造紙工業(yè)廢水厭氧處理技術應用
2007-01-01 00:00:00陳學萍
現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2007年4期
摘 要：采用厭氧技術處理造紙廢水，在無氧的條件下，通過厭氧菌的作用，使廢水中的大分子有機物發(fā)生降解，產(chǎn)生沼氣和小部分的微小物質（污泥）。造紙廢水在經(jīng)過絮凝、初沉、均衡、調制后，在上流式厭氧反應器發(fā)生轉化反應，可獲得85%的能量以甲烷的形式存在，再以熱或電的形式回收。
關鍵詞：造紙工業(yè)廢水;厭氧反應器;轉化
1 厭氧系統(tǒng)與好氧系統(tǒng)的比較
在污水的好氧處理過程中，大量的好氧微生物被置于污水處理裝置中，因此大量的污染物就成為這些微生物的食物。因為這些微生物是好氧型的，在處理裝置中必須提供足夠的氧氣。好氧處理是細菌和原生物的作用，這些微生物將有機污染物轉化成CO2，H2O，能量和新的微小物質（污泥）。
厭氧處理是一個微生物降解有機物的過程，并伴有沼氣的產(chǎn)生，該沼氣主要由60-90%的甲烷（CH4）和10-40%的CO2組成。大多數(shù)經(jīng)厭氧降解的有機物轉變成為沼氣，只有一小部分轉變成為新的微小物質。
下面以葡萄糖的轉化為例，來對厭氧和好氧的過程進行比較：
厭氧轉化：C6H12O6→3CH4+3CO2 （－404KJ）
好氧轉化：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O(-2844KJ)
葡萄糖的厭氧反應比好氧反應釋放出的能量（自由焓）少7倍，約可獲取85%的能量以甲烷的形式存在，可以在鍋爐以熱的形式回收，或可在發(fā)生器中以熱和電的形式回收。這便是為什么在厭氧過程中厭氧污泥的產(chǎn)生量低的原因。在厭氧處理系統(tǒng)中，厭氧污泥的產(chǎn)量只占被轉化有機物總量的2-5％；而在好氧處理系統(tǒng)中，污泥的產(chǎn)量占被轉化有機物總量的30-50%。
應用厭氧系統(tǒng)處理工業(yè)污水有如下優(yōu)點：
(1)以沼氣的形式產(chǎn)生能量。
(2)厭氧污泥的產(chǎn)生量低。
(3)高容積的裝載率。
(4)需要的占地面積小。
(5)厭氧污泥可被長時間儲存而不會失去其活動性。
應用好氧系統(tǒng)處理高濃度工業(yè)廢水有如下缺陷：
(1)能耗高。
(2)厭氧污泥的產(chǎn)生量高。
(3)容積的裝載率低。
(4)需要的占地面積大。
2 厭氧系統(tǒng)的有機降解過程
在厭氧轉化過程中起作用的微生物屬于厭氧細菌類，這類細菌中有很大一部分能夠且大多數(shù)情況只能在無氧的環(huán)境中。有機物的厭氧降解是一個包含多個步驟的過程，每一步驟包括不同類型的厭氧菌。
所有可生物降解的物質，通過各種中間體最后都轉化成為沼氣，只有在最后一個步驟有甲烷產(chǎn)生，污染物（COD值）才從污水中被除去。大的有機分子，如蛋白質和淀粉被外酵素轉化成為一種同化于酸化細菌的形式。因此，它們被轉化成為簡單產(chǎn)物，如揮發(fā)性的脂肪酸、二氧化碳、氫氣、氨等，這些物質又變成生成甲烷的細菌培養(yǎng)基，有機碳則變成CH4和CO2而從水中逸出。在此種情況下，甲烷細菌在整個轉化過程中擔任著重要的角色，它是產(chǎn)生最后一個步驟的原因。
超過70%的甲烷產(chǎn)生于細菌和乙酸，剩余30%的甲烷則產(chǎn)生于細菌和氫氣及二氧化碳。甲烷轉化率的高低取決于如下因素：
(1)有機物的性質（污水成分）。
(2)厭氧污泥的數(shù)量，和它的適應性及活動性。
(3)有機物與厭氧污泥接觸的劇烈程度，混合與接觸的時間。
(4)環(huán)境因素，如溫度、PH值和堿度。
(5)常量與微量營養(yǎng)物的可用性。
3 厭氧處理系統(tǒng)工藝及配套裝置
(1)工藝流程
(2)配套裝置
①絮凝池和初沉池，除去固體物。絮凝池含一個快混池和兩個絮凝混合池，污水靠重力流入附近的初沉池；在初沉池中，固體物質從污水中分離出來，并被周邊刮泥機刮去污泥斗，再靠重力流入后面的污泥處理系統(tǒng)，一個由時間控制的開關閥來控制初沉污泥的排放。
②冷卻塔和均衡池，儲存和混合未經(jīng)處理的污水。在冷卻塔內水溫由48℃降到38℃，冷卻塔配兩臺風機來控制出水溫度，出水水溫通過均衡池出口的溫度變送器來控制和監(jiān)測。在均衡池，經(jīng)過預處理的污水將被攪拌和緩沖，在正常流動條件下，水力停留時間為7-8小時，均衡池配攪拌器來確保均勻的水質，液位變送器來控制液位，溫度變送器來控制溫度。
③調節(jié)池。在調節(jié)池中污水將被調制，以使厭氧細菌達到最理想的生物轉化條件，投加酸堿來控制PH值，回流支路上裝有PH值測量儀，來控制酸堿加入量；磷酸和尿素作為營養(yǎng)物N和P投加到調節(jié)池，營養(yǎng)物的投加時間間隔是通過時間控制器來控制，營養(yǎng)物的加入量是基于對有代表性的水樣分析結果而定的。在溫度過高或PH值不在制定范圍內時，反應器進料將自動關閉，營養(yǎng)物投料將自動停止。排出的厭氧污水將循環(huán)回調節(jié)池里。調節(jié)池配有液位變送器來檢測液位以防止反應器進料泵空轉。
④厭氧反應器，調制好的污水將被污水進料泵打入?yún)捬醴磻髦邪l(fā)生降解反應，產(chǎn)生沼氣。從底部進入反應器的污水通過頂部的三相分離器流出，在三相分離器中氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)被分開，經(jīng)過分離后的出水和回流水回到調節(jié)池。在此轉化過程中，厭氧污泥將逐漸增多，多余的厭氧污泥將被從反應器中清除，預留的取樣線可追蹤反應器中厭氧污泥的剖面存儲高度，根據(jù)該高度多余的厭氧污泥被移走；轉化過程產(chǎn)生的沼氣在沼氣火炬中燃燒；廢氣從三相分離器和調節(jié)池的頂部由廢氣風機抽出，再在滌氣塔和生物濾床中進行處理。
⑤厭氧污泥儲罐及污泥泵，儲存厭氧污泥。
⑥火炬，燃燒生成的沼氣。
⑦堿液儲槽，與藥品投加設備來對調節(jié)池的PH值進行控制。
⑧鹽酸儲槽，與藥品投加設備來向調節(jié)池投料。
⑨尿素儲槽，與混合藥品投加設備來向調節(jié)池投料。
⑩磷酸二氫銨儲槽，與藥品投加設備來向調節(jié)池投料。
(11)PAV、PAM儲槽，與混合和藥品投加設備向絮凝池投料。
(12)多個反應步驟產(chǎn)生的廢氣將被廢氣風機收集，并在廢氣滌氣塔和生物濾池中進行處理。
參考文獻
[1]殷承啟，洪建國.上流式厭氧污泥床處理造紙工業(yè)廢水的研究[J]. 中國水網(wǎng)2006，(5).
[2]李佩芳，萬金泉，唐霞等.廢紙造紙廢水生化處理生物相的研究[J].中華紙業(yè).2007，(2).
[3]雷樂成等.水處理新技術及工程設計[M].北京：化學工業(yè)出版社.2001.
[4]萬金泉等.廢紙造紙及其污染控制[M].北京：中國輕工業(yè)出版社.2004.
