废纸造纸废水处理主要方法
废水处理技术按其作用原理,可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法等等。但是废纸造纸废 水中CODCr组分间的分子量差异较大,采用单一的处理方法只能去除其中一部分CODCr 物质,难以取 得满意的效果,所以必须采用综合处理技术。
1 物理法
物理法是指用机械的、物理的手段去除废水中悬浮状态的污染物,常作为废水的预处理,去除废水中不溶解的、粒径较大的杂质,以回收废水中的纤维、降低生化系统负荷,包括机械过滤(如格栅、筛 网、微滤机、滤床) 、澄清(沉淀) 、浮上(浮选) 等方法。
格栅、筛网等一般去除像碎浆过程中纸浆携带 的较大的砂石、铁丝、玻璃、塑料包装等粗杂质。对 于废水中含有的大量细小纤维,目前国内造纸厂常 用斜筛或过滤机等纤维回收设备进行回收。
沉淀设施主要有平流式、竖流式和幅流式沉淀 池三种,其中平流式沉淀池最为常用,但由于其过水 断面大,水流处于湍流状态,水流短路,不利于废水 中悬浮物的下沉,造成了生产能力不大,设备庞大, 处理效率低等问题。后来出现的斜板(斜管) 沉淀 池,在沉淀区倾斜地装设一组平行板或方形管,互相 平行重叠在一起,水流从平行管或管的一端流到另 一端,每两块斜板间相当于一个很浅的沉淀池,从而 很好地提高了处理效率。
气浮法是一种有效的固2液和液2液分离方法, 是将空气以微小气泡形式通入水中,使微小气泡与 在水中悬浮的颗粒粘附,形成水2气2颗粒三相混合 体系,颗粒粘附上气泡后,密度小于水即上浮水面, 形成浮渣层从水中分离出去。加压溶气浮上法是目 前常用的浮上法。近年来发展的超效浅层气浮是气 浮净化技术的重大突破,将原有的静态进水、动态出 水改为动态进水、静态出水,改变了传统推流式气浮 池的进出水及污泥分离方式。尤其对于植物纤维等 疏水性很强的物质,不投加化学药剂(如混凝剂、助 凝剂等) 即可获得满意的固(液)2液分离效果,实践证明,超效气浮对SS 的去除率能达到90 %以上, 特别适合废纸造纸废水的预处理,对中等规模以上 废纸造纸生产废水的预处理具有一定的优越性。
2 化学法
化学法是指利用化学反应的作用以去除水中的 杂质。它的处理对象主要是污水中无机的或是有机 的(难于生物降解的) 溶解物质或胶体物质。常见的 有化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法等 方法。
化学混凝主要靠压缩双电层作用、吸附架桥作 用、网捕作用来使废水中的微小悬浮物和胶体产生 凝聚和絮凝,使之形成大的具有良好沉淀性能的絮 凝体从而从废水中除去。常用的混凝剂有无机盐类 混凝剂如铝盐(硫酸铝、明矾等) 、铁盐(三氯化铁、硫 酸亚铁、硫酸铁等) ,高分子混凝剂如无机高分子混 凝剂聚合氯化铝( PAC) 、聚合氯化铁( PFC) 和有机 高分子混凝剂聚丙烯酰胺( PAM) 等。实际操作中 对混凝剂的加量、混凝剂的加入方式、混凝反应时间 等均可通过实验来确定。
通常的做法是将化学处理与常规处理(混凝沉 淀、吸附) 结合在一起。化学处理剂(即氧化剂) 可以 先加入到废水中进行预氧化,然后再进行混凝沉降, 也可以与混凝剂同时投加,以产生混凝剂与氧化剂 的协同作用效果,氧化剂还可以在混凝沉淀后的某 个处理阶段投加,以进行废水深度处理。另外 ,絮凝沉淀后进行微滤处理,处理后的废水外观清澈透明,水质较好。
化学氧化法所采用的氧化剂主要有高锰酸钾、 次氯酸钠、Fenton 试剂、臭氧等。对于不同性质的 废水,使用不同氧化剂所取得的效果差异较大。对 高锰酸钾、次氯酸钠处理废纸造纸废水效果的研究 表明,高锰酸钾是良好的预处理剂,而次氯酸钠则是 较好的深度处理剂。Fenton 试剂以过氧化氢为氧 化剂,以亚铁盐为催化剂,当两种试剂在一起时会生 成·OH 自由基,该自由基具有很高的氧化电位,进 攻性很强。而且该反应不需要特制的反应系统,也 不会分解产生新的有害物质。另外,加入的Fe2 + 和 一部分被氧化成的Fe3 + 都有在中碱性环境中水解 絮凝的效果,因此,可以代替混凝作用。
废水净化的电化学方法是新型水处理技术,其 实质是直接或间接地利用电解作用,把水中的污染 物去除,或把有毒物质转化为无毒、低毒物质。已有 脉冲电絮凝法处理废纸造纸废水中试表明 ,当在 较低电流密度,水力停留时间HRT 为10min ,混凝 剂(阴离子聚丙烯酰胺) 用量20mg/ L 时,四个水质 指标电导率、SS、COD、色度的去除率分别达到了 37. 7 %、88. 7 %、74. 2 %、91. 7 % ,取得了良好的效 果。
3 物理化学法
常见的废水物化处理法有吸附法、离子交换法、 萃取法、膜析法等。
用各种膜分离技术如微滤(MF) 、超滤(UF) 、纳 滤(NF) 、反渗透(RO) 等处理造纸白水,可以较彻底 地去除白水中的胶体和各种溶解性物质,是实现造 纸白水零排放目标的有效措施之一。有研究表 明,采用低压反渗透处理造纸白水, TOC、CODCr 的去除率达到了75 %～96 %、88 %～94 %,而间接 反映无机物含量的参数电导率的下降率达到了 95 %～97 %。目前存在的主要技术问题是这种净化 技术要求所要处理的水应澄清到固形物含量十分 低,否则易把膜堵塞,而且膜在使用一段时间后会被 污染,从而引起处理流量的下降,因此通常将膜处理 和常规白水处理方法结合使用。
4 生物处理法
废水的生物处理法就是在人工创造的有利于微 生物生命活动的环境中,使微生物大量繁殖,通过微 生物的新陈代谢作用氧化降解废水中的有机物质使 之无害化的过程。生物处理是废纸造纸生产废水处 理的二级处理技术,按微生物是否需要供氧分为厌 氧法和好氧法,按生物处理工艺过程可分为悬浮生 长系统(活性污泥法) 和附着生长系统(生物膜法) , 其中生物膜法可分为生物滤池、生物转盘、生物接触 氧化法、生物流化床等方法。
由于高分子质量的CODCr 可生化性差,所以 对废纸造纸废水直接进行生化处理是不合适的。 一般认为BOD5 / CODCr ≥0 . 3 可以生化处理, BOD5 / CODCr = 0 . 4～0 . 6 宜于生化处理,BOD5 / CODCr ≥0 . 7 最适宜生化处理。废纸造纸废水经 物理、化学、物化等方法处理后,其BOD5 / CODCr 值几乎均在0 . 4～0 . 7 以内,适合于生化处理。
废水的厌氧处理是厌氧菌在厌氧条件下消化有 机物的过程,消化过程分酸化段和产甲烷段,在酸化 段要使废水有良好的p H 缓冲能力,以防止产酸菌 分解有机物产生的大量有机酸使p H 过度下降导致 反应器“酸化”,生产中可通过加入碳酸氢钠等缓冲 剂增加废水的缓冲能力。产甲烷段的产甲烷菌适宜 生长的p H 范围是6. 8～7. 8 ,最佳范围为6. 8～7. 2 ,p H 过高或过低都会对产甲烷菌的活性造成抑 制。同时特定的菌种有其特定的最适温度,厌氧消 化可根据细菌对温度的适应范围分为低温消化(5～ 15 ℃) 、中温消化(30～35 ℃) 、高温消化(50～55 ℃) , 通常采用的厌氧处理的温度一般选择在中温或高 温。国际水学会2000 年报道了高温处理造纸废水 研究成功的消息 。这一研究由Pagues 及Koch 、 Cadaguadeng 等三家荷兰和德国的水处理公司与两 家造纸厂(Oudege2VPK 和Saica ) 共同完成, 由 Pagues 承担工艺的核心部分,即高温厌氧处理的研 究。工厂进行的厌氧中试结果为:反应器容积负荷 30kgCODCr / (m3 ·d ) 、污泥负荷2. 3kgCODCr / kgVSS ,水力停留时间5. 6h ,CODCr 去除率80 %以 上。厌氧处理一般采用水解酸化或完全厌氧反应器 (UASB、IC 等) 。根据生化进水浓度的高低,选择将 厌氧控制在水解酸化阶段或完全厌氧阶段,建议 当生化进水CODCr大于800 mg/ L 时采用完全厌氧 反应器。厌氧系统容积负荷可取2～15 kgCODCr / (m3 ·d) 。厌氧处理具有耐冲击负荷、CODCr去除率 高、动力消耗低、运行费用低、污泥产量低等优点,同 时还有沼气等副产品,近年来得到了广泛应用,可用 于污泥的消化、高浓和温度较高废水的处理,目前大 多厌氧反应器主要用作活性污泥处理的前处理,与 单独采用活性污泥法处理相比 ,厌氧处理节省了 包括处理处置剩余污泥在内的至少80 %的能量消 耗。
废水的好氧生物处理法是在给废水供氧以使之 有一定溶解氧浓度的条件下好氧微生物氧化降解有 机物的过程。(好氧) 活性污泥法主要通过向废水曝 气的方式给废水以适量的溶解氧,曝气可采用鼓风 曝气或是机械曝气。近年发展的射流曝气微气泡扩 散器,通过混合液的高速射流,将鼓风机引入的空气 切割粉碎为微气泡,使混合液和微气泡充分混合和 接触,促进了氧的传递,提高了反应速率,也可设计 成负压自吸式射流器,这样可省掉鼓风机,避免了鼓 风机引起的噪声。用于处理废纸造纸废水的活性污 泥应进行培养驯化,在适宜条件下培养出的活性污 泥才具有较好的活性及沉降性能。近年发展的序批 式活性污泥反应器(SBR) ,通过自动控制系统实现 充水、曝气、沉淀、排水、静置五个阶段依次完成,实 现了厌氧好氧反应的交替进行,有效地控制了污泥 膨胀。生物接触氧化法是生物膜法中的一种常 用的好氧处理方法,其原理是在曝气池中安装固定 填料,废水在压缩空气的带动下,同填料上的生物膜 不断接触,同时压缩空气提供氧气。实践证明,生物 接触氧化法能够较好地处理废水,但在实际应用当 中其挂膜的效果和生物膜的优劣直接决定处理效 果。在处理废水过程中,生物膜的活性厚度在70～ 100μm 之间,生物膜的活性较好;在挂膜不同阶段, 对CODCr的去除率有所不同,在挂膜前期去除率较 低,在正常运行后,去除率稳定在较高水平,能够达 到88 %的去除率 。也有人对高温下的好氧生物 处理做过相关研究[12 ] ,得出的结论是高温好氧生物 处理具有高的有机物降解速率,较低的污泥产量,尤 其是在处理高浓度有机废水时效果更佳,不过其中 某些嗜热菌可能对特定营养有一定的需求,特别是 嗜热芽孢杆菌,通常表现出对蛋氨酸有较高的需求。 另外在操作过程中要确定最佳的工艺条件以适应系 统的氧气吸收率。
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