化机浆废水稀释方式对生化处理效果的影响研究.pdf

摘要：通过搭建厌氧-好氧生化反应装置，研究了白水和清水两种不同水源稀释桉木化机浆废水预处理方法对废水生化处理效果的影响。结果显示，在较低的进水负荷下（9 kgCOD/m3），两种预处理方法厌氧段的去除率相近，约60%，好氧段白水实验组去除率可达50%，清水实验组去除率在40%以下；在较高进水负荷下（15 kgCOD/m3），白水实验组厌氧段去除率可达60%，而清水实验组厌氧去除率仅52%，好氧段白水实验组去除率与低负荷时相近，但是清水实验组去除率进一步降低至30%。废水可生化性测试结果显示，清水稀释化机浆废水并不能提升化机浆废水中可生化有机污染物的比例，导致了 生化反应后出水水质不如白水稀释的效果好。关键词：化机浆废水；稀释预处理；白水；清水；生化处理Abstract:In this paper,the effects of pretreatment methods of eucalyptus chemi-mechanical pulping(CMP)wastewater diluted with white water and clear water on biochemical treatment were studied by building an anaerobic-aerobic biochemical reaction device.The results showed that under low influent load(9 kgCOD/m3),the removal rate of the anaerobic section of the two pretreatment methods was similar,both reaching about 60%.The removal rate of the aerobic section of the white water could reach 50%,and the removal rate of the clean water was below 40%.Under high influent load(15 kgCOD/m3),the anaerobic removal 化机浆废水稀释方式对生化处理效果的影响研究 刘熹1,2 杨崎峰2*梁传顺1,2 李坤1,2 曾东梅3（1.广西环境污染治理与生态修复技术重点实验室，南宁 530007；2.广西博世科环保科技股份有限公司，南宁530000；3.广西博环环境咨询服务有限公司，南宁530000）基金项目：国家重点研发计划项目“生物造纸技术及产业示范”课题5：“造纸废水零排放关键技术及产业示范”（项目编号：2022YFC2105505）；广西八桂学者专项（No.2019A33）广西科技基地和人才专项，项目名称：广西环保技术装备科技成果转化中试研究基地建设(项目编号：桂科AD23023006)。作者简介：刘熹先生，硕士，工程师；主要从事制浆造纸废水处理等方面的研究。通讯作者：杨崎峰先生，博士，教授；主要从事制浆造纸环保实用技术等方面的研究。中图分类号：X793;TS743+.2 文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2023)14-0004-04研究开发R&D近几年，国产木浆产量增长较快，尤其是速生桉木化机浆1-3。目前，国内常用厌氧-好氧生化处理+深度处理组合方案对化机浆废水进行处理。由于化机浆废水的COD浓度较高，在进入厌氧反应器处理前会使用造纸白水、清水进行稀释或回流剩余污泥进行预曝气，投加铁、铝盐混凝剂预处理的方式，降低进入生化系统前的COD浓度。邹志勇等4研究了采用硫酸铝和聚合氯化铝（PAC）对化机浆高浓Study on the Effect of Dilution Pretreatment of CMP Waste-water on Biochemical Treatment Effect Liu Xi1,2,Yang Qifeng2*,Liang Chuanshun1,2,Li Kun1,2,Zeng Dongmei3(1.Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control and Ecological Restoration Technology,Nanning,Guangxi 530007,China;2.Guangxi Bossco Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Nanning,Guangxi 530000,China;3.Guangxi Bohuan Environmental Consulting Service Co.,Ltd.,Nanning,Guangxi 530000,China)rate of the white water can reach 60%,while the anaerobic removal rate of the clean water is only 52%.The removal rate of the aerobic white water experimental group is similar to that of the low load,but the removal rate of the clean water is further reduced to 30%.The results of wastewater biodegradability test showed that the dilution of CMP wastewater with clear water could not increase the proportion of biodegradability organic pollutants in wastewater,which was not as good as that of white water dilution.Key words:wastewater after chemi-mechanical pulping(CMP);dilution pretreatment;white water;clear water;biochemical treatment4第44卷第14期 2023年7月可模拟生化反应中的厌氧+好氧反应过程，装置如图1所示。厌氧反应器采用110 mm1,300 mm的透明亚克力管制作，外包5 mm聚氨酯保温棉，最外层缠绕铝箔胶带。反应器有效容积14 L，设计容积负荷815 kgCOD/m3，颗粒污泥接种量0.45 kgVSS，污泥负荷0.250.35 kgCOD/kgVSS，进水区底部设置有防止颗粒污泥倒流的尼龙纱网，孔径1 mm。厌氧反应器出水自流到好氧反应器，好氧反应器容积18L，设计进水浓度3,000mg/L，停留时间45h，好氧池污泥浓度8,500mg/L，污泥负荷0.19kgCOD/kgMLSS，主反应区底部布置80m m的刚玉曝气扁石，底部设置锥底，便于排渣、排水。好氧 反应器出水自流入沉淀器，沉淀器尺寸为150mm150mm800mm，内置斜板，采用PP板加工，设计水力负荷小于0.5m3/(m2.h)，泥斗区设置为锥底。1.2中试反应器启动1.2.1系统启动厌氧反应器内接种颗粒污泥，启动循环泵，上升流速设定至3m/h；厌氧反应器内温度维持在381；间隔6 h采样，待反应器内白水的COD去除率达到60%以上时，厌氧启动完成。好氧反应器H RT随厌氧进水量变化调整，污泥浓度不超过8,500mg/L。1.2.2反应器驯化向启动完成的生化反应装置内连续通入化机浆废水与白水的混合废水，混合废水浓度约5,000m g/L，出水COD去除率达到60%时，依据厌氧有机负荷3kg COD/m3、6kgCOD/m3、9kgCOD/m3，逐级提升进水量。驯化期营养盐投加按照CNP=20051。1.2.3对处理效果的影响依次采用白水与清水作为稀释水开展实验，调整混合废水中稀释水的使用量，此时混合废水浓度约8,000m g/L，依据进水负荷9 kgCOD/m3、12 kgCOD/m3、15 kgCOD/m3，逐渐调高进水量，每一阶段进出水COD去除率达到60%时才能提升进水量。本阶段开始好氧段HRT固定45 h，实验过程中检测每阶段生化系统厌氧段、好氧段进出水水质。多余的厌氧出废液进行处理的效果，结果显示聚合氯化铝特别适用于降低化机浆高浓废液的溶解性COD。尹寅等5调研了某杨木制浆企业的化机浆污水处理系统，采用回流剩余污泥预曝气处理方式，预处理过程对COD的去除率不高，仅6.82%，IC反应器对COD的平均去除率为65.36%，氧化沟对COD的去除率为90.9%；冯东望等6将杨木化机浆废水与造纸白水混合降低进入厌氧反应器前COD浓度，厌氧出水CODCr平均浓度3,000 mg/L，COD去除率同样可达65%，经好氧处理后COD去除率可达80%。在针对桉木化机浆废水生化处理的研究中，冉淼等7通过文献查阅和实际调研的方式，发现生化反应对化机浆废水处理效率不高，特别是采用针叶木和桉木为原料的化机浆废水，COD去除率偏低。黄再恒等8在对桉木化机浆制浆废水中含有的可溶性组分进行分析后，发现其中含有大量生化过程无法降解的木质素、半纤维素物质，并且其中木质素含量较高，这说明桉木化机浆废水生化处理较杨木化机浆废水处理难度更大。本实验通过搭建厌氧-好氧生化反应装置，对比了白水和清水稀释两种预处理方法对桉木化机浆废水生化反应处理效果的影响。1 实验1.1材料与装置1.1.1实验用水化机浆废水：取自广西某化机浆制浆造纸企业。废水呈现棕黄色，放置一段时候后颜色变为棕红色。废水的水质化验指标COD17,250m g/L，氨氮2.33m g/L，总氮30.5mg/L，总磷3.24mg/L。造纸白水：取自广西某化机浆制浆造纸企业的初沉池。白水的水质化验指标COD 1,181 mg/L，氨氮1.60 mg/L，总氮4.62 mg/L，总磷0.68 mg/L。清水：使用实验室自制纯水，电阻率18M.cm。1.1.2实验污泥颗粒污泥：取自广西某糖厂厌氧反应器颗粒污泥，污泥颗粒圆润、边缘清晰，颗粒污泥固含量8.43%、灰分2.03%、VSS/TSS75.92%。好氧生化污泥：取自广西南宁某水质净化厂 二沉池压滤污泥，VSS/TSS72.85%。1.1.3实验装置实验装置主体采用亚克力玻璃制作，外加不锈钢框架，图1 实验装置研究开发 R&D5第44卷第14期 2023年7月水暂存至废水桶内，定期外排至厂区事故池。2 数据与分析2.1系统驯化系统启动完成后，按照反应器驯化方法将混合后的废水通入厌氧反应器内，通过控制进水量的方式，反应器有机负荷从3kgCOD/m3逐渐提升至9kgCOD/m3，好氧停留时间由108h缩短至45h。系统驯化期内，反应器厌氧进水平均浓度5,783m g/L，厌氧出水平均浓度1,798m g/L，平均去除率68.9%；好氧出水平均浓度507m g/L，平均去除率71.8%，驯化期内好氧溶解氧控制在2.02.5 m g/L，平均p H 8.45。驯化期结束前，好氧污泥负荷提升至0.14kgCOD/kgMLSS，镜检结果显示污泥中含有丰富的微生物，以草履虫、变形虫、浮游虫为主，污泥菌胶团透光性好，未见污泥膨胀。2.2白水稀释对处理效果的影响将造纸白水与化机浆废水稀释混合后，厌氧进水COD控制在8,000mg/L（实际平均浓度7,925mg/L）。生化反应各段进、出水的COD浓度的变化如图2所示。由于采用实际废水进行配置，混合废水COD浓度波动在2,000m g/L的范围内，从图2可以看出，厌氧进、出水COD浓度变化基本相同，说明厌氧段输入负荷未超出实验装置的处理能力。有机负荷从9 kgCOD/m3提升至12 kgCOD/m3、15 kgCOD/m3的过程中，厌氧进水COD浓度逐渐升高，平均出水浓度从3,151 mg/L升高至3,497 mg/L，平均去除率稳定在60.4%61.1%。随着厌氧出水C O D浓度增加，好氧反应器进水负荷提升，污泥负荷由驯化阶段的0.14 kgCOD/kgMLSS升高至0.22 kgCOD/kgMLSS，出水COD浓度逐渐升高，平均出水浓度从1,220mg/L升高至1,553mg/L，好氧反应器去除率由61.3%降低至52.6%。可见随着厌氧反应器出水浓度升高，好氧反应器运行负荷升高，好氧段COD去除率逐渐降低。如表1所示，实验中分别采集了第18次、第35次和第65次、第82次处于不同进水负荷阶段的厌氧、好氧进出水测定BOD浓度，并通过B/C评价废水的可生化性。白水实验组混合废水的B/C较高，可达50%左右，经过厌氧处理后B/C平均降低至30%以下，进一步经过好氧处理后出水B/C可降低至15%以下。说明当输入系统负荷达到15 kgCOD/m3时，好氧污泥负荷过高，好氧系统的处理能力不足。2.3清水稀释对处理效果的影响采用清水替换造纸白水与化机浆高浓废水混合后，将厌氧进水COD控制在8,000mg/L（实际平均浓度7,380mg/L）。实验过程中负荷提升的方式与“2.2”相同，生化反应进、出水的浓度变化如图3所示。表1 白水实验组可生化性检测取样点第18次厌氧进水厌氧出水好氧出水第35次厌氧进水厌氧出水好氧出水第65次厌氧进水厌氧出水好氧出水第82次厌氧进水厌氧出水好氧出水COD/mg.L-18,4393,4391,1116,2422,9161,2488,8633,1521,4768,4023,3621,605BOD/mg.L-14,6401,100893,250645754,2508851774,9601,040225B/C0.550.320.080.520.220.060.480.280.120.590.310.14图2 白水实验组生化进、出水COD?图3 清水实验组生化进、出水COD?研究开发R&D6第44卷第14期 2023年7月机浆废水，厌氧输入负荷从9 kgCOD/m3提升至12 kgCOD/m3、15 kgCOD/m3的过程中，厌氧反应器平均去除率稳定在60.4%61.1%，好氧反应器去除率可达到50%以上，经过好氧段处理后出水COD浓度在1,2001,500 mg/L之间。（2）使用厌氧-好氧生化反应装置处理清水稀释的化机浆废水，相同的负荷提升过程下，厌氧反应器的平均去除率从60.0%降低至52.6%，好氧反应器平均去除率在40%以下，出水COD浓度2,000mg/L以上。（3）可生化性检测结果显示，采用白水稀释化机浆废水的混合废水可生化性较清水稀释更高，因此采用白水稀释可以在更高的进水负荷下获得较好的去除率，并且在好氧段白水稀释的方法由于可生化性好，出水水质更优。综上，采用白水和清水混合稀释法处理桉木化机浆废水时，单纯地将控制输入厌氧系统的COD浓度作为判断生化系统运行效果的基础是不准确的，还应该考虑稀释水源的特点与废水B/C进行推断和优化。同理，在实际应用过程中，采用二沉池回流水稀释化机浆废水时，好氧出水中累积的难降解木素会降低混合废水的可生化性，此时应考虑采用一些可以提高混合废水可生化性的预处理方法，具体工艺措施还需进一步研究。参考文献1房桂干.基于我国纤维原料特征的化机浆工艺流程选择和装备配置J.中华纸业,2021,42(21):28-31+7.2傅其军,陆琪,李小林,等.桉木与杨木混合生产P-RCAPMPJ.中华纸业,2011,32(20):70-72.3陆琪,傅其军.改善桉木化机浆纤维特性的生产探索J.中华纸业,2015,36(14):46-48.4邹志勇,魏家昌,田中粟,等.用铝盐处理化机浆高浓废液的实践J.中华纸业,2022,43(04):24-27.5尹寅,邱小山,于佳傲,等.杨木化机浆造纸废水的治理工程实例及分析J.工业水处理,2022,42(03):172-177.6冯东望,武彦巍,杜家绪,等.杨木化机浆制浆造纸废水处理工艺运行实例J.纸和造纸,2019(05):47-50.7冉淼,丁来保,房桂干,等.化学机械浆废水处理技术现状与发展J.中国造纸,2021,40(07):33-39.8黄在恒,秦香,刘熹,等.桉木化机浆制浆废水多组分成分分析J.中国造纸,2022,41(06):64-70.从图3看出，实验前半段厌氧反应器出水浓度较稳定，后期随着运行负荷的提高，厌氧出水浓度有一定升高，有机负荷从9kgCOD/m3提升至12kgCOD/m3、15kgCOD/m3的过程中，平均出水浓度从2,913m g/L升高至3,733m g/L，平均去除率从60.0%下降到52.6%。实验过程中好氧段出水COD浓度变化趋势与厌氧出水浓度变化相似，平均出水浓度从2,061mg/L升高至2,245mg/L，平均去除率有所升高，从28.58%升高至36.5%。但是与白水实验组相比，清水实验组生化反应过程整体对COD的去除率偏低，好氧系统COD去除率不足40%。表2测定了4组不同负荷下生化系统进出水的BOD。与白水实验组相比，清水实验组混合废水的平均B/C为0.43，较白水实验组降低25%，这说明采用白水稀释的混合水可生化性更好。经过厌氧段后，清水实验组B/C均低于白水实验组，结合厌氧段清水实验组COD去除率略低于白水实验组的现象，说明在厌氧段主要去除了废水中可生化性强的部分有机物。最终在经过好氧处理后，清水实验组的出水平均COD更高，但是平均B/C仍然降低至0.1以下，没有出现随着负荷增加BOD上升的现象。这一现象说明了清水实验组经过好氧后，废水中可生化降解部分已经被好氧系统充分分解。3 结论（1）使用厌氧-好氧生化反应装置处理白水稀释的化表2 清水实验组可生化性检测取样点第1次厌氧进水厌氧出水好氧出水第41次厌氧进水厌氧出水好氧出水第76次厌氧进水厌氧出水好氧出水第95次厌氧进水厌氧出水好氧出水COD/mg.L-1896533202191648627251641943634602004840937162042BOD/mg.L-1332076528527204909839607602404030890163B/C0.370.230.130.420.180.060.420.220.120.480.240.08研究开发 R&D收稿日期:2023-06-277第44卷第14期 2023年7月