造纸中段水生化处理工艺浅谈
摘要:介绍了造纸工业中段水的来源、水质特点,着重陈述了造纸中段水的生化处理工艺,将生物接触氧化方案、氧化沟方案及射流曝气活性污泥方案三种方案作了阐述及技术经济比较,并推荐类似污水处理项目优先选用射流曝气活性污泥方案。
关键词:造纸中段水;生化处理;射流曝气活性污泥方案
造纸工业是一个用水量大、污染严重的行业。由于造纸废水污染物浓度高、治理难度大,各国均将造纸废水列为主要公害之一。据官方数据统计,全球造纸业生产、消费率以每年2%~3%的速度增长,而亚洲则以8.5%的增长率位居各大洲之首。我国造纸业在近10年来则以18%的增长速度居亚洲之首。造纸业高速发展的背后是没有形成规模经济、污染严重、原材料匮乏、产品结构不合理等一系列亟待解决的问题。初步统计数据显示,2005年全国COD排放总量1413万吨,与“十五”计划提出的1300万吨的总量控制目标相差113万吨,未完成削减10%的控制目标。而造纸工业是排放COD的重点行业,草浆造纸是污染水环境的主要原因,同时污染治理设施没有能够完全及时配套,造成占全国工业COD排放总量半数以上的造纸行业的排污总量没有得到有效控制。就我国造纸废水的污染现状而言,加强治理和监管力度,切实做到达标排放仍是当前造纸业环保工作的重中之重。
1 造纸中段水的来源与特点
造纸废水是指化学制浆产生的蒸煮废液(又称黑液、红液),洗浆漂白过程中产生的中段水及抄纸工序中产生的白水,本文主要介绍造纸中段废水的处理方法。
中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白等过程中排出的废水,颜色呈深黄色,占造纸工业污染排放总量的8%~9%,吨浆COD负荷310kg左右。中段水浓度高于生活污水,BOD和COD的比值在0.20到0.35之间,可生化性较差,有机物难以生物降解且处理难度大。中段水中的有机物主要是木质素、纤维素、有机酸等,以可溶性COD为主。其中,对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水,例如氯化漂白废水、次氯酸盐漂白废水等。次氯酸盐漂白废水主要含三氯甲烷,还含有40多种其它有机氯化物,其中以各种氯代酚为最多,如二氯代酚、三氯代酚等。此外,漂白废液中含有毒性极强的致癌物质二恶英,对生态环境和人体健康造成了严重威胁。
2 造纸中段水的生化处理
2.1生化工艺选择原则
为了使污水处理厂能达到预期目标,在生化工艺的选择和设备选择上主要考虑以下针对性措施:
(1)所选生化处理工艺必须技术先进、成熟,对水质变化适应能力强,运行稳定,能保证出水水质达到工厂使用标准及排放标准的要求。
(2)所选工艺应减少基建投资和运行费用,节省占地面积和降低能耗。
(3)所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质水量,应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。
(4)所选曝气设备必须具有较高的氧转移率,曝气动力效率较高,节省动力消耗;为了防止并减少泡沫的产生,必须保证生化处理单元具有较大的污泥浓度,即混合液悬浮固体浓度应尽量高。
(5)所选好氧处理工艺必须具有较大的生化反应推动力,即底物浓度梯度(污泥负荷随时间的变化值)大。也就是说,所选工艺对难生物降解污染物质有较强的分解氧化能力。
(6)耐冲击负荷,对进水的水质、水量有巨大的稀释能力,不会因水质水量的急剧变化而使处理系统瘫痪、停运、失去处理能力。
(7)适当选取较低的有机负荷,低负荷对可降解有机物分解彻底,可以达到较高的处理深度,确保排放水质,便于污水资源化回收利用;且污泥龄长,生物污泥合成量少,污泥处置费用低。
2.2生化工艺方案比较
针对以上特点,可供选择的常用生物处理工艺方案主要有生物接触氧化方案、氧化沟方案和射流曝气活性污泥方案等。
2.2.1生物接触氧化方案
生物接触氧化又称淹没式生物滤池,实质是在曝气池内填充填料,已经充氧的污水浸没全部填料,并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜,污水与生物膜广泛接触,污水中的有机物在生物膜上微生物新陈代谢功能作用下被去除,污水得到净化,生物接触氧化是一种介于活性污泥与生物滤池两者之间的生物处理技术,可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法,兼具有两者的优点。
为了节省运行费用,并提高污水的可生化性,在生物接触氧化池前加厌氧水解调节池,将厌氧工艺控制在水解酸化阶段,旨在利用厌氧条件下多种产酸菌的胞外酶分解水中长链有机物,产生有机酸、醇等,污水中的有机物水解酸化后,可生化性得到了提高,利于发挥后续好氧工艺的生物降解性能,使整个工艺能节能运行并使出水优良。
生物接触氧化工艺的特点:
(1)体积负荷高,处理时间短,节约占地面积;
(2)生物活性高,有较高的微生物浓度;
(3)污泥产量低,不需污泥回流;
(4)生物接触氧化法有时脱落一些细碎生物膜,沉淀性能较差,从而会造成出水中的悬浮固体浓度升高;
针对此种污水,生物接触氧化存在以下缺点:
(1)设备比较复杂,管理比较繁琐。
(2)填料的挂摸受水质、水量、温度等的影响比较大,不容易管理维护。
(3)此种水质的盐分、浓度较高,填料和曝气头容易发生堵塞现象,且设备使用寿命低、日常维护管理费用高,填料和曝气大约每三年就更换一次,费用较高。
2.2.2氧化沟方案
氧化沟工艺是在传统工艺基础上完善、发展并灵活运用硝化反硝化技术的典型工艺之一。氧化沟在流程上采用连续环式反应池的原理,将碳源代谢、硝化、反硝化等一系列生物化学过程在一个闭合环路中连续进行,又名“连续循环曝气池”。氧化沟呈封闭的沟渠型,流态呈推流式,溶解氧形成多重浓度梯度,同时具有完全混合和推流的特征。氧化沟一般为低负荷设计,而且氧化沟内循环流量大,为进水流量数十倍,使反应器具有很强的稀释缓冲能力,这种均化能力带来运行稳定,耐受冲击负荷,提高沉淀效果,改善出水水质等一系列卓越的工艺特性。由于氧化沟的突出特点,近年来氧化沟工艺已在工业污水处理工程中得到了广泛的应用,取得、积累了许多成功的经验。但是氧化沟工艺由于技术性原因,机械曝气效率低,使得污水处理厂只能用提高装机功率来弥补,从而增加了投资和运行费用;此外,氧化沟的沟深不能过深,这就造成了相对于其它工艺,氧化沟的占地面积较大。
氧化沟工艺具有以下特点:
(1)对水质水量适应性强,可适用于小规模200吨/日污水处理厂,也可适用于大规模200万吨/日的污水处理厂。
(2)处理效果好,BOD5去除率可达95～99%。
(3)曝气机采用表面曝气,检修方便,运行可靠。
(4)工艺流程简单,构筑物少,操作维护简便。
(5)处理效果稳定,出水水质优良可靠。
(6)污泥产量少,污泥性质稳定,节省污泥消化系统。
(7)具有较强的抗冲击负荷和适应水质变化的能力。
氧化沟工艺的缺点如下:
(1)占地面积大,设备多,投资较高。
(2)设备装机功率大,设备闲置率高。
(3)充氧率低,运行费用高。
2.2.3射流曝气活性污泥方案
活性污泥法于1914年由英国人Ardernh和Locbett实验成功,是最常见的污水生物处理方法,污水在经过初步沉淀去除各种大块颗粒之后送到好氧反应池,在池中通过曝气或搅拌供给氧气。在活性污泥法中,经处理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下来返回反应池,这样可以维持很高的微生物密度和活性。当污水停留在好氧反应池期间,一部分有机物被处理成无机物,另一部分转化为微生物细胞物质,从而使污水得到净化。在中低浓度有机污水处理中,活性污泥法是使用最多、运行最可靠的一种方法。在国内,由于技术成熟,技术分支较为广泛,且投资省、易启动、处理效果好等优点而得到广泛运用。但传统活性污泥法由于曝气动力消耗大,每吨污水处理费用居高不下,同时在用空气曝气时容易产生泡沫,造成难以充氧,管理不好则易产生污泥膨胀,产生大量的污泥等原因,使其在应用上受到了限制。
射流曝气活性污泥法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的,通过改变传统的曝气方式来提高氧的利用效率。
射流曝气是介于机械曝气和气泡扩散装置两者之间的一种曝气设备,它是自20世纪40年代开始应用的。随着不断的研究开发应用,现在的射流曝气形状已发生了根本改变,普遍采用直径25mm以上的新型防堵塞型喷嘴。现在普遍采用的射流曝气头基本都采用同一原理,其是将大量的循环水和低压空气在一个专利的喷嘴里混合。射流曝气活性污泥法的核心设备是高效泵循环射流曝气器。其工作原理是:由循环水泵提供工作水,由鼓风机提供压缩空气。当工作水与压缩空气由喷嘴喷出射向池内液体时,由于高速的射流与周围低流速液体的速度差及能量差,引起射流边界与周围液体发生剧烈混掺,边界上低能量液体被卷吸入射流中,并在扩大的射流中被吸收、加速、混合。同时,在射流与周围液体交界处理存在较大的剪应力,使射流边界上形成旋涡和紊流。这样,使污水得到充分的充氧曝气。
射流曝气活性污泥工艺具有以下特点:
(1)射流曝气的动力效率、氧的转移效率高,具有高效节能的优点,运行费用比较低。
(2)曝气所需引射水由循环泵提供,曝气所需的空气由罗茨风机提供,可根据溶解氧情况对鼓风机进行变频控制,能最大限度地节约能耗。
(3)射流曝气头采用不锈钢材质,喷嘴采用耐磨合金材质,使用寿命长;不存在堵塞问题;水中无运转部分,需检修设备均在池外,运行管理、维护均非常方便。
(4)采用了组合式设计,安装简便。
(5)由于直接向喷嘴部分供气,不会产生过渡混合,减少了有味气体逸出。
(6)与其他工艺相比,污泥沉降性能与出水稳定方面具有优势。
3 结论
通过以上论述及技术经济比较可以看出,射流曝气活性污泥工艺和氧化沟工艺在大规模的高浓度污水处理中有较成功的经验,生物接触氧化工艺在小规模的工业污水处理中也有很成熟的经验,但由于受其工艺复杂性限制,不宜在大规模的工程中应用。对于企业的污水处理,其水处理的成本直接关系到产品的成本,直接关系到企业的竞争力和生存。所以我们近几年在污水处理的运行节能方面作了大量的研究,在综合考虑氧利用率、设备维护费用、设备使用寿命等要素下,集微孔曝气和机械曝气的优点而推出了射流曝气。通过以上比较可以看出,射流曝气在工程投资、设备要求、维修保养、曝气设备使用寿命方面均具有明显的优势,并且射流曝气活性污泥工艺在我国造纸污水处理方面得到了广泛的应用,采用该工艺投产后运行稳定,处理效果良好,所以在类似项目的污水治理工程中生化段推荐使用射流曝气活性污泥工艺。
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