采用好氧颗粒污泥工艺处理亚铵法制浆中段废水蓝惠霞

综述.废水处理.采用好氧颗拉污泥工艺处理亚按法制浆中段度水蓝惠霞陈中豪陈元彩(华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心,广州,510640)摘要:针对亚钱法制浆中段废水的特点和好氧颗粒污泥工艺,提出了采用好氧颗粒污泥工艺处理亚铁法制浆废水,并对其进行可行性分析。分析表明,好氧颗粒污泥工艺在降解COD。、去除NH厂N方面具有明显优势。文中还分析了高浓度硫酸盐、亚硫酸盐对该工艺的抑制作用,并提出了消除抑制的方法。关键词:好氧颗粒污泥;亚钱法制浆;中段废水中图分类号:X793文献标识码:A文章编号:025牛508X(2《X】4)05~0050一03作者简介:蓝惠霞女士,在读博士研究生;主要研究方向:水污染控制和水环境。亚按法制浆黑液由于其浓度高,可以用来制作固体农肥、添加剂、减水剂以及粘合剂等;可中段废水由于浓度低,且成分复杂,因制浆工艺相比,由于黑液提取率低,亚按法制浆中段废水COD、BOD、有机氯化物浓度更高。亚钱法制浆蒸煮过程以氨水、亚钱液为原料,导致废水中氨氮浓度高,废水呈中性或偏碱性,且放置后pH值变化不明显。此,亚按法制浆中段废水较难处理。目前对亚按法制浆废水处理的文献报道较少。在这些研究中〔`一5〕,采用的方法主要包括多级絮凝工艺、多级气浮工艺、化学氧化一絮凝工艺、生化一絮/混凝或气浮工艺,但这些工艺分别存在投资高、占地面积大、动力消耗大、处理效果不理想等缺点,并且这些工艺均只考虑了对废水中CODcr的去除,而忽略了对NH厂N的治理。本文在考虑亚按法废水中高浓度的CODcr和NH3一N的同时,提出了采用好氧颗粒污泥工艺处理该类废水,并对其可行性进行了分析,以便为亚按法制浆中段废水提供可行的处理技术。1亚按法制浆中段废水的特点亚按法制浆中段废水的产生可用图1表示。亚按法制浆中段废水主要包括黑液提取后的洗浆、筛选、漂白废水以及蒸煮过程的冷凝废水。与其他氨水{亚馁药液荔热扮星2好氧颗粒污泥的特点好氧颗粒污泥一般呈橙黄或浅黄色,但由于所含无机元素种类不同,也可能出现不同颜色。例如当颗粒污泥中含大量钙元素时,呈白色61[。好氧颗粒污泥表面光滑,大多呈圆形或椭圆形,结构紧密。由于培养条件不同,颗粒粒径范围比较广,从零点几毫米到几个毫米。好氧颗粒污泥的大小对其性能有重要影响,颗粒太小,容易从反应器中被洗出,并且由于形不成厌氧或缺氧区,所含微生物种类减少,影响对废水的处理效果;颗粒太大,表面积减少、传质效果差、结构松散、不稳定、对环境的适应能力变差,在环境突变时,容易解体。与活性污泥相比,好氧颗粒污泥的密度大、SVI值小、含水率低,因此在相同体积下,所含生物量大大增加,并且具有很好的沉降性能,使后续沉降工艺简化、效率明显提高。因此采用好氧颗粒污泥工艺,可大大降低占地面积、减少操作费用、提高处理效率。由于传质阻力的存在,氧在好氧颗粒污泥中存在浓度梯度,在颗粒中形成好氧区和厌/缺氧区(见图2),能同时进行好氧、厌氧反应[,名。。}黑液处理}图1亚馁法制浆中段废水的产生过程收稿日期:2003一10一27(修改稿)本项目为广东省自然科学基金项目(项目编号31430)Chi协几lP&少神erVol.23,NO.5,2004综述有机质塾、3好氧颗粒污泥处理亚按法制浆中段废水可行性分析图2好氧颗粒污泥的分区结构.31对CO玩的降解以往研究表明,采用单独好氧、厌氧技术,有机物只能得到部分降解,COD。去除效果不高。而采用好氧一厌氧复合工艺,效果明显好于单独工艺。好氧颗粒污泥中同时存在好氧区、厌氧区,因此,降解这类废水具有明显优势。好氧氧化有机物的过程是加氧酶作用下的亲电反应,以O:作为终电子受体。一OH、烯键等供电子基团的存在有利于亲电反应,而一lC、一N仇一OCH3、一COOH等吸电子基团的存在,不利于反应的发生。如三硝基苯、多氯代烃在好氧条件下几乎不降解。而醇类、酚类容易被氧化。厌氧条件下则正好相反,是一个亲核的还原反应,吸电子基团的存在有利于反应的进行。好氧条件下难降解的有机物在厌氧条件下却成为易降解的基质。如对氯代芳烃的降解,好氧条件下降解速率随氯代数目的增加而降低,厌氧条件下,氯代数目增加,降解速率加快,而随脱氯反应进行,降解速率变慢。好氧一厌氧工艺相结合可实现完全脱氯[9]。好氧颗粒污泥中叫,外层与液相主体相接处,溶解氧浓度较高,在这一层有种类繁多的好氧微生物。通过微生物的共同作用,易于发生亲电反应的有机物在这一层得到降解。而内层由于氧扩散梯度的存在,溶解氧浓度很低甚至为零,各种兼性、专性厌氧菌生活在这一层。好氧微生物不能降解的易发生亲核反应的有机物通过传质作用到达厌氧区,有些有机物可得到完全矿化,而有些有机物被降解为另一种中间产物,该中间产物不能被厌氧微生物利用,甚至对厌氧区微生物产生毒害作用,但却能被好氧微生物利用。在厌氧、好氧微生物联合作用下,有机物得到彻底降解。颗粒污泥对有机物的降解过程如图3所示。从以上分析可知,好氧、厌氧微生物对有机物的降解具有互补作用。.32对N眺一N的去除与其他制浆法产生的废水相比,亚按法制浆废水具有高浓度的NH厂N。传统脱氮工艺包括硝化和反硝化。硝化阶段必须保持好氧条件。NH3一N首先在亚硝酸菌作用下氧化为N仇一,再由硝酸细菌氧化为《中国造纸》2X()4年第23卷第5期图3好氧颗粒污泥对COD。的降解示意图NO3一。硝化过程中释放H+,使pH值下降,硝化段细菌活性受到抑制,因此需要加碱来调节pH值。反硝化过程在缺氧或厌氧条件下进行,N03一先被还原为NO`或NH3(用于合成生物细胞),最后被进一步还原为NZ。与硝化过程相反,反硝化过程是一个产生碱的过程,但反硝化菌生活的适宜pH值范围却比硝化菌低。在硝化阶段,通过控制温度,使亚硝酸菌占优势,使硝化阶段控制在产生N仇一的阶段,实现短程硝化一反硝化,以便节约能源和反应时间。但以上反应需在两个单独的反应器中实现。由于硝化段细菌和反硝化段细菌生长繁殖所需的温度、pH值在一定范围内重合,使得同步硝化成为可能。好氧颗粒污泥可将这一可能变为现实。好氧颗粒污泥去除NH3一N的过程可用图4表示。通过控制营养条件,可使硝化菌在颗粒好氧层中占优势,或在有机物被消耗殆尽时,硝化菌受抑制现象自动消除,成为活跃优势菌种。液相主体中的NH3一N扩散到达颗粒外层,在亚硝酸菌和硝酸菌的作用下生成NO`、NO丁。由于颗粒内层结构比外层更松散叫,在靠近内/外边界层的基质或中间产物更容易向内层扩散,因此N仇根容易扩散到厌氧区,被反硝化细菌还原为NZ。此时内层NO飞浓度低于内/外边界层,形成浓度差,增加了NOf的传质推动力。虽然由NOf到NO3一的转化很快,但由于N仇一向内层的扩散更快,加之溶解氧在外层传质阻力的存在,使大部分Nof来不及氧化为N03一,就进人厌氧区被还原为NZ,实现同步短程硝化一反硝化。好氧层形成的少部分N仇一同样也很容易扩散到厌氧区,经由NO一j叶Noes--Z咔N:这一过程被消除。此外,液相主体中的NH厂N通过传质作用会直接到达内层,一部分被生物合成细胞所用,另一部分能够直接被氨厌氧氧化菌利用,转化为NZ。好氧颗粒污泥使硝化、反硝化过程同时发生,硝化过程产生的H+被反硝化过程产生的碱中和,可大大节约碱的加人量。—厌/缺氧区好氧区N:~短程硝化N:一NZ一—N氏}斗—NO,反硝化氨厌氧氧化好氧氧化}N一NH3图4好氧颗粒污泥对NH--3N的去除示意图.33亚硫酸盐、硫酸盐的抑制作用及消除亚钱法制浆废水中亚硫酸盐、硫酸盐含量较大,对厌氧过程会产生抑制作用。一方面,硫酸盐的存在使硫还原菌大量繁殖,使其他菌种活性受到抑制。受抑制最综述明显的是产甲烷菌上`2J。但对反硝化菌是否产生明显抑制尚未知。反硝化菌属于异养菌,硫还原菌与之竞争营养,也会或多或少影响其生长及活性。另一方面,亚硫酸盐、硫酸盐在厌氧过程中被还原为H多或52一,对微生物产生毒害作用。在一系列还原产物中,以H多的毒害作用最大。因此,亚硫酸盐、硫酸盐浓度太高会抑制好氧颗粒污泥,特别是内层厌氧区微生物活性,使其性能变差,甚至颗粒解体。消除亚硫酸盐、硫酸盐的抑制作用可通过两种方法实现。一种方法是在生化工艺段设物化预处理工艺,降低其浓度。例如茂名市造纸厂采用絮凝预处理工艺,后接好氧曝气工艺,出水硫酸盐浓度大大降低。数据见表1。表1茂名市造纸厂废水及处理后出水硫酸盐浓度切创L中段废水物化处理出水生化处理出水50之浓度2809080另一种方法是在生化反应器中投加Fe或eF卜,使厌氧过程产生的S各立即与亚铁盐反应,生成难溶性的eFS或S卜被氧化为单质S。(3)高浓度亚硫酸盐、硫酸盐的存在,对厌氧区微生物有抑制作用,可以通过物化处理工艺降低硫酸盐浓度,也可以采用投加eF+2的方式消除厌氧过程产生的52-对微生物的毒害作用。参考文献4结语针对亚按法制浆中段废水及好氧颗粒污泥的特点,通过分析预测若将好氧颗粒污泥用于处理亚按法制浆中段废水,可以得到以下益处:(1)好氧颗粒污泥中同时存在好氧、厌氧区,存在着使许多有机物彻底矿化的巨大潜力,「因此有利于提高亚钱法制浆废水中COD。,特别是普通生物法难以降解物质的去除。(2)好氧、厌氧区同时存在于同一颗粒中,使同步硝化、同步短程硝化、氨厌氧氧化的实现成为可能,有利于NH3一N的去除。仁11顾大明,王东田,宋兆成.亚钱法制浆废水处理技术研究仁J了.哈尔滨建筑大学学报,2〕沉】,33(2):121〔21马晓鸥,康思琦.化学氧化一混凝法处理废纸造纸废水〔J了.中国造纸,1999(3):67【3〕蒋宗文.生化一气浮技术处理石灰法造纸工业废水[J1.中国造纸,1999(4):65〔4〕尚东,郑连君.亚钱法制浆造纸厂中段废水处理技术分析研究[J〕.中国环境监测,20()2,18(2):61〔5〕崔延龄.制浆污水处理技术几种工艺方案的比较〔J〕.中国造纸,1999(l):24〔6]王强,陈坚,堵国成.选择压法培育好氧颖粒污泥的试验〔J].环境科学,20()3,24(4):99[7〕EttereRT,WildererPA.eGnerat10nandps0Pe币esofaoerbie孚an-ldarsll记邵[J〕.W瓦.别.叭贸h.,20()l,43(7):19[8]PellgDan邵ong,NieolasBemet,Jaen`ph山p那Dieg姆nes,etal.Aeor-bie孚助luarslud罗一aeasereport[J」.WalerReseacrh,1999,33(3):890仁9]aTrtakvoshB,MiehotteA,CaidxeuJ一CA,atal.De脚da石Onof~clor1242inaisngle~鱿ageeouPledan~ibc/aeorbicihoreactor【J〕.WaterReseaxeh.,2X{)1,35(18):4323〔10〕万rayJH,uuQS,uuy·MieorseiOPcObsevriatonofaerobie目旧nu-】而明in卿uellital明orI通c目u蜘n犯旧tor口].J沐酗.M认{坟山i司.,2001,91:168[11]BeunJJ,vanh众汕叙:扣MCM,】域nenJJ.Aerobic『助滋iatoninasequencingb日I泊hajr]该areetor[J〕.WaterResea加h,2X()2,36(3):702〔12」细芍ayAor切,毛众朋坛Mino,,几~丽陇出uo.Mce抽丽sm如d血vo山alJle叩eratingeonditi刀nsoforgan卫csubstratere咖vajin~明r叩hiclluflPow如d罗1烈1欢泊ctor(MUSB).W沁改R台犯叹mh〔J〕,l卯5,29(8):1895Tera加entofEmuentfromAnunoinumSul五etPuIP吨iwhtAeoribcGranularsludgeTecbn0I0gyLANHui一劝*aCHENZhong一haoCHENYuan一eai(八,erM战呷&几如igncoontTZE吻eneirgnReseacrhce