復(fù)合式絮凝床處理制漿中段廢水中試研究

孫立金 周宗南 李子君 王維豐

(珠海市德萊環(huán)保工程有限公司，廣東珠海，519070)

復(fù)合式絮凝床處理制漿中段廢水中試研究

孫立金 周宗南 李子君 王維豐

(珠海市德萊環(huán)保工程有限公司，廣東珠海，519070)

采用復(fù)合式絮凝床對(duì)中段廢水進(jìn)行預(yù)處理，探討了影響CODCr去除率的各種因素，得出了最佳工藝參數(shù)，比較了復(fù)合式絮凝床處理后生化和深度處理效果及運(yùn)行費(fèi)用。結(jié)果表明，復(fù)合式絮凝床預(yù)處理，CODCr去除率高達(dá)45．6%。與自然沉降和混凝沉淀相比，廢水的可生化性分別提高了10．4%和7．5%，高達(dá)84．3%;總的運(yùn)行費(fèi)用分別節(jié)省1．85元/t水和1．16元/t水，為2．79元/t水。

中段廢水;CEFR反應(yīng)器;預(yù)處理

制漿中段廢水是指原料經(jīng)蒸煮、黑液提取后，漿料經(jīng)篩選、洗滌和漂白排出的廢水。中段廢水排放量大，內(nèi)部成分復(fù)雜，含有大量木質(zhì)素、纖維素、半纖維素及其衍生物。由于木質(zhì)素及其衍生物的存在，通常使廢水呈現(xiàn)出比較深的顏色。由于這些物質(zhì)難以生物降解，或者生物降解很慢，因此，生化處理效果較差。文獻(xiàn)表明［1］，中段廢水BOD5和CODCr的比值在0．20～0．35之間，可生化性較差，有機(jī)物難以生物降解且處理難度大。目前中段廢水的處理方法有很多種，吸附法、混凝法、生物法、膜分離法、化學(xué)氧化法等［2］。這些常規(guī)的處理工藝都能夠降低中段廢水的污染負(fù)荷，但是大部分難以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，并且有些方法的處理成本太高，企業(yè)難以承受，因此尋求一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的處理方法，成為對(duì)中段廢水治理研究的重點(diǎn)。

電絮凝法又稱電氣浮法，是在直流電的作用下以鐵鋁等可溶性金屬為陽極，產(chǎn)生鐵鋁等離子，再經(jīng)一系列水解、聚合及氧化過程，形成多種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以至氫氧化物，同時(shí)在陽極上析出氧氣微氣泡，陰極上析出氫氣微氣泡，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚上浮而分離。同時(shí)，帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中泳動(dòng)，部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)［3-4］。這是一種處理時(shí)間短，占地面積小的污水處理方式。本實(shí)驗(yàn)采用的是復(fù)合式絮凝床 (簡(jiǎn)稱CEFR，Combined Elextr-floculation Reactor)，該技術(shù)依據(jù)電解及電凝聚原理，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行氧化、還原、中和、凝聚、氣浮分離等多種物理化學(xué)作用處理［3-4］，廢水處理時(shí)間短。

CEFR反應(yīng)器處理費(fèi)用并不高，并且對(duì)中段廢水效果比較明顯，作為預(yù)處理使用，不僅可以降解污染物，而且可有效地改善后續(xù)的生化性能，出水經(jīng)過深度處理后，可達(dá)到GB3544—2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及設(shè)備

廢水:取自某硫酸鹽制漿廠現(xiàn)場(chǎng)綜合中段廢水。該廠以桉木為原料制漿，主要采用ECF(無元素氯)漂白。中段廢水懸浮物 (SS)含量600 mg/L，經(jīng)過初沉后 SS含量400～420 mg/L，CODCr(過濾后)2540 mg/L，BOD55735 mg/L，pH 值11～12。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:采用自制電絮凝設(shè)備。原水經(jīng)過加酸調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)入CEFR反應(yīng)器。

好氧污泥:取自該廠的好氧污泥。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目

對(duì)CEFR反應(yīng)器的進(jìn)水和出水CODCr進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)生化處理前后水樣CODCr進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)采用平均法，即每天取樣兩次，每次間隔12 h，混合后測(cè)CODCr和SS。CODCr和SS分析方法參照文獻(xiàn) ［5］。

CEFR反應(yīng)器的電流、電壓采用萬用表進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 CEFR反應(yīng)器處理參數(shù)優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)考察了pH值、電流、電壓、絮凝劑用量以及污水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間等因素對(duì)CEFR反應(yīng)器處理效果的影響。

2.1.1 pH值對(duì)CEFR反應(yīng)器處理效果的影響

通過固定其他實(shí)驗(yàn)條件:電流20 A，電壓4．2 V，停留時(shí)間70 s，PAC用量200 mg/L，PAM用量1 mg/L?？疾炝瞬煌膒H值對(duì)CEFR反應(yīng)器的處理效果的影響，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，使用PAC，CEFR反應(yīng)器處理該種中段廢水時(shí)，PAC可以適應(yīng)較廣泛的 pH值，pH 值在 6．0～8．0處理時(shí)，CODCr的去除率基本穩(wěn)定，相差不大，但是當(dāng)pH值低于6．0和高于8．0時(shí)，CODCr的去除率迅速降低。主要原因是在這一范圍內(nèi)使用CEFR反應(yīng)器對(duì)該種中段廢水進(jìn)行處理時(shí)，出水的SS明顯增加，產(chǎn)生較多的微小顆粒，不能絮凝成團(tuán)，固液難以分離。單從這一層面選取PAC在pH值6．0～8．0處理效果比較理想，但是考慮CEFR反應(yīng)器處理出水后續(xù)接生化處理，生化處理的最適合pH值應(yīng)該在6．5～8．5，同時(shí)考慮到中段廢水呈現(xiàn)強(qiáng)堿性，需要加酸進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加酸用量可能意味著處理成本增加，綜合以上因素，選取CEFR反應(yīng)器的進(jìn)水pH值為7．0 ～8．0。

圖1 pH值對(duì)CEFR反應(yīng)器處理效果的影響

2.1.2 電流、電壓對(duì)CEFR反應(yīng)器處理效果的影響

通過對(duì)電流、電壓的測(cè)量，可以初步了解該種中段廢水的水質(zhì)狀況。從圖2可以看出，中段廢水經(jīng)過CEFR反應(yīng)器時(shí)，電流與電壓呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，這表明，該種中段廢水經(jīng)過水力調(diào)節(jié)后，水質(zhì)比較穩(wěn)定。圖3為CEFR反應(yīng)器處理時(shí)不同電流下出水的CODCr值，從圖3可以看出，在其他條件不變的情況下，隨著電流的增加，CEFR反應(yīng)器出水CODCr值越來越低，但是當(dāng)電流到達(dá)一定程度時(shí)，出水的CODCr值趨于穩(wěn)定。為了保證處理效果，同時(shí)盡可能地降低電耗，選擇電流在25 A時(shí)處理比較合適。

2.1.3 停留時(shí)間對(duì)CEFR反應(yīng)器處理效果的影響

在其他條件恒定的情況下，考察了CEFR反應(yīng)器處理時(shí)間對(duì)于出水CODCr值的影響 (見圖4)。由圖4可知，中段廢水在CEFR反應(yīng)器內(nèi)部停留時(shí)間越長(zhǎng)，出水CODCr值越低。但是當(dāng)停留時(shí)間超過1 min以后，出水CODCr值的變化不明顯。因此，停留時(shí)間選擇1 min比較合適。

2.1.4 PAC用量對(duì)CEFR反應(yīng)器處理效果的影響

CEFR反應(yīng)器處理時(shí)，絮凝劑的用量也是一個(gè)比較重要的指標(biāo)，絮凝劑的用量直接關(guān)系著出水水質(zhì)的優(yōu)劣。CEFR反應(yīng)器一般使用常規(guī)PAC和PAM作為絮凝劑，通常PAM添加在CEFR反應(yīng)器出水處，因此對(duì)反應(yīng)器的處理效果影響較小，用量1～2 mg/L可以滿足使用要求;PAC添加在反應(yīng)器處理之前，因此它的用量直接影響電絮凝的效果。本實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)PAC的用量對(duì)電絮凝的效果進(jìn)行了研究。PAC用量對(duì)電絮凝出水CODCr的影響見圖5。

從圖5可以看出，隨著PAC用量的增加，出水CODCr下降明顯。但是當(dāng)PAC用量增加時(shí)，中段廢水的處理成本也在增加，綜合考慮各因素的影響，PAC的用量在200～300 mg/L比較合適。

綜上所述，采用CEFR反應(yīng)器處理中段廢水，其工藝參數(shù)為:進(jìn)水pH值7．0～8．0，電流25 A，處理時(shí)間1 min，PAC的用量200～300 mg/L，PAM用量1～2 mg/L。

2.2 中試結(jié)果分析

在CEFR反應(yīng)器參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，針對(duì)中段廢水展開了中試試驗(yàn)，中試規(guī)模180 L/h，好氧停留時(shí)間24 h。

2.2.1 CEFR反應(yīng)器預(yù)處理效果對(duì)比

本試驗(yàn)中對(duì)有無CEFR反應(yīng)器的預(yù)處理效果進(jìn)行了對(duì)比，其結(jié)果如圖6所示。圖6中CODCr為中段廢水pH值在7．0～8．0進(jìn)行最佳處理后所測(cè)定的?；炷恋鞵AC用量為300 mg/L，PAM用量為2 mg/L;CEFR反應(yīng)器預(yù)處理工藝參數(shù)為:電流25 A，處理時(shí)間1 min，PAC用量為250 mg/L，PAM用量為2 mg/L，自然沉降時(shí)間為4 h。

從圖6可知，中段廢水的CODCr高達(dá)2540 mg/L。不同預(yù)處理時(shí)，出水的CODCr有較大變化，采用自然沉降的方式，去除部分SS，出水的CODCr仍有1760 mg/L;采用PAC和PAM混凝處理，出水的CODCr略有下降，為 1535 mg/L;采用CEFR反應(yīng)器處理，通過添加混凝劑 PAC和 PAM，出水的CODCr下降到了1382 mg/L，比自然沉降和混凝處理的出水分別下降了 21．5%、10．0%。CEFR預(yù)處理后CODCr去除率為45．6%，這更有利于后續(xù)生化處理。

圖6 不同預(yù)處理時(shí)出水CODCr

2.2.2 CEFR反應(yīng)器預(yù)處理對(duì)可生化性的影響

中段廢水經(jīng)過自然沉降、混凝處理和CEFR預(yù)處理后，泵入生化處理系統(tǒng)進(jìn)行生化處理，生化處理主要采用曝氣好氧處理方式，曝氣時(shí)間24 h。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，幾種預(yù)處理后廢水的可生化性較好，CODCr去除率均在70%以上，自然沉降和混凝沉淀的CODCr去除效果接近，但出水CODCr在400 mg/L以上。CEFR處理后CODCr去除率相對(duì)于其他兩種處理提高了10個(gè)百分點(diǎn)以上，這表明廢水經(jīng)CEFR處理后可生化性得到了提高，這主要是由于CEFR反應(yīng)器對(duì)廢水中污染物產(chǎn)生了氧化、還原、中和、凝聚、氣浮分離等多種物理化學(xué)作用，對(duì)廢水中難以生化降解的大分子物質(zhì)進(jìn)行了斷鏈降解，使大分子有機(jī)物和難生化降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可以降解的小分子物質(zhì)，再通過好氧進(jìn)一步降解去除。經(jīng)過CEFR反應(yīng)器處理后，CODCr總的去除率達(dá)91．5%，比自然沉降和混凝沉淀分別提高了10．5和7．5個(gè)百分點(diǎn)，也證明了CEFR處理可提高廢水的可生化性。

表1 生化處理試驗(yàn)結(jié)果

表2 Fenton詳細(xì)運(yùn)行費(fèi)用

表3 Fenton試驗(yàn)處理結(jié)果及運(yùn)行費(fèi)用

2.2.3 CEFR反應(yīng)器處理及總運(yùn)行成本分析

為了分析運(yùn)行成本，對(duì)生化出水進(jìn)行了Fenton小試試驗(yàn)，F(xiàn)enton試驗(yàn)出水要求達(dá)到GB3544—2008中制漿行業(yè)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)［6］(CODCr≤100 mg/L)。表2為Fenton詳細(xì)運(yùn)行費(fèi)用，表3為Fenton試驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行費(fèi)用。運(yùn)行費(fèi)用包含動(dòng)力消耗費(fèi)用、進(jìn)入Fenton之前的加酸調(diào)節(jié)費(fèi)用、Fenton出水的加堿調(diào)節(jié)費(fèi)用以及Fenton的藥耗費(fèi)用、綜合污泥處理費(fèi)用等組成。Fenton的藥耗主要有H2O2和FeSO4組成。

從Fenton試驗(yàn)可以看出，隨著進(jìn)水CODCr的增加，達(dá)到相同的目標(biāo)，運(yùn)行費(fèi)用也急劇增加，這主要是由于難以生化降解的物質(zhì)需要消耗大量的·OH才能將其降解去除，而·OH主要來源于H2O2，所以導(dǎo)致H2O2用量增加，同時(shí)FeSO4起到催化作用，相應(yīng)的量也隨之增加，從而導(dǎo)致Fenton運(yùn)行費(fèi)用急劇升高。同時(shí)從表3可以看出，采用CEFR處理的總運(yùn)行費(fèi)用要遠(yuǎn)低于其他兩種處理方式，運(yùn)行費(fèi)用分別節(jié)省1．85 元/t水和1．16 元/t水。

3 結(jié)論

3.1 采用復(fù)合式絮凝床 (CEFR)對(duì)制漿中段廢水進(jìn)行預(yù)處理，其工藝參數(shù)為:進(jìn)水pH值7．0～8．0，電流25 A，處理時(shí)間1 min，PAC用量200～300 mg/L，PAM用量1～2 mg/L。

3.2 與自然沉降和混凝沉淀相比，CEFR反應(yīng)器不僅可以提高預(yù)處理的CODCr去除率，還可以改善廢水的可生化性。

3.3 與自然沉降和混凝沉淀相比，CEFR反應(yīng)器的運(yùn)行費(fèi)用更低。

［1］ 劉衛(wèi)海，曹金艷，石 岸，等．混凝-生化-混凝組合工藝處理造紙中段廢水的研究［J］．中國(guó)造紙，2010，29(2):32．

［2］ 梁拴粉，張安龍．制漿造紙廢水處理技術(shù)［J］．西南造紙，2006，35(3):50．

［3］ 朱 雷，黃 芬，蔡 娟．電絮凝工藝在廢水處理中的應(yīng)用［J］．山西建筑，2007，33(35):201．

［4］ 張運(yùn)平．特定電絮凝設(shè)備在廢水處理中的應(yīng)用［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)，2005．

［5］ 國(guó)家環(huán)?？偩郑蛷U水監(jiān)測(cè)方法［M］．4版．北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002．

［6］ GB3544—2008，制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］． CPP

Pilot Trial of Paper Mill Effluent Treatment with the Combined Elextr-floculation Reactor

SUN Li-jin*ZHOU Zong-nan LI Zi-jun WANG Wei-feng
(Zhu Hai Delai Environmental Engineering Co．，Ltd．，Zhuhai，Guangdong Province，519070)

The factors affecting the removal of CODCrof paper mill effluent treated by the Combined Elextr-floculation Reactor was investigated．The optinmal operation condition was obtained．CODCrremoval rate of the effluent was 45．6%when the Combined Elextr-floculation Reactor was used in pretreatment stage．Compared with natural settling and coagulation，the biodegradability of the effluent after treatment with the Combined Elextr-floculation Reactor was up to 84．3%，increasing 10．4%and 7．5%respectively，total operating cost of a ton of water was only 2．79 ￥ ，saving 1．85 ￥ and 1．16 ￥ respectively．

the paper mill effluent;the Combined Elextr-floculation Reactor;pretreatment

X793

A

0254-508X(2012)01-0033-04

孫立金先生，碩士，工程師;主要從事造紙廢水處理技術(shù)研究工作。

(*E-mail:slj61824950@qq．com)

2011-10-12(修改稿)

(責(zé)任編輯:趙旸宇)