竹材化学浆废水处理技术优化

1实验
1．1废水样
按照废水处理流程，在西南某大型纸业公司正常生产，废水处理车间正常运行时，系统优化前后依次分别取中和池、初沉池、均衡池、二沉池和排放口共5个水样。从2014年3月24日至5月16日连续收集和检测8周，每周每次取5个水样，主要测定水样的化学需氧量(COD)、NH3-N、总氮(TN)、总磷(TP)和电导率相关参数，这8周时间内，企业生产稳定，中和池、初沉池、均衡池和二沉池日处理废水量稳定在(2．0～2．2)×104m3。
1．2材料与仪器
聚合氯化铝(PAC)，氧化铝质量分数26%;氧化混凝剂(PFDAC)，质量分数10%，自制;其他测试分析用试剂均为分析纯。哈希DＲ2800LPG422．99．00012型分光光度计COD测定仪(检测COD、TP、色度);KHCOD-12型COD消解装置;梅特勒-托利多(上海)DELFA326型电导仪(检测电导率);北京普析通用T6新悦紫外可见分光光度计(检测NH3-N);EMF-18LA艾德生手提式灭菌器(检测TN、TP)。
1．3分析方法
COD，重铬酸钾法，BG/T11914—1989;NH3-N，纳氏试剂比色法，HJ533—2009;TN，碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，BG/T11894—1989;TP，钼酸铵分光光度法，BG/T11893—1989;电导率，水的电导性和电阻率的标准试验方法，ASTMD1125—1995。
2结果与讨论
2．1混凝气浮工艺的改进
2．1．1混凝剂对处理水COD的影响
本研究对图中的混凝气浮工艺的优化进行了探索。在工厂废水处理现场，取二沉池出水样(COD196mg/L)进行了不同混凝剂处理对比试验，结果见图1。从图1可以看出，液体PAC(含Al2O310%)用量从0．3kg/m3增加至1．5kg/m3，二沉池出水COD从196mg/L降至96mg/L，而自制高效混凝剂PFDAC用量从0．3kg/m3增加至1．5kg/m3，二沉池出水COD从196mg/L快速降至74mg/L。图1二种混凝药剂处理二沉池出水COD和色度对比Fig．1CODcontrastofthesecondpondeffluenttreatedbytwokindsofcoagulationagents
2．1．2混凝剂对处理水色度的影响
在工厂废水处理现场，取二沉池出水(COD196mg/L)进行了不同混凝剂处理对比试验，PAC(含Al2O310%)用量从0．3kg/m3增加至1．5kg/m3，二沉池出水色度从150降至70，尚未达到新国标≤50要求。而自制PFDAC用量从0．3kg/m3增加至1．5kg/m3，二沉池出水色度从150降至30，完全满足新国标色度≤50要求。
2．1．3工程运行验证及经济效益分析
根据小试结果，将图1中混凝池粉剂PAC改为自制的PFDAC，经连续多天调试，当二沉池出水COD为200mg/L左右时，药剂用量1．5kg/m3，助凝剂阴离子聚丙烯酰胺(PAM)用量5mg/L，气浮后出水COD为66～89mg/L，色度则降至10～30(本研究连续4周现场测定数据)，混凝工艺改进后，排放水最重要的两大指标COD、色度及其它指标均满足了新国标，并通过了当地环保局现场验收。用自制高效混凝剂PFDAC处理废水，每吨废水处理费用0．70元，而用粉剂PAC处理，则每吨废水费用为0．90元，采用新工艺处理废水，每吨废水的处理费用降低0．20元，该废水处理工程日节省费用达4000余元，同时每天减少COD排放量约480kg，取得了较好的环境效益。
2．2废水处理系统其他水质指标的变化规律
2．2．1电导率的变化
电导率是反映水样中含盐、离子、杂质成分的重要指标，特别是当废水处理后要进行回用时，电导率是一个重要的衡量指标。废水的电导率依中和池、初沉池、均衡池和二沉池而下降，说明各处理单元对废水的盐类杂质都有明确的去除作用。其中，初沉池电导率下降幅度最大，说明初沉池自然沉淀对废水盐类杂质的去除起到了主要作用。排放口废水的电导率又有所回升，这是由于对进入二沉池后的废水加入了无机混凝剂处理，导致排放水中带入了无机盐。
2．2．2NH3-N的变化
废水中含氮、磷是竹浆废水区别于其它制浆废水的特点，氮和磷有助于竹浆废水生物处理时微生物的生长，但氮、磷又是新国标规定的新控制指标。表2显示了各处理单元废水的NH3-N含量，从中和池至初沉池、均衡池，NH3-N呈上升趋势。大量工程实践表明，初沉池、均衡池由于水力停留时间较长，池内废水长期处于厌氧、缺氧状态，一般经过数月时间运行后，池中将会有大量水解菌生长。这是由于竹子中的氨基酸、生物碱、蛋白质［8－9］，在制浆过程中大部分进入废水，废水中含氮高分子在初沉池、均衡池水解菌作用下会被逐步释放出来，从而使废水中的NH3-N呈上升趋热，其具体机理有待进一步研究。均衡池出水中NH3-N质量浓度均值高达37．5mg/L，这对后续好氧生物处理是非常有利的。而二沉池中NH3-N质量浓度下降很大，至排放口，NH3-N质量浓度均值已降至2．5mg/L，优于新国标(NH3-N≤12mg/L)要求。
2．2．3总氮(TN)的变化
各处理单元废水的TN变化情况，其变化趋势和NH3-N相似，从中和池至初沉池、均衡池，TN呈先小幅上升再迅速下降的规律。从表中可以看出，本工程中好氧生物具有较好的脱氮效果，至二沉池，TN浓度下降很低，至排放口，TN浓度均值已降至6．0mg/L，优于新国标TN≤10mg/L要求。按照废水好氧生物处理原理，COD与TN比例为40∶1是合理的，均衡池出水COD均值为1581mg/L，TN均值为41．8mg/L，比值恰好合适。因此，后续好氧池完全可省去现行加尿素的工序，既简化了操作流程，又节约了营养盐等费用。
2．2．4总磷(TP)的变化
各处理单元废水的TP含量变化，从中和池、初沉池、均衡池、二沉池至排放口，TP呈逐步下降趋势。中和池废水8周测定的TP均值为9．5mg/L，在排放口出水时TP均值已降至0．1mg/L，完全满足新国标TP≤0．5mg/L的要求。从表中可以看出，预处理及生物处理段，TP显现逐步下降的规律，但在最后的物化段，采用PFDAC药剂处理，可获得较好的TP去除效果。按照废水好氧生物处理原理，COD与TP二者值比为200∶1是合理的，均衡池出水COD均值为1581mg/L，TP达到7．9mg/L才合适。均衡池出水(进曝气好氧池)连续8周实际测定的P含量为6．7mg/L，比理论值少15%。本研究认为，应按研究结果补加磷酸盐，这将有利于好氧菌群的稳定生长和COD的去除。
3结论
3．1对3500m3/d竹材制浆废水处理工程进行技术优化，当二沉池出水的COD为200mg/L左右，混凝剂由旧工艺使用的液体聚合氯化铝(PAC)改为自制高效氧化混凝剂(PFDAC)，用量1．5kg/m3，助凝剂阴离子聚丙烯酰胺(PAM)用量5mg/L时，气浮处理后出水的COD为66～89mg/L，色度则降至10～30，排放水感官大大改善。混凝工艺改进后，排放水最重要的两大指标COD、色度完全满足了新国标GB3544—2008，并通过了当地环保局现场验收。
3．2实验监测发现竹浆废水一级和二级处理各单元电导率随处理进程而降低，废水经过二沉池后其电导率由4．01mS/cm降至3．92mS/cm，沉淀池对降低电导率起到了主要作用。三级混凝气浮处理由于加入大量聚铝盐，使电导率有所回升。
3．3初沉池、均衡池水解菌促进了竹浆废水中NH3-N、TN的释放，这可能是竹子中特有的氨基酸、生物碱、蛋白质，在制浆过程中大部分进入废水，在废水中水解菌作用下被逐步释放出来，其具体机理有待进一步研究。
3．4对NH3-N、TN、TP变化的研究结果表明工艺改进后出水满足新国际GB3544—2008，好氧池应停加尿素、补加磷酸盐，这样符合微生物生长理论，有利于生物菌的生长，提高处理效果。