 4; CODCr∶ H2O2∶ FeCl2 2. 5∶ 1∶ 0. 75 质量比 ; 因实际中 废水温度变化不大, 将温度对 CODCr去除效果的影响 不予考虑 。 3 出现的问题及讨论 1 运行中曝气池产生泡沫问题 。主要是脱墨废 水中含有脱墨剂 、 淀粉和其他化学药品等引起的, 可 根据所使用的脱墨剂及化学药品的种类及性质,选择 针对性强的消泡剂解决。该工艺选择 WOOJIN 韩国 产 消泡剂分 4次投加 ,15 kg d。 2 污泥膨胀问题 。必须对活性污泥的各项监测 指标的变化进行深入分析, 找出主要原因 ,及时采取 对策 [ 15] 。 3 曝气池供氧问题 。由于水体在池中推流运 行,整个过程微生物对氧的需求量是不同的 ,应根据 实时监测数据及时调整各底曝机的曝气量,维持适当 的溶解氧量,避免产生厌氧死角引发污泥膨胀和降低 菌胶团活性。 4 回用水水质问题。部分二沉池出水回用于生 产车间 ,需要解决色度和 SS 的影响,通常采用次氯酸 钠解决。不能使用三沉池出水作回用水 ,否则会在整 个系统内引入 Fe 3 ,不但对曝气池中微生物产生不 良影响,而且会增加出水色度 。 4 结论 1 脱墨废水采用普通活性泥法进行处理 ,其效 果较好而且很经济。 2 脱墨废水经过三级处理后,其出水可达到污 水综合排放标准中城镇污水处理厂排放二级标准 。 3 Fenton 强氧化法反应时间短 , 对脱墨废水中 难生物降解的颜料和其它污染物的去除效果较好 ,能 保证出水水质。 4 系统运行的时候 ,及时与生产部门做好沟通 和联系 ,第一时间掌握其投加的化学药品种类、数量 及工艺调整引起的废水水质水量变化,并做好相应的 准备 ,这些是非常必要的 。 参考文献 [ 1] 张素风, 聂金凤. 生物法脱墨废水污染负荷及其混凝处理. 中国 造纸, 2004, 23 26 -28. 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Keywords hydrolysis acidification, sequencing batch reactor andmultiple pharmacy wastewater ADVANCED PROCESS FOR TREATING DE -INKING WASTEWATER IN PAPERMAKING PROCESSYu Guanlong Yang Chunping Ma Shuguang et al 28 Abstract An advanced process for treating de -inking wastewater is described. The principles, schematic flow diagram, and major structures of this advanced treatment process are presented, and the effects of parameters of design and operation of this process are discussed. A de -inking wastewater treatment project has been set up using this process in a big papermaking factory. The effluent water from this process meets the limits of the class two in the National Comprehensive Wastewater Discharge Standards GB8979 -1996. Measureshave been proposed to troubleshoot the problems in the oepration of this process. Keywords de -inking wasterwater, organic compounds, activated sludge process, advanced oxidation technology andwasterwater treatment THE CONTROL OF AERATION RATE AND THE VARIATION RULES OF PH AND DO IN A O PROCESSPeng Feng Peng Yongzhen Ma Yong 31 Abstract The effect of aeration rate on nitrification, and the variation rules of DO and pH in aerobic zones, were studied at different operational conditions. It is found that the average nitrification rate and DO concentration were gradually increased, but the increased range was reduced. The nitrification rate could be indirectly controlledby aeration rate, so as to meet the effluent standard. The average DO concentrationand the type of pH profiles could be used to determine the aeration if excessive, sufficient or insufficient. Keywords aeration rate, DO , pH, A O process and control EXPERIMENT ONTHE COLLECTION OF FINE DUST WITH HIGH RESISTIVITY BY A BIPOLAR DISCHARGING ESPChen Ling Xia Liangjian Shen Gaopeng et al 34 Abstract A new electrostatic precipitator ESPfor avoiding the back corona of the high resistivity dust layer is developed by fixing the barb nail discharging electrodes on the grounded plate electrodesbased on the analysis of the phenomenonof the back corona of the high resistivity dust layer deposited on the grounded plate electrodes. Therefore, this ESP becomes a bipolar discharging ESP because the negative and positive ions are generated simultaneously by the high voltage discharging electrodes and the grounded barb nail discharging electrodes respectively. The ionic wind is measured by a particle image velocimetry PIV because the ionic wind plays an important role in collecting the fine dust with high resistivity. The positive and the negative ion wind velocities in core area are about 2m swhen the distance between the opposite electrodes is 100 mm at the voltage of 3. 4kV. In our comparison experiments, the overall efficiency of the bipolar discharging ESP for collecting the silica flour with 0. 159μ m mass median diameter is higher than that of the unipolar discharging ESP at the mean electric field of 3. 4 kV cm at the room temperature and pressure. The experimental observation shows that the there is no back corona in the bipolar discharging ESP even when the very high resistivity silica flour 2. 4104Ψ cmis used. Keywords ESP, bipolar discharging, dust resistivity, ionwind and collection efficiency NUMERICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL STUDY ON GAS FLOW DISTRIBUTION OF STRAIGHT-THROUGH FLOW BAGHOUSEDang Xiaoqing Gao Ruifang Ma Guangda et al 38 Abstract By using computational fluid dynamics CFD , the gas flow distribution of a large straight through baghouse in the coal- boiler power plantwas analyzed numerically. Through numerically analyzing gas flow distribution in the tank body, air volume of every filter bag cell, head-on gas flow velocity distribution of filter bag were demonstrated. The calculated results were better consistent with the model experiment and the measured results in the field. And the results can be as the basis for optimizing structure design of baghouse. Keywords coal-boiler power plant, baghouse, CFD and gas flow distribution EXPERIMENT ON DESULFURIZATION OF SINTERED FUME WITH WASTEWATER FROM CONVERTERLu Gang Xu Bing Xing Yi et al 41 Abstract A simulation experiment was carried out on desulfurization of fume by waste water from converter. Factors as gas speed, start SO2 concentration, ratio of liquid and gas, reaction duration, temperature are studied to find the impacts on desulfurization. Under the designed experiment situation, good deculfurization result was got through controlling the experimental parameters. Keywords waste water from converter, fume from sinter and desulfurization STUDY ONDYNAMIC ADSORPTION OF CHLORO BY ACTIVATED CARBON FIBRE TaoYangyu Kang Juan Xu Zelin et al 44 Abstract In order to study dynamic adsorption of chloro organic waste gas by using activated carbon fiber ACFas adsorption material, the influence of chloro inlet concentration, gas flow rate, temperature, the times of regeneration on adsorption efficiency and the 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007