CN105152468A - 一种竹浆废水的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹浆废水的处理方法，该方法改进了常规的竹浆废水的处理方法，在废水筛滤去除大悬浮物后，在初沉池前增添了微量元素，提高进入曝气池前被冷却的废水的温度，同时在曝气池内逐步取消营养盐的加入。本发明添加了含钼和锶两种微量元素的营养盐，还显著减少了曝气池中因加大量氮、磷引起的泡沫，这样在保证曝气池微生物活性的同时，节省了加氮、磷营养盐及消泡剂等所需的费用，大幅降低了排放废水中总氮和总磷的含量。此外，该方法适当提高了废水水温，仍保持了微生物的活性，又节省了降低废水水温所需的能消耗。本发明将去除1kg？COD费用从1.04元降至0.67元，排放废水总氮减少28％，总磷减少45％，具有显著的环境效益和经济效益。

Description

一种竹浆废水的处理方法

技术领域

本发明涉及一种工业废水的处理方法，特别是涉及一种竹浆废水的处理方法。

背景技术

我国是世界上竹子资源最丰富的国家，竹子品种超过500种，种植面积、蓄积量居世界第一。“十二五”期间，我国竹浆产能从194万t增至240万t，竹子的消耗从776万t增至960万t。我国造纸工业原料紧缺，竹材是我国造纸工业纤维原料的重要补充，以竹代木，竹浆纸一体化，用竹子造纸，可节约大量的木材，保护森林。以竹为原料的纸浆一体化项目，可以充分利用竹子的再生能力进行合理砍伐，不但不会对生态造成破坏，还能发展竹类资源产业，有利于保护生态环境和美化生活环境，有利于山区综合开发和群众脱贫致富，实现社会经济生态可持续发展。

我国现代竹浆厂规模都在10万t/a以上，主要分布在南方和西南部地区，这些企业都采用化学法制竹浆。化学法制竹浆产生了大量生产废液。废液分两部分，一部分是黑液，量少但浓度很高，通过蒸发、浓缩、燃烧回收黑液中的碱和燃烧热，黑液得到治理。另一部分是中段废水，通常称为竹浆废水，是指竹材经蒸煮、黑液提取后在筛选、洗涤、漂白和抄纸过程中排出的废水。竹浆废水量很大，一个竹浆厂每天产生竹浆废水达上万t至数万t。目前国内外对竹浆废水都采用生物方法进行处理，即利用微生物降解竹浆废水中的有机污染物。生物方法处理竹浆废水效果好，相对物理法、化学法成本较低。在废水生物处理中，微生物生长需要营养源，主要营养源为碳、氮、磷。造纸工业废水碳源充足但缺乏氮和磷，都采用投加尿素和磷酸盐作为氨、磷营养盐的方式予以补充。我国所有的造纸企业在废水生物处理过程中，都加入了氮、磷营养盐。由于造纸工业废水排放量大，所以废水处理工程营养盐的耗量亦很大。

微生物细胞化学组成的分析结果表明，碳、氧、氮、氢、磷、硫6种元素占其干重的97％以上，这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于微生物细胞中。在废水的生物处理过程中，微生物在对摄入的碳源进行氧化的同时，需摄取足够的氮、磷合成细胞的主要成份蛋白质及其增殖不可缺少的核酸等物质，若氮、磷供给不足，则微生物就不能充分增殖，所摄入的碳源也不能被充分利用，而以高粘性多糖类物质的形式积存于微生物中，致使活性污泥发生高粘性膨胀。若氮、磷供给过量，则不但会造成水体富营养化，还可能在曝气池内发生硝化反应而影响BOD的去除。

英国Sawyer根据微生物组成和活性污泥经验分子式对废水基质浓度和各种微生物营养要求进行了研究，得出了氮、磷的理想投加比为BOD：N：P：100：6：l；维持物质代谢功能所需要的最低投加比为BOD：N：P＝100：8：0.6。目前，大多数研究者都认为BOD：N：P＝100：5：l较为适宜。我国目前所有造纸企业在生物处理造纸废水时包括生物处理竹浆废水时大都按BOD：N：P＝100：5：l比加入大量氮、磷元素。

许多金属离子是微生物生长所必需的营养元素，能够作为酶的激活剂或者辅因子提高微生物的活性。微量元素对微生物氧的呼吸速率、脱氢酶活性、有机物降解等有重要影响。工业废水中经常缺少有益的微量金属营养元素，导致活性污泥系统处理废水的效率下降。为此陈凯华等人提出了“一种提高活性污泥活性的复合微量元素营养剂的制备方法(专利申请号CN201010530335.6)”，它以硫酸锌、硫酸铜、氯化镍、硼酸、氯化钴、氯化锰、钼酸钠和硒酸钠为主要原料，通过蛋白质的水解反应和金属元素的螯合反应，采用有机和无机复合酸，形成有机酸与氨基酸复合的螯合物，该发明制取了含多种能促进微生物新陈代谢及酶活性的微量元素的螯合物。该螯合物具有广谱作用，但该方法针对性不强，很多时候微量元素过量加入，造成浪费。

在好氧生物处理有机污染物废水过程中，传统理论认为废水温度在15℃～30℃之间时，最适合好氧微生物的生长，有利于废水处理效果(环境工程手册水污染防治卷，高等教育出版社，1996年)。因此，当废水温度较高时，需预先对废水降温后再生物处理，高温废水将增加处理的成本。近年国内外学者在开始研究高温条件下的废水生物处理，但真正工程应用的很少。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种竹浆废水的处理方法，其目的是改善现有的竹浆废水的处理工艺，从而节省传统技术需要消耗的大量氮盐、磷盐，改善竹浆废水的生物处理效果，降低处理成本。

技术方案：传统的竹浆废水的处理方法，主要步骤包括：竹浆废水经中和调节至PH为弱碱性、筛滤去除大悬浮物、初沉去除细小纤维、冷却水温至适宜微生物生长、曝气提供微生物氧气、二沉收集活性污泥、混凝至微小颗粒成大絮体、气浮去除大絮体，最后废水达标GB3544-2008排放，本发明的技术方案的改进之处在于，在废水筛滤去除大悬浮物后，在初沉池前增添了微量元素，提高进入曝气池前被冷却的废水的温度，同时在曝气池内逐步取消营养盐的加入。

具体地，所述的微量元素为钼和锶，添加方式为连续加入或间歇加入，其中，间歇加入微量元素时的时间隔为2小时～8小时。

优选地，所述的微量元素钼和锶以易溶于水的钼盐和锶盐的形式存在，所述钼盐和锶盐添加至竹浆废水中的浓度均为0.01mg/m³～1mg/m³。

更优选地，所述的钼盐为钼酸钠或钼酸钾；所述的锶盐为氯化锶或硝酸锶。

优选地，本发明的方法将进入曝气池前被冷却的废水的温度从30℃～33℃升至35℃～37℃。

具体地，进入曝气池前被冷却的废水的温度通过改变冷却塔风机的频率实现对温度的调节，而所述冷却塔风机的频率通过对冷却塔风机安装变频器进行调节。

优选地，所述变频器的频率可调节范围为25赫兹～50赫兹，所述变频器的频率可PLC程序自动控制或由人工手动调节。

具体地，取消的营养盐包括含氮类化学品和含磷类化学品。

其中，所述的含氮类化学品为尿素或氨水等；所述的含磷类化学品为磷酸、磷酸钠或磷酸二胺等。

所述的逐步取消曝气池内营养盐的加入，为一天比一天均匀地减少营养盐的加入，或一周比一周均匀减少营养盐的加入，或一月比一月均匀地减少营养盐的加入；在两至三个月内过渡至完全不加营养盐，从而既节省了营养盐的费用，又保证了曝气池微生物的活性。

有益效果：本发明结合竹浆废水中富含氮、磷但缺乏微量元素的特点，设计了一种竹浆废水物理-生物处理新方法，该方法节省了传统技术需消耗的大量氮盐、磷盐，由于不加氮盐、磷盐，曝气池泡沫明显减少，相应减少了昂贵的消泡剂用量；曝气池水温升高后，好氧菌处理废水的效果没受不良影响，因此为冷却废水的风机节省了电力消耗；补充了竹浆废水缺乏的微量元素钼(钼酸钠)、锶(氯化锶)促进了曝气池内微生物的活性，提高了废水处理效果，由于微量元素用量极少，成本也极低。本发明的新方法，改善了竹浆废水生物处理效果，降低了处理成本，还显著降低了排放水中氮、磷含量，使日排数万吨的排放废水水质进一步改善，从而降低了受纳水体富营养的风险。

附图说明

图1为传统竹浆废水处理方法的流程图；

图2为本发明的竹浆废水处理方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种竹浆废水的处理方法。传统的竹浆废水处理方法包括将竹浆废水中和调节至PH为弱碱性、筛滤去除大悬浮物、初沉去除细小纤维、冷却水温至适宜微生物生长、曝气提供微生物氧气、二沉收集活性污泥、混凝至微小颗粒成大絮体、气浮去除大絮体，其中，在初沉后一般将冷却水温冷却到30℃～33℃，且在曝气阶段需要添加大量营养盐，最后废水达标GB3544-2008排放。本发明经过对竹浆废水的成分进行分析，对传统处理方法进行改进，在筛滤、初沉之间增添了两种微量元素，升高了曝气池废水温度，同时在曝气段取消了营养盐的加入。具体地，在废水筛滤去除大悬浮物后，在初沉池前增添了两种微量元素，钼和锶，两种元素的添加方式既可连续加，也可间歇加入，间歇加微量元素时的时间隔为2小时～8小时。两种微量元素中，钼元素为易溶于水的钼盐(如钼酸钠或钼酸钾)，锶元素为易溶于水的锶盐(如硝酸锶或氯化锶)，两种微量元素添加至竹浆废水中的浓度均为0.01mg/m³至1mg/m³。本发明同时使进入曝气池前被冷却的废水从30℃～33℃升至35℃～37℃。为改变废水冷却温度，本发明对冷却塔风机安装了变频器。变频器的频率，可调节范围从25赫兹至50赫兹。变频器的频率既可人工手动调节，也可由PLC程序自动控制。为了更近一步的节省处理成本，本发明在曝气池内采用逐步取消营养盐的加入的方法。取消的营养盐有尿素、氨水等含氮类化学品，同时取消磷酸钠、磷酸二胺等含磷类化学品。营养盐的加入，可以是一天比一天均匀减少氮、磷营养盐的加入，也可以是一周比一周均匀减少氮、磷营养盐的加入，也可以是一月比一月均匀减少氮、磷营养盐的加入，在两至三个月内过渡至完全不加氮、磷，以此既节省了氮、磷费用，又保证了曝气池微生物的活性。

经考察统计，竹浆废水中金属元素及含量的范围如下表1所示，可见竹浆废水中主要含钠、钾、钙、铝等，但能促进好氧菌生长的微量元素锌含量较低，有益的微量元素钼、锶更低。

表1竹浆废水中金属元素及含量的范围

下面结合具体的实施例详细说明本发明。

实施例1

如附图1，是一种典型的竹浆废水的处理工艺，废水经中和、筛滤、沉淀、冷却、曝气、二沉、混凝、气浮处理过程后达标排放。图1中的应急池是当中和池来水量有较大波动时用于临时储存，起缓冲作用。在曝气过程中，微生物在摄入有机污染物碳源时，还需摄取足够的氮、磷。长期来，国内外所有造纸企业废水在生物处理过程中，都加入了大量尿素或生物活性氮作为氮源，同时加入大量磷酸盐或磷酸作为磷源(生物活性氮在制浆造纸工业废水处理中的应用，《中国造纸》2014，33(12)：25-28)。

2014年3月至5月，我们对西南某大型竹浆纸业中段废水处理站初沉池、好氧池、二沉池、气浮池各单元出水水质进行了系统分析研究。首次发现竹浆废水处理站初沉池后出水中含大量NH₄-N、TP，检测数据如表2。

表2初沉池后出水NH₄-N、TP检测

从2014年3月至5月，沉淀池后出水的BOD均值为574mg/L。好氧池好氧菌生长所需的营养盐理论量为BOD:N:P＝100:5:1，即所需的氮、磷分别为28.7mg/L和5.7mg/L。表1显示，沉淀池后出水氮、磷均值分别为37.46mg/L和6.71mg/L，即进入曝气池废水氮、磷实际含量分别超过理论需要量的30％、18％。这表明，好氧池内没有必要再额外加入尿素、磷酸三钠营养盐。现有的废水处理站好氧处理后的二沉池池面已长满青苔，这也提示废水中氮、磷过量。竹浆废水有异于其它制浆废水而含丰富的氮、磷，这可能是原料竹子含特有的氨基酸、生物碱和蛋白质(毛竹开花前后竹秆化学成分的研究[J].林业科技2O13,38(4):25-28)，在制浆过程中这些含氮、磷成分大部分溶入废水所至。

表3ICP-AES法测定竹浆生产废水中金属元素及含量

表3为该企业中段废水ICP-AES检测结果，该中段废水中主要含钠、钾、钙、铝等，但能促进好氧菌生长的微量元素锌含量较低，有益的微量元素钼、锶甚至没检出。

取该竹浆企业中段废水，在两个好氧生物处理小试装置(日处理废水5L)上做A、B对照试验。A装置流程如图1，为典型的传统工艺，曝气单元处理废水温度控制在33度左右。B装置流程如图2，是根据竹浆废水特点设计的新工艺，即取消了在好氧单元加氮、磷的操作，但在初沉单元前新增加了微量元素钼(钼酸钠)、锶(氯化锶)，加入量为0.05mg/L，曝气单元处理废水温度控制在37度左右。如此连续对照运行试验3个月，中段废水经A试验装置处理后COD平均为63mg/L，中段废水经B试验装置处理后COD平均为60mg/L。对照试验表明，新工艺处理效果稍好于传统工艺，但新工艺省去了大量的氮盐、磷盐，仅加入微量的钼、锶盐。

实施例2

废水处理站自2008年建成以来的7年，在企业正常生产时，废水处理站每天处理中段水2万t，每天向好氧池投加尿素440kg、磷酸三钠125kg。现把实验室获得的新工艺运用于企业生产上，为使曝气池好氧菌慢慢适应减少氮、磷的废水环境，采取了每月递减尿素、磷酸三钠投加量方式。曝气池递减氮、磷投加量方案(见表2)，从2015年4月1日起，每天向曝气池内投入的尿素从440公斤减至300公斤，每天向曝气池内投入的磷酸三钠125公斤量不变。4月底，分析一个月的工程试验数据，在废水处理效果没有降低的情况下，试验继续进行。从5月1日起，每天向曝气池内投入的尿素从440公斤减至150公斤，每天向曝气池内投入的磷酸三钠从125公斤减至62公斤。5月底，分析两个月的工程试验数据，在废水处理效果没有降低的情况下，试验继续进行。从6月1日起，每天向曝气池内投入的尿素从440公斤减至0公斤，每天向曝气池内投入的磷酸三钠从125公斤减至0公斤。如表4，在每天向曝气池减少尿素、磷酸三钠的同时，在初沉池进水口处每天投入钼酸钠、氯化锶各1公斤。该企业每天排出的2万t中段水水温为45℃～50℃，经两座冷却塔将水温冷却至33℃时进入曝气池，两座冷却塔风机总功率90kwh。现对两台冷却塔风机增设了变频器，使电机频率在四个月内从50赫兹逐渐降至40赫兹，降低了风量，同时降低了电能的消耗。由于风量降低，进入曝气池水温从33度逐渐升转至37度。

表4处理竹浆废水新技术工艺

经过连续四个月的工程试验，废水处理效果见表5。4月份，每天在曝气池中减少了三分之一的氮、磷营养盐加入量。从3月份至4月份废水站的日均进水COD从1532mg/L升至1755mg/L，但处理后废水COD却从77mg/L降至76mg/L，完全满足国家排放标准COD≤100mg/L的要求，且去除1kgCOD费用从1.04元降至0.87元。5月份，每天在曝气池中减少了三分之二的氮、磷营养盐加入量，而和4月份的处理效果、处理费用基本相同。6月份，每天在曝气池中停止加入氮、磷营养盐，而和4月份的处理效果、处理费用基本相同。6月份，由于竹浆产量从3月的19582t飚升至21802t，因此进废水站废水COD浓度从1532mg/L快升至2191mg/L，但处理后废水COD却从77mg/L降至73mg/L。6月份较3月份，尽管停加了营养盐，废水处理后依然达到理想效果。且由于竹浆产量升高11.3％，废水浓度升高了43％，去除1kgCOD费用却从1.04元降至0.67元。

由表5可知，4、5、6月，每天处理竹浆废水2万t，三个月共处理废水180万t，本试验是在一个大型现代化竹浆厂水处理工程上进行。表5归纳了每天三班的水质情况检测数据，且被当地环保局认可。废水处理费用数据全部来自该公司财务每日的可变成本统计，可变成本主要含营养盐、混凝剂、助凝剂、消泡剂、电费等。

表5减少氮、磷用量后废水处理效果

表6节省的营养盐费用

综合效益如下：

1)从6月起，月节省营养盐费用13500元，1年可节省费用397650元(表6)；由于微量元素添加量极少，年费用仅4620元。

2)省去了溶解营养盐1个人工操作，节省年费用3.5万元；

3)省去了营养盐设备折旧、维护、维修，节省年费用3万元；

3)省去了多个电机设备运行电耗，节省年费用2万元；

4)在好氧池内不加营养盐后，泡沫量、张力有所减少小，减少了昂贵的消泡剂消耗，节省年费用2.2万元；

5)降低冷却塔风机频率，年节省电耗11.4万度，节省电费6.84万元。

6)从6月起，处理后排放废水日均氮含量从3.2mg/L降至2.1mg/L，减少氮排放28％；排放废水日均磷含量从0.71mg/L降至0.39mg/L，减少磷排放45％；

7)年产生综合经济效益56.843万元。

综上所述，通过利用本发明的方法，显著减少了曝气池中因加大量氮、磷引起的泡沫，这样在保证曝气池微生物活性的同时，节省了加氮、磷营养盐及消泡剂等所需的费用，大幅降低了排放废水中总氮和总磷的含量。此外，该方法适当提高了废水水温(较常规方法提高3～5℃)，仍保持了微生物的活性，又节省了降低废水水温所需的能消耗。去除1kgCOD费用从1.04元降至0.67元，排放废水总氮减少28％，总磷减少45％，同时年产生综合经济效益56.843万元，具有显著的环境效益和经济效益。

实施例3

在西南的另一个竹浆厂，每天产生的中段废水8000t，采用了本竹浆废水处理的新方法，在3个月内逐渐减少尿素和磷酸二铵的投加量，每天在初沉池内加钼酸钠、氯化锶各0.4公斤，增设冷却塔风机变频器，逐月降低风机频率，至第4个月，废水处理工程运行正常，排放废水主要指标COD为75～90mg/L，符合GB3544-2008国家排放标准。且排放废水总氮减少21％，总磷减少37％，第4个月的废水处理费用比新方法实施前降低2.7万元，年可节省综合费用30万元。

由此可以看出，本发明的方法节省了传统技术需消耗的大量氮盐、磷盐，由于不加氮盐、磷盐，曝气池泡沫明显减少，相应减少了昂贵的消泡剂用量；曝气池水温升高后，好氧菌处理废水的效果没受不良影响，因此为冷却废水的风机节省了电力消耗；补充了竹浆废水缺乏的微量元素钼(钼酸钠)、锶(氯化锶)促进了曝气池内微生物的活性，提高了废水处理效果，由于微量元素用量极少，成本也极低。本发明的新方法，改善了竹浆废水生物处理效果，降低了处理成本，还显著降低了排放水中氮、磷含量，使排放废水水质进一步改善，同时，适用范围广。每天大量排放的处理后低氮、磷含量的废水，降低了受纳水体的富营养风险。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种竹浆废水的处理方法，竹浆废水经中和调节至PH为弱碱性、筛滤去除大悬浮物、初沉去除细小纤维、冷却水温至适宜微生物生长、曝气提供微生物氧气、二沉收集活性污泥、混凝至微小颗粒成大絮体、气浮去除大絮体，最后废水达标排放，其特征在于，在废水筛滤去除大悬浮物后，在初沉池前增添了微量元素，提高进入曝气池前被冷却的废水的温度，同时在曝气池内逐步取消营养盐的加入。

2.根据权利要求1所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，所述的微量元素为钼和锶，添加方式为连续加入或间歇加入，其中，间歇加入微量元素时的时间隔为2小时～8小时。

3.根据权利要求2所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，所述的微量元素钼和锶以易溶于水的钼盐和锶盐的形式存在，所述钼盐和锶盐添加至竹浆废水中的浓度均为0.01mg/m³～1mg/m³。

4.根据权利要求3所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，所述的钼盐为钼酸钠或钼酸钾；所述的锶盐为氯化锶或硝酸锶。

5.根据权利要求1所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，使进入曝气池前被冷却的废水的温度从30℃～33℃升至35℃～37℃。

6.根据权利要求1所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，进入曝气池前被冷却的废水的温度通过改变冷却塔风机的频率实现对温度的调节，所述冷却塔风机的频率通过对冷却塔风机安装变频器进行调节。

7.根据权利要求6所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，所述变频器的频率可调节范围为25赫兹～50赫兹，所述变频器的频率可人工手动调节或由PLC程序自动控制。

8.根据权利要求1所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，取消的营养盐包括含氮类化学品和含磷类化学品。

9.根据权利要求7所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，所述的含氮类化学品为尿素或氨水；所述的含磷类化学品为磷酸、磷酸钠或磷酸二胺。

10.根据权利要求1所述的竹浆废水的处理方法，其特征在于，所述的逐步取消曝气池内营养盐的加入，为一天比一天均匀地减少营养盐的加入，或一周比一周均匀减少营养盐的加入，或一月比一月均匀地减少营养盐的加入；在两至三个月内过渡至完全不加营养盐，从而既节省了营养盐的费用，又保证了曝气池微生物的活性。