草浆造纸中段废水治理与污泥资源化技术
我国造纸行业总排水量仅次于化工与钢铁,位居工业部门排放量的第3位,而COD排放量则占全国工业排放量的三分之一。因此,造纸工业水污染治理不但成为造纸行业乃至全社会关注的热点,而且也成为造纸企业生存与发展的关键[1]。我国森林资源匮乏,因而大量使用禾草原料制浆造纸,大部分企业采用碱法化学浆或半化学浆制浆工艺。以下对碱法草浆造纸废水的中段水的治理与污泥的资源化综合利用等问题进行探讨。
1 中段废水处理技术中段废水主要产生于造纸过程中的洗涤、筛选、漂白等工序。
在黑液经碱回收处理的前提下(黑液提取率>80%),控制中段水或全厂综合废水COD在1500~1800mg/L,通过一级沉淀和二级生化处理可以达到5造纸工业水污染物排放标准6(GB3544)2001)的二级排放要求,只是工艺略有不同。例如:以美国艾姆科公司技术设备为主的氧化沟工艺系统, 以芬兰奥斯龙公司技术设备为基础的强力表面曝气工艺系统,以瑞典普拉克公司的技术设备为基础采用选择器技术为核心的深井曝气工艺系统(井深为9m)等。在此介绍的是LRP+多级A/O工艺系统。中段废水处理工艺流程见图1。
1.1 LRP工艺
通过对达标排放废水的分析研究发现,主要成分是木质素等难生化降解物质,这样对于生产处于变化中的企业来讲,确保达标排放就必须确保基本上去除可生化降解物质,因而需延长生化停留时间或者加大投药量,但这样做的结果是提高了运行费用。
通过对木质素来源的研究,可以发现采用含氯化合物的漂白过程是产生的主要原因,因此单独处理这部分水可以提高处理效率,降低处理成本。Hynniuen提出了木质素去除工艺(Ligninremovalprocess,简称LRP)。其基本原理是基于酸化纤维污泥具有促进有机物沉淀的能力。纤维污泥中主要成分是纤维素和半纤维素的降解产物(称做纤维),当水与纤维接触时,水分子在氢键的作用下与纤维表面的羟基缔合,水分子中带负电的一端离开纤维表面向外伸出 (由羟基电离产生的负电荷也可促使水分子的这种排列),这样使其产生了较强的溶剂化作用且具有了一定的亲水性[2]。木质素分子在空间呈网状结构,其憎水性部分聚向胶核内部,带负电性官能团如羟基、酚羟基等则分布在表面,由胶核周围的Na+形成溶剂化外壳,从而形成稳定的聚合物亲水性胶体。当溶液pH值降低后,负电性官能团的电负性降低使溶剂化外壳变薄,酸化纤维污泥加入LRP系统后减少了木质素胶粒间的斥力,使之易于脱稳而沉淀[3],从而减少了酸的投加量,同时可以充分发挥纤维聚合度高、分子量大、吸附点多的长处和直线型的结构特征等优势,不仅可以大量吸附和粘连废水中已析出的木质素和细小纤维,而且可减少混凝剂的投加量。
LRP工艺大体可分为三个阶段:纤维污泥的酸化、混合与沉淀、pH调节与污泥分离处理。工艺流程见图2。
从实际运行的角度看,LRP技术的主要优势有以下几点:与传统的物化法比较(例如铝盐沉淀法),其对化学药品的消耗较低,因而运行费用也相对较低;易于污泥处理,并可利用剩余污泥作为纸板原料,实现了污泥的综合利用;对于已有机械处理或生物处理设备的用户,可以很方便地将LRP工艺与原工艺结合应用,因此是一种适应性很强的处理方法;运行管理简便,且处理系统有较强的抗冲击负荷能力。
1.2 多级A/O工艺
经过LRP系统处理后的漂白水中的木质素含量大大降低,这样有利于后续的生化处理。生化处理部分采用以悬挂链移动曝气装置为核心的多级A/O生化处理系统以确保出水达到排放标准[3](见图3)。
该系统由厌氧池、水解酸化池和多级A/O池三部分组成:污水经过厌氧池、水解酸化池和多级A/池后进入沉淀池,沉淀后的出水进入稳定池稳定处理后排放;沉淀池中的污泥一部分回流到曝气池前端与进水混合后进入厌氧池,另一部分则作为剩余污泥排入污泥浓缩池。
针对造纸废水,多级A/O生化处理系统具有三个特点:
低污泥负荷大多数造纸废水处理工程的污泥负荷取值较高,可提供的微生物数量较少,微生物仅分解污染物中最有营养的部分,未充分利用生物新陈代谢全过程,使得净化效率降低;而低污泥负荷可充分利用污泥提供的微生物和微生物新陈代谢的全过程,将废水中的污染物彻底吸收、分解,使得出水水质更好,并且低污泥负荷条件下,活性污泥充分参与反应,使得需处理的剩余污泥量很少,且所含的有机物已被很好地分解、矿化,所以污泥稳定无臭味。
充氧效率高
微孔曝气器是目前使用的充氧效率最高的设备,但是对于悬浮物含量高且运行条件恶劣的造纸废水处理来讲,对其维护维修显得比较困难。而采用悬挂链移动曝气装置后所有紧固件均在水面上,可以在不停气、不放空构筑物的情况下,将曝气管直接提出水面进行维护维修,这样不仅具有了固定微孔曝气器的氧转移效率高的特点, 而且具有自身方便快捷的维修模式。
无污泥膨胀
污泥膨胀最直接的表现为污泥指数(SVI值)升高。造成污泥膨胀的主要原因:一是水温,夏、秋季发生的可能性较大;二是水质,一般来讲,大量含碳水化合物的可溶性有机物的废水易于发生污泥膨胀,尤其是水质突然恶化的时候。就曝气池本身来讲高污泥负荷、高污泥浓度、单一运行方式都容易在水质突然恶化的时候发生污泥膨胀,解决的方法主要有:改变空气量;减少污泥负荷,通常是减少进水量或稀释进水;改变运转工艺;加氯;轻微的污泥膨胀可以增加排泥量,降低混合液浓度;在曝气池中装置载体以培养生物膜;采用A/O工艺。多级A/O工艺混合液经过多次好氧区和缺氧区的交替作用,有效降低了SVI值以及避免了发生污泥膨胀。
2 污泥的资源化与综合利用技术
造纸废水的污泥产量大,一般是同等规模市政污水处理厂的5~10倍,因此污泥的处置问题十分重要。造纸污泥中有机物含量在30%左右,并且不含重金属成分, 是制肥的理想原料。污泥制肥工艺流程见图4。具体来讲:将机械脱水后污泥与其他添加剂混合以后,采用以好氧发酵为主的方法制肥,好氧发酵过程利用好氧性微生物的代谢作用,使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质,反应的最终代谢物是CO2、H2O和热量,大量产生的热量使物料维持持续高温,以降低物料的含水率,并有效地去除了污泥中的病原体、寄生虫卵和杂草种子,使对污泥的处置达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。
3 工程实例
随着公司生产规模及产品结构的变化,治污设施逐渐暴露出处理工艺和处理能力的不足。经过论证,采用在原有氧化塘加装悬挂链移动曝气装置后运行的多级A/O工艺。项目主要技术参数如下:处理水量为4.5×104m3/d(一期)、10×104m3/d(二期);进水COD为1500mg/L,出水为200mg/L;进水BOD5为 500mg/L,出水为60mg/L。该项目于2002年4月通过山东省环保局组织的现场验收。
4 结语
中段废水的处理采用针对不同水质,物化与生化相结合的处理方法,以达到降低处理成本的目的。针对漂白废水中含大量木质素的特点,采用LRP物化系统可以高效去除不易被生化降解的物质,从而大大减轻了生化处理的难度和压力。
造纸废水处理污泥产量大,污泥处置如何实现最终的减量化、稳定化、无害化和资源化显得十分重要,而污泥制肥为此提供了一条有效的途径。
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