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            水解酸化工藝處理制漿造紙廢水效果分析

            來源:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 作者:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 發布時間:2012-01-03 查看次數:1439

            1水解酸化處理工藝簡介

            水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行的生物化學反應。微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。

            酸化是一類典型的發酵過程,微生物的代謝產物主要是各種有機酸。

            水解和酸化是厭氧消化過程的兩個階段,但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。對于部分工業廢水,主要將其中難生物降解的有機物轉化為易生物降解的有機物,去除部分CODCr并提高廢水的可生化性,以利于后續的好氧處理。并降低好氧處理的能耗。厭氧消化工藝中的水解酸化的目的是為厭氧消化過程的產甲烷菌提供底物。

            難降解高分子有機物因相對分子量巨大,不能透過細胞膜,因此不能為細菌直接利用。它們在水解階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如,纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖,蛋白質被蛋白質酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢,多種因素如溫度、有機物的組成、水解產物的濃度等均能影響水解的速度與水解的程度。

            上述小分子的化合物在酸化菌的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。酸化階段的主要產物有揮發性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等,產物的組成取決于酸化降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。

            2水解酸化池工作原理

            水解酸化主要用于有機物濃度較高、SS較高的污水處理工藝,是一個比較重要的工藝。如果后級接入好氧工藝,可以大大提高好氧池的容積負荷,提高去除效率。水中有機物為復雜結構時,水解酸化菌利用H2O電離的H+和OH-將有機物分子中的C-C打開,一端加入H+,一端加入OH-,可以將長鏈水解為短鏈、支鏈成直鏈、環狀結構成直鏈或支鏈,提高污水的可生化性。水中SS高時,水解菌通過胞外粘膜將其捕捉,用外酶水解成分子斷片再進入胞內代謝,不完全的代謝可以使SS成為溶解性有機物,出水就變的清澈了。這期間水解菌是利用了水解斷鍵的有機物中共價鍵能量完成了生命的活動形式。

            3制漿造紙廢水水解酸化處理

            3.1制漿廢水成分及特點

            造紙工業廢水是指制漿造紙生產過程中所產生的廢水。造紙工業生產分為兩個主要工藝階段,即制漿和抄紙。制漿是把植物原料中的纖維分離出來,制成漿料,再經漂白;抄紙則是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘干制成紙張。這兩項工藝都要耗用大量的水,其中大部分作為廢水排出。

            制漿造紙廢水大致可分為:制漿蒸煮液、洗滌廢水、漂白廢水和紙機白水等。堿法紙漿蒸煮廢液,又稱“黑液”,是制漿廠的主要污染源。制漿造紙廢水成分復雜,其組分不僅取決于紙漿的方法,也取決于所產品種和原料種類等多種因素。廢水中的懸浮物質主要來自制漿造紙各工序流失的纖維、填料等;BOD主要來源于制漿蒸煮工序,如纖維素分解生成的糖類、醇類、有機酸等,在化學漿中,蒸煮廢液的BOD5發生量占80%以上;COD和著色物質主要來源于制漿蒸煮工序的木素及其衍生物。

            制漿造紙廢水的主要特點歸納如下:

            (1)污染物濃度高。尤其是制漿生產線廢水,含有大量的原料溶出物和化學添加劑,其BOD5濃度甚至高達104mg/L以上。

            (2)難降解有機物成分多,可生化性差。木素、纖維素類等物質采用活性污泥法難以降解,如有的紙廠處理過的廢水BOD5已降至10mg/L以下,但COD仍達200mg/L以上,色度還很高。

            (3)廢水成分復雜。除原料溶出物外,有的還含有硫化物、油墨、絮凝劑等

            對生化處理不利的化學品。

            (4)廢水流量和負荷波動幅度大,并伴有纖維、化學品溢泄。在有多條生產線的工廠這種現象更明顯。水量和負荷波動對生化處理系統的穩定運行非常不利。

            3.2制漿造紙廢水的處理

            制漿造紙產生的廢水若不經處理直接排放,將會造成嚴重的水體污染事件。實踐表明,僅僅依靠單段或單級處理不能達標排放,如單級混凝工藝只能去除45%~55%CODcr,在此基礎上,在混凝處理后再增加生物處理的工藝也就應運而生。而制漿廢水COD含量較高,且大部分為可溶性的COD,采用傳統的生物處理工藝難以達到有效處理的目的。因此,如何保證后續生化處理的連續穩定運行就成為實際生產中迫切需要解決的問題之一。采用水解酸化處理工藝是一條有效途徑,在其常規的好氧處理前添加一個水解酸化預處理單元(即HRT較短的厭氧處理單元),可以在很大程度上提高生化處理的效果。下面將結合實例進行分析說明。

            3.3水解酸化處理造紙廢水

            制漿造紙廢水應用該工藝的實例分析

            實例一:

            取某制漿造紙企業生產廢水,于武漢森泰環保工程有限公司實驗室進行實驗,記錄10天內進出水解酸化反應器的水質參數如下:

            該廠制漿造紙廢水,經過水解酸化反應器處理后,CODCr初步去除率為30.6%,我們取了10天的運行數據進行分析,出水CODCr含量明顯降低,且波動趨勢較小,水解酸化處理效果較穩定。

            經過水解酸化處理之后,廢水的可生化性有了明顯提高,BOD5/CODCr比值由0.311提高到了0.472,上升了16.1個百分點,而且水解酸化處理的效果穩定。

            實例二:

            取某制漿造紙企業生產廢水,于武漢森泰環保工程有限公司實驗室進行實驗,記錄10天內進出水解酸化反應器的水質參數如下:

            該廠制漿造紙廢水,經過水解酸化反應器處理后,CODCr初步去除率為29.5%,我們取了10天的運行數據進行分析,出水CODCr含量明顯降低,且波動趨勢較小,水解酸化處理效果較穩定。

            經過水解酸化處理之后,廢水的可生化性有了明顯提高,BOD5/CODCr比值由0.366提高到了0.538,上升了17.2個百分點,而且水解酸化處理的效果穩定。

            由以上兩個廢水處理實例可知,水解酸化處理工藝對制漿廢水是非常適用的。水解酸化系統運行穩定后,加好氧系統進行后續處理將會取得更好的處理效果,以達到制漿造紙廢水處理高標準、穩定達標排放的要求。

            4水解酸化處理對后續好氧工藝的影響

            水解酸化處理工藝著眼于整個系統的處理效率和經濟效率,放棄了厭氧反應中甲烷發酵階段,利用厭氧反應中水解和產酸作用,使得污水、污泥同時得到處理。在整個過程中,大量懸浮物水解成可溶性物質,大分子降解為小分子,因此工藝過程中有許多不同于傳統工藝的特點。且由于這些特點,單純從出水水質COD、BOD5等去除率來評價水解反應器的作用是不全面的,應對后處理中各種現象進行分析,以全面評價水解反應在整個系統中的功能。

            4.1有機物含量顯著減少

            水解酸化池的第一個特點是對于有機污染物(特別是懸浮物)相對高的去除率,COD平均去除率為30%-60%,而懸浮性COD去除率更高,為60%-80%;色度去除效果好,出水懸浮物的濃度低于50mg/L,這些因素對于各種后續處理是非常有利的。結合國內外的工程實例進行分析,如采用活性污泥法后處理,由于有機物的絕對數量減少,與傳統的活性污泥工藝相比,停留時間也可減少50%。這樣基建總投資、能耗和運行費用可分別節省30%左右。有廢水需要處理的單位,也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。

            由于水解酸化工藝對有機污染物的去除率高,國內多家制漿造紙紙業紛紛引進水解酸化處理技術對廢水處理工藝進行改進。如山東太陽紙業股份有限公司,采用水解酸化工藝改造該企業南廠5萬方/天的廢紙漿廢水處理工程,使出水COD<60mg/L,SS<20mg/L,并將出水大部分回用作為車間生產用水和電廠冷卻水,逐步實現廢水的封閉循環;山東博匯紙業股份有限公司采用水解酸化技術處理制漿造紙廢水,處理系統初期運行實現終沉池出水COD在150~280mg/L,色度50倍左右,后期整套系統處理效果逐漸提高且運行穩定,廢水處理工程效果得到業主好評。此外還有山東泉林紙業有限公司、東莞建暉紙業有限公司和廣東理文造紙有限公司相繼采用水解酸化技術對廢水處理工藝進行了改造,都實現了出水穩定達標排放。

            4.2B/C值和溶解性有機物比例顯著增加

            不同條件下造紙廢水經水解酸化處理后,出水BOD5/CODCr值有所提高,一般可提高0.15左右。BOD5/CODCr比值的提高說明廢水可生化性的提高,這是水解酸化處理的第二個顯著特點。水解酸化處理把廢水中難降解的高分子物質轉化為較小的分子,從而提高了廢水的可生化性,為后續好氧處理創造了有利條件,達到了低能耗、高去除率的效果。

            一般經初沉池后出水溶解性COD、BOD5的比例變化較小。經水解酸化處理后,溶解性有機物比例發生了很大變化,水解出水溶解性COD比例可提高1倍。經過水解后的小分子有機物更容易被微生物代謝消耗,加速了有機物的降解。這表明水解酸化池相對于曝氣池起到了預處理的作用,使得經水解處理后出水變得更易于被好氧菌降解。

            5結論

            水解酸化系統主要作用是分解大分子有機物,改善廢水可生化性,提高抗沖擊負荷能力,穩定出水水質,使好氧系統高效率除去污染物,并削減污泥量等。

            經以上理論分析和實踐總結工作,得出水解酸化+好氧處理工藝具有以下優點:

            (1)水解酸化系統是一個巨大的緩沖體系,對水質、水量在設計能力20%左右的變化有很強的緩沖能力,能穩定好氧進水水質,保證好氧系統正常運行。

            (2)水解酸化系統對制漿造紙廢水COD有30%~60%的去除率,而且產生比好氧污泥少得多的厭氧污泥(僅為好氧污泥的1/10~1/5),并產生部分沼氣,可作為能源回收利用。只需要提供一次提升動力的能耗就可得到高COD去除率,具有簡單、經濟、可靠等優點,是節能降耗的技術保障。

            (3)水解酸化系統可以提高BOD5/CODCr比0.15個單位左右,提高了廢水的可生化性,降低運行費用,并且提高好氧處理效率15%左右。

            (4)水解酸化系統可把好氧產生的剩余污泥作為厭氧系統的營養料,提高厭氧菌群的協同代謝作用,減少污泥處置費用。

            (5)水解酸化系統因其停留時間較長,對木質素、纖維素和半纖維素類天然大分子有機物有開鏈、分解成小分子有機物的能力,故水解酸化處理工藝對制漿造紙廢水非常適用。

            (6)水解酸化系統對制漿廢水色度去除效果好、可減少后續處理工藝的加藥量,節省了廢水深度處理成本,能使制漿造紙廢水處理系統走上經濟、可靠、節能、穩定達標的道路。

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