造紙廢水處理工藝試驗研究

張敏健，許 明，劉偉京，吳 偉

(江蘇省環境科學研究院，江蘇 南京 210036)

造紙廢水處理工藝試驗研究

張敏健，許 明，劉偉京，吳 偉

(江蘇省環境科學研究院，江蘇 南京 210036)

采用UASB—A/O工藝處理難降解造紙廢水。試驗結果表明:在系統穩定運行階段，UASB的HRT為24 h的條件下，平均進水COD為2 777 mg/L時，平均UASB出水COD為1 274 mg/L，平均二沉池出水COD為210 mg/L，平均總 COD 去除率為92.4%;平均進水 ρ(氨氮)為40.7 mg/L 時，平均UASB 出水 ρ(氨氮)為23.0 mg/L，平均二沉池出水ρ(氨氮)為5.2 mg/L，平均總氨氮去除率為87.2%。出水滿足低檔瓦楞紙回用水COD不大于300 mg/L、SS不大于100 mg/L的要求。GC－MS分析結果表明，經UASB處理后，廢水中的木素及其衍生物的分解產物中的低碳酸、脂肪酸類有機物得到了較好的降解。

造紙廢水;升流式厭氧污泥床(UASB);缺氧/好氧(A/O)工藝;廢水處理

據統計2006年太湖流域共有造紙企業52家，造紙企業共排放廢水93.98 Mt，在印染、化工、造紙、鋼鐵、電鍍、食品制造六大行業中占12.7%，排名第三。由此可見，造紙企業排放的廢水在太湖流域工業廢水中占很大比例，造紙廢水的治理對太湖流域環境治理有重要影響。

造紙廢水中含有木素及其衍生物的分解產物、脂肪酸類有機物以及生產過程中的添加劑，屬于典型的高濃度難降解廢水［1－4］。現有造紙廢水處理工藝存在處理效果不穩定、處理費用高、無法滿足回用標準等問題［5－7］，研究人員采用厭氧工藝、好氧工藝、混凝沉淀工藝處理造紙廢水，取得一定效果［8－9］。

本工作采用UASB—A/O工藝處理蘇南某低檔廢紙造紙企業生產廢水。該企業以國內廢紙為原料生產瓦楞紙，年產普通瓦楞紙20 kt。處理后廢水滿足企業車間回用水要求，消除了回用水發黑、發臭等現象，為太湖流域低檔廢紙造紙企業的廢水回用提供了技術支持。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

試驗用造紙廢水(簡稱廢水)取自蘇南某紙業有限公司收集池。廢水水質見表1。

表1 廢水水質

試驗用污泥取自江陰市某污水處理廠厭氧池，ρ(混合液揮發性懸浮固體)為14.2 g/L，ρ(混合液揮發性懸浮固體)/ρ(MLSS)為 0.49。

WFZ UV－2800AH型紫外－可見分光光度計:美國Unic公司;ZAB－HS型GC－MS儀:英國VG公司;HQ30d+LDO型DO儀:美國HACH公司;PHS－3C型pH計:上海雷磁公司。

1.2 試驗裝置和流程

廢水處理裝置示意見圖1。試驗處理規模為2 L/h。調節池:有效容積1 m3，材質為塑料;UASB:200 mm×1 600 mm，有效容積47 L，材質為有機玻璃，不設三相分離器，ρ(MLSS)為12 g/L;A/O池:600 mm ×250 mm×400 mm，有效容積45 L，材質為有機玻璃，裝置外設水浴保溫，HRT為24 h(其中缺氧段8 h、好氧段16 h)，缺氧段DO 為0.5 mg/L，好氧段 DO 為3.0 ～4.0 mg/L，ρ(MLSS)為 4 g/L;二沉池:100 mm×410 mm，有效水深255 mm，回流比為50% ～100%。

圖1 廢水處理裝置示意

1.3 分析方法

采用重鉻酸鹽法測定廢水 COD［10］;采用稀釋與接種法測定BOD5［10］;采用稀釋倍數法測定色度［10］;采用納氏試劑比色法測定 ρ(氨氮)［10］;采用重量法測定 ρ(MLSS)和 ρ(MLVSS)［10］;采用 pH計測定廢水pH;按照美國環境保護暑對工業廢水的取樣和分析步驟［11］，采用GC－MS儀分析廢水中的有機物。

2 結果與討論

2.1 UASB最佳HRT的確定

HRT是影響UASB工藝廢水處理效果的重要參數。HRT越長，污染物和微生物接觸的時間越長、越有利于難降解污染物的去除和大分子基團的破壞;但延長HRT會增加反應器體積、占地面積和投資成本。UASB的HRT對COD去除效果的影響見圖2。由圖2可見:隨 HRT的延長，UASB的COD去除率逐漸增大;當HRT為14 h時，平均進水COD為3 131 mg/L，平均UASB出水COD為2 317 mg/L，平均UASB的COD去除率僅為26.0%;當HRT為18 h時，平均進水COD為3 343 mg/L，平均UASB出水COD為1 832 mg/L，平均UASB的COD去除率為45.2%;當HRT為24 h時，平均進水COD為3 185 mg/L，平均UASB出水COD為1 446 mg/L，平均UASB的COD去除率為54.6%;當HRT為32 h時，平均進水COD為3 107 mg/L，平均UASB出水COD為1 280 mg/L，平均UASB的COD去除率為58.8%。根據上述試驗結果，認為當UASB的HRT為24 h時，可基本滿足對COD的降解要求。

圖2 UASB的HRT對COD去除效果的影響

UASB的HRT對BOD5/COD的影響見圖3。由圖3可見:當HRT為14 h時，平均UASB出水BOD5/COD僅為 0.22;當 HRT為 18 h時，平均UASB出水 BOD5/COD為 0.24;當 HRT為 24 h時，平均 UASB出水 BOD5/COD 為0.31;當 HRT為32 h時，平均 UASB出水 BOD5/COD 為0.35。當BOD5/COD 為3.00～4.00時，廢水易于生化降解。廢水可生化性的提高有利于好氧微生物對有機物的降解，從而有助于降低A/O工藝的處理成本。因此，綜合COD去除情況和廢水可生化性的改善情況，試驗確定UASB的最佳HRT為24 h。

圖3 UASB的HRT對BOD5/COD的影響

2.2 穩定運行階段的廢水處理效果

穩定運行階段的COD去除情況見圖4。由圖4可見:穩定運行階段進水COD波動較大，平均進水COD為2 777 mg/L，平均UASB出水COD為1274 mg/L，平均二沉池出水COD為210 mg/L，平均總COD去除率為92.4%。以上數據表明，通過厭氧水解菌在UASB中較長HRT下的降解作用，系統中的有機物得到有效降解，廢水的可生化性得到改善，從而保證了后續好氧處理的有效進行。UASB—A/O工藝對有機物的去除效果良好，出水滿足低檔瓦楞紙回用水COD不大于300 mg/L、SS不大于100 mg/L的要求。

圖4 穩定運行階段的COD去除情況

穩定運行階段的氨氮去除情況見圖5。由圖5可見，穩定運行階段進水ρ(氨氮)波動較大，平均進水 ρ(氨氮)為 40.7 mg/L，平均 UASB 出水 ρ(氨氮)為23.0 mg/L，平均二沉池出水 ρ(氨氮)為 5.2 mg/L，平均總氨氮去除率為87.2%。

圖5 穩定運行階段的氨氮去除情況

GC－MS的分析結果表明，廢水所含的污染物成分復雜、種類豐富，主要有木素及其衍生物的分解產物、脂肪酸類有機物以及生產過程中的添加劑。廢水經UASB、A/O工藝處理后其有機成分發生了明顯變化，污染物種類相繼減少。在UASB階段，木素及其衍生物的分解產物中的低碳酸、脂肪酸類有機物(如丙酸、戊酸、鄰苯二甲酸十二丁基烷酯、鄰苯二甲酸丁基異丁酯等)得到了較好的降解，同時因為厭氧水解菌的作用，增加了少量含硫類有機物。在A/O段，廢水中的污染物主要以小分子和低碳烷烴類為主。

3 結論

a)采用UASB—A/O工藝處理難降解造紙廢水。隨UASB的HRT的延長，COD去除率逐漸增加，廢水可生化性明顯提高。當HRT為24 h、平均進水COD為3 185 mg/L時，平均UASB出水COD為1 446 mg/L，UASB段平均 COD去除率為54.6%，平均UASB 出水BOD5/COD 為0.31。

b)在系統穩定運行階段，當平均進水COD為2 777 mg/L時，平均UASB出水COD為1 274 mg/L，平均二沉池出水COD為210 mg/L，平均總COD去除率為92.4%;當平均進水 ρ(氨氮)為40.7 mg/L時，平均 UASB 出水 ρ(氨氮)為23.0 mg/L，平均二沉池出水ρ(氨氮)為5.2 mg/L，平均總氨氮去除率為87.2%。出水滿足低檔瓦楞紙回用水COD不大于300 mg/L、SS不大于100 mg/L的要求。GCMS分析結果表明，經UASB處理后，廢水中的木素及其衍生物的分解產物中的低碳酸、脂肪酸類有機物得到了較好的降解。

［1］ 許效天，霍林，霍聰.造紙廢水處理技術應用及研究進展［J］.化工環保，2009，29(3):230－234.

［2］ 譚萬春，李芬，王云波.超臨界水氧化法處理造紙黑液［J］.化工環保，2010，30(5):380－382.

［3］ Asghar M N，Khan S，Mushtaq H.Management of treated pulp and paper mill effluent to achieve zero discharge［J］.J Environ Manage，2008，88(4):1285 －1299.

［4］ 顏高鋒，史惠祥，萬先凱.廢紙造紙廢水特征污染物篩選及其遷移轉化規律［J］.環境科學研究，2010，23:504－509.

［5］ 桂琪.廢紙造紙生產廢水處理設計經驗總結［J］.給水排水，2008，34:56 －58.

［6］ 徐洪斌，耿穎，徐帥.以廢紙造紙的企業廢水處理工程設計［J］.中國給水排水，2008，24(16):40－42.

［7］ 遲金娟，李志健，彭濤.廢紙造紙廢水處理技術的發展［J］.環境科學研究，2010，29:47 －49.

［8］ 卜揚，劉秉鉞，許衍玉，等.廢紙造紙廠實現廢水封閉循環零排放的措施［J］.中國造紙，2009，28(11):11 －15.

［9］ 蘇振華.厭氧處理在制漿造紙廢水處理中的應用［J］.國際造紙，2008，27(3):35.

［10］ 原國家環境保護局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法［M］.第4版.北京:中國環境科學出版社，2002.

［11］ 劉軍，鮑林發，汪蘋.運用GC－MS聯用技術對垃圾滲濾液中有機污染物成分的分析［J］.環境污染治理技術與設備，2003，8(4):31 －33.

Study on Treatment Process for Papermaking Wastewater

Zhang Minjian，Xu Ming，Liu Weijing，Wu Wei

(Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science，Nanjing Jiangsu 210036，China)

Refractory papermaking wastewater was treated by UASB －A/O process.When the HRT of UASB is 24 h and the average influent COD is 2 777 mg/L，the average effluent COD of the UASB and the secondary sedimentation tank are 1 274 mg/L and 210 mg/L respectively，the average total COD removal rate is 92.4%;When the average ρ(ammonia nitrogen)of the influent is 40.7 mg/L，the average effluent ρ(ammonia nitrogen)of UASB and the secondary sedimentation tank are 23.0 mg/L and 5.2 mg/L respectively，the average total ρ(ammonia nitrogen)removal rate is 87.2%.The final effluent quality can meet the requirements of reuse water(COD less than 300 mg/L and SS less than 100 mg/L)in low-grade corrugated paper production.The analysis results of GC-MS show that the decomposition products of lignin and its derivatives such as low carbon acids and fatty acids in the wastewater can be degraded efficiently by UASB.

papermaking wastewater;up-flow anaerobic sludge bed(UASB);anoxic/oxic(A/O)process;wastewater treatment

X506

A

1006－1878(2011)06－0515－04

2011－06－09;

2011－08－10。

張敏健(1972—)，女，江蘇省海門市人，大學，工程師，研究方向為水污染控制。電話025－86413302，電郵 yexumingbai@126.com。

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2008ZX07101－003)。

(編輯 王 馨)