CN101891346B - 一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法，待处理造纸废水经过固形物减排和利用、3S-AR厌氧和好氧生物处理以及化学氧化混凝处理后得到符合GB3544-2008规定的排放要求的上清液，经过固形物减排处理的上清液首先进入电化学反应器，与其中的填料机械加工金属剩余物进行0.5～4h的电化学反应对滤液进行减毒和改善可生化性处理，反应条件控制为pH 6.5～7.5、温度20～50℃，然后再进行3S-AR厌氧和好氧生物处理；所述的电化学反应器内填料机械加工金属剩余物包括铁屑和铜屑，铁屑为铸铁材质，碳含量大于0.1％wt，质量比为铁屑∶铜屑＝(10-20)∶1。可以高效低成本深度处理高浓有机废水。

Description

一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法

技术领域

本发明涉及一种有机废水的处理方法，特别涉及一种高浓制浆废水的处理工艺。

背景技术

据统计，2008年，造纸工业废水年排放量为49亿吨，占全国工业废水排放总量的17％，COD排放量占全国工业废水排放总量的32％，均居统计行业的第一位。可见，我国制浆造纸行业废水的污染物排放量占全国总量比重之大，也进一步说明该行业节能减排任务巨大。制浆造纸技术和装备的迅速发展，造纸行业正朝高原料利用率、低能耗、节水、清洁型产业发展。近年来，作为清洁高效制浆技术的化学机械浆，在世界范围内得到了广泛的应用，发展速度极其迅速。我国林纸一体化工程主要以BCTMP制浆技术和P-RC APMP制浆技术为首选。先后上马了几十条化学机械浆生产线，年产能达到680万吨以上，并以每年平均约13％的速度在递增。制浆用水量已从传统的120立方米/吨浆下降到20立方米以下。国外目前采用膜技术或蒸发焚烧技术处理高浓废液，因此在发达国家林纸行业不再是污染型产业。但是上述技术在有效处理污染物的同时，仍然存在设备投资巨大，维护和运行成本高，根据我国企业的经营规模和经济实力，在较长的时间内无法采用同类技术。

从高浓化机浆废水特点来说，具有悬浮物(SS)含量高，COD浓度高，色度高，水温高等特征，单独使用某种方法很难使废水达标排放，在实际生产过程中需要将两种或多种方法联合起来处理废水。我国新建的诸多制浆造纸废水处理工程中，目前厌氧处理工段一般采用UASB，IC或EGSB等反应装置，新建工程多以第三代厌氧反应器为主，取得了一定的效果，但由于化机浆废水浓度较高，特别是针叶木废水中含量较多的生物毒性成份，处理该类废水时，厌氧装置均不同程度的存在处理效率低，甚至出现厌氧装置运行失败的问题。导致后续处理负荷偏高。

废水的好氧处理工艺，是利用微生物群体组成的生物聚集体——活性污泥，经过曝气充氧，并使之与废水充分混合，活性污泥吸收废水中可生化的有机污染物质(BOD和一部分COD)，作为生命活动的能量，进行新陈代谢，废水中的有机物被转化为稳定的H₂O和CO₂等无机物质，使废水得到净化。与此同时，微生物本身利用废水中的有机物作为食物繁衍增殖，活性污泥得到增长。随着生化反应的进行，曝气池中活性污泥量逐步增多，多余的活性污泥需及时从废水处理系统中排出，排出的活性污泥被称之为剩余污泥。生物污泥主要由微生物聚集体(即活性污泥菌胶团)、废水带入的无机性沉渣、少量未降解的有机物和大量的游离水组成，含水率高达99.5％～99.8％，比重仅为1.006g/cm³～1.010g/cm³。每天，一个造纸企业废水处理产生的生物污泥可达数百m³，这些生物污泥都被排入污泥浓缩池浓缩，浓缩泥加药剂调理后再机械脱水成干泥，干泥外运填埋。

物化处理目前一般采用聚合氯化铝(PAC)或聚合硫酸铁等净水剂进行混凝处理，由于前期生化处理效率不同，三级处理的废水浓度较高，为确保达标排放，投药量过高，不仅加大了运行成本，企业难以承受，也加剧了排放水的加入性化学污染。为配合我国节能减排政策的实施，企业花费动辄几千万的投资配套环保设施，尽管能够实现减排和达标排放的目标。但是居高的投资费用和运行成本严重地削弱了企业的市场竞争力，不利于造纸行业健康和可持续发展。因此，进一步提高处理设施的净化能力和效果，降低运行成本，实现高效低成本处理已成为企业的当务之急。

因此，我国造纸行业需要既可以有效解决高浓制浆废水厌氧效率低的问题，又能减少生化后续运行成本的减排成套技术，以满足越来越严格的环保排放标准。

发明内容

为了克服现有技术存在的厌氧处理效率不高，有氧处理无法满足新排放标准(GB3544-2008)要求、三级物化处理成本高等缺点，本发明提供了一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法，可以高效低成本深度处理高浓有机废水。

本发明的技术方案为：一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法，待处理造纸废水经过固形物减排和利用、3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和连续SBR好氧反应器好氧生物处理以及化学氧化混凝处理后得到符合GB3544-2008规定的排放要求的上清液，经过固形物减排处理的上清液首先进入电化学反应器，与其中的填料机械加工金属剩余物进行0.5～4h的电化学反应对滤液进行减毒和改善可生化性处理，反应条件控制为pH6.5～7.5、温度20～50℃，然后再进行3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和好氧生物处理；

所述的电化学反应器内填料机械加工金属剩余物包括铁屑和铜屑，其中铁屑为铸铁材质，碳含量大于0.1％wt，铁屑与铜屑的质量比为铁屑∶铜屑＝(10-20)∶1。

所述的固形物减排和利用是：待处理造纸废水以0.07～0.14m/min的流速通过滤网，过滤回收大于80～120目的纤维，过滤后的废水和好氧剩余污泥混合，进入沉淀池在沉淀池中的停留时间为6～10h，然后再进行下一步处理。

所述的3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和好氧生物处理是指：经电化学反应器处理后的废水进入3S-AR三相三循环厌氧反应器中，废水依次通过3S-AR三阶段三循环厌氧反应器的三个反应单元的污泥床，上升流速保持1～2.5m/h范围内，废水在3S-AR三阶段三循环厌氧反应器中的停留时间为8～20h，然后废水进入连续SBR好氧反应器，在连续SBR好氧反应器中废水的停留时间为5～18h，气水比控制在8～20m³/m³废水；

所述的3S-AR三阶段三循环厌氧反应器由三个独立的生物反应单元组成，三个反应单元的体积比为1∶1∶2。

所述的SBR好氧反应器是一个由三个单元池串联成的矩形反应池，三个单元池之间水力连通，每个单元池设有曝气装置，在外侧的两个单元池设有出水堰和剩余污泥排放口。

所述的化学氧化混凝处理是指：经3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和好氧生物处理完的废水采用深度处理药剂进行氧化混凝处理，经固液分离后，上清液即达到GB3544-2008规定的排放要求。

过滤回收大于80～120目的纤维作为原料返回造纸车间。

该减排工艺与现有的处理方法相比，改进主要表现在引入电化学处理提高废水生物处理效率，同时降低废水存在的毒性；其次，三阶段三循环厌氧反应器(3S-AR)可避免厌氧处理易酸败等问题；再通过专用水处理药剂进行氧化混凝处理，氧化破坏胶体稳定性，在通过电中和混凝实现泥水的分离，从而在较低成本下达到新的排放标准(GB3544-2008)。

有益效果：

1.通过滤网过滤回收细小纤维，可将部分浆料回用生产线，节约原材料；同时降低沉淀池的负荷，减少SS对后续厌氧生物处理的不利影响。

2.滤液减毒和改善可生化性：包括沉淀处理和废水水质改善处理，水质改善处理段特别针对不易降解的部分化学机械浆废水，如针叶木BCTMP高浓废水或APMP高浓废水等，通过电化学反应器处理改善废水的可生化性。电化学反应器内装填料，为机械加工厂边角料，不仅可取得较好的改善废水的可生化性，还可以减少废水存在的生物毒性，同时以废治废，降低运行成本。减轻了后续二级生物处理有机物的负荷量，节省曝气量，降低废水处理的费用。

3.3S-AR三阶段三循环厌氧生物反应器采用三级生物相分离设计，具有良好的系统缓冲能力和宽pH适应能力，可克服目前生物反应器对进水pH敏感，易受冲击导致酸败等不足。不仅可省略处理化学机械浆废水里调碱的费用，同时具有稳定的处理能力。

4.好氧处理采用动态好氧处理技术，能在处理过程中创造不同的溶解氧水平，以利于多个微生物菌群协同作用，提高处理效果。另外不仅可实现全自动控制，还可以省略污泥回流系统。

附图说明

图1是废水处理工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案为：一种处理高浓制浆废水的方法(流程见附图1)，其步骤为：

第一步，固形物减排和利用：化学机械浆废水中悬浮物(SS)含量较高，主要为细小纤维和碎木屑等组成，通过纤维回收，可将部分浆料回用，同时也可降低沉淀池的负荷，并减少SS对后续厌氧生物处理的不利影响。纤维回收采用尼龙滤网，网目要求80-120目，斜网倾角60°，废水以0.07～0.14m/min的流速通过尼龙网，实现纤维回收，回收的纤维作为原料返回造纸车间。过滤后的废水进入沉淀池，在沉淀池中的停留时间为6-10h。

第二步，滤液减毒和改善可生化性：沉淀池出来的滤液的毒性已经比最初的废水低很多，再进行水质改善处理。水质改善处理段特别针对不易降解的部分化学机械浆废水，如针叶木BCTMP废水或APMP废水等，通过电化学反应器处理改善废水可生化性。电化学反应器内装填料机械加工金属剩余物，为机械加工厂边角料，铁屑，铸铁材质，碳含量大于0.1％，铁屑∶铜屑＝(10-20)∶1(质量比)。不仅可取得较好的改善废水的可生化性，还可以减少废水存在的生物毒性，同时以废治废，降低运行成本。运行条件控制为pH6.5-7.5，温度20-50℃，停留时间0.5-4.0小时。

第三步，生物处理，包括厌氧和好氧生物处理。经第二步处理后的废水，可生化性大为提高，再通过常规的厌氧和好氧生物处理，就可取得比传统生物方法更好的处理效果。本专利中采用的生物处理技术为3S-AR三阶段三循环厌氧反应器-动态SBR生物组合处理技术，3S-AR三阶段三循环厌氧反应器，由三个独立的生物反应单元组成，三个反应单元的体积比：1∶1∶2。首先经第二步处理后的废水进入3S-AR三阶段三循环厌氧反应器中，废水依次通过3S-AR三阶段三循环厌氧反应器的三个反应单元的污泥床，上升流速保持1～2.5m/h范围内，废水在3S-AR三相厌氧反应器中的停留时间为8～20h，然后废水进入动态SBR好氧反应器，动态SBR好氧反应器为三个相连的矩形池，可以形成不同溶解氧水平的环境，从而提供各微生物菌群的协同作用，提高处理效率。三个单元池之间水力连通，每个单元池设有曝气装置，曝气装置由鼓风机供气，通过微孔曝气头释放空气，在外侧的两个单元池设有出水堰和剩余污泥排放口。可实现在连续SBR好氧反应器中废水的停留时间为5～18h，鼓风机的供气量为8～20m³/m³废水。

第四步，氧化混凝处理：经第三步处理完的废水采用水处理药剂氧化混凝处理，进行氧化混凝处理。药剂可以为常用的废水处理用混凝剂。经固液分离后，上清液即可达标排放(GB3544-2008)。

反应过程中产生的污泥如图1中所示按常规方式处理。

实施例1：

杨木P-RC APMP制浆废水，水质指标见表1。采用图1所示工艺处理，可取得表2所示的处理效果。各工段处理效果见表3所示。

表1  一种杨木P-RCAPMP制浆综合废水水质

表2  采用本处理工艺可取得的效果

表3  工艺流程分段出水的处理效果

综合表1～3的结果可知，本发明的化学机械浆废水的生物处理减排方法对废水的处理可以取得很好的效果。

Claims (7)

1.一种化学机械制浆废水的生物处理减排方法，待处理造纸废水经过固形物减排和利用、3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和连续SBR好氧反应器好氧生物处理以及化学氧化混凝处理后得到符合GB3544-2008规定的排放要求的上清液，其特征在于，经过固形物减排处理的上清液首先进入电化学反应器，与其中的填料机械加工金属剩余物进行0.5～4h的电化学反应对滤液进行减毒和改善可生化性处理，反应条件控制为pH 6.5～7.5、温度20～50℃，然后再进行3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和好氧生物处理；

所述的电化学反应器内填料机械加工金属剩余物包括铁屑和铜屑，其中铁屑为铸铁材质，碳含量大于0.1％wt，铁屑与铜屑的质量比为铁屑∶铜屑＝(10-20)∶1。

2.根据权利要求1所述的化学机械制浆废水的生物处理减排方法，其特征在于，所述的固形物减排和利用是：待处理造纸废水以0.07～0.14m/min的流速通过滤网，过滤回收大于80～120目的纤维，过滤后的废水和好氧剩余污泥混合，进入沉淀池在沉淀池中的停留时间为6～10h，然后再进行下一步处理。

3.根据权利要求1所述的化学机械制浆废水的生物处理减排方法，其特征在于，所述的3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和好氧生物处理是指：经电化学反应器处理后的废水进入3S-AR三阶段三循环厌氧反应器中，废水依次通过3S-AR三阶段三循环厌氧反应器的三个反应单元的污泥床，上升流速保持1～2.5m/h范围内，废水在3S-AR三阶段三循环厌氧反应器中的停留时间为8～20h，然后废水进入连续SBR好氧反应器，在连续SBR好氧反应器中废水的停留时间为5～18h，气水比控制在8～20m³/m³废水。

4.根据权利要求1或3所述的化学机械制浆废水的生物处理减排方法，其特征在于，所述的3S-AR三阶段三循环厌氧反应器由三个独立的生物反应单元组成，三个反应单元的体积比为1∶1∶2。

5.根据权利要求3所述的化学机械制浆废水的生物处理减排方法，其特征在于，所述的SBR好氧反应器是一个由三个单元池串联成的矩形反应池，三个单元池之间水力连通，每个单元池设有曝气装置，在外侧的两个单元池设有出水堰和剩余污泥排放口。

6.根据权利要求1所述的化学机械制浆废水的生物处理减排方法，其特征在于，所述的化学氧化混凝处理是指：经3S-AR三阶段三循环厌氧反应器厌氧和好氧生物处理完的废水采用深度处理药剂进行氧化混凝处理，经固液分离后，上清液即达到GB3544-2008规定的排放要求。

7.根据权利要求2所述的化学机械制浆废水的生物处理减排方法，其特征在于，过滤回收大于80～120目的纤维作为原料返回造纸车间。

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