水解酸化在制漿造紙廢水處理中的應(yīng)用

晏令軍 蔣立人

(1．福陸 (中國(guó))工程建設(shè)有限公司，上海，201103;2．上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海，200071)

水解酸化在制漿造紙廢水處理中的應(yīng)用

晏令軍1蔣立人2

(1．福陸 (中國(guó))工程建設(shè)有限公司，上海，201103;2．上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海，200071)

針對(duì)不同原料不同工藝所產(chǎn)生制漿造紙廢水的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)收集到的實(shí)驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)出水解酸化工藝應(yīng)用于制漿造紙廢水處理中設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理的一些參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

水解酸化;制漿造紙廢水;CODCr去除率;廢水處理

水解酸化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是厭氧消化過(guò)程的第一、二階段。以前，水解酸化是作為厭氧處理的預(yù)處理。對(duì)難生物降解物質(zhì)而言，水解酸化在一定程度上具有分解或處理功能，并且可降低進(jìn)水pH值，所以也作為好氧處理系統(tǒng)的預(yù)處理，以提高廢水的好氧可生物降解性。水解酸化被廣泛應(yīng)用于難生物降解的制漿造紙廢水處理中。

1 水解酸化與厭氧消化的比較

水解酸化是厭氧消化的前階段，其與厭氧消化的主要差異如下［1］：

(1)氧化還原電位 (Eh)不同 在混合厭氧消化系統(tǒng)中，氧化還原電位一般控制在-300 mV以下。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在-300～-100 mV之間。而只要氧化還原電位控制在0左右，水解酸化過(guò)程即可順利進(jìn)行。

(2)pH值不同 在混合厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在甲烷菌生長(zhǎng)的最佳pH值范圍，一般為6．8～7．2。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6．0～6．5之間。對(duì)于水解酸化-好氧處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于濃度低不存在酸的抑制問(wèn)題，因此，可以不控制pH值的范圍，一般pH值在6．5～7．5 之間。

(3)溫度不同 通常，混合厭氧消化系統(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均要嚴(yán)格控制，要么中溫消化 (30～35℃)，要么高溫消化 (50～55℃)。水解酸化處理工藝對(duì)溫度無(wú)特殊要求，通常在常溫下運(yùn)行就可獲得較為滿(mǎn)意的水解酸化效果。

(4)優(yōu)勢(shì)菌群不同 由于反應(yīng)條件不同，各種工藝系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)菌群也不相同。在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于嚴(yán)格地控制在厭氧條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群為專(zhuān)性厭氧菌，因此完成水解酸化的微生物主要為厭氧微生物。對(duì)于兩相厭氧消化系統(tǒng)中的產(chǎn)酸相，微生物的優(yōu)勢(shì)菌群隨控制的氧化還原電位不同而變化。當(dāng)控制的電位較低時(shí)，完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為厭氧菌;當(dāng)控制的電位較高時(shí)，則完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為兼性菌。水解酸化工藝控制在兼性條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群也是厭氧微生物，但以兼性微生物為主，完成水解 (酸化)過(guò)程的微生物相應(yīng)也主要為厭氧 (兼性)菌。

水解酸化工藝中的最終產(chǎn)物為低濃度有機(jī)酸，個(gè)別情況下還有極少量的甲烷［1］。

需要說(shuō)明的是，水解酸化-好氧處理工藝中的水解酸化過(guò)程與好氧AO(HO)、A2O和AB等工藝A段中發(fā)生的水解過(guò)程也是有較大區(qū)別的［1］。這表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先，菌種不同，如上所述在水解酸化工藝中的優(yōu)勢(shì)菌群是厭氧微生物，以兼性微生物為主，而在好氧AO(HO)、A2O和AB等工藝A段中的優(yōu)勢(shì)菌是以好氧菌為主，僅有部分兼性菌參加反應(yīng);其次，反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度不同，水解酸化工藝通常采用的是升流式反應(yīng)器 (包括ABR)，其中污泥濃度可以達(dá)到15～25 g/L，而好氧AO(HO)、A2O和AB等工藝中從二沉池回流的污泥濃度一般最高為5 g/L，并且以好氧菌為主。以上的差別造成了水解酸化工藝是完全水解，而好氧AO(HO)、A2O和AB等工藝中A段僅發(fā)生部分水解。

2 實(shí)驗(yàn)及實(shí)例

設(shè)計(jì)水解酸化池時(shí)，最重要的是應(yīng)保持池內(nèi)懸浮污泥層高度為3 m左右。污泥層起攔截和吸附有機(jī)物的作用。為了形成和保持這層污泥層，部分剩余污泥回流入水解酸化池，而且池內(nèi)廢水的上流速度 (即表面水力負(fù)荷)保持在某范圍內(nèi)，上流速度為 0．5 ～1．8 m/h［2］，該流速與污泥密度有關(guān)。水力停留時(shí)間 (HRT)為4～6 h，CODCr去除率為30%～50%，SS去除率＞80%，BOD5/CODCr比值大為提高［1，3］。

廢水在水解酸化池內(nèi)的HRT與廢水性質(zhì) (即漿種、水質(zhì)等)、水解酸化池前的預(yù)處理工藝 (例如是否采用混凝重力分離工序)等密切相關(guān)。表1中列出了一些情況下的HRT與廢水污染物去除效果。水解酸化工藝屬于生物處理范疇，適當(dāng)提高處理池內(nèi)的生物 (尤其是兼性微生物)總量，可提高污染物的去除率。除了從后續(xù)好氧池回流部分剩余污泥外，也可以從水解酸化池回流部分水解污泥，以增加懸浮污泥濃度，例如表1中的運(yùn)行實(shí)例20、24、25～31、33、36。另一種增加生物總量的方式是池內(nèi)裝填填料，既增加懸浮污泥濃度，也增加生物膜生物總量，例如表1中的實(shí)驗(yàn)11、河北某廠(chǎng)19、四川某廠(chǎng)25、廣東某廠(chǎng)37。

在包括了生物處理工藝在內(nèi)的工程中，為了使生物處理維持在良好的狀態(tài)，通常都設(shè)置了預(yù)處理單元(例如格柵、篩濾、重力分離等工序)，去除懸浮物等物質(zhì)，以改善生物處理所需要的活性污泥或生物膜的品質(zhì)。在設(shè)計(jì)工作中，也要根據(jù)廢水性質(zhì) (即漿種、水質(zhì)等)來(lái)選擇預(yù)處理單元 (例如對(duì)于重力分離，是采用沉淀或是氣浮，是采用自然沉淀或是混凝沉淀等)及其重要的設(shè)計(jì)參數(shù) (例如對(duì)于重力分離，表面水力負(fù)荷的取值)。

根據(jù)原水水質(zhì)等情況，在表1中，初次重力分離工序采用混凝法的實(shí)驗(yàn)有：實(shí)驗(yàn)2，4～8，11～12;采用混凝法的運(yùn)行實(shí)例有：河南某廠(chǎng)23、四川某廠(chǎng)25、深圳某廠(chǎng)31、廣東某廠(chǎng)37;采用生物絮凝-初沉池的運(yùn)行實(shí)例有：河南某廠(chǎng)18、山東某廠(chǎng)22。

有人提出，就布水系統(tǒng)而言，除使廢水在池內(nèi)均勻配水之外，采用反沖洗措施也是很重要的。

3 回歸分析

3.1 HRT與CODCr去除率的關(guān)系

3.1.1 以麥草漿為主的草類(lèi)漿

3.1.1.1 運(yùn)行實(shí)例

通過(guò)對(duì)表1中運(yùn)行實(shí)例15～19、21～23進(jìn)行回歸分析，可以得到在 HRT=4～20 h的范圍內(nèi)，CODCr去除率與HRT關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式 (1)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．8111，R＞0．7887(0．05，8-2); 回歸方程檢驗(yàn)用的判斷值 F=11．54，F(xiàn) ＞ F0．0025(1，7)時(shí)的 8．81。

對(duì)于其中的運(yùn)行實(shí)例15、18、19、21、23進(jìn)行回歸分析，可得到在進(jìn)水CODCr濃度1200～2063 mg/L、HRT=4～20 h的范圍內(nèi)，以進(jìn)水CODCr濃度計(jì)的CODCr去除率與HRT關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

表1 一些水解酸化池的HRT與廢水污染物去除效果

續(xù)表1

式 (2)中的相關(guān)系數(shù) R=0．8823，R＞0．8783(0．05，5-2);F=10．54，F(xiàn) ＞ F0．05(1，3)時(shí)的 10．13。

3.1.1.2 實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)1、3～9的回歸分析，在HRT=2～10 h的范圍內(nèi)，CODCr去除率與HRT關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式 (3)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．8354，R＞0．7348(0．01，11-2);F=20．79，F(xiàn) ＞ F0．005(1，9)時(shí)的 13．61。

對(duì)于其中的實(shí)驗(yàn)1、3～8的分析，在出水CODCr濃度185～1100 mg/L、HRT=2～10 h的范圍內(nèi)，以出水CODCr濃度計(jì)的CODCr去除率與HRT關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式 (4)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．8266，R＞0．7977(0．01，9-2);F=15．10，F(xiàn) ＞ F0．01(1，7)時(shí)的 12．25。

3.1.2 以廢紙漿為主的實(shí)驗(yàn)

對(duì)實(shí)驗(yàn)11、12及實(shí)驗(yàn)14中的“9～25 h”項(xiàng)進(jìn)行回歸分析，在出水 CODCr濃度527～943 mg/L、HRT=3～25 h的范圍內(nèi)，CODCr去除率與HRT關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式 (5)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．6760，R＞0．6411(0．01，15-2);F=10．94，F(xiàn) ＞ F0．01(1，13)時(shí)的 9．07。

3.2 CODCr去除率與容積負(fù)荷的關(guān)系

水解生化池內(nèi)CODCr去除率與其容積負(fù)荷也存在一定關(guān)系。表2為一些不同CODCr容積負(fù)荷下廢水CODCr的去除效果。

3.2.1 以麥草漿為主的草類(lèi)漿

3.2.1.1 運(yùn)行實(shí)例

通過(guò)對(duì)運(yùn)行實(shí)例18、19、21、23、38進(jìn)行回歸分析，可以得到進(jìn)水CODCr濃度在1200～2060 mg/L的范圍內(nèi)，CODCr去除率與容積負(fù)荷率LV關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

表2 水解酸化池的CODCr容積負(fù)荷及其去除效果

式 (6)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．9444，R＞0．9343(0．02，5-2);F=24．74，F(xiàn) ＞ F0．025(1，3)時(shí)的 17．44。

3.2.1.2 實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)1、4、5、7、9、10進(jìn)行回歸分析，可以得到進(jìn)水CODCr去除率與容積負(fù)荷率LV關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式 (7)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．8197，R＞0．6194(0．001，25-2); F = 47．11， F ＞ F0．001(1，23)時(shí)的 14．19。

對(duì)于其中的實(shí)驗(yàn)1、4、5、7、10進(jìn)行回歸分析，可以得到進(jìn)水CODCr濃度在926～1500 mg/L的范圍內(nèi)，CODCr去除率與容積負(fù)荷率LV關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

CODCr去除率 (%) =-2．6194LV+43．6680 (8)

式 (8)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．8391，R＞0．6304(0．001，24-2);F=52．34，F(xiàn) ＞ F0．001(1，22)時(shí)的 14．38。

3.2.2 以廢紙漿為主的實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)循環(huán)用水的實(shí)驗(yàn)11、12、及實(shí)驗(yàn)14中的“9～25 h”項(xiàng)進(jìn)行回歸分析，可以得到在進(jìn)水CODCr濃度在965～1209 mg/L的范圍內(nèi)，CODCr去除率與容積負(fù)荷率LV關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式 (9)中 的 相 關(guān) 系 數(shù) R=0．8887，R＞0．7603(0．001，15-2);F=48．85，F(xiàn) ＞ F0．001(1，13)時(shí)的 17．81。

3.3 CODCr去除率與HRT、容積負(fù)荷LV的關(guān)系

很多文獻(xiàn)都以HRT與CODCr去除率建立關(guān)系。以實(shí)驗(yàn)11～14的CODCr去除率與容積負(fù)荷LV的關(guān)系和CODCr去除率與HRT的關(guān)系之間的對(duì)比為例，通過(guò)回歸分析可以發(fā)現(xiàn)，按照相關(guān)系數(shù)R值、F檢驗(yàn)值以及它們各自的α值來(lái)判斷，后者的數(shù)學(xué)式的顯著水平更高。其原因在于，在相近的CODCr去除率情況下，非循環(huán)用水實(shí)驗(yàn)13的容積負(fù)荷明顯不同于實(shí)驗(yàn)11、12及實(shí)驗(yàn)14中的“9～25 h”項(xiàng)的容積負(fù)荷LV。因此，以建立CODCr去除率與容積負(fù)荷LV的關(guān)系為宜，而且最好是采用污泥負(fù)荷替代容積負(fù)荷。根據(jù)工程的具體情況，由容積負(fù)荷LV或污泥負(fù)荷導(dǎo)出HRT，應(yīng)用于設(shè)計(jì)等方面。

4結(jié)語(yǔ)

4.1 為了保持生物降解功能，在水解酸化池之前以設(shè)置篩濾或初次重力分離工序?yàn)橐?，以去除諸如短纖維之類(lèi)的非溶解性有機(jī)物。

4.2 在水解酸化池內(nèi)，設(shè)置適當(dāng)量的填料，以增加池內(nèi)的微生物總量并提高處理效率。

4.3 絕大多數(shù)情況下，水解酸化工藝降低了BOD5濃度，但在個(gè)別情況下BOD5濃度反而增大。因此，應(yīng)關(guān)注水樣的采取、水質(zhì)測(cè)定、水力停留時(shí)間(HRT)與難生物降解性污染物的降解難易程度之間的關(guān)系等。

4.4 CODCr的去除率除與HRT、容積負(fù)荷有關(guān)之外，還與漿種類(lèi)別、黑液的酸析液是否進(jìn)入、水解酸化之前的預(yù)處理方式、水解酸化池的類(lèi)別、污泥是否回流等因素有關(guān)。

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(責(zé)任編輯：陳麗卿)

Study and Application of Hydrolysis and Acidification Process in Waste Water Treatment of Pulp and Paper Industry

YAN Ling-jun1，*JIANG Li-ren2
(1．Fluor(China)Engineering and Construction Co．Ltd．，Shanghai，201103;2．Shanghai Design ＆ Research Institute for Environment Co．Ltd．，Shanghai，200071)
(*E-mail：leanne2008@sina．com)

Because of low biodegradability of paper industry waste water，hydrolysis and acidification process is widely applied in paper industry waste water treatment．Aiming at different waste water from different material sources and processes，through experiment and analysis of the collected operation data，some engineering data and operating experiences for application of hydrolysis and acidification process in waste water treatment of pulp and paper industry are summarized．

hydrolysis and acidification;pulp and paper industry waste water;CODCrremoval rate;water treatment

X793

B

0254-508X(2011)03-0052-06

晏令軍女士，給排水工程師、注冊(cè)公用設(shè)備工程師、國(guó)家一級(jí)建造師;主要從事給排水設(shè)計(jì)工作。

2010-10-18(修改稿)