復合式絮凝床處理制漿中段廢水中試研究

孫立金 周宗南 李子君 王維豐

(珠海市德萊環保工程有限公司，廣東珠海，519070)

復合式絮凝床處理制漿中段廢水中試研究

孫立金 周宗南 李子君 王維豐

(珠海市德萊環保工程有限公司，廣東珠海，519070)

采用復合式絮凝床對中段廢水進行預處理，探討了影響CODCr去除率的各種因素，得出了最佳工藝參數，比較了復合式絮凝床處理后生化和深度處理效果及運行費用。結果表明，復合式絮凝床預處理，CODCr去除率高達45．6%。與自然沉降和混凝沉淀相比，廢水的可生化性分別提高了10．4%和7．5%，高達84．3%;總的運行費用分別節省1．85元/t水和1．16元/t水，為2．79元/t水。

中段廢水;CEFR反應器;預處理

制漿中段廢水是指原料經蒸煮、黑液提取后，漿料經篩選、洗滌和漂白排出的廢水。中段廢水排放量大，內部成分復雜，含有大量木質素、纖維素、半纖維素及其衍生物。由于木質素及其衍生物的存在，通常使廢水呈現出比較深的顏色。由于這些物質難以生物降解，或者生物降解很慢，因此，生化處理效果較差。文獻表明［1］，中段廢水BOD5和CODCr的比值在0．20～0．35之間，可生化性較差，有機物難以生物降解且處理難度大。目前中段廢水的處理方法有很多種，吸附法、混凝法、生物法、膜分離法、化學氧化法等［2］。這些常規的處理工藝都能夠降低中段廢水的污染負荷，但是大部分難以達到國家規定的排放標準，并且有些方法的處理成本太高，企業難以承受，因此尋求一種既經濟又可靠的處理方法，成為對中段廢水治理研究的重點。

電絮凝法又稱電氣浮法，是在直流電的作用下以鐵鋁等可溶性金屬為陽極，產生鐵鋁等離子，再經一系列水解、聚合及氧化過程，形成多種羥基絡合物、多核羥基絡合物以至氫氧化物，同時在陽極上析出氧氣微氣泡，陰極上析出氫氣微氣泡，使廢水中的膠態雜質、懸浮雜質凝聚上浮而分離。同時，帶電的污染物顆粒在電場中泳動，部分電荷被電極中和而促使其脫穩［3-4］。這是一種處理時間短，占地面積小的污水處理方式。本實驗采用的是復合式絮凝床 (簡稱CEFR，Combined Elextr-floculation Reactor)，該技術依據電解及電凝聚原理，對廢水中的污染物進行氧化、還原、中和、凝聚、氣浮分離等多種物理化學作用處理［3-4］，廢水處理時間短。

CEFR反應器處理費用并不高，并且對中段廢水效果比較明顯，作為預處理使用，不僅可以降解污染物，而且可有效地改善后續的生化性能，出水經過深度處理后，可達到GB3544—2008制漿造紙工業水污染物排放標準的要求。

1 實驗

1.1 材料及設備

廢水:取自某硫酸鹽制漿廠現場綜合中段廢水。該廠以桉木為原料制漿，主要采用ECF(無元素氯)漂白。中段廢水懸浮物 (SS)含量600 mg/L，經過初沉后 SS含量400～420 mg/L，CODCr(過濾后)2540 mg/L，BOD55735 mg/L，pH 值11～12。

實驗設備:采用自制電絮凝設備。原水經過加酸調節pH值后進入CEFR反應器。

好氧污泥:取自該廠的好氧污泥。

1.2 實驗流程

1.3 檢測項目

對CEFR反應器的進水和出水CODCr進行檢測，對生化處理前后水樣CODCr進行檢測，檢測采用平均法，即每天取樣兩次，每次間隔12 h，混合后測CODCr和SS。CODCr和SS分析方法參照文獻 ［5］。

CEFR反應器的電流、電壓采用萬用表進行檢測。

2 結果與討論

2.1 CEFR反應器處理參數優化

實驗考察了pH值、電流、電壓、絮凝劑用量以及污水在反應器內的停留時間等因素對CEFR反應器處理效果的影響。

2.1.1 pH值對CEFR反應器處理效果的影響

通過固定其他實驗條件:電流20 A，電壓4．2 V，停留時間70 s，PAC用量200 mg/L，PAM用量1 mg/L?？疾炝瞬煌膒H值對CEFR反應器的處理效果的影響，結果如圖1所示。從圖1可以看出，使用PAC，CEFR反應器處理該種中段廢水時，PAC可以適應較廣泛的 pH值，pH 值在 6．0～8．0處理時，CODCr的去除率基本穩定，相差不大，但是當pH值低于6．0和高于8．0時，CODCr的去除率迅速降低。主要原因是在這一范圍內使用CEFR反應器對該種中段廢水進行處理時，出水的SS明顯增加，產生較多的微小顆粒，不能絮凝成團，固液難以分離。單從這一層面選取PAC在pH值6．0～8．0處理效果比較理想，但是考慮CEFR反應器處理出水后續接生化處理，生化處理的最適合pH值應該在6．5～8．5，同時考慮到中段廢水呈現強堿性，需要加酸進行調節，增加酸用量可能意味著處理成本增加，綜合以上因素，選取CEFR反應器的進水pH值為7．0 ～8．0。

圖1 pH值對CEFR反應器處理效果的影響

2.1.2 電流、電壓對CEFR反應器處理效果的影響

通過對電流、電壓的測量，可以初步了解該種中段廢水的水質狀況。從圖2可以看出，中段廢水經過CEFR反應器時，電流與電壓呈現良好的線性關系，這表明，該種中段廢水經過水力調節后，水質比較穩定。圖3為CEFR反應器處理時不同電流下出水的CODCr值，從圖3可以看出，在其他條件不變的情況下，隨著電流的增加，CEFR反應器出水CODCr值越來越低，但是當電流到達一定程度時，出水的CODCr值趨于穩定。為了保證處理效果，同時盡可能地降低電耗，選擇電流在25 A時處理比較合適。

2.1.3 停留時間對CEFR反應器處理效果的影響

在其他條件恒定的情況下，考察了CEFR反應器處理時間對于出水CODCr值的影響 (見圖4)。由圖4可知，中段廢水在CEFR反應器內部停留時間越長，出水CODCr值越低。但是當停留時間超過1 min以后，出水CODCr值的變化不明顯。因此，停留時間選擇1 min比較合適。

2.1.4 PAC用量對CEFR反應器處理效果的影響

CEFR反應器處理時，絮凝劑的用量也是一個比較重要的指標，絮凝劑的用量直接關系著出水水質的優劣。CEFR反應器一般使用常規PAC和PAM作為絮凝劑，通常PAM添加在CEFR反應器出水處，因此對反應器的處理效果影響較小，用量1～2 mg/L可以滿足使用要求;PAC添加在反應器處理之前，因此它的用量直接影響電絮凝的效果。本實驗主要是針對PAC的用量對電絮凝的效果進行了研究。PAC用量對電絮凝出水CODCr的影響見圖5。

從圖5可以看出，隨著PAC用量的增加，出水CODCr下降明顯。但是當PAC用量增加時，中段廢水的處理成本也在增加，綜合考慮各因素的影響，PAC的用量在200～300 mg/L比較合適。

綜上所述，采用CEFR反應器處理中段廢水，其工藝參數為:進水pH值7．0～8．0，電流25 A，處理時間1 min，PAC的用量200～300 mg/L，PAM用量1～2 mg/L。

2.2 中試結果分析

在CEFR反應器參數優化的基礎上，針對中段廢水展開了中試試驗，中試規模180 L/h，好氧停留時間24 h。

2.2.1 CEFR反應器預處理效果對比

本試驗中對有無CEFR反應器的預處理效果進行了對比，其結果如圖6所示。圖6中CODCr為中段廢水pH值在7．0～8．0進行最佳處理后所測定的?；炷恋鞵AC用量為300 mg/L，PAM用量為2 mg/L;CEFR反應器預處理工藝參數為:電流25 A，處理時間1 min，PAC用量為250 mg/L，PAM用量為2 mg/L，自然沉降時間為4 h。

從圖6可知，中段廢水的CODCr高達2540 mg/L。不同預處理時，出水的CODCr有較大變化，采用自然沉降的方式，去除部分SS，出水的CODCr仍有1760 mg/L;采用PAC和PAM混凝處理，出水的CODCr略有下降，為 1535 mg/L;采用CEFR反應器處理，通過添加混凝劑 PAC和 PAM，出水的CODCr下降到了1382 mg/L，比自然沉降和混凝處理的出水分別下降了 21．5%、10．0%。CEFR預處理后CODCr去除率為45．6%，這更有利于后續生化處理。

圖6 不同預處理時出水CODCr

2.2.2 CEFR反應器預處理對可生化性的影響

中段廢水經過自然沉降、混凝處理和CEFR預處理后，泵入生化處理系統進行生化處理，生化處理主要采用曝氣好氧處理方式，曝氣時間24 h。試驗結果如表1所示。

從表1可以看出，幾種預處理后廢水的可生化性較好，CODCr去除率均在70%以上，自然沉降和混凝沉淀的CODCr去除效果接近，但出水CODCr在400 mg/L以上。CEFR處理后CODCr去除率相對于其他兩種處理提高了10個百分點以上，這表明廢水經CEFR處理后可生化性得到了提高，這主要是由于CEFR反應器對廢水中污染物產生了氧化、還原、中和、凝聚、氣浮分離等多種物理化學作用，對廢水中難以生化降解的大分子物質進行了斷鏈降解，使大分子有機物和難生化降解的物質轉化成可以降解的小分子物質，再通過好氧進一步降解去除。經過CEFR反應器處理后，CODCr總的去除率達91．5%，比自然沉降和混凝沉淀分別提高了10．5和7．5個百分點，也證明了CEFR處理可提高廢水的可生化性。

表1 生化處理試驗結果

表2 Fenton詳細運行費用

表3 Fenton試驗處理結果及運行費用

2.2.3 CEFR反應器處理及總運行成本分析

為了分析運行成本，對生化出水進行了Fenton小試試驗，Fenton試驗出水要求達到GB3544—2008中制漿行業一級排放標準［6］(CODCr≤100 mg/L)。表2為Fenton詳細運行費用，表3為Fenton試驗結果和運行費用。運行費用包含動力消耗費用、進入Fenton之前的加酸調節費用、Fenton出水的加堿調節費用以及Fenton的藥耗費用、綜合污泥處理費用等組成。Fenton的藥耗主要有H2O2和FeSO4組成。

從Fenton試驗可以看出，隨著進水CODCr的增加，達到相同的目標，運行費用也急劇增加，這主要是由于難以生化降解的物質需要消耗大量的·OH才能將其降解去除，而·OH主要來源于H2O2，所以導致H2O2用量增加，同時FeSO4起到催化作用，相應的量也隨之增加，從而導致Fenton運行費用急劇升高。同時從表3可以看出，采用CEFR處理的總運行費用要遠低于其他兩種處理方式，運行費用分別節省1．85 元/t水和1．16 元/t水。

3 結論

3.1 采用復合式絮凝床 (CEFR)對制漿中段廢水進行預處理，其工藝參數為:進水pH值7．0～8．0，電流25 A，處理時間1 min，PAC用量200～300 mg/L，PAM用量1～2 mg/L。

3.2 與自然沉降和混凝沉淀相比，CEFR反應器不僅可以提高預處理的CODCr去除率，還可以改善廢水的可生化性。

3.3 與自然沉降和混凝沉淀相比，CEFR反應器的運行費用更低。

［1］ 劉衛海，曹金艷，石 岸，等．混凝-生化-混凝組合工藝處理造紙中段廢水的研究［J］．中國造紙，2010，29(2):32．

［2］ 梁拴粉，張安龍．制漿造紙廢水處理技術［J］．西南造紙，2006，35(3):50．

［3］ 朱 雷，黃 芬，蔡 娟．電絮凝工藝在廢水處理中的應用［J］．山西建筑，2007，33(35):201．

［4］ 張運平．特定電絮凝設備在廢水處理中的應用［D］．西安:西安建筑科技大學，2005．

［5］ 國家環?？偩郑蛷U水監測方法［M］．4版．北京:中國環境科學出版社，2002．

［6］ GB3544—2008，制漿造紙工業水污染物排放標準［S］． CPP

Pilot Trial of Paper Mill Effluent Treatment with the Combined Elextr-floculation Reactor

SUN Li-jin*ZHOU Zong-nan LI Zi-jun WANG Wei-feng
(Zhu Hai Delai Environmental Engineering Co．，Ltd．，Zhuhai，Guangdong Province，519070)

The factors affecting the removal of CODCrof paper mill effluent treated by the Combined Elextr-floculation Reactor was investigated．The optinmal operation condition was obtained．CODCrremoval rate of the effluent was 45．6%when the Combined Elextr-floculation Reactor was used in pretreatment stage．Compared with natural settling and coagulation，the biodegradability of the effluent after treatment with the Combined Elextr-floculation Reactor was up to 84．3%，increasing 10．4%and 7．5%respectively，total operating cost of a ton of water was only 2．79 ￥ ，saving 1．85 ￥ and 1．16 ￥ respectively．

the paper mill effluent;the Combined Elextr-floculation Reactor;pretreatment

X793

A

0254-508X(2012)01-0033-04

孫立金先生，碩士，工程師;主要從事造紙廢水處理技術研究工作。

(*E-mail:slj61824950@qq．com)

2011-10-12(修改稿)

(責任編輯:趙旸宇)