废纸造纸废水厌氧处理中降低反应器颗粒污泥钙化的研究

!#$!厌氧系统除钙!作者简介!薛方勤先生博士高级工程师#主要研究方向!工业废水处理与资源化$废纸造纸废水厌氧处理中降低反应器颗粒污泥钙化的研究薛方勤%’孙振亮%$’钱’明%3’付宏祥%’赵雪峰%&!%(北京国环清华环境工程设计研究院有限公司北京%)))53#&(清华大学环境学院北京%)))53#$(无锡丰陆环保科技有限公司江苏无锡&%3&%$#3(苏州清泽环境技术有限公司江苏苏州&%,%$%$摘’要!江苏省某纸业公司是以废纸为原料的大型造纸企业废水处理采用初沉%厌氧!D!和8+0_反应器$%好氧%化学混凝等常规工艺&该公司造纸机白水封闭循环水平高吨纸水耗低于%)O显著低于国内同类型企业的平均水平#由于废纸原料来源复杂钙质添加剂较多废水中钙离子浓度高因此废水厌氧系统颗粒污泥钙化问题十分突出&为解决高钙废水颗粒污泥钙化突出的问题本试验采用适度加药的方法抑制颗粒污泥钙化的趋势降低企业运行成本保持厌氧系统稳定运行&关键词!废纸造纸#白水封闭循环#颗粒污泥#钙化#硬度中图分类号!617$’’’’文献标识码!2’’’’文章编号!)&,34,)56!&)%,$)&4))%74)-’’’’收稿日期’&)%34%)4)$!修改稿$’’’基金项目’本项目得到国家.十二五水专项/课题!课题编号’&)%&J6)1%)%-))$$资助&0*1=+,O31)(,5!’)(-()*(+,O(AL+-%,32+D()P2,1’20’153(,QA*3Q*32E23*C3,*(,O3)=)’3B&32C(’’6Y8l?@4o:?%!’0YGJL?4;:?@%$’ED2G]:?@%3’lYKC?@4m:?@%’JK2#6I4R?@%&!%(4.#5#$6N+(+%$J1#$6+%7$H#/($O.$’7$6#$../#$6P.1#6$%$-0.1.%/23$1’#’+’.!(Q8’-Q4.#5#$6%)))53#&(I2(()(;7$H#/($O.$’%)(;J1#$6+%G$#H./1#’:4.#5#$6%)))53#$(R+S#T.$6)+7$H#/($O.$’%)I2#.$2.!(Q8’-QR+S#U#%$61+*/(H#$2.&%3&%$#3(I+L(+V#$6L.7$H#/($O.$’%)I2#.$2.!(Q8’-QI+L(+U#%$61+*/(H#$2.&%,%$%$!!849:;’mIR?@o:?A%&-(BC9$2MNOPBO’2=PCBNNCR=P:9PUNT:P9?OO:C??PCM:BOPO9?O!D!?TY20_$PCM:BOPO9?O?TBL9:B;BC@I;O:C?WNINTRCPRR;I?OOPO9?O:?PBUB;T==P9:;;:?H:?@NIFPCZ:?BX^OPBC?NI9=O:C?CROL9:;;:NM;CW%)OSO=PCTIBOTIOC:ONWL:OWOP:NPBUB;:?@:?POLPB;CNIPB:PBI;O:C?X/LL:@LBC?O?OCRB;B:I9RPC9OLPW9OP:;;TOCL:@LB;B:I9:C?BC?B?OPO:C?:?OLWNOWOPX/LPRCPOLB;B:R:BO:C?CR?PCM:B@P?I;PN;IT@WNNP:CIN:?OL:N9:;;XD?OL:N==P9CTPOPTIBO:C?CRLPT?NN9OLCTCRWNOWOPWNTC=OTOCPTIBOLLVPTCRB;B:R:BO:C?CR?PCM:B@P?I;PN;IT@XlIPOLP9CPOL?PCM:B=PCBNNWCI;TMC=POTNOM;U?TOLBCNOCRP=;B9?OCR@P?I;PN;IT@WCI;TMPTIBTX\UWCPTN’WNO==P==P9[:?@#WL:OWOPB;CNTB:PBI;O:C?#@P?I;PN;IT@#B;B:R:BO:C?P9CZ#LPT?NN’’采用颗粒污泥的高效厌氧反应器工艺如D!!内循环厌氧反应器$和8+0_!膨胀颗粒污泥床反应器$是酒精%淀粉%柠檬酸等行业处理高浓度有机废水的常用技术工艺基本相同近年来在造纸行业也有了一定的应用&多年来的实践证明颗粒污泥钙化是上述行业普遍存在的难题其主要原因是废水中含有的高!&*浓度和厌氧的高碱度特征&江苏省某纸业公司是以废纸为原料的造纸企业年产瓦楞原纸约1)万O该造纸企业的废水处理采用初沉%厌氧!D!反应器和Y20_反应器各%套$%好氧%化学混凝等常规工艺日处理废水%,)))i&))))O&该造纸企业的白水循环利用系统吨纸水耗低于%)O显著低于国内同类型企业的平均水平#同时由于生产原料均为废纸废纸中含有大量!!#$*7%*’+中国造纸,&)%,年第$3卷第&期!#$等添加剂废水中具有较高的!&*含量因此该公司D!反应器颗粒污泥钙化的情况严重每半年就要完全更换全部颗粒污泥造成较大的经济损失&经过文献调研目前大部分对D!反应器颗粒污泥钙化的研究都是有关柠檬酸废水的因为柠檬酸的生产工艺以钙盐法为主废水具有高钙的特征因此研究柠檬酸的废水处理工艺对探讨废纸造纸废水钙化的机理有一定的借鉴作用&文献中关于!&*对厌氧过程的影响机理结论并不一致’少部分文献(%)认为!&*对厌氧和好氧都没有影响该文献分别考察了厌氧段!D!反应器$进出水!范围在%%))i%,))9@S‘$%好氧段进出水!&*含量&结果表明在厌氧阶段!&*的平均去除率为-.好氧过程去除率为35.因为厌氧仅仅去除了-.左右的!&*因此认为!&*对厌氧和好氧都没有影响&其他文献(&4%$)均认为有明显的影响且钙化的过程大部分是以钙盐沉淀的形式出现的取样分析以!!#$为主少量!0%!0#3主要是和原水的!&*含量%=K值相关文献中建议通过排污泥方式的来优化分离钙化污泥但是没有从根本上解决污泥钙化的问题&为解决该造纸企业钙化的难题在对文献和示范企业现场进行充分调研的基础上本课题组设计了与该造纸企业实际工艺相近的中试流程进行了化学法防止颗粒污泥钙化的技术研究通过适当的化学药剂投加和适当增加碱度而不显著增加原水=K值生成部分沉淀物可适当降低进入厌氧反应器的!&*同时还要保证污泥颗粒的结构稳定性#本研究在沉淀的过程中除去部分00和少量!#b以降低进入水解酸化池和厌氧反应器的污染物负荷&67试’验6867试验装置化学法防止颗粒污泥钙化的厌氧试验装置见图%&图%’化学法防止颗粒污泥钙化的厌氧试验装置6897工艺流程试验装置的处理废水能力为)($9$SL工艺流程为’该造纸企业初沉池出水混合一定比例的好氧回水进入试验装置原水调节池#投加适度除硬药剂#斜板沉淀池#水解酸化池#Y20_厌氧反应器&各系统的水力停留时间!KQ/$分别为’调节池-L沉淀池&L水解酸化-L厌氧反应器3L#Y20_反应器的颗粒污泥填充比例约,).&97结果与讨论9867现状反应器的运行监测试验前首先对该造纸企业运行的D!反应器进行了一段时间的运行状况监测指标包括=K值%碱度%硬度%!#b!P!化学需氧量$%al2!挥发性脂肪酸$等其监测数据如表%所示&本试验的废水碱度%硬度均以!!#$计单位为9@S‘&由表%可知D!反应器进出水的!#b!P平均值分别为3),$9@S‘和%,5$9@S‘平均去除率为-)(7.#从进出水硬度的数据来看约有&,.左右的硬度离子被厌氧工序脱除远远高于前述文献(%)数据该部分硬度离子可能大部分沉积在颗粒污泥内部少部分沉积在反应器内壁主要物质可能是高碱度和!&*形成的!!#$可能还包括硫酸盐和钙形成的!0和!0#3钙化问题特别突出&表67该造纸企业R!反应器运行监测数据取样时间编号水解酸化池出水实测值厌氧反应器出水实测值=K值碱度S9@*‘4%!#b!PS9@*‘k%al2S99C;*‘k%硬度S9@*‘k%=K值碱度S9@*‘k%!#b!PS9@*‘k%al2S99C;*‘k%硬度S9@*‘k%%,(71,)3)1)&1(,&&))-(1%1,)%1))5()%,))&-(%,))$-))&1(&&3))-(5%7))%-))-()%5))$3(5%-,3$))$)(,&&))-(5%5,)&))),(,%5))3-(%$3,$3))&,(,&)))-(1%-))%3))-()%,)),,(5%1,33))$-&$))-(7%7))%&))$(,%5))-,(-%1,3,,)$%&)))-(5%7))%-))%)()%3))平均值,(1$,)3),$&7(-&%5$-(5%5))%,5$-(,%-$$*)&*!#$%*+),*%,./=()?@A&(?BBCDE==!#$’’试验共历时$个月采用两个系列的厌氧反应器分别进行空白对照试验和加药部分除硬试验&首先接种该造纸企业正在运行的8+0_反应器未钙化颗粒污泥反应器填充比例约为,).&试验装置调试通水后首先经过%个月左右的时间对工艺条件进行了探索系统稳定后中试装置!#b去除效果接近该企业实际运行效果#后续除硬试验主要采用投加纯碱的方法进行对合适的药剂投加量进行系统探索!后加药量稳定在吨水约)(,i)(5[@纯碱$对中试厌氧反应器的进出水进行连续监测指标和该造纸企业运行监测相同#监测频次为每周&次&9897加药前后各单元主要指标本试验空白试验部分和加药除硬试验结果分别如表&和表$所示&表97空白试验结果!#b!PS9@*‘k%=K值硬度S9@*‘k%碱度S9@*‘k%调节池出水$,))-(,%5))3))水解酸化出水$,))-(-%5)),))厌氧反应器出水%3))-(5%3))%,))表$7加药除硬试验结果!#b!PS9@*‘k%=K值硬度S9@*‘k%碱度S9@*‘k%调节池出水$,))-()%-,)3))沉淀池出水!新增单元$&55)-(1%%5)5,)水解酸化出水&3,)1(%%%))7))厌氧反应器出水--)1(%73)%5))’’由表&和表$的对比可以看出加入除硬药剂后主要指标均发生了一定的变化’$沉淀池出水=K值维持在-(1左右硬度平均值在%%5)9@S‘左右同时水解酸化进水碱度明显上升由原水的3))9@S‘上升到5,)9@S‘也起到了一定降解作用#%厌氧反应器出水=K值未出现显著上升仍保持在1()左右#出水碱度有少量上升由空白试验的%,))9@S‘上升至%5))9@S‘与该造纸企业的实际反应器碱度接近#’在加药沉淀的过程中由于细小纤维悬浮物和生成钙沉积物的共沉淀对!#b也有一定的去除作用相当于在前端增加了一项混凝沉淀工序降低了后续进入水解酸化池和厌氧反应器的污染物负荷&98$7进出水总硬度变化图&为除硬部分加药前后的进出水总硬度各个取样点的变化趋势图&由图&可知未加药处理时!图中加药点之前$进水总硬度较高相应地出水硬度也较高进入厌氧反应器的废水总硬度平均值为%5$)9@S‘出水平均值在%3))9@S‘平均约有&).的!&*被去除按照上述数据计算每天沉积在厌氧反应器中的垢的量按照硬度值大致估算约为$(%[@该造纸企业的D!反应器进出水的硬度数值也与上述数据吻合!实测数据’进水平均硬度值&%5$9@S‘出水平均硬度值%-$$9@S‘$#沉积下来的垢大多数都会沉积在颗粒污泥的内部结构因为!&*是颗粒污泥骨架的重要支撑部分多余的!&*会沉积在颗粒污泥内部导致钙化的发生使颗粒污泥的活性下降&图&’试验过程厌氧反应器的进出水硬度变化加入药剂后!图中加药点之后$进出水的硬度差显著减小进入厌氧反应器的废水总硬度平均值为%)1-9@S‘出水平均值为73)9@S‘按照上述数据计算的沉积量约为)(5[@是除硬前的&,.左右说明沉积在颗粒污泥中的!&*量减少了相应地降低了颗粒污泥钙化的程度&因为反应器内部的颗粒污泥总量是一定的因此可以使钙化的程度降低#但是如果硬度持续降低一方面运行费用上升太多另外可能会导致污泥结构骨架的不稳定因为各方面资料都证明(%34%,)!&*在颗粒污泥中的溶