造纸废水分段处理不同方法和工艺流程

  摘要：分析了造纸废水的来源，重点阐述了造纸废水分段处理的方法和工艺流程，强调了不同阶段废水的不同治理方法，具有节约资源，投资少，见效快等优点。

    关键词：造纸废水生物—物理化学法减法木质素

    一、概述

    造纸废水是我国主要的工业污染源之一。我国造纸业多采用草杆、木浆等作为造纸原料。造纸废水成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水。制浆造纸生产一般有制浆、洗浆、漂白、造纸的工序组成。造纸属于高有机废水浓度、高悬浮物含量、难生物降解的有机污染废水。造纸废水的水质因制浆种类、造纸品种而异。若按不同的生产工序排出废水水质来看，一般地，制浆废水（也称黑液）的污染最严重，CODCr浓度可达4000～6000mg/l；洗浆和漂白废水，既中段废水的污染程度次之，CODCr浓度可达2000～3000mg/l，SS1500～2500mg/l;纸废水即为白水，为污染较轻的废水，主要含有细小悬浮性纤维、造纸填料和某些添加剂等，CODCr浓度为150～600mg/l，SS为500～1500mg/l。白水中的悬浮物主要是纸浆纤维组成，可以作为资源加以回收利用。

    二、造纸废水的分段处理

    1、生物—物理化学法处理黑液

    （1）废水试验用的制浆黑液取自某造纸厂。

    （2）制浆黑液的处理流程

    （3）菌种及污泥驯化

    实验用的厌氧接种污泥取自某垃圾填埋场的厌氧消化池。将取回的厌氧污泥混合液去除杂质后静置沉淀，弃去上层清液，以软性填料作为填料进行挂膜，将挂膜后的填料装入厌氧反应器中。按CODCr∶N∶P=2000∶3.5∶1加入尿素及磷酸二氢钾于黑液中，然后将黑液泵入厌氧反应器中进行厌氧生物膜的驯化，驯化过程中逐渐增加黑液流量到满负荷运行，大约35d完成驯化培养厌氧生物膜的工作。

    实验用好氧活性污泥菌种取自某纤化厂中段废水曝气池活性污泥。采用制浆黑液对接种污泥进行驯化，按CODCr∶N∶P=200∶5∶1的比例加入营养物质，逐渐增加黑液在曝气混合液中的比例达到黑液浓度，驯化周期为20d。

    （4）处理过程

    ①酸中和黑液在进入生物处理前采用酸中和法将黑液pH值调到4，加热到60℃，然后沉淀，将上清液进入下一段处理。

    ②厌氧处理酸中和预处理后黑液石灰水调节pH至6后，进入厌氧反应器。反应温度为35℃，停留时间为18h。

    ③好氧处理厌氧处理后的黑液直接进入好氧处理阶段，反应pH为7.2～7.5，温度20℃～26℃，溶解氧为1.5mg/l～2.2mg/l，水力停留时间为8h

    ④生物活性炭处理采用图1中流程A工艺时，则好氧处理后的出水进入生物活性炭柱，柱子内填充已挂膜的活性炭颗粒。废水在柱内的停留时间为5.1min。活性炭挂膜及驯化约需15d。

    ⑤化学混凝处理采用图1中流程B工艺时，则好氧处理后的出水进入化学混凝处理阶段。加入的混凝剂为55528。

    （5）处理效果及影响因素

    ①酸中和处理过程中的影响因素

    黑液中CODCr浓度在1810mg/l～14500mg/l范围内变化时，酸中和处理对CODCr的去除率影响不大，而对木质素的去除率影响较大，CODCr浓度过高或过低都将引起木质素去除效率的降低，当黑液中CODCr浓度为7250mg/l时，酸中和处理黑液中的木质素去除率可达78.6%（图2）。

    酸中和过程的pH值从7降低到5时，黑液的CODCr和木质素的去除率呈上升趋势，如再继续降低黑液的pH值，则其CODCr及木质素去除率提高很缓慢。因此，考虑到降低pH值既能提高酸中和处理效果，又不因酸用量的增加导致处理成本的增加，故取酸中和pH值为4～5。

    酸中和的过程中加热与否对处理效果的影响见表1。从表1可以发现加热虽然使出水CODCr和木质素含量略有上升，但加热提高了污泥的压缩性能，是污泥颗粒大并易于沉降，上清液多。

    ②酸中和-厌氧-好氧-生物活性炭工艺处理效果

    采用酸中和-厌氧-好氧-生物活性炭工艺处理制浆造纸黑液，进入稳定运行阶段后，70d的运行处理效果：在酸中和阶段木质素及CODCr的绝对去除量最大，而生物活性炭阶段对木质素及CODCr的去除效率最高。对CODCr浓度为13500mg／L及木质素含量为5983mg／L的制浆黑液实施酸中和-厌氧-好氧-生物活性炭综合处理工艺后，出水CODCr降至390mg／L，木质素降至46mg／L，其去除率分别为97.1%和99.2%。

    ③酸中和-厌氧-好氧-化学混凝工艺的处理效果

    试验结果表明，在厌氧-好氧生物处理后再进行化学混凝处理能有效去除黑液中残余的木质素，其去除率达82.1%，但对黑液中CODCr的去除效果不明显。黑液处理后，CODCr从14500mg／L下降至1403mg／L。比较制浆黑液厌氧和好氧处理中木质素的降解效果后发现，厌氧处理比好氧处理对木质素的生物降解更为有利，前者能够降解木质素约47.0%，后者仅能使木质素降解。

    （6）小结

    采用酸中和-厌氧-好氧-生物活性炭工艺处理制浆造纸黑液，效果是很明显的，并且不用投加混凝剂，避免了再一次对处理水的污染，但由于活性炭的成本较高，在实际中很少被采用。

    大部分的造纸厂采用厌氧-好氧生物处理后再进行化学混凝处理。这样一来混凝剂的选择就很重要了，而55528是孔德忠院士发明的一种国防三防（防生物、防化学）消除剂，属于军事用剂，全名为55528生物战剂消除剂，它可以作为混凝剂、消毒剂、沉淀剂，还可以调节pH、灭菌，它的除磷效果也很好，并且不会造成水体的污染。所以可以放心使用，不必担心会对被处理造成二次污染。

    2、碱法草浆中段废水生物处理

    （1）废水水质

    减法草浆中段废水水质如下：BOD5500mg／L～600mg／L，SS365mg／L～1910mg／L，COD1640mg／L～1910mg／L，色度2000，pH8～9，挥发酚1.5mg/l～2.0mg/l。

    （2）废水处理工艺流程

    废水首先在初沉池中去除大颗粒的悬浮物，然后进入加速曝气池，加速曝气池为两只I-O型曝气池，它的特点是曝气区在池的外围，沉淀区中间，曝气区上部加装有消泡装置。加速曝气池出水投加硫酸铝后，进入加速澄清池，在加速澄清池中进行固液分离。

    在碱法草浆中段废水生物处理过程中，从初沉池、加速曝气池和加速澄清池来的三种污泥采用气浮法进行浓缩，浓缩后的浮渣用板框压滤机进行干化，压滤渣和煤混合做燃料。

    （3）曝气池活性污泥的驯化培养

    ①恢复活性阶段来自某印染厂的干污泥运到废水处理站以后将其调稀，然后用泵送入第一只曝气池，并加清水150t，磷酸二氢钾500g，进行鼓风闷曝，并定时加入粪水，控制氨氮在100mg／l～150mg／l，溶解氧3mg／l～4mg／l，逐步恢复干污泥的活性。镜检中出现了草履虫、豆形虫、滴虫和钟虫等。

    ②驯化阶段完成恢复干污泥活性后，采用配水方法进行驯化，逐步提高造纸废水的进水比例，使活性污泥逐渐适应碱法草浆的废水水质。溶解氧一般控制在2.5mg／l～6.0mg／l之间，氨氮维持在来水平，有时偏高一些。

    ③培养阶段驯化后的活性污泥进行培养，以增加活性污泥的浓度。废水由间断进水改为连续进水，操作条件基本不变。其间换水两次，第一次在11d后进行，先将鼓风机、搅拌叶轮停止运转，静止3h～4h后，将上面废水抽去130t，然后恢复正常运转。间隔5d后进行第二次换水，换去上面废水100t，进行闷曝几小时后恢复正常运行。15d后基本上完成了第一只曝气池的活性污泥培养工作。污泥沉降体积在75%～80%左右，镜检有大量菌胶团和原生动物。把第一只曝气池的混合液一分为二，一半泵入第二只曝气池，然后两只池继续同时培养，约过8d～10d时间，就达到了预期的污泥量，此时进水量亦逐步增加到40t/h左右

    （4）曝气池运行条件

    ①由于制浆造纸系统排放的废水是间断的，因此，废水水质变化幅度很大，这对废水的生物处理是不利的。为了保持进水水质的稳定，通过测定废水的高锰酸钾耗氧量来进行水质的调配，使废水的高锰酸钾耗氧量控制在700mg／l～800mg／l之间，相当于进水BOD5在500mg／l～600mg／l之间。

    ②曝气池的溶解氧是一个非常重要的条件。溶解氧过高，微生物自身氧化，活性污泥细碎。同时空气量大，曝气强度大，废水中产生大量泡，造成消泡困难，废水处理顺利进行。溶解氧过低，活性污泥得不到足够的氧，造成污泥活性下降。在此工艺中，采用曝气盘曝气，曝气盘曝气的优点在于不留死角，曝气池的每个角落，都能充分得到氧。

    ③一般进水pH在8～9之间，生物处理后，曝气池出水pH为7.0～7.5，所以正常情况下，不需调节pH值。

    ④营养盐对生物处理的影响表现在对活性污泥性能的改善。由于废水中含有微量的氮和磷，因此在一段时间内不加营养盐也能取得较好的去除效果，但随着时间的延长，污泥指数上升，活性污泥结构松散，这时如添加营养盐，污泥指数即下降，污泥浓度增加，但处理效果不变。因此根据具体情况采用间断或连续施加营养盐。  ⑤温度对活性污泥的活性影响很大。I-O型曝气池在冬季一般保持在7℃～10℃之间，这时废水处理效果较差，当温度下降到9℃以下时，BOD5去除率降低50%。如果冬季用冷凝水（35℃～40℃）保温，使曝气池曝气区维持在12℃以上。基本上不影响处理效果。温度对处理效果的影响如表2。

    （5）运行效果

    在1980年4月～6月的稳定条件的运行效果见表3。由表可见碱法草浆中段废水生物处理效果是令人满意的。

    3、使用物理方法对白水进行处理

    白水中的SS主要由纸浆纤维组成，可以作为资源加以回收利用。白水单独处理后出水CODCr浓度为80～120mg/l，SS为100mg/l以下，可以重新回用到纸生产用于冲网、冲毯等，白水处理分离的纤维回收利用。

    我国造纸废水处理回用已有二十余年的历史，技术成熟、使用可靠。白水处理的技术措施主要是机械物理分离和物理化学处理。如在造纸车间设置压力筛、振动筛、盘片过滤等设备，兼具纤维回收和白水处理。

    在工程上，通常采用溶气气浮等，气浮装置一般采用传统的深槽气气浮或者高效浅层气浮。在采用清浊分流生产回用技术路线时应进一步拓宽回用水的用途。例如，白水处理后不仅用于纸机的冲网、冲毯等，同时还可以根据不同的情况，用于碎浆、调浆、制浆喷淋平衡水等，以实现最大限度的利用水资源。

    三、总结

    （1）在厌氧-好氧生物处理后再进行化学混凝处理能有效去除黑液中残余的木质素，其去除率达82.1%，但对黑液中CODCr的去除效果不明显。黑液处理后，CODCr从14500mg／L下降至1403mg／L。

    （2）酸中和-厌氧-好氧-生物活性炭工艺处理制浆造纸黑液，在酸中和阶段木质素及CODCr的绝对去除量最大，而生物活性炭阶段对木质素及CODCr的去除效率最高。

    （3）比较制浆黑液厌氧和好氧处理中木质素的降解效果后发现，厌氧处理比好氧处理对木质素的生物降解更为有利，前者能够降解木质素约47.0%，后者仅能使木质素降解。

    （4）造纸中段废水成分复杂，在实际深度处理中，很难断言采用哪一种方法最好，因此在选择处理工艺时，应先充分考虑各种处理方法的优缺点，同时根据实际技术水平和生产状况，在不同的条件下对技术和济进行比较。

    （5）55528可以作为混凝剂、消毒剂、沉淀剂，还可以调节pH和灭菌，它的除磷效果也很好，并且不会造成水体的污染。