竹漿廢水處理工藝

    我國竹材種類繁多，竹類資源豐富，分布在我國約有500多種。竹類纖維長寬比大，纖維長度介于針葉木纖維和闊葉木纖維之間，僅次于針葉材纖維，是優(yōu)良的造紙原料。我國造紙工業(yè)原料緊缺，纖維含量豐富的竹材可以大大緩解我國造紙原料短缺的難題。以竹代木，竹漿紙一體化，是解決我國木材供需關系的重要途徑。

    竹材制漿企業(yè)大多采用化學法制漿，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水量大、濃度高和色度高。竹漿廢水中含有大量的糖類、有機酸、氨基酸、黃酮、丹寧酸等有機物，增加了廢水處理的難度。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用物理、生化和組合的方法處理竹漿廢水，COD的去除率可以高達90%。殘余的有機污染物可以通過混凝、吸附等高級氧化方法來去除，從而達到國家廢水排放標準。面對日益嚴峻的環(huán)保問題，造紙企業(yè)廢水最終排放要求也越來越高，掌握和開發(fā)新型的竹漿廢水處理技術迫在眉睫。本文中對貴州某大型竹漿企業(yè)廢水工程為研究對象，該廢水工程采用常規(guī)的“預處理-生化-物化(氣浮)"三級處理工藝，重點考察了廢水工程運行過程中COD、色度、TP和NH3-N等變化情況，為我國竹漿企業(yè)廢水處理提供借鑒和參考，并對該竹漿廢水提標排放提出了合理化建議。

    1、實驗

    1.1廢水樣

    廢水均來自西南某竹材制漿廠，廢水的日發(fā)生量為20000～30000t。工廠正常運行期間對廢水處理的各個工段(初沉池、曝氣池、二沉池和出水)進行取樣檢測。從2016年4月1日至11月15日，連續(xù)33周取樣，每周同一時間取樣1次，測試水質(zhì)的COD、色度、NH3-N和TP等參數(shù)。

    1.2廢水處理工藝流程

    該工廠的廢水處理工藝如圖1所示。

    1.jpg

    1.3儀器與分析方法

    COD采用重鉻酸鉀法進行測定(KHCOD-12型COD消解裝置)(GB/T11914—1989)，色度采用鉑鈷比色法測定(上海昕瑞SD9011臺式水質(zhì)色度儀)，TP采用USEPAPhosVer3消解-抗壞血酸法測定(哈希DR5000型分光光度計)，NH3-N采用USEPA納氏試劑法測定(哈希DR5000型分光光度計)。

    2、廢水處理系統(tǒng)水質(zhì)污染物特征的變化

    2.1COD變化

    COD是衡量廢水中有機污染物的重要指標，直接反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度。圖2為竹漿廢水各單元的COD在33周內(nèi)的變化情況。由圖可知初沉池中廢水的COD波動性較大，從547mg/L到3135mg/L，這可能與制漿過程中的竹材原料有關。經(jīng)過好氧處理后，二沉池出水COD為200～250mg/L，保持相對穩(wěn)定，系統(tǒng)的抗沖擊性能較好。該工藝在廢水排放前投加Al2(SO4)3進行混凝處理，出水COD均在90mg/L以下，達到了廢水排放的標準。

    2.jpg

    2.2色度變化

    圖3為竹材制漿廢水各單元的色度變化情況。從圖中可以看出，本廢水工程具有很好的脫色效果。工廠正常生產(chǎn)的廢水進入初沉池時，不同時間段的廢水色度差距比較大，經(jīng)過生化處理后，色度變化相對較小。生化后的廢水經(jīng)過Al2(SO4)3混凝處理，可改變廢水中膠體的穩(wěn)定性，使廢水中的微小懸浮物、帶電膠體迅速聚集，從而使得水質(zhì)變得更加清澈。因此在出水口廢水的色度變化相對穩(wěn)定，主要集中在12～20倍之間，均滿足當?shù)貜U水排放的標準。

    3.jpg

    2.3TP變化

    磷元素是廢水生化處理過程中微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時國標中對其排放也存在著嚴格要求，圖4為竹漿廢水處理各單元的TP含量變化。從圖4中可以看出，廢水中的TP含量逐漸降低，初沉池中TP含量的平均值為5.99mg/L，出水口TP含量均值為0.13mg/L，*低于新國標GB3544—2008中TP含量小于0.5mg/L的標準。此外，曝氣池中TP含量的平均值為3.17mg/L，而本項目中曝氣池廢水的COD平均值為1256mg/L，COD/TP比值約為400∶1，符合好氧生物處理的要求。

    4.jpg

    2.4NH3-N變化

    圖5為竹材制漿廢水各工段的NH3-N變化。考慮到氨氮測試成本等問題，本工廠僅對好氧池和出水口進行了檢測。由圖可知竹材廢水在曝氣池中經(jīng)過好氧菌的分解作用，廢水中的氨氮含量均降低，且出水口NH3-N都在2.7mg/L以下，低于國標GB3544—2008中小于12mg/L的要求。

    5.jpg

    3、竹材廢水工程運行存在問題及建議

    (1)針對原料品種，加強竹材質(zhì)量控制。由于竹材種類繁多，竹材的基本密度、化學成分差異大，水分和抽出物含量不同等給生產(chǎn)線帶來不利影響，從而會導致生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水特性波動性比較大。針對性采取措施:①加強備料均一性，減少不同來源種類含量;②通過對原料場和竹片的管理，控制原料水分含量;③加強篩片工序操作，去除過大片、過小片和細屑;④合理控制木片堆存時間，避免霉變和朽變。

    (2)優(yōu)化提升污水深度處理工藝改造，降低廢水處理成本。氣浮設備處理能力有限且泥水分離欠佳，因此廢水終端采用氣浮工藝進行泥水分離效果有待改進。同時生化出水采用Al2(SO4)3混凝處理，成本偏高，并且考慮到后期的制漿產(chǎn)能提高和產(chǎn)品種類的增加，繼續(xù)使用Al2(SO4)3處理很難達到國標的排放標準，因此亟需研發(fā)新型高效混凝劑，最終實現(xiàn)廢水的高效低成本處理。

    4、結論

    (1)對竹材制漿廢水運行工程連續(xù)33周檢測，發(fā)現(xiàn)廢水的COD、色度、TP和氨氮等波動性較大，但出水口的各指標均達到了國標的排放標準，系統(tǒng)的抗沖擊性較好。出水口COD、色度、TP和氨氮的平均值分別為71mg/L、17倍、0.13mg/L和1.35mg/L。

    (2)嚴格控制竹漿原料質(zhì)量，提升紙漿產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能，降低廢水污染負荷，保證廢水穩(wěn)定達標排放。加強廢水深度處理工程改造，研發(fā)高效氧化混凝劑應對愈加嚴峻的環(huán)保形勢。

類資源豐富，分布在我國約有500多種。竹類纖維長寬比大，纖維長度介于針葉木纖維和闊葉木纖維之間，僅次于針葉材纖維，是優(yōu)良的造紙原料。我國造紙工業(yè)原料緊缺，纖維含量豐富的竹材可以大大緩解我國造紙原料短缺的難題。以竹代木，竹漿紙一體化，是解決我國木材供需關系的重要途徑。

    竹材制漿企業(yè)大多采用化學法制漿，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水量大、濃度高和色度高。竹漿廢水中含有大量的糖類、有機酸、氨基酸、黃酮、丹寧酸等有機物，增加了廢水處理的難度。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用物理、生化和組合的方法處理竹漿廢水，COD的去除率可以高達90%。殘余的有機污染物可以通過混凝、吸附等高級氧化方法來去除，從而達到國家廢水排放標準。面對日益嚴峻的環(huán)保問題，造紙企業(yè)廢水最終排放要求也越來越高，掌握和開發(fā)新型的竹漿廢水處理技術迫在眉睫。本文中對貴州某大型竹漿企業(yè)廢水工程為研究對象，該廢水工程采用常規(guī)的“預處理-生化-物化(氣浮)"三級處理工藝，重點考察了廢水工程運行過程中COD、色度、TP和NH3-N等變化情況，為我國竹漿企業(yè)廢水處理提供借鑒和參考，并對該竹漿廢水提標排放提出了合理化建議。

    廢水均來自西南某竹材制漿廠，廢水的日發(fā)生量為20000～30000t。工廠正常運行期間對廢水處理的各個工段(初沉池、曝氣池、二沉池和出水)進行取樣檢測。從2016年4月1日至11月15日，連續(xù)33周取樣，每周同一時間取樣1次，測試水質(zhì)的COD、色度、NH3-N和TP等參數(shù)。

    1.2廢水處理工藝流程

    該工廠的廢水處理工藝如圖1所示。

    1.jpg

    1.3儀器與分析方法

    COD采用重鉻酸鉀法進行測定(KHCOD-12型COD消解裝置)(GB/T11914—1989)，色度采用鉑鈷比色法測定(上海昕瑞SD9011臺式水質(zhì)色度儀)，TP采用USEPAPhosVer3消解-抗壞血酸法測定(哈希DR5000型分光光度計)，NH3-N采用USEPA納氏試劑法測定(哈希DR5000型分光光度計)。

    2、廢水處理系統(tǒng)水質(zhì)污染物特征的變化

    2.1COD變化

    COD是衡量廢水中有機污染物的重要指標，直接反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度。圖2為竹漿廢水各單元的COD在33周內(nèi)的變化情況。由圖可知初沉池中廢水的COD波動性較大，從547mg/L到3135mg/L，這可能與制漿過程中的竹材原料有關。經(jīng)過好氧處理后，二沉池出水COD為200～250mg/L，保持相對穩(wěn)定，系統(tǒng)的抗沖擊性能較好。該工藝在廢水排放前投加Al2(SO4)3進行混凝處理，出水COD均在90mg/L以下，達到了廢水排放的標準。

    圖3為竹材制漿廢水各單元的色度變化情況。從圖中可以看出，本廢水工程具有很好的脫色效果。工廠正常生產(chǎn)的廢水進入初沉池時，不同時間段的廢水色度差距比較大，經(jīng)過生化處理后，色度變化相對較小。生化后的廢水經(jīng)過Al2(SO4)3混凝處理，可改變廢水中膠體的穩(wěn)定性，使廢水中的微小懸浮物、帶電膠體迅速聚集，從而使得水質(zhì)變得更加清澈。因此在出水口廢水的色度變化相對穩(wěn)定，主要集中在12～20倍之間，均滿足當?shù)貜U水排放的標準。

    磷元素是廢水生化處理過程中微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時國標中對其排放也存在著嚴格要求，圖4為竹漿廢水處理各單元的TP含量變化。從圖4中可以看出，廢水中的TP含量逐漸降低，初沉池中TP含量的平均值為5.99mg/L，出水口TP含量均值為0.13mg/L，*低于新國標GB3544—2008中TP含量小于0.5mg/L的標準。此外，曝氣池中TP含量的平均值為3.17mg/L，而本項目中曝氣池廢水的COD平均值為1256mg/L，COD/TP比值約為400∶1，符合好氧生物處理的要求。

    圖5為竹材制漿廢水各工段的NH3-N變化?？紤]到氨氮測試成本等問題，本工廠僅對好氧池和出水口進行了檢測。由圖可知竹材廢水在曝氣池中經(jīng)過好氧菌的分解作用，廢水中的氨氮含量均降低，且出水口NH3-N都在2.7mg/L以下，低于國標GB3544—2008中小于12mg/L的要求。

    3、竹材廢水工程運行存在問題及建議

    (1)針對原料品種，加強竹材質(zhì)量控制。由于竹材種類繁多，竹材的基本密度、化學成分差異大，水分和抽出物含量不同等給生產(chǎn)線帶來不利影響，從而會導致生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水特性波動性比較大。針對性采取措施:①加強備料均一性，減少不同來源種類含量;②通過對原料場和竹片的管理，控制原料水分含量;③加強篩片工序操作，去除過大片、過小片和細屑;④合理控制木片堆存時間，避免霉變和朽變。

    (2)優(yōu)化提升污水深度處理工藝改造，降低廢水處理成本。氣浮設備處理能力有限且泥水分離欠佳，因此廢水終端采用氣浮工藝進行泥水分離效果有待改進。同時生化出水采用Al2(SO4)3混凝處理，成本偏高，并且考慮到后期的制漿產(chǎn)能提高和產(chǎn)品種類的增加，繼續(xù)使用Al2(SO4)3處理很難達到國標的排放標準，因此亟需研發(fā)新型高效混凝劑，最終實現(xiàn)廢水的高效低成本處理。

竹漿廢水處理工藝

    (1)對竹材制漿廢水運行工程連續(xù)33周檢測，發(fā)現(xiàn)廢水的COD、色度、TP和氨氮等波動性較大，但出水口的各指標均達到了國標的排放標準，系統(tǒng)的抗沖擊性較好。出水口COD、色度、TP和氨氮的平均值分別為71mg/L、17倍、0.13mg/L和1.35mg/L。

    (2)嚴格控制竹漿原料質(zhì)量，提升紙漿產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能，降低廢水污染負荷，保證廢水穩(wěn)定達標排放。加強廢水深度處理工程改造，研發(fā)高效氧化混凝劑應對愈加嚴峻的環(huán)保形勢。