水解酸化在制浆造纸废水处理中的应用.pdf

l 技术报告水解酸化。作者简介：晏令军女士，给排水工程师、注册公用设备工程师、国家一级建造师；主要从事给排水设计工作。水解酸化在制浆造纸废水处理中的应用晏令军1蒋立人2(1 福陆(中国)工程建设有限公司，上海，2 0 1 1 0 3；2 上海环境工程设计研究院有限公司，上海，2 0 0 0 7 1)摘要：针对不同原料不同工艺所产生制浆造纸废水的特点，通过对收集到的实验及实际运行数据的分析，总结出水解酸化1：艺应用于制浆造纸废水处理中设计及运行管理的一些参数和经验。关键词：水解酸化；制浆造纸废水；C O D c，去除率；废水处理中图分类号：X 7 9 3文献标识码：B文章编号：0 2 5 4 5 0 8 X(2 0 1 1)0 3 0 0 5 2 0 6S t u d ya n dA p p l i c a t i o no fH y d r o l y s i sa n dA c i d i f i c a t i o nP r o c e s si nW a s t eW a t e rT r e a t m e n to fP u l pa n dP a p e rI n d u s t r yY A NL i n g-j u n l。J I A N GL i t e n 2(1 H u o r(C h i n a)E n g i n e e r i n ga n dC o n s t r u c t i o nC o 玩，S h a n g h a i，2 0 11 0 3；2 S h a n g h a i 胍咖R e s e a r c hl n a h u t e 声rE n v i r o n m e n tC o L t d，S h a n g h a i，2 0 0 0 7 1)(E-m a i l：l e a n n e 2 0 0 8 s i n a c o m)A b s t r a c t：B e c a u s eo fl o wb i o d e g r a d a b i l i t yo fp a p e ri n d u s t r yw a s t ew a t e r，h y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o np r o c e s si sw i d e l ya p p h e di np a p e ri n-d u s t r yw a s t ew a t e rt r e a t m e n t A i m i n ga td i f f e r e n tw a s t ew a t e rf r o md i f f e r e n tm a t e r i a ls o u r c e sa n dp r o c e s s e s，t h r o u g he x p e r i m e n ta n da n a l y s i so ft h ee o n e e t e do p e r a t i o nd a t a，f l o r a ee n g i n e e r i n gd a t aa n do p e r a t i n ge x p e r i e n c e sf o ra p p l i c a t i o no fh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o np r o c e s si nw a s t ew a t e rt r e a t m e n to fp u l pa n dp a p e ri n d u s t r ya l es u m m a r i z e d K e yw o r d s：h y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n；p u l pa n dp a p e ri n d u s t r yw a s t ew a t e r；C O D c，l e m o y a lr a t e；w a t e rt r e a t m e n t水解酸化过程实质上是厌氧消化过程的第一、二阶段。以前，水解酸化是作为厌氧处理的预处理。对难生物降解物质而言，水解酸化在一定程度上具有分解或处理功能，并且可降低进水p H 值，所以也作为好氧处理系统的预处理，以提高废水的好氧可生物降解性。水解酸化被广泛应用于难生物降解的制浆造纸废水处理中。1 水解酸化与厌氧消化的比较水解酸化是厌氧消化的前阶段，其与厌氧消化的主要差异如下【1】：(1)氧化还原电位(E h)不同在混合厌氧消化系统中，氧化还原电位一般控制在一3 0 0m V以下。在两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位一般控制在3 0 01 0 0m V 之间。而只要氧5 2 化还原电位控制在0 左右，水解酸化过程即可顺利进行。(2)p H 值不同在混合厌氧消化系统中，消化液的p H 值控制在甲烷菌生长的最佳p H 值范围，一般为6 8 7 2。在两相厌氧消化系统中，产酸相的p H 值一般控制在6 0 6 5 之间。对于水解酸化一好氧处理系统来说，由于浓度低不存在酸的抑制问题，因此，可以不控制p H 值的范围，一般p H 值在6 5 7 5 之间。(3)温度不同通常，混合厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均要严格控制，要么中温消化(3 0 一3 5)，要么高温消化(5 0 5 5 0 C)。水解酸化处理工艺对温度无特殊要求，通常在常温下运行收稿日期：2 0 1 0 1 0 1 8(修改稿)C h i n aP u l p&P a p e rV o L3 0，N o 3 2 0 1 1万方数据-、技术报告l就可获得较为满意的水解酸化效果。(4)优势菌群不同由于反应条件不同，各种工艺系统的优势菌群也不相同。在混合厌氧消化系统中，由于严格地控制在厌氧条件下，系统中的优势菌群为专性厌氧菌，因此完成水解酸化的微生物主要为厌氧微生物。对于两相厌氧消化系统中的产酸相，微生物的优势菌群随控制的氧化还原电位不同而变化。当控制的电位较低时，完成水解、产酸的微生物主要为厌氧菌；当控制的电位较高时，则完成水解、产酸的微生物主要为兼性菌。水解酸化工艺控制在兼性条件下，系统中的优势菌群也是厌氧微生物，但以兼性微生物为主，完成水解(酸化)过程的微生物相应也主要为厌氧(兼性)菌。水解酸化工艺中的最终产物为低浓度有机酸，个别情况下还有极少量的甲烷J。需要说明的是，水解酸化一好氧处理工艺中的水解酸化过程与好氧A O(H O)、A 2 0 和A B 等工艺A 段中发生的水解过程也是有较大区别的。这表现在以下两个方面：首先，菌种不同，如上所述在水解酸化工艺中的优势菌群是厌氧微生物，以兼性微生物为主，而在好氧A O(H O)、A 2 0 和A B 等工艺A 段中的优势菌是以好氧菌为主，仅有部分兼性菌参加反应；其次，反应器内的污泥浓度不同，水解酸化工艺通常采用的是升流式反应器(包括A B R)，其中污泥浓度可以达到1 5 2 5g L，而好氧A O(H O)、A 2 0 和A B等工艺中从二沉池回流的污泥浓度一般最高为5g L，并且以好氧菌为主。以上的差别造成了水解酸化工艺是完全水解，而好氧A O(H O)、A 2 0 和A B 等工艺中A 段仅发生部分水解。2 实验及实例设计水解酸化池时，最重要的是应保持池内悬浮污泥层高度为3m 左右。污泥层起拦截和吸附有机物的作用。为了形成和保持这层污泥层，部分剩余污泥回流入水解酸化池，而且池内废水的上流速度(即表面水力负荷)保持在某范围内，上流速度为0 5 1 8m h 旧J，该流速与污泥密度有关。水力停留时间(H R T)为4 6h，C O D c，去除率为3 0 一5 0，S S 去除率 8 0，B O D 5 C O D c，比值大为提高1，3 1。废水在水解酸化池内的H R T 与废水性质(即浆种、水质等)、水解酸化池前的预处理工艺(例如是否采用混凝重力分离工序)等密切相关。表1 中列出中国造纸 2 0 1 1 年第3 0 卷第3 期了一些情况下的H R T 与废水污染物去除效果。水解酸化工艺属于生物处理范畴，适当提高处理池内的生物(尤其是兼性微生物)总量，可提高污染物的去除率。除了从后续好氧池回流部分剩余污泥外，也可以从水解酸化池回流部分水解污泥，以增加悬浮污泥浓度，例如表1 中的运行实例2 0、2 4、2 5 3 1、3 3、3 6。另一种增加生物总量的方式是池内装填填料，既增加悬浮污泥浓度，也增加生物膜生物总量，例如表l 中的实验1 1、河北某厂1 9、四川某厂2 5、广东某厂3 7。在包括了生物处理工艺在内的工程中，为了使生物处理维持在良好的状态，通常都设置了预处理单元(例如格栅、筛滤、重力分离等工序)，去除悬浮物等物质，以改善生物处理所需要的活性污泥或生物膜的品质。在设计工作中，也要根据废水性质(即浆种、水质等)来选择预处理单元(例如对于重力分离，是采用沉淀或是气浮，是采用自然沉淀或是混凝沉淀等)及其重要的设计参数(例如对于重力分离，表面水力负荷的取值)。根据原水水质等情况，在表1 中，初次重力分离工序采用混凝法的实验有：实验2，4 8，1 1 1 2；采用混凝法的运行实例有：河南某厂2 3、四川某厂2 5、深圳某厂3 l、广东某厂3 7；采用生物絮凝一初沉池的运行实例有：河南某厂1 8、山东某厂2 2。有人提出，就布水系统而言，除使废水在池内均匀配水之外，采用反冲洗措施也是很重要的。3 回归分析3 1H R T 与C O D c，去除率的关系3 1 1以麦草浆为主的草类浆3 1 1 1 运行实例通过对表1 中运行实例1 5 1 9、2 1 2 3 进行回归分析，可以得到在H R T=4 2 0h 的范围内，C O D。，去除率与H R T 关系的数学表达式：C O D c f 去除率()=1 8 3 3 6 H R T+3 9 1 4(1)式(1)中的相关系数R=0 8 1 1 1，R 0 7 8 8 7(o 0 5 s-2)；回归方程检验用的判断值F=1 1 5 4，F F o 0 0 2 5(1 7)时的8 8 1。对于其中的运行实例1 5、1 8、1 9、2 l、2 3 进行回归分析，可得到在进水C O D。，浓度1 2 0 0 2 0 6 3m g L、H R T=4 2 0h 的范围内，以进水C O D。浓度计的C O D。去除率与H R T 关系的数学表达式：C O Dc r 去除率()=2 1 0 1 7 H R T 一1 7 2 1 2(2)5 3 万方数据表1一些水解酸化池的I t R T 与废水污染物去除效果废纸浆、废纸浆与商品浆实验1 1 1 3】，8-6(循环用水)8 0 6 1 6 3 9 2 3 1 0 3 3 89 0 5 2 7 5 0 0 2 7 3 4 0 43 4 0 4 2 00 8 7 8 3(o 0 5，5 _ 2)；F=1 0 5 4，F r o0 5(1，3)时的1 0 1 3。3 1 1 2 实验通过对实验1、3 9 的回归分析，在H R T=2 1 0h 的范围内，C O D。去除率与H R T 关系的数学表达式如下：C O D c，去除率()=5 7 2 5 1 H R T 一7 1 8 3 2(3)式(3)中的相关系数R=0 8 3 5 4，R 0 7 3 4 8(o o l，1 1-2)；F=2 0 7 9，F F o0 0 5(1 9)时的1 3 6 1。对于其中的实验1、3 8 的分析，在出水C O D。，浓度1 8 5 l1 0 0m g L、H R T=2 1 0h 的范围内，以出水C O D。，浓度计的C O D 口去除率与H R T 关系的数学表达式如下：C O Dc r 去除率()=5 8 3 2 5 H R T 一7 3 3 0 6(4)式(4)中的相关系数R=0 8 2 6 6，R 0 7 9 7 7(o 0 1。9 2)；F=1 5 1 0，F F o 0 1(1，7)时的1 2 2 5。中国造纸)2 0 1 1 年第3 0 卷第3 期3 1 2以废纸浆为主的实验对实验1 1、1 2 及实验1 4 中的“9 2 5h”项进行回归分析，在出水C O D c r 浓度5 2 7 9 4 3m g L、H R T=3 2 5h 的范围内，C O D c，去除率与H R T 关系的数学表达式如下：C O D c r 去除率()=1 0 2 6 5 H R T+2 6 8 4 4 0(5)式(5)中的相关系数R=0 6 7 6 0，R 0 6 4 1 1(n 0 1。1 5 2)；F=1 0 9 4，F F o0 1(1 1 3)时的9 0 7。3 2C O D。，去除率与容积负荷的关系水解生化池内C O D。，去除率与其容积负荷也存在一定关系。表2 为一些不同C O D。，容积负荷下废水C O D。的去除效果。3 2 1以麦草浆为主的草类浆3 2 1 1 运行实例通过对运行实例1 8、1 9、2 l、2 3、3 8 进行回归分析，可以得到进水C O D D 浓度在1 2 0 0 2 0 6 0m g L5 5 万方数据匮亟互表2 水解酸化池的C O D。，容积负荷及其去除效果5 6-的范围内，C O D 去除率与容积负荷率。关系的数学表达式：C O D c，去除率()=一4 9 3 3 4 L v+4 7 9 4 4 0(6)式(6)中的相关系数R=0 9 4 4 4，R 0 9 3 4 3(o 0 2，5-2)；F=2 4 7 4，F r o0 2 5(1 3)时的1 7 4 4。3 2 1 2 实验通过对实验l、4、5、7、9、1 0 进行回归分析，可以得到进水C O D。去除率与容积负荷率L，关系的数学表达式：C O D c，去除率()=一2 6 0 2 L v+4 3 9 9 2 0(7)式(7)中的相关系数R=0 8 1 9 7，R 0 6 1 9 4(o 舢,z 5-2)；F=4 7 1 1，F F o 0 0 1(1，2 3)时的1 4 1 9。对于其中的实验1、4、5、7、1 0 进行回归分析，可以得到进水C O D。浓度在9 2 6 1 5 0 0m g L 的范围内，C O D。去除率与容积负荷率。关系的数学表达式：C O D c，去除率()=一2 6 1 9 4 L v+4 3 6 6 8 0(8)式(8)中的相关系数R=0 8 3 9 1，R 0 6 3 0 4(n 0 0 I 2 睨)；F=5 2 3 4，F F o0 0 1(1 丝)时的1 4 3 8。3 2 2以废纸浆为主的实验通过对循环用水的实验1 1、1 2、及实验1 4 中的“9 2 5h”项进行回归分析，可以得到在进水C O D。浓度在9 6 5 1 2 0 9m g L 的范围内，C O D c，去除率与容积负荷率L。关系的数学表达式：C O D c r 去除率()=一3 9 8 1 8 L v+5 1 3 8 8 0(9)式(9)中的相关系数R=o 8 8 8 7，R 0 7 6 0 3(n l，1 5-2)；F=4 8 8 5，F F o0 0 l(1，1 3)时的1 7 8 1。3 3C O D。，去除率与H R T、容积负荷。的关系很多文献都以H R T 与C O D。，去除率建立关系。以实验1 1 一1 4 的C O D o 去除率与容积负荷L。的关系和C O D。，去除率与H R T 的关系之间的对比为例，通过回归分析可以发现，按照相关系数尺值、F 检验值以及它们各自的a 值来判断，后者的数学式的显著水平更高。其原因在于，在相近的C O D。，去除率情况下，非循环用水实验1 3 的容积负荷明显不同于实验1 1、1 2 及实验1 4 中的“9 2 5h”项的容积负荷、，。因此，以建立C O D。，去除率与容积负荷。的关系为宜，而且最好是采用污泥负荷替代容积负荷。根据工程的具体情况，由容积负荷L v 或污泥负荷导出H R T，应用于设计等方面。4 结语4 1 为了保持生物降解功能，在水解酸化池之前以设置筛滤或初次重力分离工序为宜，以去除诸如短纤C h i n aP u l p&P a p e r 3 0，N o 3，2 0 1 1万方数据维之类的非溶解性有机物。4 2 在水解酸化池内，设置适当量的填料，以增加池内的微生物总量并提高处理效率。4 3 绝大多数情况下，水解酸化工艺降低了B O D，浓度，但在个别情况下B O D，浓度反而增大。因此，应关注水样的采取、水质测定、水力停留时间(H R T)与难生物降解性污染物的降解难易程度之间的关系等。4 4C O D。，的去除率除与H R T、容积负荷有关之外，还与浆种类别、黑液的酸析液是否进入、水解酸化之前的预处理方式、水解酸化池的类别、污泥是否回流等因素有关。参考文献 1 王凯军，贾立敏城市污水生物处理新技术开发与应用一水解酸化、好氧牛物处理工艺 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 1 2 周沛林昌吉市污水厂水解池设计简介 J 给水排水，1 9 9 4，2 0(3)：2 8 3 聂梅生水工业工程设计手册废水处理及利用 M 北京：中国建筑1=业出版社。2 0 0 2 4 杨卿，张安龙碱法草浆中段废水水解一酸化预处理的研究 J 纸和造纸，2 0 0 4(增刊)：5 6 5 朱光灿，吕锡武，宋海亮，等脱木素一缺氧一好氧生物膜工艺处理造纸废水实验研究 J 给水排水，2 0 0 4，3 0(1)：5 5 6 方圣琼，胡雪峰，高京草浆中段废水不同生物处理工艺的比较研究 J 上海环境科学，2 0 0 3，2 2(1)：4 6 7 武桐，付军，刘翔A B R S B R 法处理草浆造纸中段废水实验研究 J 环境污染治理技术与设备，2 0 0 4，5(1)：7 2 8 谷为民，李天昕水解酸化接触氧化处理造纸中段废水 J 中国造纸，2 0 0 5，2 4(3)：2 1 9 李文俊，杨玲水解酸化一S B R 法处理造纸中段废水 J 湖南造纸，2 0 0 6，2 5(4)：4 2 1 0 乔启成，王立章，邓霞，等制浆造纸中段废水深度处理 J 中国造纸，2 0 0 7，2 6(4)：3 1 1 1 王森，张安龙草浆中段废水水解酸化预处理的研究 J 中国造纸，2 0 0 7，2 6(5)：2 5 1 2 马乐凡，李晓林，方跃泉水解酸化-活性污泥法处理制浆中段废水 J 中华纸业，2 0 0 1，2 2(5)：5 1 1 3 王艳，万金泉，马邕文A B R 水解酸化处理废纸造纸循环使用废水特性的研究 J 中国造纸，2 0 0 5，2 4(6)：1 4 1 4 马邕文，吴娇，万金泉，等废纸造纸废水的水解酸化处理 J 中国造纸，2 0 0 6，2 5(1 0)：2 2 1 5 李佩芳，万金泉，唐霞，等水解酸化接触氧化处理废纸造纸废水及其生物相的研究 J 纸和造纸，2 0 0 7。2 6(增刊)：6 7 植树造i l i i I i 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 赵传义水解一好氧工艺处理草浆造纸废水 J 中国给水排水，2 0 0 3，1 9(8)：8 6 李耀中，贺延龄水解酸化一好氧乍物工艺处理制浆造纸综合废水 J 给水排水，2 0 0 7，3 3(3)：5 8 刘勋武水解氧化沟工艺处理麦草制浆中段废水 J 中国造纸，2 0 0 4，2 3(8)：4 4 刘进达造纸废水生化降解工艺的应用与探讨 J O L 中国造纸助剂网(c n p a p e r a d d c o r n)2 0 0 5 0 8 0 9 王海波，武周虎延时曝气活性污泥法在低D O 下处理草浆废水 J 工业水处理，2 0 0 9，2 9(7)：9 0 马金，张鸿涛石灰法麦草浆板纸生产废水处理 J 给水排水，1 9 9 9，2 5(6)：3 0 张克峰，张勇，李红兰，等生物絮凝沉淀一氧化沟工艺处理造纸中段废水 J 给水排水，2 0 0 6，3 2(5)：5 3 李伟伟，王翔，章显，等石灰法造纸废水集中处理 J 工业水处理，2 0 0 6，2 6(1 2)：8 1 汤武平，陈季华，杨波氧化沟结合水解工艺处理造纸废水 J 中国给水排水，2 0 0 1，1 7(5)：5 4 袁敏忠水解微曝氧化沟工艺在造纸中段废水处理中的应用 J 工业水处理，2 0 0 6，2 6(1)：7 0 韩彪水解一好氧工艺处理造纸中段废水 J 污染防治技术，2 0 0 3，1 6(4)：9 7 曾科，买文宁，高健磊，等生物水解在浆粕黑液处理工程中的应用 J 工业水处理，2 0 0 2，2 2(6)：5 2 刘建斌，姚长青高档原纸生产废水处理工艺设计及运行 J 中国给水排水，2 0 0 5，2 1(4)：8 5 隋思洲，牟洪礼水解酸化一延时曝气工艺处理造纸废水 J 给水排水，2 0 0 5，3 1(8)：5 7 刘恩湖，贾长华，杨继俊U A S B-S B R 污水处理工艺的应用实践 J 纸和造纸，2 0 0 4，2 3(6)：6 0 桂琪水解酸化+活性污泥法处理涂布自纸板厂废水 J 中国造纸，2 0 0 6，2 5(2)：6 1 郭长虹，刘怀胜水解酸化C A S S 气浮工艺对再生纸废水的处理 J 中国给水排水，2 0 0 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Mao-jian.WANG Jun.GUO Ji-xiang PAFSi-PAM+-CTAB复合体系在胜利油田钻井废水处理中的应用期刊论文-中国石油大学学报（自然科学版）2011,35(3)9.武志翔.王俊波.李占峰.邓琥.WU Zhi-xiang.WANG Jun-bo.LI Zhan-feng.DENG Hu 废水处理过程中荧光测量系统研究期刊论文-光谱学与光谱分析2011,31(6)10.郭勇.李礼.陈文清.杨平.GUO Yong.LI Li.CHEN Wen-qing.YANG Ping 颗粒生物膜序批式MBR废水处理特性研究期刊论文-四川大学学报（工程科学版）2008,40(4)本文链接：http:/