IC厭氧反應(yīng)塔在造紙工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

[摘要]采用預(yù)酸化池+IC厭氧反應(yīng)塔+好氧曝氣池工藝處理高濃度的造紙廢水。實(shí)踐表明，出水水質(zhì)滿足造紙行業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544-2001)。

[關(guān)鍵詞]造紙工業(yè)廢水IC厭氧反應(yīng)塔沼氣曝氣池

從水質(zhì)特征上看，高濃度造紙廢水屬于可生化性一般的有機(jī)廢水(B/C比值為0.20左右)，廢水中的大部分有機(jī)物為木質(zhì)素、纖維素等難生物降解的穩(wěn)定有機(jī)物。因此，若要考慮通過生化工藝處理高濃度造紙廢水，提高造紙廢水的BOD5/CODcr和去除高濃度的SS是保證系統(tǒng)出水達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。

本研究采用預(yù)酸化池+IC厭氧反應(yīng)塔+好氧曝氣池工藝處理高濃度的造紙廢水，先通過預(yù)酸化作用將高分子有機(jī)物分解為溶于水的小分子，再利用IC厭氧反應(yīng)塔中的顆粒污泥去除廢水中大部分SS和COD，最后用好氧曝氣池保證系統(tǒng)出水達(dá)標(biāo)排放。

1工程概況

福建省南紙股份有限公司現(xiàn)有生產(chǎn)線以馬尾松和廢紙為原料，生產(chǎn)化漿、木片磨木漿和脫墨漿，配抄新聞紙。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水和生活污水經(jīng)管道收集后，排入處理能力30000m3/d的污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排入建溪，匯入閩江。原水水質(zhì)見表1。經(jīng)過該污水廠處理后的出水水質(zhì)各項指標(biāo)均達(dá)到《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544-2001)(見表1)。

表1原水及出水水質(zhì)

項目指標(biāo)COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)pH色度(倍)水溫(℃)

原水2000～4900800～1200750～45006.0～9.0800～120035～60

出水≤300≤50≤706.0～9.0≤30025～35

2處理工藝

2.1 工藝的確定

分析原水水質(zhì)可知，高濃度的造紙廢水具有以下特點(diǎn):①懸浮物SS較高;②BOD5/CODcr低，有些組分不易被生物降解，甚至對微生物具有一定的抑制作用。受業(yè)主的委托，有針對性地采用預(yù)酸化池+IC厭氧反應(yīng)塔+好氧曝氣池工藝處理高濃度的造紙廢水，并進(jìn)行了工藝設(shè)計，工藝流程如圖1所示。

圖1廢水工藝流程

2.2 工藝說明

整個工藝流程以預(yù)酸化系統(tǒng)、IC厭氧反應(yīng)塔和生物曝氣系統(tǒng)為三個關(guān)鍵處理單元，可以確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.2.1預(yù)酸化系統(tǒng)

厭氧反應(yīng)過程可被分為四個階段:水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷。對于大分子量的高分子有機(jī)物不能夠透過細(xì)胞膜被細(xì)菌直接利用，因此通過細(xì)菌細(xì)胞外酶作用分解為溶于水的小分子。這些小分子化合物在發(fā)酵菌的作用下，轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外。酸化過程主要的產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、醇類、乳酸。二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。同時酸化菌也繁殖產(chǎn)生新的細(xì)胞物質(zhì)。乙酸菌將酸化階段形成的化合物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。最后產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫氣、碳酸、甲醇、甲酸等被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、硫化氫和新的細(xì)胞物質(zhì)。預(yù)酸化池的酸化過程是厭氧處理過程的第一步。其作用是污水中的可溶性有機(jī)污染物在發(fā)酵菌的作用下，部分被酸化為揮發(fā)性脂肪酸，即丁酸、乙酸、丙酸、乙醇。二氧化碳、硫化氫和氫氣的混合物，有利于下一步IC反應(yīng)塔厭氧過程甲烷化。

2.2.2 IC厭氧反應(yīng)塔

在污水的水解酸化過程，只是水中有機(jī)物的成分發(fā)生了變化，而COD幾乎不變。只有在產(chǎn)甲烷階段，COD轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，水中的COD才減少。在IC反應(yīng)塔中，厭氧顆粒污泥和污水反應(yīng)將COD轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣中含甲烷70%～80%，CO220%～30%，H2S微量。主要的產(chǎn)甲烷反應(yīng)表示如下:

CH3COOH → CH4 + CO2 – 31KJ/mol

4CHOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O

4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O – 312KJ/mol

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O – 131KJ/mol

CH3COOH + 2SO42- → 2H2S + 2CO2 +3O2

2.2.3生物曝氣系統(tǒng)

采用好氧活性污泥生物方法處理有機(jī)污水。在曝氣供氧，保證一定的pH值和溫度以及提供營養(yǎng)鹽的狀態(tài)下，水中的細(xì)菌、真菌類、原生動物類、以及微小后生動物等多種多樣的微生物組成菌膠團(tuán)，其中馴化出的以好氧細(xì)菌為主微生物群體，食取水中的有機(jī)物。水中可溶性有機(jī)物通過細(xì)菌(或真菌類)細(xì)胞壁吸收滲入細(xì)胞體內(nèi)，在內(nèi)酶作用下生化反應(yīng)生成CO2、H2O、P4O3-、SO42-、NO3-等無機(jī)物。而細(xì)胞分泌的外酶可將吸附在其周圍的不可溶性的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶性的有機(jī)物，再吸收滲入細(xì)胞體內(nèi)。原生動物將細(xì)菌作為食物食取，而它又作為后生動物的食物。

2.3 工藝特點(diǎn)

2.3.1經(jīng)預(yù)酸化池酸化和IC厭氧反應(yīng)塔的高效厭氧處理，廢水生化性得以提高，且進(jìn)一步降低了后續(xù)好氧處理的負(fù)荷。

2.3.2該系統(tǒng)充分發(fā)揮IC厭氧反應(yīng)塔在脫除SS方面的優(yōu)勢，解決了高濃度造紙廢水中SS的治理難題。

2.3.3 IC厭氧反應(yīng)塔在處理過程中可產(chǎn)生沼氣和顆粒污泥，沼氣采取火焰燃燒，顆粒污泥可外賣給同類型污水處理場作為啟動種污泥。

2.3.4采用先進(jìn)的IC厭氧反應(yīng)塔技術(shù)，借助沼氣內(nèi)能提升實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，不必外加動力，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省占地面積，具有較強(qiáng)的pH緩沖能力，出水穩(wěn)定性高。

3主要工藝設(shè)計

3.1 預(yù)酸化池

采用組合式鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，外形尺寸為23.6m×13m× 9.3m。懸掛3m高的生物組合填料(600m3)，底部安裝2臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)。

COD:N:P=1000:5:1;

pH=6.5～7.5;

預(yù)酸化度:30%～50%;

水力停留時間:4.2h。

3.2 IC厭氧反應(yīng)塔

采用鋼架構(gòu)，1座，外形尺寸為Ф11×24。反應(yīng)器由第一厭氧反應(yīng)室和第二氧反應(yīng)室疊加而成。每個厭氧反應(yīng)室的頂部各設(shè)一個氣、固、液三相分離器。第一級三相分離器主要分離沼氣和水，第二級三相分離器主要分離污泥和水，進(jìn)水和回流污泥在第一厭氧反應(yīng)室進(jìn)行混合。第一反應(yīng)室有很大的去除有機(jī)能力，進(jìn)入第二厭氧反應(yīng)室的廢水可繼續(xù)進(jìn)行處理，去除廢水中的剩余有機(jī)物，提高出水水質(zhì)。

COD:N:P=350:5:1;

pH=6.5～7.5;

污泥濃度:90g/L;

容積負(fù)荷:10～15kgCOD/m3.d;

上流速度:6.5～7.5m/h;

水力停留時間:3.2～3.7h;

沼氣產(chǎn)生量:8700m3/d;

顆粒污泥產(chǎn)生量:450～700kg/d。

3.3 生物曝氣池

采用組合式鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，外形尺寸為11.8m×47m× 9.7m。采用鼓風(fēng)曝氣方式，取氣水比為36:1，選用2臺羅茨風(fēng)機(jī)交替運(yùn)轉(zhuǎn)。

污泥回流比:1:1～1.2;

回流污泥濃度:8～12g/L;

營養(yǎng)鹽投加比例:BOD5:N:P=200:5:1;

溶解氧:DO=1～3mg/L;

MLSS:1.5～5g/L;

SVI:100～250mL/g;

pH:7.0～8.0;

水溫:20～35℃;

水力停留時間:4.0h;

污泥負(fù)荷:F/M=0.16～0.24kgBOD5/kgMLSS.d。

3.4 污泥處理系統(tǒng)

污泥以含水率為99.5%計，污泥總量:16800kgTSS/d，經(jīng)旋轉(zhuǎn)過濾機(jī)脫水后，產(chǎn)生含水率60%～70%的泥餅，最終將其外運(yùn)填埋或作農(nóng)用肥料。

濃縮后的污泥濃度:3%～4%;

旋轉(zhuǎn)過濾機(jī)脫水后污泥濃度:8%～15%;

螺旋擠壓機(jī)脫水后污泥濃度:30%(40%)以上;

處理能力:16.8BDt/d。

4治理效果與經(jīng)濟(jì)估算

該工程竣工驗(yàn)收過程，經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測部門進(jìn)行采樣監(jiān)測分析，其結(jié)果如表2所示。

表2監(jiān)測結(jié)果

指標(biāo)COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)pH

原水2100～3200800～1200750～10006.0～9.0

預(yù)酸化出水1350～2150640～960100～1506.0～7.5

IC反應(yīng)塔出水600～750130～20010～206.5～7.5

生物曝氣池出水150～23025～3515～256.5～7.5

二沉池出水130～20020～2510～156.5～7.5

監(jiān)測結(jié)果表明，該工藝對各污染物去除率均可達(dá)到90%以上，能實(shí)現(xiàn)出水的全面達(dá)標(biāo)排放，各關(guān)鍵處理單元也達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計功能和目標(biāo)。

該工程造價約為3289.67萬元，噸水運(yùn)行費(fèi)用約為0.68元/噸(含人工費(fèi)、電耗和藥耗等)，該污水廠總占地面積18200m2，其中建筑面積6800m2。

5 結(jié)論

5.1 對于高濃度的造紙廢水采用預(yù)酸化池+IC厭氧反應(yīng)塔+好氧曝氣池工藝是可行的。

5.2 實(shí)踐表明，該工藝解決了高濃度造紙廢水可生化性差和SS濃度高的難題，能確保出水水質(zhì)滿足《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544-2001)。

5.3 監(jiān)測結(jié)果表明，該工藝對各污染物組分均能取得90%以上的去除率(COD為93.8%，BOD為97.5%，SS為98.6%)。

5.4 該套治理設(shè)施工藝簡單，操作簡便，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省占地面積，具有較強(qiáng)的pH緩沖能力，出水穩(wěn)定性高。

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