（环境工程专业论文）脉冲布水厌氧流化床处理麦草制浆中段废水技术研究.pdf

原创性声明 i 1 11 11i i ii ii i i i i iiu l 17 916 4 8 本人褂明：所呈蓟拌剃撼是本人窿剥啊明智导下，独立懒 究胛耽得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论艾不包岔庄盹茸刹价人 或集体已经簏裁捌冀歌曲矫辆侗课。对本文的啾出重要贡献的个 和集 体，均已舀教冲以咖氟扔忒标明。本声明的法律责任由= 朽心事担。 做作者签名：砒日矶酬 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学辛 关保留、使用学位论文的规定，同意学陂保留或 向匡彖白关部门或钆阿塑避留啪复印件和电子版，允许逾妇龆鄞骄借阅； 本人隧仅山东大i 阿眺际掣剃必留啪蜡培阿凇内容编入葡趋睨静鞍挂 亍检 索，可l ；睬用影印、缩印或射畅稀特锻保存沧妇硼耐蹲啦娩文 一秘哩搠弛纽期：洫捌 、 一 、l ， 山东大学硕士学位论文 目录 摘要要。l a b s t r a c t s 3 第一章前言5 1 1 制浆造纸工业概况5 1 2 制浆造纸工业环保概况7 1 3 制浆造纸废水的产生9 1 4 制浆造纸废水治理方法1 2 1 4 1 预处理方法l2 1 4 2 厌氧处理方法l2 1 4 3 好氧处理方法l3 1 4 4 深度处理方法l3 1 5 厌氧处理技术研究况状14 1 5 1 厌氧处理技术发展概况i4 1 5 2 制浆造纸厌氧处理概述及国内外研究进展l5 1 6 脉冲布水厌氧流化床理论研究l7 1 6 1 脉冲布水厌氧流化床反应机理l7 1 6 2 脉冲布水厌氧流化床技术优势分析l9 1 7 课题的研究意义及研究内容2 0 1 7 1 课题的研究意义。2 0 1 7 2 研究的主要内容2 0 第二章整体方案设计2l 2 1 研究的对象2 l 2 2 方案的确定。2 l 2 2 1 技改前工艺2 2 2 2 2 技改后工艺。2 2 2 3 废水处理工艺综合分析2 5 2 4 新增构筑物设计3 l 第三章脉冲布水厌氧流化床运行效果分析3 5 山东大学硕士学位论文 3 1 工程启动调试3 5 3 1 1 、试水3 5 3 1 2 调试3 5 3 2 工程运行3 8 3 2 1 进出水水质情况分析3 8 3 2 2 温度的影响3 9 3 2 3 容积负荷与c o d 去除率的关系4 2 3 2 4 污泥负荷与c o d 去除率的关系4 2 3 2 5 出水v f a 与c o d 的关系4 3 3 2 6 水力停留时间对去除效率的影响4 4 3 2 7 污泥性状的影响山4 5 3 3 工艺运行参数分析4 6 3 3 1 复合反应曝气池4 6 3 3 2 脉冲布水厌氧流化床4 7 3 4 本章小结。4 7 第四章联合处理研究4 9 4 1 好氧处理部分4 9 4 1 1 好氧主要工艺参数计算4 9 4 1 2 厌氧开启前后好氧主要工艺参数对比5 4 4 2 深度处理5 5 4 3 本章小结5 6 第五章结论与建议5 8 参考文献：5 9 致 射6 2 2 山东大学硕士学位论文 摘要 造纸废水在工业废水中占有较大的比重，由于其成分复杂，污染物浓度高， 生物降解性差，是处理难度大、治理费用高的废水。相对而言，草浆造纸工业废 水又是一种处理难度相对较大的废水，因此研究该废水的处理工艺方法，提出一 个有效、可行的治理方案，对于环境保护和造纸行业的发展具有重要意义和广阔 、 的应用前景。 本论文设计是针对山东省某草浆造纸厂的中段水废水处理工程，通过仔细调 研相关资料，详细分析造纸废水的产生来源、水量和水质特征，同时综合对比国 内造纸废水处理工程采用的相关处理技术，采用复合反应曝气+ 脉冲布水厌氧流 化床+ 好氧+ 深度处理工艺对该草浆中段水进行处理研究。 本论文从研究脉冲布水厌氧流化床的发展、反应机理入手，分析了脉冲布水 厌氧流化床技术优势：( 1 ) 反应器结构简单，无需机械混合装置，不需要特殊考 虑气液固三相分离器，投资成本和运转费用低。( 2 ) 反应器内水流的自下而上， 平均上升流速低，泥水分离效果好。( 3 ) 采用脉冲布水方式，布水均匀，间歇冲 击搅拌提高了污泥微生物体与被处理废水间的混合接触，处理效果稳定。( 4 ) 反 应器内微生物有明显的种群配合和良好的分层分布，在载体的作用下，改善了污 泥沉降性，提高了污泥总量，能在高负荷条件下有效地截留活性微生物固体。( 5 ) 颗粒污泥絮状污泥并存，提高了适应性，污泥产率低，剩余污泥量少。( 6 ) 耐水 力和有机冲击负荷能力高，对进水中的有毒有害物质亦有较强的承受能力。( 7 ) 启动迅速，可用絮状生物污泥直接启动，调试简单，运行管理方便。 本文作者对复合反应曝气池系统、幅流式沉淀池、脉冲布水厌氧流化床系统 进行了工程设计，并结合工程实践，对脉冲布水流化床系统进行进出水水质分析。 其中温度是影响去除效果的主要因素之一温度降低，去除率明显下降将近1 0 个百分点，同时温度的变化影响着污泥界面的高度。通过调整沉淀池预厌氧，实 现冬季低温高效运行；其次容积负荷高，系统的c o d 去除率降低，容积负荷低 时，去除率升高。第三，污泥负荷高时，去除率偏低，反之则上升。第四，出水 c o d 的高低与未能甲烷化的v f a 含量有密切关系，当厌氧的甲烷化阶段受到抑 山东大学硕士学位论文 制时，致使出水变差。第五，h r t 高时，厌氧池c o d 去除率高，h r t 低时，厌 氧池出水c o d 去除率低。 该工艺与好氧+ f e n t o n 联合处理草浆造纸废水可以降低好氧的运行成本，提高 出水水质，完全可以达到出水小于c o d 6 0 m g l ，通过调整工艺参数最低可达到 c o d 3 0 m g l ，达到了目前国内任何标准对造纸行业的要求。并且可以实现部分 回用。 最后，结合工程运行实践，本文作者提出了自己的几点建议：l 、在类似工 程中采用厌氧污泥接种，减少调试时间。2 、对集气设施应做打压试验，并保证 压力，避免漏气。3 、由于受温度影响较大，最好在前处理过程减少温度损失， 避免因温度过低造成厌氧池的抑制。4 、针对该工程应继续跟踪分析研究，以便 更全面了解掌握厌氧处理草浆中段水的特性。5 、对该池体上部应设立斜板等高 效沉淀区，会提高反应期内菌种量，提高去除效率。 关键词：脉冲布水厌氧流化床草浆造纸废水 龟呱是 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t s p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e rt a k e sal a r g ep r o p o r t i o ni n i n d u s t r i a lw a s t e w a t e r ， w h i c hi sd i f f i c u l tt ob et r e a t e dw i t hh i g hc o s tb e c a u s eo fi t sc o m p l e xc o m p o n e n t s ， h i g hp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o na n dp o o rb i o d e g r a d a b i l i t y e s p e c i a l l y , s t r a wp u l p w a s t e w a t e ri sm o r ed i f f i c u l tt ob et r e a t e d t h e r e f o r e ，w es t u d yo ni t st r e a t m e n t t e c h n o l o g i e st o f i n da ne f f e c t i v ea n df e a s i b l e p r o c e s s ，w h i c h i si m p o r t a n ta n d p r o m i s i n gf o rt h ed e v e l o p m e n to fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dp a p e ri n d u s t r y t h i ss t u d yd e s i g n sf o rt h et r e a t m e n to f m i d d l es t a g ew a s t e w a t e ro fas t r a wp u l p m a k i n gf a c t o r yi ns h a n d o n gp r o v i n c e ，a n du s e sc o m p l e x w a t e rd i s t r i b u t i o na e r a t i o n + a n a e r o b i cf l u i d i z e db e do fc l o t hw a t e rp u l s e + a e r o b i c + d e e pt r e a t m e n tp r o c e s s ， t h r o u g hc a r e f u lr e s e a r c hi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ，d e t a i l e da n a l y s i so ft h er e s o u r c e s ， w a t e r q u a n t i t y a n d q u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dc o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s i o n o f c o r r e s p o n d i n gd o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s f r o md e v e l o p m e n ta n dr e a c t i o nm e c h a n i s mo fa n a e r o b i cf l u i d i z e db e do fp u l s e w a t e rd i s t r i b u t i o n ，t h ep a p e ra n a l y z e si t sa d v a n t a g e s ：( 1 ) r e a c t o rs t r u c t u r ei ss i m p l e w i t h o u tm e c h a n i c a lm i x i n gd e v i c ea n ds p e c i a lc o n s i d e r a t i o no fg a s - l i q u i d s o l i d s e p a r a t o r , t h ei n v e s t m e n ta n dr u n n i n gc o s t si sl o w e r ；( 2 ) t h ew a s t ew a t e rf l o w s f r o mt h eb o t t o mu p ，w i t hl o wa v e r a g es p e e da n dg o o ds e p a r a t i o ne f f e c to fs l u d g ea n d w a t e r ；( 3 ) p u l s ew a t e rd i s t r i b u t i o ni n c r e a s e st h em i x i n go fm i c r o b i a ls l u d g ea n d w a s t e w a t e r , a n di m p r o v e st h et r e a t m e n te f f e c ta n ds t a b i l i t y ；( 4 ) t h em i c r o o r g a n i s m s i nr e a c t o rh a v ew e l l s t r a t i f i e dp o p u l a t i o na n do b v i o u sl a y e rd i s t r i b u t i o n ，t h ec a r r i e r i m p r o v e ss l u d g ev o l u m ea n ds e d i m e n t a t i o n ，w h i c hc a ne f f e c t i v e l yr e t a i nm i c r o b i a l a c t i v i t i v es l u d g ei n h i g hl o a dc o n d i t i o n ；( 5 ) c o - e x i s to fg r a n u l a ra n df l o c u l l e n ts l u d g e i m p r o v e st h ea d a p t a b i l i t yw i t hl o w e rs l u d g ep r o d u c t i o na n dl e s ss u r p l u ss l u d g e ；( 6 ) i t h a sb e t t e rc a p a b i l i t yf o rh i g hw a t e rl o a da n do r g a n i cs h o c k ，a n ds t r o n ge n d u r a n c ef o r t o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e si nt h ei n f l u e n t ；( 7 ) t h es y s t e nc a nb er a p i d l ya n d d i r e c t l l y s t a r t e dt h r o u g hb i o l o g i c a ls l u d g e f l o c ，w i t hc o n v e n i e n to p e r a t i o na n d 3 山东大学硕士学位论文 m a n a g e m e n t t h ea u t h o rd e s i g n st h ea e r a t i o nt a n k , f l o ws e d i m e n t a t i o nt a n k ，a n a e r o b i c f f u i d i z e db e do fp u l s e dw a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，a n a l y s e st h eq u a l i t yo fi n f h e n ta n d e f f l u e n tw a t e r ( 1 ) t e m p e r a t u r ei so n eo ft h em a i nf a c t o r sf o rr e m o v a lr a t e ，t h e r e m o v a lr a t ed e c r e a s e d n e a r l y 10p e r c e n t a g ew h e nt e m p e r a t u r e d e c r e a s e d ， t e m p e r a t u r ea f f e c t st h eh e i g h t o fs l u d g ei n t e r f a c e ，a n dw ec a na c h i e v ee f f i c i e n t o p e r a t i o na tl o wt e m p e r a t u r ei nw i n t e rt h o u g hp r e a n e r a t i o ni i ls e d i m e n t a t i o nt a n k ；( 2 ) c o dr e m o v a ir a t ed e c r e a s e dw h e nv o l u m el o a di sr a i s e d , a n di n c r e a s e dw h e nv o l u m e l o a di sl o w e r ；( 3 ) t h er e m o v a lr a t ei sl o w e ri fs l u d g el o a di sh i g h e r , o t h e r w i s e i n c r e a s e d ；( 4 ) t h ee f f l u e n tc o dh a sc l o s e l yr e l a t i o n w i t ht h ev f a ，a n a e r o b i c i n h i b i t a t i o nr e s u l t se f f l u e n td e t e r i o r a t i o n ；( 5 ) c o dr e m o v a lr a t ei sh i l g hi fh r ti sh i 【g h i na n a e r o b i ct a n lo t h e r w i s el o w e r t h ep r o c e s sc o m b i n e dw i t ha e r o b i c + f e n t o np u l pp a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n tc a nr e d u c ea e r o b i cr u n n i n gc o s t sa n di m p r o v ew a t e rq u a l i t y , w a t e rc a nb e a c h i e v e di sl e s st h a nc o d 6 0 m g l ，b ya d j u s t i n gt h ep r o c e s sp a r a m e t e r sl o wa s c o d 3 0 m g l ，r e a c h e da n ys t a n d a r dd o m e s t i cp a p e ri n d u s t r yr e q u i r e m e n t s a n d c a na c h i e v es o m er e u s e t h ea u t h o rf i n a l l yp u t sf o r w a r ds o m ep r o p o s a l s 1 u s ea n a e r o b i cs l u d g e i n o c u l a t i o nt or e d u c ed e b u g g i n gt i m ei ns i m i l a rp r o j e c t s 2 g a sp r e s s u r et e s ts h o u l d b ed o n et oa v o i dl e a k a g e 3 i ti sb e t t e rt or e d u c et e m p e r a t u r el o s s i np r e v i o u sp r o c e s s t oa v o i da n a e r o b i ci n h i b i t i o n 4 f o l l o w i n gt r a c ka n da n a l y s i ss h o u db ed o n ei no r d e r t og e tm o r eu n d e r s t a n d i n go nf e a t u r e so fm i d d l es t a g es t r a wp u l pw a s t ew a t e rt r e a t e d b ya n a r e o b i cp r o c e s s 5 r a m p sa n dh i g hp r e c i p i t a t i o na r e a ss h o u l db es e tu pm u p p e r p a r to ft h ep o o lt oi n c r e a s em i c r o b i a lp o p u l a t i o na n di m p r o v er e m o v a le f f i c i e n c y k e yw o r d s ：p u l s ew a t e rd i s t r i b u t i o n ；a n a e r o b i cf f u i d i z e db e d ；s t r a wp u l pw a s t e w a t e r 4 山东大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 制浆造纸工业概况 造纸工业是国民经济的重要产业之一。近年来，我国造纸工业有了很大发展， 2 0 0 5 年我国纸及纸板生产企业约有3 6 0 0 家左右，有效生产能力约为7 0 0 0 万 吨，规模以上纸及纸板企业工业总产值2 6 2 2 亿元，资产总计3 2 2 8 亿元，销售 收入2 5 4 6 亿元生产消费速度加快。2 0 0 1 年、2 0 0 2 年、2 0 0 3 年、2 0 0 4 年和 2 0 0 5 年，我国纸和纸板总生产量分别达到3 2 0 0 万吨、3 7 8 0 万吨、4 3 0 0 万吨、 4 9 5 0 万吨和5 6 0 0 万吨，同比增长分别达到4 9 2 、1 8 1 3 、1 3 7 6 、1 5 1 2 和1 3 1 3 ；纸浆产量分别达到2 4 9 0 万吨、2 9 4 4 万吨、3 3 0 9 万吨、3 7 2 3 万吨 和4 4 4 l 万吨。目前产销量均已列美国之后居世界第二( 见图1 1 ) 。目前，我 国纸张人均消费量仍远低于国外发达国家水平( 见图1 2 ) ，但由于我国正处于 工业化、城市化的重要发展阶段，随着经济社会的发展，人们物质文化生活日益 丰富和提高，预计未来几年，我国纸张的消费量仍将明显加快。据预测，我国纸 和纸板消费量，2 0 1 0 年将会超过7 6 0 0 万吨( 年均增速6 5 ) ，2 0 2 0 年将会 达到l 亿吨【。 图1 - 1 ：1 9 9 0 年和2 0 0 4 年主要国家纸张的产量对比 山东大学硕士学位论文 全世界 中国 德瞄 瑞典 芬兰 夔嗣 比利时 t 9 9 0 年 2 0 0 4 年 o重2 0 03 0 04 0 0 主要困家消费量公斤 图卜2 ：19 9 0 年和2 4 年主要国家纸张人均消费量对比 2 0 0 7 年全国纸浆消耗总量6 7 6 9 万吨，比2 0 0 6 年增长1 2 9 7 ，其中木浆 1 4 5 0 万吨，较上年增长9 6 8 ，比例占2 2 ，与上年持平：非木浆1 3 0 2 万吨， 较上年增长0 9 3 ，比例占1 9 ，较上年下降3 个百分点；废纸浆4 0 1 7 万吨， 较上年增长1 8 8 5 ，比例占5 9 ，较上年增加3 个百分点。非木浆中，稻麦草 浆比例比上年下降2 6 个百分点，下降幅度较大，竹浆、蔗渣浆比例比上年略有 上升，其消耗量均比上年有所增加。2 0 0 7 年纸浆总消耗量比2 0 0 0 年增长1 4 1 ， 其中非木浆增长1 6 8 ，废纸浆增长3 4 0 0 ，木浆增长2 0 2 5 。 2 0 0 8 年进口木浆和废纸浆分别高达9 5 2 和1 9 3 6 万吨，合计占纸浆消耗总量 的4 0 4 ；中国是传统的草浆生产大国，2 0 0 8 年我国造纸国产原生浆中禾草浆占 4 1 ( 木浆占3 4 ) 。由于缺乏优质草浆生产和废水处理技术，草浆发展举步维 艰，大部分企业在环保压力下关闭。纸浆结构中，非木浆比例继续呈明显下降趋 势，2 0 0 0 年非木浆、废纸浆和木浆的比例分别为：4 5 4 、4 6 4 、8 i ；2 0 0 7 年这一比例变化为：2 2 0 、6 7 8 、1 0 2 。纸浆中的草浆占比已经从1 9 9 5 年 的5 0 3 下降到2 0 0 8 年的1 8 0 。可以看出，我国废纸浆所占比例逐年增大， 而非木浆所占比例逐年减小。2 0 0 0 年，山东省造纸原材料以草浆为主，而后草 浆所占比例逐年下降，木浆和废纸浆比例逐年明显增加，草浆比例由2 0 0 0 年的 6 0 逐步降到2 0 0 6 年2 0 ；相反，废纸浆比例由2 0 0 0 年的2 5 增加到4 5 ，木 浆比例也由2 0 0 0 年的1 5 提高到3 5 ，造纸行业原料逐步以木浆和废纸浆为主 【2 】 o 主要原因是中国森林资源匮乏，而近年来木材资源又源源不断地流向国外， 不仅制约了中国造纸业的健康发展，同时也加重了环境保护方面的负担。目前中 6 山东大学硕士学位论文 国的森林覆盖率只相当于世界平均水平的6 1 3 ，而且质量不高，林龄结构不合 理。造纸业是木材使用大户，世界每年消耗的森林资源中，有4 0 用于造纸，而 中国目前造纸用材仅占中国所消耗森林资源的6 7 这不仅导致了国产木浆供 应不足，而且直接影响了造纸原料结构的调整和纸产品质量的提高。采用废纸替 代原木浆作为造纸原料虽能在一定程度上缓解原料不足的现状，但由于国内废纸 回收网点少、回收价格过低和废纸所能产生的经济效益不明显等原因，国内纸张 的回收率仅为2 7 ，大大低于4 3 7 的世界平均水平。较低的回收率使再生纸生 产企业原料短缺，不能从根本上解决纸浆原料不足的问题，所以不得不大量依赖 进口目前，中国已成为全球最大的废纸进口国据美国林纸协会统计，2 0 0 6 年中国进口废纸1 9 9 0 万吨，占到全球可贸易废纸量的4 0 以上。近几年还将有 一批以废纸为原料的生产企业投产，废纸需求量还会大幅度增加。同时中国的造 纸原料木浆主要依赖进口，国际造纸工业纸浆消费总量中原生木浆比例平均为 6 3 ，而我国国产木浆比例仅为纸浆消耗量的7 左右，国产浆比重不断下降，一 由1 9 9 5 年的9 4 5 下降为2 0 0 0 年的7 7 4 ，到2 0 0 5 年的5 9 2 。2 0 0 5 年 4 0 8 的纸浆依靠进口，纸浆进口量约占世界商品纸浆总产量的1 6 1 1 1 。由此可 以看出，中国造纸业原料结构存在严重问题，如不改变现状势必形成和钢铁业、 硫酸等一样受国际原料价格影响过重的现象。 中国是粮食生产大国，每年生产7 亿吨左右的作物秸秆，其中小麦、玉米、t 水稻、棉花秸秆达4 9 亿吨，是潜力巨大的纸浆纤维资源，但目前利用率极低。 我国耕地面积1 8 2 亿亩，土壤有机质含量低是限制高产稳产、国家粮食安全和 农业可持续发展的主要因素。因此，突破草浆制浆废水处理难题，对于振兴草浆 制浆业、减轻纸浆进口依赖、以及森林资源保护和农业可持续发展，具有巨大的 实用价值和重要的战略意义。 1 2 制浆造纸工业环保概况 造纸术是中国古代四大发明之一，为人类创造了物质文明，但在当代随着工 业化进程的不断发展，造纸业同时也带来了一系列的环境问题。造纸废水排放量 大，废水中含有大量的纤维素、木质素以及大量的化学药品等，它能引起整个水 体污染和生态环境的严重破坏。美国将造纸工业废水列为六大公害之一，日本列 为五大公害之一。据联合国环境组织估计，全世界造纸工业每年所排的废水超过 山东大学硕士学位论文 2 7 4 亿吨，其中b o d 55 8 5 4 万吨，s s5 8 4 万吨，硫化物1 0 0 万吨，美国造纸工业 废水占工业废水的1 5 以上，日本占6 0 ，瑞典和芬兰造纸工业对水源污染的 负荷，以b o d 5 量计，约占全部工业废水b o d 5 的8 0 以上【1 1 。 在我国，造纸工业废水污染已成为造纸生产及相关行业能否生存和发展的关 键因素。中国环境规划院副院长邹首民曾指出，“十五”期间产业结构调整未达 到预期目标是c o d c r 总量控制不力的首要原因。造纸工业是排放c o d c ，的重点 行业，草浆造纸是污染水环境的主要原因。我国纸及纸制品2 0 0 5 年产量几乎比 2 0 0 0 年翻了一番，同时污染治理设施没有能够完全及时配套，造成占全国工业 c o d c ，排放总量半数以上的造纸行业的排污总量没有得到有效控制。造纸废水中 又以黑液的污染最为严重，约占总污染物发生量的9 0 左右。木质素及其降解物 是黑液中最重要的成分，可以占到总c o d c ，的7 0 左右。 就吨浆纸综合能耗和综合水耗来看，国际上先进水平为吨浆纸综合取水量 3 5 5 0 吨，我国除少数企业或部分生产线达到国际先进水平外，大部分企业吨 浆纸综合取水量平均仍处于10 3 吨左右高位。2 0 0 5 年造纸工业总产值( 规模以 上) 2 6 2 2 亿元，约占全国国有及规模以上非国有工业企业总产值的1 0 4 ；造 纸废水排放量3 6 7 亿吨，约占全国重点统计企业废水排放总量的1 7 o ； 造纸c o d 排放量1 5 9 7 万吨，占全国重点统计企业c o d 排放总量的3 2 4 。 其中草浆生产线有碱回收装置的产量仅占草浆总产量的3 0 0 ，草类制浆c o d 8 图1 - 32 0 0 5 年全国主要行业废水捧放贡献比例图 化学原科及化 造 1 5 热电 1 1 造纸及纸制品 1 6 食品加工 3 山东大学硕士学位论文 排放量占整个造纸工业排放量的6 0 以上，仍然是主要的污染源。我国造纸工业 面临的环保压力依然很大、污染防治任务十分艰巨( 见图1 3 ) 【3 1 目前禾草类制浆企业环保压力很大，主要原因是过大的环保投入，过高的环 保运行费用、落后的生产工艺、落后的环保技术等造成有的建不起污水处理设施， 有的建起污水处理设施运行不起，有的建设不配套，有的技术不过关等等种种原 因由于废水处理主要是一项侧重于环境效益和社会效益的工程，在建设和实际运 行过程中常常受到资金的限制，使得治理技术与资金问题相连成为解决我国水污 染的“瓶颈一。因而研发出一套处理效率高、出水水质好、运行稳定、运行费用 低的污水处理工艺，不仅节约了宝贵的土地及水资源，也减轻了国家和企业的负 担。 1 3 制浆造纸废水的产生 制浆造纸工业的制浆是利用化学方法，或者机械方法，或者化学与机械相结 合的方法，使植物纤维原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆的生产过程。造纸是指 将纸浆抄造成产品的过程【4 】。 目前，我国制浆造纸工业以植物纤维资源为主要原料，造纸废水主要为蒸煮 黑液、制浆中段水和造纸白水三大类。对造纸废水的治理，目前我国的制浆造纸 厂通过采用碱回收工艺和造纸白水的封闭循环，已能较好地控制造纸黑液和白水 的污染。但制浆中段废水的控制依然是困扰大部分制浆厂，特别是中小型化学浆 厂的问题。此部分废水所含的主要污染物质有木素、半纤维素、色素、戊糖类、 酚、氯化物等，其特点是废水量大、有机污染物的浓度高、废水中的纤维悬浮物 多，色度高，使其处理的费用和难度大大增加。一般来说，中段废水主要来自洗、 选、漂三个工段，其中洗、选两个工段的废水性质与黑液相似，只是污染负荷较黑 液低，较容易处理。由于目前我国大部分化学制浆厂仍采用含氯漂剂进行纸浆漂 白，因此，经过氯漂后的出水含有大量的氯化木素等有机物，这些物质成分复杂，毒 性高，种类繁多，目前在一般硫酸盐浆厂漂白车间排放的废水中已查明的化合物有 3 0 0 多种，其中2 0 0 多种是氯化有机物，这些高分子物质在高p h 值条件下非常稳定， 加大了其处理的难度。 其中制浆具体工艺流程及排污节点见图1 4 ； 造纸具体工艺流程及排污节点见图1 5 。 9 山东大学硕士学位论文 1 0 ：纤 ：维 ：束 ：及 ：未 ：蒸 ：解 ：物 未 蒸 解 物 麦草 一一粉尘 粉尘 - - - m i , - 碎石、碎秸 除节机 i 三段真空洗浆机l i 二段真空洗浆机 i i 一级三段压力筛 i l 多圆盘浓缩机i i 高浓贮浆塔 供造纸及餐具车间用 稀黑： 。 - i 一一一- 一废水 图1 - 4 ：制浆工艺流程及排污节点图 山东大学硕士学位论文 l ， 水力碎浆机 多圆盘浓缩机 t i 高浓除渣器 l ：i ：一 磨浆机 一叫 磨浆机 一 - l i配浆池i 二 i_ i 纸机浆池 i 除砂器 i 三段压力筛 l i 白水回收系统卜。1 网 部 ：l ： y 压榨部 l损纸处理系统i ii 一芋8 承矾i 前烘干部 i - l 薄膜式施胶机 1 后烘干部 l 压光机 l 复卷柳，切纸机 r 一二 图1 5造纸车间生产工艺流程及排污节点图 山东大学硕士学位论文 1 4 制浆造纸废水治理方法 制浆造纸工业废水根据其水质、排放要求等特点，分别采用不同的处理技术 进行废水处理。其中主要分为预处理、厌氧处理、好氧处理和深度处理嘲。治理 中段废水的研究在国内外开展的很普遍，一般采用物化、生化或二者相结合的工 艺进行治理。 1 4 1 预处理方法 预处理的主要目的是调节水量、稳定水质，为后续构筑物减轻负担。就制浆 造纸工业废水而言，其中备料工序中会带进微细的原料粉末以及泥沙，洗浆过程 中的有机物及细小纤维，漂白工序废水中大分子有色物质以及细小的悬浮物，抄 纸工序中的细小浆料，这些污染物主要以胶体形式存在与废水中，分散在水体中， 形成水的色度和浊度。因此在制浆造纸中段水的预处理过程中，常出现的方法有 格栅去除大块悬浮物，调节池调节水量、水温等，混凝沉淀去除水体中的s s 、 不溶性c o d 等。其中以混凝沉淀应用的最多，通常情况下，通过a 1 3 + 、f e 3 + 和 c a 2 + 等无机盐类絮凝剂物和聚丙烯酰胺类的有机高分子化合物与废水中的悬浮 物和大分子有机物发生电中和，降低胶体粒子的电位，以吸附、架桥等形式凝聚 成大颗粒物质沉降分离而达到净水的目的 6 1 。例如隋智慧等 7 1 研究用酸浸的粉煤 灰和鼓风炉铁泥作原料制备的p b s 混凝剂处理造纸废水。实验结果表明，p b s 混凝剂与聚硅酸铝絮凝剂配合处理造纸废水，在p h 值为7 、混凝剂的投加量为 6 0 r a g l 的条件下，s s 、c o d c ，和色度的去除率分别为9 2 4 、8 5 2 和9 1 6 。 经过预处理方法处理后的废水c o d 含量难以达到排放要求，因此一般需要 与其他处理方法结合使用。 1 4 2 厌氧处理方法 由于制浆造纸废水水量大，c o d c r 浓度高，如果直接采用好氧方法进行处 理，需氧量大，耗电量高，运行成本高。所以一般会考虑能耗较低的厌氧技术进 行处理，以降低运行费用。大致可以分为水解酸化和深度厌氧处理技术。【研 水解酸化厌氧处理的一个阶段，是根据厌氧处理的原理，利用厌氧消化过程 中的水解和酸化两个阶段，将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机 物的过程。这个过程可以提高废水的可生化性，利于后续的好氧处理。由于水解 山东大学硕士学位论文 和酸化两个阶段将混合厌氧消化中的产酸相和产甲烷相分开，创造各自的最佳环 境，所以水解酸化反应没有沼气的产生。而深度厌氧处理是有机污染物经过水解、 酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段，是对污染物进行最大程度的降解，其最主 要特点就是深度厌氧处理系统有副产物甲烷气体产生，并且有较高的c o d o 去 除率，最大限度降低对于后续好氧处理系统的压力比如：u a s b 、e g s b 等第 二代厌氧反应器【9 】曾被认为高效的厌氧反应器，具有如下的优点：c o d c ，去除率 高：出水的s s 不高、易分离：沼气的产率高、占地比第一代厌氧反应器( 消化罐) 少。 1 4 3 好氧处理方法 在经过预处理或者厌氧处理以后的制浆造纸工业废水，污染物浓度相对较 低，一般可用好氧生物处理法进行处理，以减少其中的c o d o ，同时还可以消除 废水对水生物的毒性，降低其发泡性，减少由于废水中无机涂料填加剂而产生的 浊度，消除接纳水体中黏泥的产生。但此法对废水颜色的去除效果不大。 在制浆造纸工业废水处理过程中最普通的好氧生物处理法为经过不同改进 的活性污泥系统【i o 】。此外，对于规模较小的制浆造纸厂，生物转盘、生物滴滤 池、接触氧化等好氧生物系统也有不同程度的应用。 1 4 4 深度处理方法 制浆造纸废水好氧处理后出水c o d o 一般在1 5 0 2 0 0 m g l 之间，随着 环保要求的严格和用水压力的增加，对于好氧出水提标的要求越来越严格， g b 3 5 讹0 0 8 制浆造纸工业水污染物排放标准中要求，对于新建制浆造纸企 业其废水排放c o d c ，要求小于9 0 m g l ，而在敏感区域则要求小于6 0m g l 【u 】， 普通的好氧工艺很难达到以上要求，所以必须采用其它方法对好氧出水做深度处 理，实现达标排放，并且尽量满足中水回用的要求。 目前在制浆造纸厂应用较广泛的废水深度处理方式有几种，这里只对几种常用的方法 做一简要介绍。 l 、高级氧化法( 以f e n t o n 试剂法为代表) 【1 2 1 f e n t o n 氧化法是以亚铁离子和过氧化氢为组合的一种高级化学氧化法，常用 于废水高级处理过程中，以去除c o d c ，、色度和泡沫等，此法一般在p h 值小于 3 5 下进行，在该p h 值时其自由基生成速率最大。该方法具有投资成本低、对 山东大学硕士学位论文 水质变化的承受能力大、操作管理维护容易等优点。目前，f e n t o n 试剂法己成功 应用于多家制浆造纸废水的深度处理工程中，并取得了理想的处理效果。 2 、膜分离法 膜分离法是用特殊的薄膜对水中污染物进行选择性分离，从而使废水得到净 化的技术。膜分离法具有能量转化效率高、设备可以工厂化生产、操作简单及管 理方便等优点。在制浆造纸工业废水处理中，应用较多的是反渗透和超滤法。随 着反渗透和超滤技术逐步实现生产规模大型化，对于制浆造纸废水回用和净化回 用都将具有重要意义f 1 3 】。 1 5 厌氧处理技术研究况状 1 5 1 厌氧处理技术发展概况 将厌氧生物技术应用于废物处理的研究可以追溯到18 8 1 年，法国“c o s m o s ”杂志所报道的应用该技术去除市政污水中大量易腐败的有机物【1 4 1 。近几十年是 厌氧生物处理技术发展的高潮期，这个时期具有代表性的事件是1 9 6 9 年j c y o n g 和p l m ec a r r y 开发研究的厌氧生物滤池，它开创了常温条件下对中等浓度有 机废水进行厌氧生物处理的先例，拓展了厌氧生物技术在废水处理的应用范围； 另一个具有里程碑意义的事件是2 0 世纪7 0 年代l e t t i n g a 等人开发的上流式厌氧 污泥床反应器( u a s b ) ，生物固体的颗粒化开辟了全新的生物固定化途径，从而 大大提高了厌氧生物反应器的有机负荷，并推动了厌氧生物处理技术在工业废水 中的应用1 9 】。近3 0 年来，随着人们不断对厌氧生物处理技术的深入了解和微生 物技术的广泛应用，厌氧技术已经成为高浓度废水处理公认的高效污水处理技 术。 以传统的厌氧消化池为代表