我國(guó)造紙行業(yè)總排水量?jī)H次于化工與鋼鐵,位居工業(yè)部門排放量的第3位,而COD排放量則占全國(guó)工業(yè)排放量的三分之一。因此,造紙工業(yè)水污染治理不但成為造紙行業(yè)乃至全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn),而且也成為造紙企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵[1]。我國(guó)森林資源匱乏,因而大量使用禾草原料制漿造紙,大部分企業(yè)采用堿法化學(xué)漿或半化學(xué)漿制漿工藝。以下對(duì)堿法草漿造紙廢水的中段水的治理與污泥的資源化綜合利用等問(wèn)題進(jìn)行探討。
1 中段廢水處理技術(shù)中段廢水主要產(chǎn)生于造紙過(guò)程中的洗滌、篩選、漂白等工序。
在黑液經(jīng)堿回收處理的前提下(黑液提取率>80%),控制中段水或全廠綜合廢水COD在1500~1800mg/L,通過(guò)一級(jí)沉淀和二級(jí)生化處理可以達(dá)到5造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)6(GB3544)2001)的二級(jí)排放要求,只是工藝略有不同。例如:以美國(guó)艾姆科公司技術(shù)設(shè)備為主的氧化溝工藝系統(tǒng), 以芬蘭奧斯龍公司技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)的強(qiáng)力表面曝氣工藝系統(tǒng),以瑞典普拉克公司的技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)采用選擇器技術(shù)為核心的深井曝氣工藝系統(tǒng)(井深為9m)等。在此介紹的是LRP+多級(jí)A/O工藝系統(tǒng)。
1.1 LRP工藝
通過(guò)對(duì)達(dá)標(biāo)排放廢水的分析研究發(fā)現(xiàn),主要成分是木質(zhì)素等難生化降解物質(zhì),這樣對(duì)于生產(chǎn)處于變化中的企業(yè)來(lái)講,確保達(dá)標(biāo)排放就必須確保基本上去除可生化降解物質(zhì),因而需延長(zhǎng)生化停留時(shí)間或者加大投藥量,但這樣做的結(jié)果是提高了運(yùn)行費(fèi)用。
通過(guò)對(duì)木質(zhì)素來(lái)源的研究,可以發(fā)現(xiàn)采用含氯化合物的漂白過(guò)程是產(chǎn)生的主要原因,因此單獨(dú)處理這部分水可以提高處理效率,降低處理成本。Hynniuen提出了木質(zhì)素去除工藝(Ligninremovalprocess,簡(jiǎn)稱LRP)。其基本原理是基于酸化纖維污泥具有促進(jìn)有機(jī)物沉淀的能力。纖維污泥中主要成分是纖維素和半纖維素的降解產(chǎn)物(稱做纖維),當(dāng)水與纖維接觸時(shí),水分子在氫鍵的作用下與纖維表面的羥基締合,水分子中帶負(fù)電的一端離開纖維表面向外伸出 (由羥基電離產(chǎn)生的負(fù)電荷也可促使水分子的這種排列),這樣使其產(chǎn)生了較強(qiáng)的溶劑化作用且具有了一定的親水性[2]。木質(zhì)素分子在空間呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其憎水性部分聚向膠核內(nèi)部,帶負(fù)電性官能團(tuán)如羥基、酚羥基等則分布在表面,由膠核周圍的Na+形成溶劑化外殼,從而形成穩(wěn)定的聚合物親水性膠體。當(dāng)溶液pH值降低后,負(fù)電性官能團(tuán)的電負(fù)性降低使溶劑化外殼變薄,酸化纖維污泥加入LRP系統(tǒng)后減少了木質(zhì)素膠粒間的斥力,使之易于脫穩(wěn)而沉淀[3],從而減少了酸的投加量,同時(shí)可以充分發(fā)揮纖維聚合度高、分子量大、吸附點(diǎn)多的長(zhǎng)處和直線型的結(jié)構(gòu)特征等優(yōu)勢(shì),不僅可以大量吸附和粘連廢水中已析出的木質(zhì)素和細(xì)小纖維,而且可減少混凝劑的投加量。
LRP工藝大體可分為三個(gè)階段:纖維污泥的酸化、混合與沉淀、pH調(diào)節(jié)與污泥分離處理。
從實(shí)際運(yùn)行的角度看,LRP技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn):與傳統(tǒng)的物化法比較(例如鋁鹽沉淀法),其對(duì)化學(xué)藥品的消耗較低,因而運(yùn)行費(fèi)用也相對(duì)較低;易于污泥處理,并可利用剩余污泥作為紙板原料,實(shí)現(xiàn)了污泥的綜合利用;對(duì)于已有機(jī)械處理或生物處理設(shè)備的用戶,可以很方便地將LRP工藝與原工藝結(jié)合應(yīng)用,因此是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的處理方法;運(yùn)行管理簡(jiǎn)便,且處理系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。
1.2 多級(jí)A/O工藝
經(jīng)過(guò)LRP系統(tǒng)處理后的漂白水中的木質(zhì)素含量大大降低,這樣有利于后續(xù)的生化處理。生化處理部分采用以懸掛鏈移動(dòng)曝氣裝置為核心的多級(jí)A/O生化處理系統(tǒng)以確保出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
該系統(tǒng)由厭氧池、水解酸化池和多級(jí)A/O池三部分組成:污水經(jīng)過(guò)厭氧池、水解酸化池和多級(jí)A/池后進(jìn)入沉淀池,沉淀后的出水進(jìn)入穩(wěn)定池穩(wěn)定處理后排放;沉淀池中的污泥一部分回流到曝氣池前端與進(jìn)水混合后進(jìn)入?yún)捬醭?另一部分則作為剩余污泥排入污泥濃縮池。
針對(duì)造紙廢水,多級(jí)A/O生化處理系統(tǒng)具有三個(gè)特點(diǎn):
低污泥負(fù)荷大多數(shù)造紙廢水處理工程的污泥負(fù)荷取值較高,可提供的微生物數(shù)量較少,微生物僅分解污染物中最有營(yíng)養(yǎng)的部分,未充分利用生物新陳代謝全過(guò)程,使得凈化效率降低;而低污泥負(fù)荷可充分利用污泥提供的微生物和微生物新陳代謝的全過(guò)程,將廢水中的污染物徹底吸收、分解,使得出水水質(zhì)更好,并且低污泥負(fù)荷條件下,活性污泥充分參與反應(yīng),使得需處理的剩余污泥量很少,且所含的有機(jī)物已被很好地分解、礦化,所以污泥穩(wěn)定無(wú)臭味。
充氧效率高
微孔曝氣器是目前使用的充氧效率最高的設(shè)備,但是對(duì)于懸浮物含量高且運(yùn)行條件惡劣的造紙廢水處理來(lái)講,對(duì)其維護(hù)維修顯得比較困難。而采用懸掛鏈移動(dòng)曝氣裝置后所有緊固件均在水面上,可以在不停氣、不放空構(gòu)筑物的情況下,將曝氣管直接提出水面進(jìn)行維護(hù)維修,這樣不僅具有了固定微孔曝氣器的氧轉(zhuǎn)移效率高的特點(diǎn), 而且具有自身方便快捷的維修模式。
無(wú)污泥膨脹
污泥膨脹最直接的表現(xiàn)為污泥指數(shù)(SVI值)升高。造成污泥膨脹的主要原因:一是水溫,夏、秋季發(fā)生的可能性較大;二是水質(zhì),一般來(lái)講,大量含碳水化合物的可溶性有機(jī)物的廢水易于發(fā)生污泥膨脹,尤其是水質(zhì)突然惡化的時(shí)候。就曝氣池本身來(lái)講高污泥負(fù)荷、高污泥濃度、單一運(yùn)行方式都容易在水質(zhì)突然惡化的時(shí)候發(fā)生污泥膨脹,解決的方法主要有:改變空氣量;減少污泥負(fù)荷,通常是減少進(jìn)水量或稀釋進(jìn)水;改變運(yùn)轉(zhuǎn)工藝;加氯;輕微的污泥膨脹可以增加排泥量,降低混合液濃度;在曝氣池中裝置載體以培養(yǎng)生物膜;采用A/O工藝。多級(jí)A/O工藝混合液經(jīng)過(guò)多次好氧區(qū)和缺氧區(qū)的交替作用,有效降低了SVI值以及避免了發(fā)生污泥膨脹。
2 污泥的資源化與綜合利用技術(shù)
造紙廢水的污泥產(chǎn)量大,一般是同等規(guī)模市政污水處理廠的5~10倍,因此污泥的處置問(wèn)題十分重要。造紙污泥中有機(jī)物含量在30%左右,并且不含重金屬成分, 是制肥的理想原料。污泥制肥工藝流程見圖4。具體來(lái)講:將機(jī)械脫水后污泥與其他添加劑混合以后,采用以好氧發(fā)酵為主的方法制肥,好氧發(fā)酵過(guò)程利用好氧性微生物的代謝作用,使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營(yíng)養(yǎng)物的腐殖質(zhì),反應(yīng)的最終代謝物是CO2、H2O和熱量,大量產(chǎn)生的熱量使物料維持持續(xù)高溫,以降低物料的含水率,并有效地去除了污泥中的病原體、寄生蟲卵和雜草種子,使對(duì)污泥的處置達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化的目的。
3 工程實(shí)例
山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司1997年)1999年先后投資建成了治污一期工程(造紙廢水物化處理)和二期工程(氧化塘),隨著公司生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化,治污設(shè)施逐漸暴露出處理工藝和處理能力的不足。經(jīng)過(guò)論證,采用在原有氧化塘加裝懸掛鏈移動(dòng)曝氣裝置后運(yùn)行的多級(jí)A/O工藝。項(xiàng)目主要技術(shù)參數(shù)如下:處理水量為4.5×104m3/d(一期)、10×104m3/d(二期);進(jìn)水COD為1500mg/L,出水為200mg/L;進(jìn)水BOD5為 500mg/L,出水為60mg/L。該項(xiàng)目于2002年4月通過(guò)山東省環(huán)保局組織的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。
4 結(jié)語(yǔ)
中段廢水的處理采用針對(duì)不同水質(zhì),物化與生化相結(jié)合的處理方法,以達(dá)到降低處理成本的目的。針對(duì)漂白廢水中含大量木質(zhì)素的特點(diǎn),采用LRP物化系統(tǒng)可以高效去除不易被生化降解的物質(zhì),從而大大減輕了生化處理的難度和壓力。
造紙廢水處理污泥產(chǎn)量大,污泥處置如何實(shí)現(xiàn)最終的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化顯得十分重要,而污泥制肥為此提供了一條有效的途徑。
