（环境科学与工程专业论文）厌氧好氧生物膜法混凝工艺处理草浆中段废水的研究.pdf

上海大学工学硕士学位论文 厌氧好氧生物膜法一混凝工艺处理 草浆中段废水的研究 姓名：杨宇 导师：丁国际 学科专业：环境科学与工程 上海大学环境与化学工程学院 二oo 九年五月 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a iu n i v e r s i t yf o rt h ed e g r e e o fm a s t e ri ne n g i n e e r i n g 一一 s t u d y o nt h et r e a t m e n to fs t r a wp u l p m i d c o u r s ee f f l u e n tb yt h ep r o c e s so f c o m b i n i n g a n a e r o b i c a e r o b i cb i o f i l m t r e a t m e n ta n dc o a g u l a t i o n llj- m d c a n d i d a t e ：y a n gy u s u p e r v i s o r ：d i n gg u o j i m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s c h o o lo fe n v i r o n m e n t & c h e m i s t r ye n g i n e e r i n g ， s h a n g h a iu n i v e r s i t y m a y2 6 协，2 0 0 9 摘要 造纸工业是我国重要的经济产业之一，但又是排污量最大的产业之一。造纸 废水中，中段废水由于其水量大、成分复杂、污染物浓度高、生物降解性差，更 是造纸废水处理中的重点和难点。本论文通过文献调研并在对国内外造纸废水处 理技术和工艺优缺点进行分析、以及小试的基础上，设计了以草浆中段废水为处 理对象的厌氧好氧生物膜法一混凝工艺，并进行了一系列的实验，获得的主要研 究成果归纳如下： 1 ) 合理地设计了以草浆中段废水为处理对象的厌氧好氧生物膜法一混凝组 合工艺。该工艺总体上是生物处理和化学混凝处理的组合，生物处理工艺是厌氧 处理+ 好氧处理十生物过滤的组合。通过合理地组合不同工艺，可充分发挥不同工 艺的长处、提高对草浆中段废水的处理效率。 2 ) 研制了高效的厌氧好氧生物膜反应器。该反应器不需要污泥回流和内循 环，也不需要二沉池，因而具有结构简单、管理方便的特色。该反应器的高效性 与使用了外形、孔径及比重均较合适的多孔弹性载体有关。采用该载体的优势包 括：a ) 载体的多孔性能够提供较高的比表面积供微生物附着生长；b ) 合适的载 体孔径可以较好地避免由于生物膜的生长而造成载体的孔隙堵塞；c ) 载体的尺 寸和比重合适使得载体在曝气的条件下易于形成流化床；d ) 多孔载体的使用， 有效地减少了剩余污泥发生量，因此可以用生物过滤代替二沉池；e ) 载体做为 生物滤料时，既可以获得较高的滤速又可以得到较好的过滤水质。 3 ) 在使用厌氧好氧生物膜反应器处理草浆中段废水的实验过程中，着重考 察了h r t 和有机容积负荷等因素对反应器处理效果的影响。结果表明：当进水 c o d 浓度为9 0 0 1 5 0 0m g l 、h r t 为1 6h 、容积负荷为1 2 1 9k g c o d ( m 3 d ) 时，反应器对c o d 、b o d 5 、及浊度的去除率分别达到7 0 、8 0 和9 5 以上， 表明该反应器对草浆中段废水具有较强的处理能力。不过，从处理水质看，c o d 和b o d 5 浓度分别在2 5 0 - 3 5 0m g l d 和4 5 - - 一5 5m g l 。范围内，虽然能满足2 0 0 1 年开始实施的制浆造纸工业水污染物排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 1 ) ，但不能满足 2 0 0 8 年开始实施的制浆造纸工业水污染物排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 。此外， 生物处理出水的色度也不能满足制浆造纸工业水污染物排放标准 ( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 对色度的要求，所以对生物处理出水进行进一步的处理是需 要的。 4 ) 对生物处理出水进行了混凝处理实验研究。在考察了不同絮凝剂的混凝 性能的正交实验基础上，确定以聚合硫酸铁和聚合氯化铝为絮凝剂、聚丙烯酰胺 为助凝剂。然后利用单因素轮换实验考察了絮凝剂配比、投加剂量、助凝剂用量 及p h 值等因素对混凝处理效果的影响。结果表明：聚合硫酸铁和聚合氯化铝的 联合使用具有明显的协同作用，助凝剂的加入可提高处理效率，并减少絮体产生 量、加快絮体沉降的速度。 5 ) 实验确定的混凝工艺的最佳工艺条件和操作方法为：先调节进水的p h 至6 7 ，投加聚铁3 6m g l 。后快速( 2 0 0r r a i n ) 搅拌3 0s ，投加聚铝2 4m g l 。1 后快速搅拌3 0s ，投加助凝剂p a m3m g l 。后快速搅拌3 0s ，再慢速( 6 0 - - - 7 0 r m i n ) 搅拌1 0m i n ，沉淀2r a i n 。混凝处理对浊度、色度及c o d 的平均去除率 分别达到8 6 7 、9 7 1 和8 9 7 。处理出水的p h 为6 5 7 0 、c o d 为3 5 - - - 4 5 m g l 一、b o d 5 小于1 0m g l 一、悬浮物小于1 0m g l 、色度小于5 0 稀释倍数， 能满足制浆造纸工业水污染物排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 对这些指标的要求。 上述研究结果表明：本论文采用的厌氧好氧生物膜法一混凝组合工艺能够有 效地处理草浆中段废水，处理出水的p h 、c o d 、b o d 5 、色度及悬浮物不仅能够 满足本文的研究开始时作为处理水质目标的制浆造纸工业水污染物排放标准 ( g b 3 5 4 4 2 0 0 1 ) ，而且能够满足在本文实验研究即将结束时开始实施的新标准 制浆造纸工业水污染物排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 。此外，本文采用的厌氧 好氧生物膜反应器具有处理效率高、结构简单、操作方便等特色。因此，本文的 研究结果具有较好的实用价值和应用前景。 关键词：草浆中段废水；生物处理；混凝；多孔载体 a bs t r a c t t h ep a p e rm a k i n gi n d u s t r yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti n d u s t r i e so fo u rn a t i o n a l e c o n o m y , b u ta l s oo n eo ft h el a r g e s tp o l l u t a n ti n d u s t r i e s i ti sd i f f i c u l tt ot r e a ts t r a w p u l pm i d c o u r s ee f f l u e n t ，b e c a u s eo fi t sc o m p l i c a t e dc o m p o n e n t ，h i g hc o n c e n t r a t i o n a n dl o wb i o d e g r a d i b i l i t y s o ，i ti sm o r ed i f f i c u l tt ot r e a ts t r a wp u l pm i d c o u r s ee f f l u e n t i nt h i sd i s s e r t i o n ，o nt h eb a s i so ff u l l yu n d e r s t a n d i n gd o m e s t i ca n df o r e i g np r o c e s so f p a p e rm a k i n gi n d u s t r y a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp a p e rm a k i n gw a s t e w a t e r , t h e p r o c e s so fc o m b i n i n ga n a e r o b i c a e r o b i c b i o f i l mt r e a t m e n ta n dc o a g u l a t i o nw a s d e s i g n e dt ot r e a ts t r a wp u l pm i d c o u r s ee f f l u e n t ，a n da s e r i e so fe x p e r i m e n to ni tw a s c a r r i e do u t m a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t so fr e s e a r c ho ft h i sd i s s e r t i o na r es u m m a r i z e d 嬲 f o l l o w s ： 1 ) t h ep r o c e s s o f c o m b i n i n g a n a e r o b i c a e r o b i cb i o f i l mt r e a t m e n ta n d c o a g u l a t i o nw a sd e s i g n e df o rt h et r e a t m e n to fs t r a wp u l pm i d c o u r s ee f f l u e n t a sa w h o l e ，t h ep r o c e s sc o m b i n e sb i o l o g i c a lt r e a t m e n ta n dc o a g u l a t i o n ，a n di nt h ep h a s eo f b i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，t h et e c h n i co fa n a e r o b i ct r e a t m e n t + a e r o b i ct r e a t m e n t + b i o f i l t e r i sa p p l i e d t h r o u g ht h er a t i o n a lc o m b i n a t i o no fd i f f e r e n tt e c h n i q u e s ，d i f f e r e n tp r o c e s s e sc o u l d g i v ef u l lp l a ya n dt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n te f f i c i e n c yw a se n h a n c e d 2 ) t h ea n a e r o b i c a e r o b i cb i o f i l mr e a c t o rw a sd e s i g n e da n d i td i dn o tn e e d b a c k f l o wo fs l u d g e ，i n t e r - c i r c u l a t i o n ，a n ds e c o n d a r ys e t t l i n gt a n k s o ，i ti sp r o v i d e d w i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fs i m p l es t r u c t u r ea n dc o n v e n i e n ts u p e r v i s i o n t h eh i g h e f f i c i e n c yo fr e a c t o ri sc o r r e l a t e dw i t hu s i n gp o r o u sc a r d e r , w h o s ef i g u r e ，a p e r t u r e ， a n dp r o p o r t i o na r ea p p r o p r i a t e a d v a n t a g e so fp o r o u sc a r r i e ri n c l u d e ：a ) t h ep o r o s i t y c o u l ds u p p l yw i t he n o u g hs p a c et ol i v ei nf o rm i c r o o r g a n i s m ；b ) a p p r o p r i a t ea p e r t u r e c o u l de s c a p ef r o mj a mc o m i n gb e c a u s eo ft h eb i o f i l mg r o w t h ；c ) a p p r o p r i a t e d i m e n s i o na n ds p e c i f i cg r a v i t yo fc a r r i e rc o u l dm a k ei te a s yt ob ef l u i d i z e ds t a t e ；d ) a p p l i c a t i o no fp o r o u sc a r r i e rc o u l dd e c r e a s et h ea m o u n to fs e d i m e n t s o ，b i o f i l t e r c o u l dr e p l a c ew i t hs e c o n d a r ys e t t l i n gt a n k ；e ) t h ec a r r i e ra sf i l t e rm e d i u mn o to n l yg o t h i g h e rv e l o c i t yo ff i l t r a t i o n ，b u ta l s oa c h i e v e db e t t e rw a t e rq u a l i t y 3 ) i nt h eo p e r a t i n gp r o c e s so fa n a e r o b i c a e r o b i cb i o f i l mr e a c t o r , t h e e f f e c to f v i i h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) ，o r g a n i cl o a d ，a n do t h e rf a c t o r so nr e a c t o rw e r e s t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tu n d e rc o n d i t i o n so fh r to f16h o u r sa n do r g a n i cl o a d r a t eo fb e t w e e n1 2 1 9k g c o d ( m 3 - d ) ，t h er e m o v a lr a t e so fc o d ，b o d sa n dt u b i d i t y w e r ea b o v e7 0 ，9 5 a n d8 0 ，r e s p e c t i v e l y ，w h i c hp r o v e dt h a tt h er e a c t o ri sh i g h e f f e c t i v ef o rs t r a wp u l pm i d c o u r s ee f f l u e n t t ot h ew a t e rq u a l i t y ，h o w e v e r ，c o do f b e t w e e n2 5 0 3 5 0m g l ，a n db o d 5o fb e t w e e n4 5 5 5m g l ，w h i c hc o u l dr e a c ht o d i s c h a r g es t a n d a r do fw a t e rp o l l u t a n t sf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r y ( g b 35 4 4 - 2 0 01 ) t h a tb r o u g h ti n t oe f f e c ti n2 0 01 ，b u tt h e yc o u l dn o tr e a c ht od i s c h a r g es t a n d a r do f w a t e rp o l l u t a n t sf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r y ( g b 35 4 4 - 2 0 0 8 ) l a t e rb r o u g h ti n t oe f f e c t i n2 0 0 8 i na d d i t i o n ，t h ec h r o m ac o u l dn o tr e a c ht od i s c h a r g es t a n d a r do fw a t e r p o l l u t a n t sf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r y ( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) ，s ow en e e dt o t r e a tt h e b i o l o g i ct r e a t e de f f l u e n t ，p r o f o u n d l y 4 ) t h ee f f l u e n tf r o mb i o l o g i c a lt r e a t m e n tw a sf u r t h e rt r e a t e db yt h et e c h n i co f c o a g u l a t i o ns e d i m e n t a t i o n o nt h e b a s i so fe x a m i n i n gt h ec a p a b i l i t yo fd i f f e r e n t c o a g u l a n t s ，c o n f i r m e dt h a tp o l ya l u m i n u mc h l o r i d e ( p a c ) a n dp o l y m e r i z e df e r r o u s s u l f a t e ( p f s ) w e r ea p p l i e da sc o a g u l a n t ，a n do r g a n i cc o a g u l a n tp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) w a sa p p l i e da sa s s i s t a n tc o a g u l a n t t h e nt h r o u g hs i n g l e f a c t o rr o t a t e s e x p e r i m e n t ，t h ee f f e c t so fc o a g u l a n tp r o p o r t i o n ，d o s a g e ，a s s i s t a n tc o a g u l a n td o s a g e a n dp ho nt h er e s u l t so fc o a g u l a t i o nt r e a t m e n tw e r ei n s p e c t e d n er e s u l t ss h o wt h a t t h e r ei sa na p p a r e n ti n t e r a c t i o nb yu s i n gp a ca n dp f s ，a n dt h ea t t e n d i n go fp a m c o u l de n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fs y s t e m ，d e c r e a s et h ea m o u n to fs e d i m e n t ，a n d i n c r e a s et h es e d i m e n t a t i o nr a t e 5 ) t h eb e s tc o n d i t i o no fc o a g u l a t i o np r o c e s sw a s ：a d j u s t e dp ht o6 - 7 ，u n d e rt h ec o n d i t i o n s o fq u i c ks t i r r i n g ( 2 0 0r r a i n ) f o rlr a i n , f o l l o w e db yd o s i n g3 6m g l p f s ，t h e nc o n t i n u o u s l y q u i c ks t i r r i n gf o r3 0s ，f o l l o w e db yd o s i n g2 4m g l p a c ，t h e nc o n t i n u o u s l yq u i c ks t i r r i n gf o r3 0 s ，d o s e3m g l 1p a m ，q u i c ks t i r r i n gf o r3 0s ，s l o ws t i r r i n g ( 6 0 - - 7 0r m i n ) f o r1 0m i n ，d e p o s i t e d f o r2m i n ，t h er e m o v a lr a t e so ft u b i d i t y ，c h r o m aa n dc o dr e a c h e dt o8 6 7 ，9 7 1 a n d8 9 7 ， r e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tp ho fb e t w e e n7 5 8 5 ，c o do fb e t w e e n3 5 - 4 5m g l 1 ，b o d sa n ds s o fb o t hb e l o w1 0m g l _ 1 ，c h r o m ao fb e l o w5 0t i m e s ，w e r ea c h i e v e d t h ei n d e xo f e a c hi t e mc o u l d r e a c ht od i s c h a r g es t a n d a r do f w a t e rp o l l u t a n t sf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r y ( g b 3 5 4 4 - 2 0 0 8 ) v i i i t h er e s u l t sa b o v es h o wt h a ts t r a wp u l pm i d c o u r s ee f f l u e n ti st r e a t e de f f e c t i v e l y b yt h ep r o c e s so fc o m b i n i n ga n a e r o b i c a e r o b i cb i o f i l mt r e a t m e n ta n dc o a g u l a t i o n t h e e f f l u e n tp h ，c o d ，b o d s ，c h r o m aa n ds sn o to n l yr e a c ht od i s c h a r g es t a n d a r do f w a t e rp o l l u t a n t sf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r y ( g b 35 4 4 - 2 0 01 ) t h a tw a st h ed i s c h a r g e o b j e c to fw a t e rq u a l i t yi nt h eb e g i n n i n g ，b u ta l s or e a c ht od i s c h a r g es t a n d a r do f w a t e r p o l l u t a n t sf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r y ( g b 35 4 4 2 0 0 8 ) t h a ti st h en e wd i s c h a r g e s t a n d a r d m o r e o v e r , t h ea n a e r o b i c a e r o b i cb i o f i l m r e a c t o ri s p r o v i d e dw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fh i g he f f i c i e n c y , s i m p l es t r u c t u r e ，a n dc o n v e n i e n ts u p e r v i s i o n ，s ot h e r e s u l t so ft h i sd i s s e r t i o nh a v eh i g hv a l u ea n db r i g h tf u t u r ei nt h et r e a t m e n to fp a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r k e y w o r d ：s t r a wp u l pm i d c o u r s ee f f l u e n t ；b i o l o g i c a lt r e a t m e n t ；c o a g u l a t i o n ；p o r o u s c a r r i e r i x 上海大学硕士学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 我国造纸工业发展及其污染物排放现状1 1 2 造纸废水产生及其水质特性2 1 2 1 造纸生产工艺2 1 2 2 造纸废水来源及特性3 1 2 3 草浆中段废水6 1 3 国内外造纸废水的处理方法概况7 1 3 1 物理处理法8 1 3 2 物理化学处理法9 1 3 3 化学处理法1 1 1 3 4 生物处理法1 2 1 3 5 其他处理方法16 1 4 本文的研究目的、研究内容及特色1 9 1 4 1 研究目的和意义1 9 1 4 2 研究内容l9 1 4 3 研究特色2 0 第二章草浆中段废水的处理工艺和生物处理反应器的设计2 l 2 1 处理工艺设计2 1 2 2 生物处理反应器的设计2 2 2 2 1 反应器结构2 2 2 2 2 载体选择2 3 2 3 本章小节2 4 第三章草浆中段废水的生物处理2 5 3 1 实验材料与方法2 5 3 。1 1 实验用水水质2 5 3 1 2 污泥驯化2 5 3 1 3 实验设备2 6 3 1 4 实验方法2 6 x 上海大学硕士学位论文 3 1 5 水质分析方法2 7 3 2 反应器启动阶段2 7 3 2 1 启动阶段反应器运行状况。2 7 3 2 2 启动阶段反应器对污染物的去除性能变化3 0 3 3 反应器运行阶段3 2 3 3 1h r t 对反应器净化性能的影响3 2 3 3 2 进水浓度和容积负荷对反应器净化性能的影响3 8 3 3 3 反应器运行过程中各反应池的溶解氧和p h 状况4 0 3 3 4 反应器运行过程中各反应池出水变化4 l 3 3 5 优化条件下反应器的净化性能4 2 3 4 本章小节。4 2 第四章生物处理出水的混凝处理4 5 4 1 实验材料与方法4 5 4 1 1 实验用水水质4 5 4 1 2 实验药剂与仪器。4 5 4 1 3 实验方法4 6 4 1 4 水质分析方法4 6 4 2 实验参数的选择4 6 4 3 实验步骤4 7 4 4 絮凝剂的选择4 7 4 5 混凝影响因素研究4 9 4 5 1 聚铝与聚铁协同作用实验4 9 4 5 2 聚铁与聚铝的投加比例对混凝处理效果的影响。5 l 4 5 3 废水p h 对混凝处理效果的影响5l 4 5 4 絮凝剂的剂量对混凝处理效果的影响5 2 4 5 5 絮凝剂的投加顺序对混凝处理效果的影响5 3 4 5 6 助凝剂的投加量对混凝处理效果的影响5 4 4 6 效果对比实验5 5 4 7 本章小节5 6 x i - 上海大学硕士学位论文 第五章工艺处理效果分析5 8 5 1 组合工艺处理效果5 8 5 2 组合工艺处理草浆中段废水达标情况5 9 5 3 本章小节。5 9 第六章结论与建议6 l 6 1 结论6 l 6 2 建议6 2 参考文献。6 4 作者在攻读硕士学位期间所作的项目7 1 致谢。7 2 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 我国造纸工业发展及其污染物排放现状 造纸工业是我国国民经济的重要基础原料行业，但同时也是投资大、能耗高、 对环境污染严重的行业之一。制浆造纸废水排放量大、色度高、化学需氧量高、 废水中纤维悬浮物多，是水处理中的重点和难点。美国已将造纸废水列为六大公 害之一，日本列为五大公害之一【l 】。 我国纸及纸板的生产量和消费量均居世界前列。据统计，2 0 0 7 年我国纸及 纸板生产企业约3 5 0 0 家，纸及纸板生产量7 3 5 0 万t ，较2 0 0 6 年6 5 0 0 万t 增长 1 3 0 8 。消费量7 2 9 0 万t ，较2 0 0 6 年6 6 0 0 万t 增长1 0 1 5 ，人均年消费量为 5 5k g ，比2 0 0 6 年增长5k g 。2 0 0 7 年比2 0 0 0 年生产量增长1 4 0 9 8 ，消费量增 长1 0 3 9 2 。2 0 0 0 2 0 0 7 年，纸及纸板生产量年均增长1 3 3 9 ，消费量年均增 长1 0 7 2 ，均高于同期我国国民经济g d p 年均增长率【2 】。预计到2 0 1 5 年或最 迟到2 0 2 0 年我国的纸及纸板总产量将赶上美国而成为世界第一造纸大国和消费 大国【引。 造纸工业在高速发展的同时，也给我国的水资源保护和水污染治理带来了相 当大的压力。据国家环境保护总局统计，2 0 0 6 年制浆造纸及纸制品产业( 统计 企业4 0 3 5 家) 用水总量为8 9 2 亿t ，其中新鲜水量为4 4 0 亿t ，占工业总耗新鲜 水量的6 9 6 。重复用水量为4 5 2 亿t ，水重复利用率为5 0 7 ，比2 0 0 5 年提高 6 1 。万元工业产值新鲜水用量为1 5 2 。5t ，比2 0 0 5 年减少3 0 5t ，降低1 7 。造 纸工业2 0 0 6 年废水排放量为3 7 4 亿t ，占全国工业废水总排量的1 7 9 8 。造纸 工业废水排放达标量为3 3 6 亿t ，占造纸工业废水排放总量的8 9 8 。排放废水 中化学需氧量为1 5 5 3 万t ，占全国工业c o d 总排放量的3 3 6 ，比2 0 0 5 年减 排4 4 万t ，万元工业产值化学需氧量排放强度为5 4 蚝，比2 0 0 5 年降低2 2 。 造纸工业已成为全国c o d 减排的重点行业1 2 1 。 目前我国造纸工业污染的主要问题【4 】： 1 ) 中国森林资源匮乏，非木材原料丰富，造纸原料一直以非木材纤维为主。 众多的造纸厂就地取材，可利用的原料包括：麦草、稻草、龙须草、芦苇、毛竹、 上海大学硕士学位论文 蔗渣、芒杆等。非木材原料的蒸煮废液的特性与木材原料相比有很大的不同，加 上我国以非木材为原料的制浆造纸企业普遍存在着规模小、装备比较落后的问 题。我国木材原料制浆造纸废水的污染治理程度也落后于世界平均水平，制浆造 纸废水的治理存在的难题较多，是最主要的污染源。如表1 所示，中国历年非木 材浆所占比例均高，在8 3 1 - 8 5 之间。 表1 11 9 9 0 2 0 0 4 年中国非木材浆与木浆产量及所占比例 2 ) 造纸企业数量多，但以中小造纸企业为主，绝大多数禾草浆造纸企业规 模小( 小于7 5t d ) ，这些企业工艺技术落后、生产设备陈旧、物耗高、排污量大， 大大增加了其污染防治的难度。而相对多的小型企业，又会造成纸浆和纸板单产 量低、资源浪费和污染严重的问题。 3 ) 与木浆相比，非木浆尤其是禾草浆，存在许多不足，例如纤维短小、滤 水性能差、含硅量高、灰分大等，导致黑液提取困难、提取率较低、浓度较低、 黏度大、固形物发热量低等缺点，使非木材( 竹浆除外) 制浆黑液碱回收及水污 染防治比木浆困难得多。 1 2 造纸废水产生及其水质特性 1 2 1 造纸生产工艺 造纸的原料主要是植物纤维，如木材、稻草、麦草、玉米杆、甘蔗渣、芦苇、 麻、竹等。纸的生产大体上可分为两个过程，即制浆和造纸。 制浆：在原料中入一些化学药品( 如石灰或烧碱等) 进行蒸煮；或者将原料 直接用机械打碎、研磨；然后洗涤，去除不必要成分，保留纤维，制成浆料。需 2 上海大学硕士学位论文 要漂白的，再加入药剂进行漂白。 造纸：把浆料用网格捞起，脱水压榨干燥，最后整理成纸。 制浆方法主要有以下几种【5 】： 1 ) 机械制浆：这个方法的制浆产率高达9 0 - - 9 5 ，但是纸浆的质量是低等 级、高色度、短纤维的。 2 ) 化学制浆：在高温和高压强的水溶液中，用合适的化学药品蒸煮木片使 其破碎成纤维。通过这种方法制浆，纸浆的产量为原木质材料的4 0 5 0 。在碱 和酸两种介质中进行化学蒸煮。 a 硫酸盐法：使木片在氢氧化钠和硫化钠的溶液中蒸煮，这个工艺应用的很 广泛。 b 亚硫酸盐法：使木片在亚硫酸和二硫化物离子溶液中蒸煮来溶解木质素。 3 ) 化学一机械制浆( c m p ) ：首先对原料化学处理，然后进行机械处理来分 离纤维。制浆获得的效率为8 5 - - - 9 0 ，制浆的强度相对于单独机械制浆的纸浆 要高。 4 ) 热机械制浆( t m p ) ：这个工艺包括在精炼之前和制浆期间常压下对原材 料短期的加热。热一机械工艺在加热阶段用化学药品更进一步改进，这个工艺叫 做化学热机械制浆( c t m p ) 。 1 2 2 造纸废水来源及特性 1 2 2 1 造纸废水的来源 造纸工业废水是一种水量大、色度高、悬浮物含量大、有机物浓度高、组分 复杂的难处理有机废水。制浆造纸工业废水主要由蒸煮废液、制浆中段废水和抄 纸废水三部分组成1 6 j ，各部分废水的来源如图1 1 。 蒸煮废液：是制浆蒸煮过程中产生的超高浓度废液，包括碱法制浆的黑液和 酸法制浆的红液。我国目前大部分造纸厂所排放的黑液是制浆过程中污染物浓度 最高、色度最深的废水，呈棕黑色。它几乎集中了制浆造纸过程9 0 的污染物， 其中含有大量木质素和半纤维素等降解产物、色素、戊糖类、残碱及其它溶出物。 每生产lt 纸浆约排黑液1 0t ，其特征是p h 值为l l 1 3 ，b o d 5 为3 4 5 0 0 - - 4 2 5 0 0 m g l 一，c o d 为1 0 6 0 0 0 - - - 1 5 7 0 0 0m g l ，s s 为2 3 5 0 0 - 一2 7 8 0 0m g l 。亚铵法制 上海大学硕士学位论文 浆废液呈褐红色，故又称红液，杂质约占1 5 ，其中钙、镁盐及残留的亚硫酸盐 约占2 0 ，木素磺酸盐、糖类及其它少量的醇、酮等有机物约占8 0 。 豳崮豳崮囱 废水来源 图1 1 制浆造纸工艺流程及各工段废水来源 制浆中段废水：是经黑液提取后的蒸煮浆料在洗涤、筛选、漂白以及打浆中 所排出的废水。这部分废水水量较大，每吨浆约产生5 0 - - - 2 0 0t 中段废水。中段 废水的污染量约占8 - - 一，9 ，吨浆c o d 负荷3 1 0k g 左右，含有较多的木质素、 纤维素等降解产物和有机酸等有机物，以可溶性c o d 为主。一般情况下其水质 特征为p h 为7 - - 一9 ，c o d 为6 0 0 - 2 5 0 0m g l ，b o d 为4 0 0 - 。1 0 0 0m g l ，s s 为5 0 0 一1 5 0 0m g l 。 抄纸废水：又称白水，是在纸的抄造过程中产生，主要含有细小纤维和抄纸 时添加的填料、胶料和化学品等。这部分废水的水量较大，每吨纸产生的白水量 为1 0 0 - - 1 5 0t ，但其所含的有机污染负荷远远低于蒸煮黑液和中段废水，以不溶 性c o d 为主，易于处理，在回收纤维的同时可以回用处理后的水。现在几乎所有 的造纸厂都采用了部分或全封闭系统以降低造纸耗水量，节约动力消耗，提高白 水回用率，减少白水排放。一般白水的c o d 仅为1 5 0 - - 5 0 0m g l ，s s 为3 0 0 - 7 0 0m g l ，p h 为6 8 【7 引。 1 2 2 2 造纸废水中的主要污染物质 上海人学硕士学位论文 造纸废水中污染物质主要来源于制桨所用的木材或其他植物纤维和生产过 程中添加的化学品，从各个生产环节来看，包括【9 1 0 】： 1 ) 备料阶段产生的备料废水，其中含有泥砂、草屑( 木屑) 、微小悬浮物及 植物中的水溶性物质，包括果胶、多糖、胶质及单宁等，是废水的毒性来源之一； 2 ) 蒸煮阶段产生的制浆废液( 碱法制浆为黑液；酸法制浆为红液) ，主要成 分是木素、糖类及蒸煮所用的化学药剂： 3 ) 冷凝蒸煮锅或多效蒸发器排放出的冷凝水，碱法蒸煮过程中的冷凝水， 含有