（环境工程专业论文）再生纸废水处理技术的生产性试验研究.pdf

摘要 摘要 造纸废水是水污染的主要污染源，在我国己成为制约造纸工业发展和水污染 治理的瓶颈。废纸再生造纸由于具有节约纤维原料、减少对环境污染等优点而 被造纸工作者寄予厚望，再生纸行业，尽管污染负荷大大降低，但排放废水中 c o d 、b o d 含量仍较高，实现对再生纸行业废水的有效治理，有着重要的现实 意义。本文以某公司再生纸废水为研究对象，概述了再生纸行业废水的来源、特 点及国内外对该类废水处理工艺的研究和应用现状。通过实际工程调试，比较深 入地探讨了混凝沉淀池一生物筛选池一生物接触氧化池组合工艺处理该类废水 的运行参数，系统研究了各单元的运行效果、效率、影响因素及控制条件等，以 期为同类废水的处理提供可借鉴性参考。 本次生产性试验采用在生物接触氧化池前面加一生物筛选池，国内未见有相 关工程实例的应用报道生物筛选池兼有活性污泥和生物膜的两种优点。筛选池 体积小，只有6 0 分钟的停留时间，该池不设搅拌器，也无通风曝气，废水与回流 污泥按一定角度对流进入该池，实际上处于漩涡状态，但废水与回流污泥( 污泥 回流比控制在1 0 0 1 2 0 ) 充分混合处于兼氧状态。这种条件可抑制丝状菌的 生长，而使菌胶团细菌处于优势生长。这样就避免了曝气池中丝状菌过度生长而 造成的污泥膨胀的现象。 研究发现：l 、采用混凝沉淀池一生物筛选池一生物接触氧化池组合工艺经 实际运行证明，其技术上是可行的，经济上是合理的。2 、通过正交试验确立了 再生纸废水混凝处理的最佳工艺参数，絮凝剂p a c 、药剂投量2 0 0 m g l 、p a m3 m g l 时，c o d c r 、s s 去除率分别稳定在3 7 、7 0 以卜。3 、生物筛选池污泥负荷控 制在0 4 5 k g c o d ( k g m l s s d ) ，对c o d 去除效果较好，可以达到3 0 左右。4 、将 生物接触氧化池的d o 浓度控制在5 0 m g l l 左右时，生物接触氧化池的c o d c r 去除率最高，为8 4 。5 、生物接触氧化池的c o d c r 、s s 去除率很高，当容积负 荷为1 7k g c o d c r l ( m 3 , d ) ，去除率分别为8 4 、4 5 ，保证了废水的达标排放，6 、 生物接触氧化池的有机物降解动力学模式为：u = 未荽害荨；= = ；未去，动力学参 数u m a x = 1 5 3 ，8 5 9 m 2 d ，k s = 5 3 6 7 7 m g l 。 关键词；再生纸废水；混凝处理；生物筛选池；生物接触氧化池： 广东工业大学上学硕士学位论义 a b s t r a c t a so n eo ft h ep r i m a r yp o l l u t i o ns o u r c e so f w a t e r ，p u l p i n gw a s t e w a t e rh a sb e c o m e av i t a lm a t t e rf o rt h ed e v e l o p m e n to fp a p e rm a k i n gi n d u s t r ya n dt h et e c h n o l o g yo f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t b e c a u s et h ea d v a n t a g e so ft h ew a s t e p a p e rs u c ha sl o wp o l l u t i o n l o a da n ds a v i n gf i b e r , s e c o n df i b e rr e a s eh a sb e e np i n n e dm u c h h o p e w a s t e p a p e rr e a s e c a nr e d u c et h ep o l l u t i o nl o a d ，b u tt h ee f f l u e n ts t i l lh a dg r e a ta m o u n to fc o d 、b o d ，i t i s s i g n i f i c a n t t ot r e a t p a p e r r e p r o d u c i n g w a s t e w a t e r t h i s p a p e rs t u d i e d t h e p a p e r - r e p r o d u c i n gw a s t e w a t e ro fs o m ep a p e rm i l l ，t h ep a p e rg e n e r a l i z e st h es o u r c e s ， c h a r a c t e r i s t i c so fp a p e r - r e p r o d u c i n gw a s t e r w a t e ra n dp r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o ni n t r e a t i n gs u c hk i n dw a s t e w a t e r b a s e do nt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o n ，d e s i g np a r a m e t e r so f c o a g u l a t i o n 、b i o f i l t r a t i o n 、b i o - c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sa r ed e e p l yd i s c u s s e da n d d i s p o s a le f f i c i e n c y , i n f l u e n t i a lf a c t o r s ，o p e r a t i o n a n dc o n t r o lo fe a c hu n i ta r es t u d i e d s y s t e m a t i c a l l yi no r d e rt op r o v i d eu s e f u lr e f e r e n c e sf o rt h et r e a t m e n to fs i m i l a rk i n d s w a t e r w a t e l a d o p t i n g o n eb i o f i l t r a t i o nr e a c t o rb e h i n db i o c o n t a c to x i d a t i o ni nt h i se x p e r i m e n t i ti sn o ta p p l i c a t i o nr e p o r to fc o r r e l a t i o ne n g i n e e r i n gc a s ei nh o m e b i o f i l t r a t i o n r e a c t o rh a st w ov i r t u e so fa c t i v a t e ds l u d g ea n db i o l o g i c a lf i l m ，al i t t l e b u l k ，s i x t y m i n t u e ss t a y i n gt i m e ，i t sn os t i r r e ra n dv e n t i l a t i o n ，w a s t e w a t e ra l o n gw i t hr e f l u e n c e s l u d g ee n t e r i n t ot h i sr e a c t o rb ys o m e a n g l ec o n v e c t i o n ，i ti ss w i r ls t a t ei nf a c t ，s oi ti s d o u b l eo x y g e nt h a tm a k e sw a s t e w a t e ra n dr e f l u e n c es l u d g ep l e n t ym i x t h eg r o w t ho f s i l kb a c t e r i u mc a nb er e s t r a i n e di ns u c hc o n d i t i o n ，a n dt h a tm a k e z o o g l o e ab a c t e r i u m i nt h e g r e e nt r e e i t c o u l dn o tm a k es l u d g ei n f l a t a b l eb e c a u s eo fa v o i d i n ge x c e s s g r o w t ho f s i l kb a c t e r i u mi nt h i sr e a c t o r t h em a i nc o n c l u s i o n s ： 1 、p r a c t i c a lo p e r a t i o nd e m o n s t r a t e st r e a t m e n to fp a p e r r e p r o d u c i n gw a s t e w a t e r b yc o m b i n e dp r o c e s so fc o a g u l a t i o n - b i o - f i l t r a t i o n b i o - c o n t a c t o x i d a t i o n p r o c e s s i s p r a c t i c a b l et e c h n o l o g i c a l l ya n dr e a s o n a b l ee c o n o m i c a l l y 2 、t h eo p t i m a lp a r a m e t e r s o f c o a g u l a t i o nf o rt r e a t i n gp a p e r - r e p r o d u c i n g w a s t e w a t e rw a sa c q u i r e db yo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t ，w h e n2 0 0 m g lc o a g u l a n t p a ca n d 3 m g l w e r e p u t i n t ot h e l i w a s t e w a t e r ，c o d c r 、s sr e m o v a lo fe x c e s s3 7 、7 0 r e s p e c t i v e l y 3 、t h ec o d e r r e m o v a le f f e c ti sg o o d ，c a nb er e a c ha t3 0 ，w h e ns l u d g el o a di nb i o f i l t r a t i o nr e a c t o r i sc o n t r o l l e d0 4 5k g c o d ( k g m l s s _ d ) 4 、c o d c rc a nb eh i g hr e a c ha t 8 4 ，w h e nd o i sc o n t r o l l e d5 0 m g l 5 、w h e nt h el o a d i n gr a t eo fb i o c o n t a c to x i d a t i o nt a n ki s l 7 k g c o d c r ( m 3 d ) ，t h e c o d c r 、s sr e m o v a le f f i c i e n c i e sa r e8 4 、4 5 r e s p e c t i v e l y , w h i c hc a l lm e k ew a s t e w a t e rr e l e a s e du n d e rt h es t a n d a r d 6 、t h ek i n e t i c m o d e lo fb i o _ c o n t a c to x i d a t i o ni s ：u ：! ! ! ：坚苎二! ! ：! 型，t h ck i n e t i cd a r 锄e t er s a s 5 3 6 7 7 + ( s 一1 5 1 2 ) u m a x 、k s ，a l e1 5 3 8 5 9 m 2 d 、5 3 6 7 7 m g lr e s p e c t i v e l y k e y w o r d ：p a p e r - r e p r o d u c i n gw a s t e w a t e r ；c o a g u l a t i o n t r e a t m e n t ；b i o f i l t r a t i o n r e a c t o r ；b i o c o n t a c to x i d a t i o nt a n k i i i 第一章绪论 水是地球上宝贵的资源，是生命之源，是人类生产和生活不可替代的自然资 源n ，虽然地球表面的7 l 为水域，然而其中仅不足3 为淡水，在这仅有淡水 资源中只有不足1 可供人类直接使用。自从进入2 1 世纪以来，淡水资源短缺 已成为全球气候变暖之后的虽大问题，并严重威胁人类的进步与发展。 2 0 0 0 年8 月l o 日，世界2 1 世纪水资源委员会主席、世界银行副行长伊斯 梅尔萨拉杰丁在出席斯德哥尔摩国际水资源问题讨论会时说，造成水荒的主要 原因有两个：一是世界水资源的分布不均；二是水资源被压重污染和浪费。据亚 洲开发银行( ( 2 0 0 1 亚洲环境展望介绍：有1 3 的亚洲人没有安全可靠的饮用水， 而不断恶化的环境质量和对自然资源的依赖正在阻碍经济发展”1 。 1 1 我国水资源现状 我国的水资源总量是丰富的，但是与世界各国相比，人均占有量较少，仅为 世界人均占有水量的1 4 ，在联合国的统计中，我国人均水资源占有量在全世界 1 4 9 个国家中仅排列1 0 9 位，是世界1 3 个贫水国家之一u 1 ；我国水资源主要来源 于降水，随着经济的高速增长，城市化进程加快，社会需水量持续增加；水资源 短缺日益严重。2 0 0 0 年因春夏连旱造成北方1 0 0 多座城市被迫限制供水n 】。目 前我国所统计的6 6 6 座城市中，有3 3 3 座缺水，1 0 8 座严重缺水，日缺水量达1 6 0 0 万吨，由缺水造成的年工业经济损失达2 3 0 0 多亿元。尤其是在我国经济较为发 达、人口相对集中的华北地区，缺水问题更加严重“1 ，缺水己成为阻碍我国经济 发展的瓶颈。 同时，我国的主要江河、湖泊水域受到了不同程度的污染和破坏。全国七大 水系，7 5 以上的湖泊水域、5 0 的城市河段、9 0 以上的城市水域及5 0 的 地下水不同程度遭到破坏m 。水源的污染给人体健康及后代带来了十分严重的危 害，水质污染己使许多地区的人民开始品尝到了自己种下的苦果。整治污染，保 护水源已经到了刻不容缓的时刻。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 2 再生纸行业废水简介 1 2 1 再生纸行业废水的来源及成分 废纸作为一种重要的再生资源，其回收利用具有良好的经济及社会效益，对 环境保护和资源利用都具有十分重要的意义。目前，世界各国大都十分重视废纸 的回收和再利用。全世界每年约回收1 亿t 废纸作为造纸原料，以美国、日本等 国家及欧盟废纸回收利用量较高，约5 0 。目前我国纸张消费量每年约3 5 0 0 万 t ，以废弃1 ，3 计算，每年可回收利用的废纸达1 0 0 0 万t 以上，但实际回收利用 率还不到4 0 ，可见国内废纸回收利用的潜力还很大。使用废纸进行制浆造纸， 不仅可以减少森林砍伐，并且可以减少直接用原料进行制浆所造成的污染。一般 来说，i t 废纸可造纸4 0 0 8 0 0 k g ，可节省2 4 m 3 木材，节电1 0 0 0 k w h 及节水 3 0 0 m 3 左右。国内一些企业利用废纸生产已经取得了明显的经济和社会效益。 废纸作为造纸原料，也可称为二次纤维，指用过的纸类经处理再用作造纸原 料的旧纸。造纸行业大量回收利用废纸，不仅可以保护环境，并可以减少焚化或 掩埋废纸所消耗的社会成本“，。 再生纸以废板纸、废报纸、废书刊纸等为主要原料，生产多种规格的白板 纸、箱板纸、瓦楞纸等产品。主要工艺流程为碎浆、净化、筛选、浓缩、贮浆、 打浆、上网、压榨、烘干、卷取等，再生新闻纸的生产则增加了脱墨工艺。生产 工艺根据产品不同有一定的差异，其污染物大致为：c o d c r 6 0 0 2 4 0 0 m g l 、 b o d s l 2 5 5 8 5 m g l 、s s 6 5 0 2 4 0 0 m g l 、色度4 5 0 9 0 0 倍，外观呈黑灰色”， 废水排放主要来自制浆部分的洗涤废水，当有脱墨工艺时，排出脱墨废水。 废纸造纸废水中主要含有半纤维索、木质素、无机酸盐、细小纤维、无机 填料以及油墨、染料等是形成废水c o d 及b o d 的主要成分；而色度主要来自 于废纸的油墨和染料等。 1 2 2 再生纸废水特点 随着废纸再生造纸行业的迅速发展，生产过程中产生和排放的污染物也随之 2 增加，对环境造成的污染也日益严重，尤其是废水污染。根据生产工艺，主要分 为有脱墨制浆废水和无脱墨制浆废水。主要特点为： ( 1 ) 废水量大，一般生产i t 脱墨浆，废水量为3 0 - - 1 0 0 t ，著再加上打浆、 净化和纸机湿部所产生的废水，则废水量就更大。 ( 2 ) 废水中含有的悬浮物主要有油墨、纤维、填料及助剂等，其絮凝物经 6 5 0 灼烧后的组成见表1 - 1 表1 1 废水中絮凝物的组成单位： ( t a b 1 - 1c o m p o s i t i o no ff l o c c u l a t i o ni nw a s t e r w a t e ru n i t ) ( 3 ) 废水中s s 、c o d 、b o d 等污染指标较高，c o d 含量比b o d 含量高， 一般为3 ：1 ，且废水颜色比较深。另外。国外最近的研究结果表明，在脱墨废 水中含有有毒的氯化物质，这就跟加重了脱墨废水对环境的危害性，虽然国内许 多造纸厂已转向利用废纸进行造纸，使植物纤维资源得到回用，并减轻直接利用 植物原料进行制浆给环境造成的严重污染但在利用废纸的过程中仍产生许多废 水，这些废水中含有墨泥、树脂、色料等污染物，s s 、c o d 、b o d 的含量远超 过国家有关的废水排放标准1 9 1 ，再加上废纸原料品种多，杂物含量较大，有些废 纸使经数次回收再用的，导致这类生产废水的成份比较复杂，主要表现为悬浮物 含量高，这些悬浮物为细小纤维、填料，同时还夹杂有塑料、泡沫纤维性杂质、 泥沙等，细小纤维及粒径分布在l o 一1 0 。c m 很大的范围，其中1 0 一1 0 4 c m 细 而轻的粒子是造成混浊及有色的主要原因m ，废纸制浆废水作为一种新的污染源 已引起人们的高度重视。 1 3 再生纸行业废水治理方法概况 在目前的技术和经济条件下，很难实现废纸造纸的无废生产，废水的产生和 排放是难以避免的，因此需要对废水进行必要的处理，经处理后的一部分废水可 回用作某些生产工序用水，剩余废水也可实现达标排放。目前，造纸废水常用的 处理方法主要有物理法、化学法以及生化法。 厂东_ l 业大学工学倾士学位论文 一、物理方法处理废水 物理方法主要基于物理作用的原理，以去除不溶解的固体悬浮物为主，同时 也有去除部分导致产生生化需氧量的物质，降低和消除废水色度的作用。处理过 程中并没有改变污染物的化学性质。通常采用的处理方法包括依靠压力差作用的 过滤法，依靠重力沉降作用的沉淀法，依靠浮选作用的气浮法、离心法等。 ( 1 ) 过滤法 过滤法是利用过滤设施截留废水中固体悬浮物的方法。常用的过滤设备和设 施包括格栅、沉砂池、滤网、压滤机、真空过滤机等。工厂应用最多的是格栅和 沉砂池。格栅的作用是除去大块的悬浮物和漂浮物，保证管道、阀门和泵的畅通 无阻。沉砂池用来预先除去砂，已防其在沉淀池和输水渠道内积沉，堵塞和磨损 污泥泵。如果除去砂中的有机物，可以利用曝气沉砂池，以避免引起后续处理工 序的麻烦。 ( 2 ) 沉淀法 废纸造纸废水中含有较多悬浮物，必需采用沉淀法去除掉，沉淀法是利用废 水中不溶解的污染物与水的密度不同使固体和液体分离的原理。沉淀分为自然沉 淀和混凝沉淀两种。自然沉淀靠水中固体颗粒的自重进行沉降，此法仅适用于较 大颗粒，混凝沉淀是在废水中投入电解质作为混凝剂，使废水中的细小颗粒与混 凝剂结成较大的胶团，在水中加速沉降。对污水进行沉淀处理的设备为沉淀池。 ( 3 ) 气浮法 气浮法适用于废水中存在大量相对密度接近于水的微小颗粒状物的情况。气 浮法处理废水是利用空气在一定的压力下溶解于水中产生高度分散的微小气泡 来吸附水中的细小悬浮物，使其随气泡一起上浮到水面而加以分离的一种处理方 法。气浮法具有分离时间短，浮渣含水率低，除渣方便及操作简单等优点。一般 说来，疏水性颗粒易被气泡吸附，亲水性颗粒不易被气泡吸附。废水中的悬浮颗 粒上浮速度决定于颗粒的大小和密度以及周围溶液的密度和黏度。为了提高气浮 法的处理效果，常常需要在处理过程中加入浮选剂和絮凝剂。常用的浮选方法有 加压浮选、曝气浮选、真空浮选、电解浮选和生物浮选等，国内企业开发生产的 气浮设备主要有超效浅层气浮、涡凹气浮系统，主要用来处理造纸机网部白水以 4 第一章绪论 回收纤维n 。 ( 4 ) 离心法 离心分离法是指含有悬浮物的废水在受到高速旋转作用时，由于水和悬浮物 的质量不同，在离心力的作用下得以分离的方法。高速旋转的离心力使造纸工业 废水中质量大的悬浮固体颗粒被甩到外圈，沿离心装置的四壁向下排出，废水则 由内圈向上运动而达到分离的目的。离心分离的方式有水力旋转和机械旋转。水 力旋转是指废水的旋转依靠水泵的压力，使废水由切线方向进入水力旋转器，产 生高速旋转。在离心力的作用下，将固体悬浮物甩向器壁，并沿壁往下流到锥形 底的出口。净化的废水则形成螺旋上升的内层旋流，由中央溢流管上端排出。机 械旋转的离心分离方法是采用离心机处理废水，通过离心机的高速旋转，产生离 心力，使水甩出转鼓，悬浮固体颗粒被截留在转鼓之内而被清除“。 二、化学方法处理废水 化学方法是利用化学药品的作用，以调节废液、p h 值、降低和消除色度为 主，同时也有去除部分生化需氧量和固体悬浮物的作用。包括氧化法、中和法以 及絮凝沉淀法 ( 1 ) 氧化法 化学氧化法是降解废水中污染物的有效方法。废水中呈溶解状态的无机物和 有机物，通过化学反应被氧化为微毒或无毒的物质，或转化为容易与水分离的形 态，从而达至0 处理的目的。常见的化学氧化方法由于氧化剂的不同可分为臭氧、 过氧化氢、二氧化氯及高锰酸钾氧化等。 ( 2 ) 中和法 中和法是为了使废纸造纸工业废水达到后序处理对水质的要求而使用的方 法。此法只能使污染物质的浓度下降而其总含量不变。现在用这种方法主要是进 行废水的预处理，为以后的各级处理提供方便。通常在废水处理装置之前设置调 节池，用来调节废水的水质、水温和水量，使之均匀地注入废水处理装置，有时 也可将酸性废水和碱性废水在调节池内进行混合，使废水得以中和，以便达到调 节的目的。 ( 3 ) 混凝沉淀法 广东工业大学工学硕士学位论文 化学混凝法是处理废水中较为常用的方法，这种方法可以有效地降低废水的 浊度和色度，在工业废水的处理中应用十分广泛，即可以作为独立的处理工艺， 也可以与其他处理方法配合使用，用于预处理段、中间处理段和最终处理段，它 可以作为初级处理的手段，也可以作为二级处理或深度处理的一种工艺。 混凝法的基本原理：在废水中呈胶体状态的污染物通常带有负电荷，因而胶 体颗粒之间互相排斥，形成稳定的溶液。通过在废水中加入带有相反电荷的电解 质，即混凝剂，使得污染物的胶体颗粒电性改变，失去稳定性，经互相碰撞以及 凝聚，吸附架桥作用而形成较大的絮状物，继而在分子弓l 力作用下凝聚成为较大 的颗粒沉降，从而经沉淀或气浮法去除。 由于在混凝处理中的吸附和电中和作用，因而在生产实践中，如果加入混凝 剂量过多，就会出现胶粒再稳定现象或电荷变性现象。根据有关试验研究成果， 单独加入一种水处理药剂的c o d c r 去除率低，必需无机混凝剂和有机高分子絮 凝剂配合使用，才能有较好的效果。 三、生物方法处理废水 生物法处理废水主要是利用微生物的新陈代谢功能可以有效地处理废液。 废水中溶解的或者呈胶体状态的有机污染物，作为微生物的营养物被其利用，有 机物则在微生物的作用下逐步降解，最终转化成为无害的低分子物质，使废水得 到净化。生物处理方法都是基于微生物群体的混合培养，混合微生物群体包括细 菌、霉菌、藻类、原生动物、轮虫、酵母菌及病毒。其中对去除有机物起主要作 用的是细菌。根据微生物在新陈代谢时需要或者不需要氧气，可以分为好氧法和 厌氧法两大类。 ( 1 ) 好氧生物法处理废水 好氧污水处理有两种传统方法：一种是活性污泥法，另一种是生物膜法。从 废水生化处理基本原理一用微生物吃掉废水中的有机物并转化成无机污泥这一 功能来看，两种传统方法的区别首先在于微生物存在的状态不同，在活性污泥法 中，微生物以絮状结构悬浮于所需净化的污水中，经充分混合而成为混合液；在 生物膜法中，微生物以生物膜的形态附着在固体填料表面上与所需净化的污水相 接触。其次从吸氧方式来看，活性污泥法中微生物从所需净化的污水中吸收溶解 氧，而生物膜法直接从大气中吸氧。 6 ( 2 ) 厌氧生物法处理废水 厌氧生物处理法是在没有氧参与的条件下，通过对厌氧生物对有机物进行酸 性发酵和碱性发酵两个阶段的厌氧分解，完成代谢过程，也即在产酸微生物的作 用下，有机物转化为低级脂肪酸、醇、氮和c 0 2 等中间产物，而后再甲烷菌作 用下再转化为甲烷和二氧化碳。 1 4 国内外再生纸行业废水的处理情况 目前国内通常再生纸废水的处理技术主要是：混凝沉淀法、生化处理法、 气浮法 1 2 i 。 从再生纸浆所采用的原料及辅料分析，其废纸原本都来自术材或草类蒸煮制 浆造纸而得，废水中污染物的成份与制浆造纸废水无多大差别，即废水中溶解性 c o d c r 多是以术质素为主体的物质，其中，不溶性c o d c r 、b o d 5 可采用物化法去 除，但木质素则几乎不能用生物法去除n ”u 。 一、混凝沉淀法采用如下处理工艺： 混凝剂 l 纤维回用 区匹陋 l 污泥另行处置 该工艺具有节能、投资省、管理方便等特点，且运行费用较低。但该工艺只 适用于b o d s c o d c r 值较小，原废水水质浓度较低或出水水质要求不高的工程， 用该工艺处理，其s s 去处率可达8 5 一9 8 ，色度去处率可达9 0 以上，c o d c r 去处率可达6 0 一8 0 ，难以达到国家环保局规定的排放标准。 2 、生化处理法 国内有报道采用悬浮填料和活性污泥处理再生纸厂废水，有以下处理工艺流 程 臣堕巫 叫巫习一圈一匝圆 上 ：三至三些奎茎三茎塑圭茎堡耋圣：皇 厂_ 厂 i 堂查i l 三姿塑鎏塑l 此工艺虽然能达到出水回用的要求，但占地面积大，基建投资高，运行费用 也搞，考虑生产实际情况，也不现实m ! 。 3 、气浮法 医习 1一 混凝剂 该工艺具有占地省( 约为沉淀法的1 3 1 5 ) ，操作简单、保养容易、造价 低廉、无须设污泥浓缩池，只要设计正确，处理水质要比沉淀法好，在进水c o d e r 7 0 0 m g l 的条件下，气浮出水可以达到国家一级标准，并且具有广泛的适用性， 该工艺缺点是运行费用略高于沉淀法“”。 国外对这类废水排入水体的污染负荷要求比较严格。美国环境保护局在新公 布的联合法案初稿中已要求，新污染源的( 即新建的) 再生纸和纸板厂不应将废 水排入美国的任何水体，即必须做到零排放。废水零排放的概念是，进入系统的 清水和原料中水分应等于蒸发汽化水、成品中水分和筛渣( 及污泥) 中水分的总 和。 脱墨再生纸厂要实现零排放( 即将处理后的废水在回用于生产) ，必须对废 水进行五级处理( 即澄清、生化曝气、过滤、微过滤和反向渗透) 才能将处理后 的废水再循环回用。但此法投资较大，运行费用也较高，在目前的情况下，在我 国难以推广使用。 所以开发研究一种适用中国国情，而要满足环境要求的需要，操作简单，运 行费用较低，处理成本不高的生产工艺，因此开展对再生纸废水生物处理工艺生 困 第一章绪论 产性实验研究是我国再生纸行业的一个重大课题m ，。 1 5 本课题来源及内容 1 5 1 东莞市伟联纸业有限公司概况 东莞市伟联纸业有限公司者专门用废纸生产瓦楞纸和挂丽箱板纸为主的企 业，废水排放量为1 5 0 0 0 m 3 d ，生产废水主要来自于打浆、纸机前筛选和抄造等 工序。造纸机在生产过程中纸料在造纸网上流动时，浆料中添加的辅助化学品和 助剂一部分保留在浆料中，另一部分则随着用于悬浮纤维的水流向网下。废水的 指标会随着原料、产品的不定期变化而有所不同。除生产废水外，总排放水还包 括冲洗地面和设备洗涤水m 。“，在目前工厂的生产工艺和原材料及产品的情况下， 该厂的生产废水的平均水质如表l 一2 ： 表1 - 2平均废水水质 单位：m g l ( p h 除外) ( t a b l e l 2 t h e a v e r a g e w a s t e r w a t e r q u a l i t i e su n i t ：m g l ( e x c e p tp h ) ) 东莞市环境监测站对东莞市伟联纸业有限公司排放废水执行污水综合排放 标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准，如表1 3 ： 表l 一3污水综合排放标准 单位：m g l ( p h 除c b ) ( t a b l e l 一3w a s t e r w a t e rs t a n d a r do fd i s c h a r g i n gu n i t ：m g l ( e x c e p tp h ) ) 本次生产性试验的水质c o d 。，、s s 污染指标较高，而b o d 5 相对不高，因此 针对此次生产性试验的水质特点，我们决定采用如下生产工艺： 9 广东工业大学工学硕士学位论文 混凝剂 污泥去脱水机 1 5 2 本课题研究的内容 本课题源于东莞市伟联纸业有限公司再生纸废水处理生产性试验工程。在深 入考察了再生纸工业废水处理工艺的基础上，通过参与试验工程的调试运行工 作，从微生物生态学、生物化学的角度出发，通过优势菌种的筛选、反应器的启 动运行、整个系统的维护管理等实际参与，对以下方面作深入研究：1 、考察絮 凝沉淀一生化组合工艺处理再生纸行业废水的规律性、处理效率与工程效益、经 济技术指标，探明各单元处理的最佳工艺参数、最大处理能力及系统整体最优化； 2 、对影响处理效率的环境因子进行分析，依据运行结果探明它们之间的关系， 为工程的运行控制、维护管理提供科学合理、实用可靠的控制对策；3 、对生物 筛选池反应器和生物接触氧化法处理废水的处理效果进行分析，确定其在整个处 理系统中的作用。 1 0 ：；：。：! ：篓三兰量兰堡堡查堡璧璧叁： ： 第二章再生纸废水混凝试验研究 2 1 再生纸废水混凝处理理论研究 2 1 1 再生纸废水的基本特征 再生纸废水主要来自废纸的破碎离解、洗涤以及造纸过程中投加的如胶料 ( 香料) 填料、增强剂、助凝剂、消泡剂及防腐剂等辅助化学品n ”。再生纸废水 不仅s s 含量高、色度大，而且还含有成分复杂的c o d 物质。这些c o d 物质由 可溶性的浆料、化学添加剂及不溶的纤维等有机物组成。在可溶性的c o d 成分 中，基本由分子量低于1 0 0 0 的低分子量组分( 如废纸浆料中的可溶物) 和分子 量高达1 0 万以上的高分子量组分( 如化学药品、树脂等) 构成，分子量居中的 组分甚少m2 。由于再生纸废水中c o d 组分间的分子最差异较大，采用单一的处 理方法只能去处一部分c o d 物质，难以取得满意的效果，再加上s s 含量高， 具有较多细小纤维，直接进行生化，会导致生化处理效果较差，容易造成填料的 堵塞，排泥量增大，影响流程的稳定性，为了稳定达标，应在生化前面进行混凝 沉淀，以有利后续工序的进行。 2 1 2 混凝机理研究 目前，人们认为常规混凝机理主要包括以下几个方面： ( 1 ) 压缩双电层作用废水中的悬浮粒子一般带有负电荷，使粒子间互相 排斥。粒子越大或比表面积越大，对粒子表面电荷的影响也越大，因而粒子问不 能互相接近也不能凝聚，处于稳定的悬浮状态。当加入某种带有相反电荷的药剂 后，反粒子浓度的增加使胶体扩散层厚度减小，静电排斥势能逐渐降低，当排斥 势能降为零时，胶体就失去稳定性，胶粒与胶粒就可以进行碰撞凝聚，使胶体脱 稳，形成大块的颗粒最终沉降下来。 ( 2 ) 吸附一电中和作用天然或合成高分子化合物，或由高价电解质，如 铁盐、铝盐等，在水中经水解缩聚而成的高分子物质，具有强烈的吸附作用。研 究认为高分子的吸附驱动力包括氢键、共价键、极性键、静电引力和范德华力等。 具体特征由高分子物质本身的结构和胶体特性决定。 j 笨i 业大学工学硕士学位论文 带有负电荷的胶体溶液中加入带有正电荷的胶体溶液后，产生了电中和作 用导致胶粒表面的电位降低，悬浮胶体的排斥势能降低，胶体问的引力增加，从 而相互聚集、脱稳并最终沉降下来。 ( 3 ) 附一架桥作用高分子与胶粒间发生前列吸附后，同一个高分子可以 和不同的胶体连在一起产生桥架连接作用，从而使粒子变大而易于沉降。然而， 当高分子过多时胶粒表面被高分子所覆盖，接近的胶粒受到压缩变形而具有排斥 势能，或者由于带电高分子的互相排斥，使胶粒不能凝聚，这种作用称为胶体保 护作用。 ( 4 ) 网捕一卷扫作用加入混凝剂形成较大的沉淀颗粒后，沉淀的胶体颗 粒可以网捕、卷带水中的细小颗粒形成更大的絮状物一起沉降。 根据无机电解质和高分子聚合物在混凝过程中的作用，一般称无机电解质 为混凝剂，而称高分子聚合物为絮凝剂。混凝剂不但可以起到中和作用使胶体粒 子脱稳，而且还能在形成的金属氢氧化物的表面起强烈的吸附作用，此外其絮体 还可以网捕一些胶体和溶解性的有机物。因此对t o c 的去除效果会比有机高分子 好 2 4 1 。 对有机高分子絮凝剂，一般认为：线状高分子混凝剂性能优于支链状高 分子：分子量大的高分子吸附架桥能力强，其混凝效果优于低分子量聚合物； 优良高分子混凝剂沿链状分子分布应该有足够的能发挥吸附架桥作用的宫能 团；高分子电荷量越大，电荷密度越高，链状分子充分伸展开，吸附架桥的作 用范围大，则混凝效果越好。 2 2 再生纸废水混凝试验 2 2 1 混凝试验用废水水质 本次试验用水来自东莞市伟联纸业有限公司排入调节池中的废水，其废水水 质平均指标为： 第二章再生纸废水混凝试验 2 2 2 试验设备及试剂 本实验室所用设备与试剂主要有：c o d 快速消解仪u 一i 、p h 计、h j 一5 多 功能搅拌器、选择常见的铝盐、铁盐( p a c 、a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f e c l 3 ) 混凝剂和聚丙 烯酰胺( p a m ) 絮凝剂进行试验( 以上为工业级) 。 2 2 3 分析及试验方法 本次混凝试验先在实验室进行混凝烧杯( 1 0 0 0 m g l ) 试验，然后再进行生产 性试验。目前国内外在该试验中采用的工艺参数上不统一，如表2 2 所示。 本试验所选的实验参数为：快速搅拌1 2 0 r m i n ，快速搅拌时间为2 m i n ；慢速搅拌速 度为3 0r m i n ，慢速搅拌时间为2 m i n ；沉淀时间为1 5 m i n 。 表2 2 国内外混凝烧杯试验基本工艺参数 ( t a b 2 - 2f u n d a m e n t a lp r o c e s sp a r a m e t e ro ft h ec o a g u l a t i n gt e s ti n t h e h o m ea n do v e r s e a s ) c o d c r 测定选用c o d 快速消解仪u i i i ，p h 测定选用p h 计；烧杯实验在 多功能搅拌器上进行。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 3 正交试验结果及分析 2 3 1 正交试验法 考虑到实验工作量，我们选用了表2 3 所示的l 9 ( 3 4 ) 正交表。 表2 3b ( 3 4 ) 正交表 ( t a b l e 2 4 l 9 ( 3 4 ) o r t h o g o n a lt a b l e ) 2 3 2 因素和水平的选取 根据正交表的要求，在众多影响因素中选出四个相对重要的影响因素。影响 混凝效果的因素很多，很复杂。如混凝剂种类、p h 值、水温、搅拌速度、浊度、 搅拌时间、助凝剂种类等。在本实验中，由于所用水样为取自同一排污口的废水 样，故浊度基本相同。因此，浊度因素忽略：实验是在室温条件下进行的，实验 水样也要恢复到室温，敌水温因素也忽略；对搅拌时间、搅拌速度影响因素，实 验参考了华南理工大学的烧杯试验参数。考虑到本实验的目的，本实验的因素选 取为混凝剂种类、混凝剂投加量、助凝剂投加量、p h 四个因素。对于上述四个 因素各自水平的选取，我们采用了小样试验方法，同时参考了经验数值。各因素 选定三个水平操作，尽最使水平值覆盖我们要考察的范围。本实验的因素水平见 表4 4 ：量三塞塞兰兰堡查堡兰兰彗 表2 4因素水平表单位：m g l ( t a b l e 2 4 f a c t o rl e v e l t a b l eu n i tm g l ) 2 p a c f e e l 3 3 a 1 2 ( s 0 4 ) 3 8 0 1 2 0 2 0 0 8 0 7 0 6 0 表2 5 混凝沉淀试验设计及结果 ( t a b l e2 - 5 t h ed e s i g na n dm s u l t so fc o n g u l a t i n ga n dd e p o s i t o ne x p e r i m e n t s ) 5 ：，兰三些奎兰三茎矍圭茎堡鎏三 表2 6 正交试验结果分析 ( t a b l e2 - 6 t h er e s u l ta n d a n a l y s e o f o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ) 由以上正交试验结果可知： ( 1 ) 混凝剂种类、投药量、助凝剂均是影响再生纸废水混凝沉淀效果的关 键因素。p h 值也有一定的影响，但在p h 6 8 范围内对c o d c r 去除率的影响不 明显。这四项因素的主次关系为： 混凝剂投量混凝剂种类 助凝剂投量p h 值 ( 2 ) 结果表明p a c 去除效果最好，a 1 2 ( s 0 4 ) 3 次之、f e c l 3 效果最差 ( 3 ) 试验确定的最适水平为：絮凝剂p a c 、药剂投量2 0 0 m g l 、p a m3m g l 混凝反应过程包括凝聚和絮凝两个过程，凝聚过程主要是快速搅拌使水解的 凝聚剂分子与水中的胶体颗粒迅速混合，形成凝聚核。凝聚剂种类、混合速度及 废水特征( p h 值、水温、胶体浓度、杂质种类和浓度) 都影响着混合反应的效 果。絮凝过程则是慢速搅拌下，使凝聚核在水中一定的速度紊动，加速颗粒相互 碰撞的机会，通过吸附、架桥等作用形成更大的絮体，最后沉淀去除。这一过程 的主要影响因素是水力条件，大分子絮凝剂的加入也有利于絮凝反应的进行。这 些影响因素中，水温、水力条件等因素不再另作研究，只对凝聚齐i 投量、絮凝剂 投量及p h 值进行讨论。 2 4 试验结果分析 一、不同混凝剂和助凝剂投量时的效果及分析 在正交试验基础上，p h 值不变，调宽p a c 投药量范围进行研究，试验结果 第二章再生纸废水混凝试验 如图2 - 1 所示。 图2 - 1p a c 投加量对c o d e r 去除率的影响 ( f i g u r e 2 1 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np a cq u a n t i t ya n dc o d c rr e m o v a l r a t i o ) 图2 一l 是p h 值为6 5 ( 原水) 时凝聚剂和絮凝剂投量对c o d c r 去除率影响。 结果表明，在原水p h 值条件下，p a c 和p a m 投量增加均可提高c o d c r 去除率。 在p a c 投量小于2 0 0 m g l 时，c o d c r 去除率随p a c 投量的增加明显提高；在p a c 投量大于2 0 0 m g l ，c o d c r 去除率变化随p a c 投量增加不明显，曲线变得平滑。 而p a m 投量对c o d c r 去除率的贡献并不如p a c 显著。但是在p a c 投量增至2 0 0 m g l 以上时，c o d c r 去除率均可达3 0 以上。为了更有效地发挥凝聚剂和絮凝剂的效 能，同时考虑到经济因素，选择最佳投药量为p a c 2 0 0 m g l ，p a m 3 m g 几。 二、p h 值对c o d 去除率的影响 调节废水p h 值分别为4 、7 、9 ，在每个p h 条件下，在8 0m g l 3 0 0 m g l 范围内投加p a c ，仍然采用烧杯试验进行研究。得出在不同p h 值条件下p a c 不 同投加量对c o