（环境工程专业论文）臭氧预氧化曝气生物滤池深度处理碱法草浆中段废水的研究.pdf

t h es t u d yo fi n t er m e d i a t e w a s t e ，a t e ra d v a n c et r e a r m e n to f a l k a l is t r a wp u l pb yo z o n i z e p r e x i d a t i o n b a f at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o r t h ed e g r e eo f m a s t e r o f 一一錾望g i 望星壁i 塾2 t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r 丕h 垒望g 望! q 卫2 m a y , 2 0 1 0 市 水 资源的短缺，已经成为了制约我国经济发展的一个重要的因素。国家 对制浆造纸行业提出了越来越严格的污染物排放标准。国家环保部在 2 0 0 8 年6 月2 5 日发布了新的更为严格的纸浆造纸工业水污染排放标准 ( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 以代替旧的排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 1 ) 。从发达国家 的制浆造纸行业的发展经验来看，进一步提高造纸废水污染物的排放 标准，引导企业进行结构调整，加大环保投入，削减水污染物排放总 量已经成为大势所趋。因此，探索一条在技术上可行，经济运行成本 上可被广大企业接受的中段废水深度处理技术已经成为了所有制浆 造纸企业的迫切需求。本研究课题是通过臭氧预氧化和生物处理 ( b a f ) 的组合工艺，对碱法草浆中段废水的二级生化出水的处理效 果进行了系统的实验研究，以大量数据和理论分析作为依据，为碱法 草浆中段废水的深度处理提供了一种可行的方案。本课题主要包括以 下内容： 设计制作了b i o f o r 结构的曝气生物滤池实验装置，设计参数为 主体高度1 8 5 m ，直径8 c m ，滤层高度1 2 m ，有效容积6 0 4 l ，测压管 直径l o c m 。 对比在不同臭氧投加浓度条件下的废水可生化性的变化情况，确 定最佳臭氧投加浓度为5 0 m g l ，臭氧接触时间为2 0 8 3 r a i n ，废水的b c 值由0 1 2 8 提高n o 2 5 8 ，增长率为1 0 2 ，废水的可生化性有了明显的 改善，这为后续的生化处理提供了良好的条件。 采用活性污泥接种，快速排泥的方式挂膜，启动挂膜历时约两周， 挂膜成功，微生物生长正常。 考察了在不同气水比，不同水力负荷条件下反应器的的最佳运行 状态，确定最佳运行条件为水力负荷为0 2 4m 3 ( m 2 h ) ，进水流量为 1 2 1 l & ，气水比为l ：1 3 ，水力停留时间为5 o h ，b o d 5 有机负荷为 0 1 4 4 k g b o d ( m 3 d ) 。正常运行期间c o d 。，去除率为5 0 以上，对s s 去 除率为9 0 左右。在进水c o d 。，2 4 0 m g l - - - 3 4 0 m g l ，s s 4 0 m g l - - 8 0 m g l 范围内，经过臭氧预氧化+ 曝气生物滤池反应器处理后，出水 c o d 。，低于1 5 0 m g l ，s s 低于2 0 m g l ，完全达到国家新出台的制浆造 纸工业废水排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 。同时，对其处理成本进行了 核算，得出吨水处理成本为0 7 8 元t 水，经济效益十分显著。 对曝气生物滤池的反冲洗方式、反冲洗强度及反冲洗周期等工况 进行了研究。结果表明：水头损失检测和出水水质是判断反冲洗周期 的依据，对于本实验废水水质而言，水头损失设定为8 0 c m 左右，反 冲洗周期为8 d ；反冲洗采用气水联合反冲洗方式，即先用强度为1 0 - - - 1 2 l m 2 s 的气冲洗4 - - - 5 m i n ；接着气强度保持不变，增加水冲强度为 5 l m 2 s ，气水同时反冲洗5 m i n ；最后再用4 , - - 6 l m 2 s 强度的水反冲洗 8 l o m i n 。 最后，用显微镜和扫描电镜观察了曝气生物滤池中生物膜生长状 况。发现滤料表面得生物相较丰富，有利于提高系统的处理效果，保 证良好的出水水质；另外，沸石表面及生物膜内部结构特点揭示了沸 石可以作为曝气生物滤池的一种优良滤料。 关键词：碱法草浆中段废水，臭氧预处理，曝气生物滤池，深度处理， 新排放标准 w a s t e 7 ：a t era d v a n c et r e a r m e n to f a l k a l is t r a wp u l p b yo z o n i z e p r e x i d a t i o n b a f a b s t r a c t p u l pa n dp a p e ri n d u s t r yi s at r a d i t i o n a lt r a d ew i t hh i g hw a t e r c o n s u m ea n ds e r i o u s p o l l u t i o n ，w i t ht h e a d v a n c e m e n to fu r b a n i n d u s t r i a l i z a t i o n ，e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，m o r ea n dm o r e p e o p l e r e c o g n i z e dt h ei m p o r t a n c eo fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n an e wa n dm o r e s t r i c td is c h a r g es t a n d a r d so fw a t e rp o l l u t a n tf 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 ) w a si s s u e d b y s t a t ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n d e p a r t m e n ta tj u n e2 5 ，2 0 0 8 ，t or e p l a c et h ee x i s t i n gd i s c h a r g es t a n d a r d s ( g b 3 5 4 4 2 0 01 ) l e a r n i n gf r o mt h e d e v e l o p m e n to fp u l pa n dp a p e r i n d u s t r ye x p e r i e n c eo fd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，w ek n o wt h a tn o w a d a y s f u r t h e ri m p r o v et h ed i s c h a r g es t a n d a r d so f p u l pa n dp a p e ri n d u s t r yw a t e r p o l l u t a n t a n dg u i d i n ge n t e r p r i s e st os t r u c t u r a la d j u s t m e n t ，i n c r e a s e d e n v i r o n m e n t a l i n v e s t m e n t ，r e d u c i n g t h et o t a l d i s c h a r g e o fw a t e r p o l l u t a n t sh a sb e c o m eat e n d e n c y t h e r e f o r e ，t oe x p l o r eat e c h n i c a l l y f e a s i b l ei n t e r m e d i a t ew a s t e w a t e ra d v a n c et r e a t m e n t p r o c e s s t h a t o p e r a t i o nc o s t sc a nb ea c c e p t e d ，w a st h eu r g e n tn e e d so fm a n yp u l pa n d p a p e rc o m p a n i e s e x p e r i m e n t a ls t u d y o n i n t e r m e d i a t e w a s t e w a t e r t r e a t m e n to fa l k a l is t r a wp u l pw i t ht h ep r o c e s so fo z o n i z ep r e o x i d a t i o n a n db a fw a sd o n es y s t e m a t i c a l l ya c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n td a t aa n d t h e o r e t i c a la n a l y s i s an e wp r o c e s sc h o i c eo fi n t e r m e d i a t ew a s t e w a t e r t r e a t m e n tw a sp r o v i d e dw i t ht h em e r i t ss u c ha sl o wi n v e s t m e n t 、l o w o p e r a t i o n c o s ta n ds i m p l e m a n a g e m e n t i n t h i s s t u d yi n c l u d et h e f o l l o w i n ge l e m e n t s ： b a f e x p e r i m e n t a le q u i p m e n to fb i o f o rc o n f i g u r a t i o nw a sm a d e i nt h i ss t u d y t h ed e s i g np a r a m e l e r sw e r ea sf o l l o w s ：h e i g h to fm a i nb o d y i i i 1 8 5 m d i a m e t e r8 c m ，m e d i ah e i g h t1 2 m ，e f f e c t i v ev o l u m e6 0 4 l ， m a n o m e t e rt u b e d i a m e t e r1 0 c m c o m p a r e d t h e b i o d e g r a d a b i l i t y o fw a s t e w a t e rw i t hd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o no fo z o n e d e t e r m i n e dt h eb e s to z o n ed o s a g eo fw a s t e w a t e r i s5 0 m g l ，o z o n i z ec o n t r a c t i n gt i m ei s2 0 8 3 m i n ，t h eb co fw a s t e w a t e r i sr a i s e0 1 2 8t oo 2 5 8 ，i n c r e a s e d1 0 2 t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo f w a s t e w a t e rw a sg r e a ti m p r o v e d t h eb i o f i l mw a sf o r m e db yt h ew a yo fa c t i v a t e ds l u d g ei n o c u l a t e d a n dt h e ns o m es l u d g eq u i c k l yd i s c h a r g e d i tl o o kt w ow e e k sf o rt h e r e a c t o r ss t a r t u p s t u d i e dr e a c t o ro p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n sa td i f f e r e n tg a s w a t e r r a t i o ，d i f f e r e n tl o a dc o n d i t i o n sw a t e r d e t e r m i n et h eo p t i m u mo p e r a t i n g c o n d i t i o n sa r e q 0 = o 2 4m 3 ( m 2 。h ) ，g a s l i q u i dr a t i oi s1 ：1 3 ，h i = 5 o h ， q = i 2 l h ，n w0 1 4 4 k g b o d ( m 3 d ) i nt h eo p e r a t i o np e r i o d ，c o d c r r e m o v a lr a t ei sb e t w e e n51 5 2 ，s sr e m o v a lr a t ei sb e t w e e n8 9 9 0 w h e ni n f l o wc o d c ri sb e t w e e n2 4 0 m g l - - ，3 4 0 m g l ，s si sb e t w e e n 8 0 m g l - - 。4 0 m g l ，w i t ha d v a n c et r e a t m e n to ft h ep r o c e s so z o n a t i o n p r e o x i d a t i o na n db a f , o u t f l o wc o d c ri sl e s st h e nt h a n 15 0 m g l s si s l e s st h e nt h a n2 0 m 9 4 l c o n f o r mt ot h en e wd i s c h a r g es t a n d a r d so fw a t e r p o l l u t a n tf o rp u l pa n dp a p e ri n d u s t r yt h es t a t ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n d e p a r t m e n th a si s s u e d t h ee c o n o m i ct e c h n i c a la n a l y s i so p e r a t i o nc o s to f p e rt o nw a s t e w a t e ri s0 7 8y u a n h a v ev e r ys i g n i f i c a n te c o n o m i cb e n e f i t s b a fs h o u l db eb a c k w a s h e da f t e rar u n n i n gp e r i o d i nt h i sa r t i c l e ， b a c k w a s h i n gc o n d i t i o n ss u c ha si t ss t y l e ，i n t e n s i t ya n dc y c l ew e r es t u d i e d w h e ni n t e r m e d i a t ew a s t e w a t e rw a st r e a t e d t h er e s u l ts h o w e dt h a t b a c k w a s h i n gc y c l ec o u l db ej u d g e db yh e a dl o s sa n de f f l u e n tq u a l i t y a s f o rt h i se x p e r i m e n t a lw a s t e v 寺a t e r , h e a dl o s sw a s8 0 c mo rs o b a c k w a s h i n g c y c l ew a s8 d t h eb a c k w a s h i n gw a so p e r a t e db ya i rc o m b i n e dw i t hw a t e r t h a ti st os a y , f i r s t l ya i rs c o u r i n gi n t e n s i t yw a s10 - - 12 l m 2 s ，d u r a t i o n w a s4 - - 一5 m i n ；t h e na i ri n t e n s i t y , w a t e ri n t e n s i t ya n dd u r a t i o no fa i r - w a t e r b a c k w a s h i n gw a s10 , - 。12 l m 2 s ，5l m 2 sa n d5 m i nr e s p e c t i v e l y , a tt h e e n do ft h e p r o c e s s ，s i n g l ew a t e r - w a s h i n gi n t e n s i t yw a s4 - - - 6l m 2 - s ， d u r a t i o nw a s8 10 m i n b i o f i l mg r o w t hc o n d i t i o no nb a fm e d i aw a so b s e r v e db y i v v 1 3 臭氧的性质及其作用机理7 1 3 1 臭氧的基本特性及臭氧氧化技术的机理8 1 3 2 影响臭氧在水中传质的主要因素1 0 1 4 曝气生物滤池工艺及原理1 1 1 4 1 曝气生物滤池的发展简介1 1 1 4 2 曝气生物滤池工艺原理及主要特征1 1 1 4 3 曝气生物滤池的工艺形式。：1 3 1 5 课题的提出与实施的方法。1 5 1 6 课题的研究内容和方法16 1 6 1 课题研究内容1 6 1 6 2 课题研究方法16 2 曝气生物滤池实验装置的设计与计算1 7 2 1 滤池池体的设计与计算1 7 2 2 滤池布水、布气系统2 0 2 3 滤料层、承托层2 2 2 3 1 滤料的选择2 2 2 3 2 承托层2 3 2 4 反应器设计图及实物图2 4 3 实验部分2 7 3 1 实验设备、工艺流程及水质分析2 7 3 1 1 实验所用设备2 7 3 1 2 实验工艺流程2 8 3 1 2 实验用水水质2 9 3 2 臭氧投加量及接触时间对废水b c 值影响的实验2 9 3 3 反应器启动及挂膜的实验3 0 3 4 不同水力负荷对污染物去除影响的实验3 0 3 5 不同气水比对污染物去除影响的实验3 1 3 6 沿滤层高度上污染物的去除情况的实验3 l 3 7 反应器运行周期及反冲洗方式的实验3 l 3 7 1 曝气生物滤池反冲洗机理3 3 3 7 2 曝气生物滤池反冲洗方式3 3 3 8 生物膜生物相的观察3 4 4 结果与讨论3 5 4 1 臭氧投加量以及接触时间的结果与讨论3 5 4 1 1 臭氧浓度的测定3 5 4 1 2 废水可生化性的评价3 5 4 1 3 臭氧对废水可生化性提高的影响3 5 4 2 实验启动及挂膜的结果与讨论3 8 4 2 1 启动及挂膜过程3 8 4 2 2 启动挂膜阶段处理效果3 9 4 2 3 启动挂膜阶段遇到的问题及解决方法4 0 4 3 不同水力负荷对污染物去除的影响的结果与讨论4 3 4 4 不同气水比对污染物去除的影响的结果与讨论4 6 4 5 填料层高度对曝气生物滤池工作性能的影响的结果与讨论4 8 4 6 曝气生物滤池运行周期及反冲洗的结果与讨论5 0 4 6 1 曝气生物滤池运行周期5 0 4 6 2 曝气生物滤池反冲洗5l 4 7 生物膜的微生物相观察的结果与讨论5 1 4 7 1 生物膜中原后生动物的指示作用5 2 4 8 吨水运行成本5 3 5 结论与建议6 0 5 1 结论6 0 5 2 建议6 1 至筻谓 6 2 参考文献一6 3 i i i i i 。6 6 6 7 臭氧预氧化曝气生物滤池深度处理碱法草浆中段废水的研究 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国造纸造纸行业水污染现状 造纸工业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要污染源之一。随着经济的发展， 企业日益面临水资源短缺、原料匮乏的问题，而另一方面，水污染也越来越严重。2 0 0 4 年全国工业废水排放总量为2 2 1 1 亿吨，其中造纸工业废水排放量占总量的1 4 4 ，仅此 于化工行业，位居第二。按废水中化学需氧量指标( c o d ) 来看，全国工业c o d 总排放 量为5 0 7 9 万吨，其中造纸工业就占到3 3 ，高居第一。造纸工业对水环境的污染不但是 我国造纸工业污染防治的首要问题，也是全国工业废水进行达标处理的首要问题。 我国造纸工业污染主要存在着以下的问题： a 废水排放量大 据统计，每生产i t 化学浆要排放1 0 0 - - 1 5 0 m 3 废水，而由纸浆每生产i t 纸约排放2 0 - 5 0m 3 废水。目前我国每吨浆纸综合排放在1 0 0 - - 一2 0 0m 3 ，其中化学木浆排放废水l o o m 3 左右，化学草浆产每吨纸综合排放废水15 0m 3 左右，远远超过工业化国家的废水排放量。 b 废水成分复杂、浓度大 依据造纸的生产过程，其废水大体上可分为制浆废液( 黑液、红液等) 、中段废水( 包 括洗涤净化与漂白废水) 及纸机白水三种。但由于原料( 针叶木、阔叶木或麦草等非木 材原料) 、制浆方法( 化学法、半化学法、化学机械法和机械法等) 不同及各种化学药品 ( 漂白剂、填料、施胶剂、增强剂和涂料等) 的添加，造成不同纸厂其废水性质相去甚 远。废水中含有大量的溶解性有机物、无机物或以悬浮物存在的细小纤维等。 c 废水中有毒物质含量高 造纸废水中的毒性物质种类很多，其中典型的有机物有树脂类化合物、单宁类化合 物、氯代酚及其他有机氯代物、有机硫化物等。无机的毒性化合物以含硫化合物为主， 如硫酸盐、硫化氢等。北欧、北美等地的工业化国家已采用改良制浆和t c f ( t o t a lc h l o r i n e f r e e ，全无氯) 或e c f ( e l e m e n t a lc h l o r i n ef r e e ，无元素氯) 漂白工艺，每吨浆的用氯量降低到 o 5 - 0 1 ，使废水中的毒性物质的浓度降低到了一定的限度。我国大多数工厂的用氯 量仍高于7 ，因此漂白废水中的a o x ( a d s o r b a b l eo r g a n i ch a l i d e s ，可吸附有机卤化物) 类 物质含量仍然很高。 d 工业废水治理水平落后 我国造纸企业以中小厂居多，大多采用以麦草为原料的碱法工艺，由于草浆黑液碱回收 陕西科技大学硕士学位论文 存在技术问题及收企业生产规模或资金的限制，国内具有碱回收装置的企业所占比列并 不高，废液治理的比列低，相关的科研与技术的推广仍停留在较小规模和较低水平，与 当前造纸工业废水亟待根治的迫切形势不相适应【l 】。 1 1 2 草浆造纸废水的来源和特征 草浆造纸工艺分为制浆和抄纸两大工序，产生的废水按生产流程依次为： a 备料过程中的废水： 在备料时，为防止草屑与尘土造成大气污染，一般都设有除尘设施，除尘器水封及 除尘器排除灰尘的洗涤都要产生废水，废水中除含有悬浮物外，还含有一定量草屑中的 可溶性有机物。 b 蒸煮废液( 即黑液) ： 植物纤维原料经化学蒸煮后，一般可得5 0 - - 8 0 的纸浆，其余2 0 - - - - 5 0 的物质溶 于蒸煮液中。蒸煮结束时，提取蒸煮液。在碱法制浆中，此液呈黑色，故称为“黑液”。 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、聚戊糖、残碱及其他溶出物。3 污冷凝水：化学法制浆过程中，蒸煮锅放气和放锅 排出的蒸汽，经直接接触冷凝器或表面冷凝器冷却产生的冷凝水，和黑液进行化学品与 热能回收之前，蒸发浓缩产生的污冷凝水。主要含有萜烯类化合物、甲醇、乙醇、丙酮、 丁酮、及糠醛等污染物。 c 洗浆、筛选、漂白废水( 即中段废水) ： 洗浆过程中，设备的跑、冒、滴、漏和洗浆机及相关的储槽清洗水师洗浆废水的主 要来源。浆料经洗涤提取蒸煮液后，再经筛选，去除其中杂质。其实，不管是化学法、 机械法，还是化学机械法所得的粗浆中都会含有生片、木节、粗纤维素及非纤维素细胞， 甚至还有沙砾、金属屑等，因此都要进行筛选和净化。这一环节需用大量的水，而且筛 选后还要浓缩排水，它是筛选废水的主要来源。为了扩大纸浆的用途，提高纸浆的白度， 必须经过漂白、精制处理，以去除纸浆中的有色物质，并赋予纸浆所需的物理化学特性。 目前，我国绝大多数造纸企业仍主要使用氯气、次氯酸盐等传统的含氯漂剂对纸浆进行 漂白，漂白过程中大量的木素氯化降解产物进入废水中，致使漂白废水中含有大量的有 剧毒性的有机氯化物( a o x ) ，对水体造成严重污染。 d 造纸废水( 白水) ： 造纸过程中的废水主要来自打浆、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。从网上纸料中脱除的水称为白水。白水含有纤维 碎屑、小纤维、颜料、淀粉及染料等。 目前，白水成分简单，经过气浮或沉淀后回用与生产过程，几乎所有的造纸厂造纸 2 臭氧预氧化一曝气生物滤池深度处理碱法草浆中段废水的研究 车间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，提高白水利用率。 而大部分的纸浆企业的蒸煮废液( 即黑液) 都经过碱回收，达到污染物治理的目的同时 进行化学品与热能回收。而中段废水以其水量大、色度高、可生化性差，成为了造纸工 业废水治理的重点。 1 1 3 中段废水处理方法综述 目前我国绝大多数制浆造纸企业采用的中段废水处理方法为一级物理化学处理+ 二 级生化处理。 p i i i 瞪j g 中燃 图1 - 1 典型中段厦水处理流程 f i g l - 1 t y p i c a lc u r r e n ti n t e r m e d i a t ep r o c e s s i n gf l o ws e q u e n c e a 物理化学法 物化方法在中段废水的处理中得到了广泛的应用，主要应用于作为生化处理的预处 理即一级处理和生化出水的三级深度处理上，因其运行和处理成本的限制，往往被用做 生化处理的辅助和补充。工程上常见的物理化学处理工艺有1 混凝沉淀法；2 气浮；3 铁碳 微电解；4 过滤。 1 1 混凝沉淀法 向原水中投加一定比例的混凝剂，通过搅拌作用促使混凝剂混凝剂迅速向水中扩散， 水中胶体与混凝剂作用，通过压缩双电层和点中和等机理，失去或降低稳定性，生成微 粒或微絮粒。絮凝生成的微粒或微絮粒在架桥物质和水流搅动下，通过吸附架桥和沉淀 物网捕成长为大絮体，并沉淀去除f 2 1 。 2 ) 气浮 它是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而 上浮到水回实现固液或液液分离的过程。为了提高处理效果，常常在废水巾首先加入气 浮剂或凝聚剂，使亲水物质变为疏水物质，使细小的油珠及其他微细颗粒聚凝成较大的 絮凝体颗粒然后形成气泡絮凝体颗粒结合体而加速上浮。 出水 陕西科技大学硕士学位论文 3 ) 铁碳微电解 铁碳微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭。当材料浸没在废水 中时，发生内部和外部两方面的电解反应。一方面铸铁中含有微量的碳化铁，碳化铁和 纯铁存在明显的氧化还原电势差，这样在铸铁屑内部就形成了许多细微的原电池，纯铁 作为原电池的阳极，碳化铁作为原电池的阴极；此外，铸铁屑和其周围的碳粉有形成了 较大的原电池，因此利用微电解进行废水处理实际上是内部和外部双重电解的过程，或 者称之为存在微观和宏观的原电池反应。电极反应产生的产物( 如新生态的h 十) 具有很 高的活性，能够跟废水中多种组分发生氧化还原反应，许多难生物降解和有毒的物质都 能够被有效的降解；同时金属铁能够废水中金属活动顺序排在铁之后的重金属离子发生 置换反应。其次经铁碳微电解处理后的废水中含有大量的f e 2 + ，将废水调至中性经曝气之 后则生成絮凝性极强的f e ( o h ) 3 , 能够有效吸附废水中的悬浮物及重金属离子，其吸附性 能远远高于一般的f e ( o h ) 3 絮凝剂，铁碳微电解就是通过以上各种作用达到去除水中污染 物的目的f 3 】。 4 ) 过滤 过滤一般是指以石英砂、陶粒、活性炭等颗粒状滤料层截留、吸附水中悬浮杂质， 从而使水获得澄清。过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细 菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。至于残留与滤后水中的细菌、病毒等在 失去混浊物的的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创 造了良好条件【钔。 b 生化处理法 目前生化处理法以其良好稳定的处理效果，低廉的运行处理成本，成熟多样的工艺， 称为制浆造纸中段废水的核心处理工艺。按照微生物对氧的需求，可以分为好氧工艺、 厌氧两大类。 1 ) 好氧工艺 ( 1 ) 活性污泥法：活性污泥法是悬浮生长型好氧生物法。活性污泥由好氧和兼性微生 物( 包括细菌、真菌、原生动物、后生动物) 及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。 由于其生物絮凝性，吸附包裹水中的悬浮颗粒物，形成易于沉降分离的生物絮体，并且 通过微生物的新陈代谢作用降解有机污染物【5 6 1 。 中段废水处理中常用的活性污泥法有：普通活性污泥法工艺、氧化沟工艺( 卡鲁塞 尔氧化沟、射流曝气氧化沟) 、s b r t 艺、b i o l a k i 艺等。 ( 2 ) 生物膜法：污水的生物膜处理法处理法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物 处理技术。这种处理法的实质是使细菌和真菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一 类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥生物膜。 4 臭氧预氧化，曝气生物滤池深度处理碱法草浆中段废水的研究 污水与生物膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物摄取， 污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增值【7 】。 中段废水处理中常用的生物膜法有：生物接触氧化、曝气生物滤池等。 2 ) 厌氧工艺 废水的厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物( 包括兼氧微生物) 的 作用，将废水中各种复杂有机物转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。中段废水处理常 见的厌氧处理工艺有u a s b 、i c 、e g s b 、a b r 等。 ( 1 ) u a s b i 艺：上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cb l a n k e t ，简称u a s b ) 与其他大 多数厌氧生物处理装置不同之处是：1 废水由下向上流过反应器；2 污泥无需特殊搅拌设 备；3 反应器顶部有特殊的三相分离器。与其他厌氧生物处理装置相比，其突出的优点是 处理能力大，处理效率高，运行性能稳定，构造比较简单。 ( 2 ) i c i 艺：i c 反应器由第一厌氧反应室( 污泥膨胀床区) 和第二厌氧反应室( 精处理 区) 叠加而成，每个厌氧反应室的顶部各设一个气、固、液三相分离器。在第一反应室 的集气罩顶设沼气提升管直通i c 反应器顶的气液分离器。分离器底部设一泥水下降管即 回流管直通至i c 反应器的底部。一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降 管构成了i c 反应器的核心一内循环系统。内循环系统和底部布水是该技术的关键。 ( 3 ) e g s b i 艺：膨胀颗粒污泥床( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ，简称e g s b ) 是在u a s b 基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器，与u a s b 反应器相比，它增加了出水再循环 部分，使得反应器内液体上升流速远远高于u a s b 反应器，废水和微生物之间的加强了， 正是由于这种独特的技术优势，使得它可以用于多种有机废水的处理，并且获得较高的 处理效率i 8 l 。 ( 4 ) a b r i 艺：a b r t 勾有若干组垂直折流板把长条形整个反应器分隔成若干个组串联 的反应室。迫使废水水流以上下折流的形式通过反应器，反应室内积累着较多的厌氧污 泥。当水通过a b r 时，要自下而上流动与大量的活性生物量发生多次接触，大大提高了 反应器容积利用率。就一个反应室而言，因沼气的搅伴作用，水流流态基本上是完全混 合的，单各个反应室之间是串联的具有塞流流态。整个a b r 是由若干个完全混合反应器 串联在一起的反应器，所以理论上比单一的完全混合状态的反应器处理效率高【9 】。 1 2 造纸中段废水深度处理概述 随着国家对纸浆造纸行业的排放标准的日趋严格，对中段废水深度处理的研究也成 为了热点。常见的深度处理方法有：物理化学法、生物法、物理化学与生物组合工艺。 1 2 1 物理化学法 物理化学方法是通过机械截流、化学沉淀、化学氧化、离子交换等原理将污染物从 陕西科技大学硕士学位论文 水中去除。目前常见的应用在中段废水深度处理的物理化学法有：f e n t o n 法、臭氧氧化 法、混凝法等。刘晓静等人应用f e n t o n 试剂对处理山东某造纸厂二沉池出水进行了实验 性研究，实验表明：f e n t o n 法深度处理造纸废水对c o d 。，的去除率可达8 0 以上。王权卫 等人应用混凝一臭氧氧化法对处理取自山东太阳纸业的二级生化出水进行了实验性研 究，实验表明：混凝一臭氧氧化法对中段废水的二级生化出水的c o d 。，和色度都有显著 的去除率。 1 2 2 生物法 利用微生物自身可对有机物、含氮化合物、含磷化合物等物质的进行分解吸收来产 生能量及营养物质的特性，培养出某些特定的微生物，利用它们的这种特点处理污水中 的污染物质，达到对水质的净化。在中段废水的深度处理中，污水中污染物的浓度较低， 决定了生物处理工艺一般为生物膜法( 曝气生物滤池、接触氧化工艺) 。 生物膜法：生物膜法的特点决定了它特别适合作为活性污泥法的补充和延续而进行 三级处理或深度处理。附着生长在填料上的微生物形成的生物膜，具有截留和生物絮凝 性，因此可以不断截留和富集水中的有机污染物，达到很好的对水中污染物去除的效果。 人工湿地：人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，其设计和建造 是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水处理的。 为保证市水在其中有良好的水力流态和较大体积的利用率，人工温地的设计应采用适宜 的形状和尺寸，适宜的进水、出水和布水系统，以及在其中种植抗污染和去污染能力强 的沼生植物。人工湿地污事处理技术是2 0 世纪七八十年代宜展起来的一种污水生态址理 技术，由于它能有效地处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水、垃圾渗滤液、地 面径流雨水、合流制下水道暴雨溢流水等，且能高效地去除有机污污染物，氮、磷等营 养物，重金属，盐类和病原微生物等多种污染物。具有出水水质好，氮、磷去除处理效 率高，运行维护管理方便，投贤且运行费用低等特点，近年来获得迅速的发展和推广应 用。据最近的调查统汁，在欧洲共有6 0 0 0 多座址理城市污水的人工湿地，北美有1 0 0 0 多 座处理城市污水和多种工业废水的湿地系统。污水处理人工湿地在世界其他地区应用的 数目也在迅速增ne , o j 。 1 2 3 物理化学与生物组合工艺 由于在中段废水深度处理中如果单纯应用物理化学法，虽然可以取得较好的效果， 但是物理化学方法的处理成本普遍较高，单纯应用生物法虽然成本较低，但是由于二级 生化出水的可生化性普遍较差，处理效果不能达到满意的效果。一般单独工艺通常受冲 击负荷能力差，有时为了使出水水质提高，成本甚至会增加几倍。组合工艺则不仅可充 分利用各工艺自身的优点，而且能发挥不同工艺协同合作，即达到处理目的，又可节省 运行成本。 6 臭氧预氧化曝气生物滤池深度处理碱法草浆中段废水的研究 李松礼等利用电解一混凝一曝气生物滤池组合工艺深度处理中段废水，实验结果表 明：利用电化学技术和曝气生物滤池技术联合深度处理制浆造纸综合废水方法可行，效 果显著，c o d c r 去除率达n 8 5 以上，色度去除率达至1 j 9 0 以上。洪卫等采用还原铁床一 曝气生物滤池工艺深度处理中段废水，结果表明c o d c ，的平均去除率可达9 0 0 ，色度平 均去除率达9 2 7 。乔启成等应用混凝沉淀一水解酸化一曝气生物滤池工艺深度处理中 段废水，结果表明：出水c o d c r 平均6 0 2 m g l ，色度平均5 5 倍，低于国家标准。由山东省 环科院开发的制浆造纸废水深度处理回用技术，在山东晨呜纸业集团投产运行。该项目 处理能力为3 0 0 0 0m 3 d ，采用工艺为“磁处理+ 梯度反应混凝+ 固定化微生物”组合工艺。 该项目自2 0 0 7 年1 2 月投产运行以来，已稳定运行2 个多月。处理废水包括热磨化机浆 废水、特种纸废水、废纸脱墨废水及新闻纸废水。在进水c o d c ，2 5 0 - - 3 0 0m g l 的条件 下，经过该工艺处理，出水c o d c ，4 0 - - 5 0m g l ，色度s1 0 倍，s s51 0m g l ，总处理费 用( 包括药剂费、电费、设备折旧、人员工资等在内的所有费用) 为1 2 1 5 元m 3 ，处 理出水回用于全厂制浆造纸过程。连续两个月的车间用水情况表明，使用经深度处理的 中水与企业取用的弥河水相比，在制浆造纸过程中未发现不良影响。 1 3 臭氧的性质及其作用机理 德国科学家在1 8 4 0 年的点解和火花发电实验中发现一种有特殊清新气味的气体，命 名为o z o n e ( 臭氧) ，随着世界各国的科学家对臭氧的物理化学性质的深入研究，臭氧被 越来越多的人们所认识，因其强氧化性和广谱杀菌效果，在社会的生产生活中得到了广 泛的应用。 最初，人们将臭氧应用于自来水厂水源