“梯级混凝+生物活性炭”工艺处理棉杆高得率制浆造纸废水

论文导读：采用二次混凝技术和生物活性炭联合工艺处理废水进行了短工艺处理的尝试。对梯级混凝段进出水COD、色度进行监测。进一步表明该棉杆造纸厂的出水中有机发色基团对COD贡献率较高。梯级混凝，“梯级混凝+生物活性炭”工艺处理棉杆高得率制浆造纸废水。
关键词：棉杆造纸，梯级混凝，生物活性炭
 

以木材为原料的传统制浆造纸工艺由于木材大量消耗，带来资源短缺、生态破坏等一系列问题。人们开始改进造纸工艺，寻找替代型原料，棉秆作为一种新型造纸原料受到人们的广泛关注。棉秆的纤维含量高，半化学机械浆得浆率约为60-70%，是生产高强度瓦楞原纸的理想原料。以棉杆为原料制浆造纸，不仅可以充分利用农业废弃资源，而且可以节约大量木材资源，缓解造纸原料短缺问题。

然而，由于棉秆的特殊性，相比传统造纸废水，高得率棉秆造纸废水排放量大，包含大量纤维素、果胶等物质，污染物质负荷更高，因此极难处理。研究优化处理效果好、经济适用的废水处理工艺，实现废水的一定程度回用，是解决制浆造纸行业污染严重、用水量大问题的关键。本试验在某棉杆浆生产瓦楞纸的企业，采用二次混凝技术和生物活性炭联合工艺处理废水进行了短工艺处理的尝试。

1 水质指标及工艺流程

1.1 初沉池出水水质指标

表1 废水水质

Table 1wastewater quality index

1.2 工艺流程

试验工艺流程图见图1所示，为了便于比较，图2给出了常规混凝试验流程。

图1试验工艺流程

Fig.1 Technological process

图2 常规混凝试验流程

Fig. 2 Traditional coagulation process

图1和图2可以看出，梯级混凝与常规混凝的主要区别在于利用了絮凝污泥中过量的PAC与APAM。由于在实际运行当中，投加的药剂量要多于理论量或者是部分药剂未充分反应，所以在混凝过程中加入了回流的絮凝污泥，对污水进行预处理。一方面，利用回流的絮凝污泥中的有效成分与絮凝体两者的网捕作用及新生污泥的吸附作用，分离部分污染物，达到“废物”的再利用，起到预处理的作用；另一方面，PAC在反应过程中形成各种带正电的羟基络合离子[3],有较强的电中和作用，提高了絮凝剂的利用率。

生物活性炭（BAC）工艺是以粒状活性炭为载体，通过富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜。在有充足的溶解氧的情况下，微生物以有机物为养料生存和繁殖[4]。生物活性炭法就是结合活性炭吸附与生物降解两种作用去除污染物的水处理方法。

2 材料与方法

2.1 仪器和药剂

DBJ-623 六联电动搅拌器； PHS-25 酸度计；FA2004电子分析天平；721型可见分光光度计。GDS23B光电式浑浊度仪； 10孔冷却槽；30mm比色皿；50ml比色管；D试剂和E试剂（5B-1F型COD快速测定仪专用药剂）；硫酸(分析纯)；盐酸(分析纯)；氢氧化钠(分析纯)；聚合氯化铝( PAC)—配制成3%的溶液（按重量体积比W/V） ；阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)—配制成0.1%的溶液（按重量体积比W/V）。论文大全，梯级混凝。

2.2 监测方法

COD：兰州连华环保科技发展有限公司生产的5B-1F型COD快速测定仪；

色度: 采用分光光度法[5]和稀释倍数法；

SS：重量法（滤纸法）[6]。

3 结果与讨论

3.1 梯级混凝段运行情况

系统稳定运行期间，对梯级混凝段进出水COD、色度进行监测，其随进水COD的变化分别情况见图3和图4。

图3 进水COD对梯级混凝段COD去除效果的影响

Fig.3effect of inlet COD on COD removal efficiency

由图3可见，梯级混凝段一二级混凝COD去除率均随进水COD的增大而缓慢降低，在进水COD从218到1349mg/L时，一级混凝COD去除率由35%将至25%，平均去除率为27.9%；二级混凝则由93%降至93%降为58%，平均去除率为62.4%比一级混凝平均提高约35%。由此可见，梯级混凝是在仅增加少量动力消耗的基础进行了两次混凝，提高了絮凝剂的利用率。

图4 进水COD对梯级混凝段色度去除效果的影响

Fig.4effect of inlet COD on chromaticity removal efficiency

由图4可知，一二级混凝对色度平均去除率分别为26.7%和67.8%，且去除率均随进水COD的变化趋势与COD相近，表明水中发色基团对COD的贡献较大。混凝脱色是利用絮凝剂絮凝废水中的成色物质沉淀而进行脱色，其作用机理可认为无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚，而有机絮凝剂则主要依靠架桥作用而使粒子沉降。回流的絮凝污泥中含有大量PAC形成的各种带正电的羟基络合离子,有较强的电中和作用，中和粒子上的电荷而凝聚沉淀。此外，PAC的晶形像是四面八方延伸的水草,枝杈多且分布密集,有很强的架桥作用,所以容易与废水中的发色基团形成较大的絮凝体而沉降下来。所以二级反应器对色度去除率比较高。

3.2 BAC工艺运行情况

对稳定运行的BAC工艺进出水水质进行了多次监测，结果见下表2、图5及图6。BAC段水力停留时间为6h。

表2 活性炭阶段试验数据

Table 2 Water quality indexof inflow and effluent wastewater in BAC process

注：①表中每个进出水水质指标均为五日运行平均值

图5 BAC工艺出水COD及COD去除率

Fig.5COD of inflow andeffluent and its removal efficiency in BAC process as time changed

由图5可见，BAC系统稳定运行期间COD去除率稳定在55-64%，平均去除率为58%，且当进水COD在在197-378mg/L时，出水COD基本可保持低于100mg/L。

图6 BAC工艺出水色度及色度去除率

Fig.6chromaticity of inflow and effluent and its removal efficiencyin BAC process as time changed

由图6可见，进水负荷COD在290-514mg/L时，生物活性炭对废水色度的去除率大约在70%。出水色度均低于20倍，表明废水中含有难被生物活性炭吸附降解的发色有机物。当进水色度逐渐增加时，色度的去除率明显增加，说明废水中含有较多的有机物发色基团，并且这些有机物发色基团易被生物活性炭吸附降解。因为棉杆原料与草类原料及木材原料有很大的不同，它含有大量的果胶等物质，废水粘度大，有色物质含量高，并含有木素及其衍生物成分。当污水经过生物活性炭后，生物活性炭利用其表面积的吸附和微生物的降解作用使水体中相当部分有机物得到去除，水体中胶状物质含量减少，表面粘度下降。从而降低废水的色度。

由图5和图6可以发现，废水COD与色度去除率基本同步，进一步表明该棉杆造纸厂的出水中有机发色基团对COD贡献率较高。

“梯级混凝和生物活性炭”组合工艺处理该厂棉秆造纸废水简便易于操作，COD和色度去除率较高，出水可完全满足该厂回用做为洗浆水甚至抄纸用水的要求，为该厂实现废水的零排放做出了新的尝试。4 结论

⑴ 梯级混凝段二级混凝COD和色度去除率为62.4%和67.8%，而一级混凝则分别为27.9和26.7%，梯级混凝处理效果显著优于一级混凝，梯级混凝是以少量增加动力消耗进行了两次混凝，提高了絮凝剂的利用率。

⑵ 生物活性炭段利用活性炭自然挂膜，充分发挥BAC极强的吸附性能，使其能够迅速地吸附水中的溶解性有机物，并结合生物膜的生物降解作用去除水中污染物，生物活性炭段对梯级混凝段出水COD和色度的去除率分别达到58%和64.8%，出水COD约100mg/L，色度低于20倍。论文大全，梯级混凝。论文大全，梯级混凝。

⑶梯级混凝和BAC工艺的废水处理段，COD和色度去除率变化趋势基本一致，具有同步去除的特点，表明用棉杆浆制造瓦楞纸的出水有机发色基团对COD贡献率较高。论文大全，梯级混凝。论文大全，梯级混凝。

⑷ “梯级混凝和生物活性炭”组合工艺处理本色浆造纸废水，对废水COD和色度都由较好的去除效果。论文大全，梯级混凝。出水可满足本色浆造纸用水的回用要求。

参考文献
[1]冯建敏，邓宇，微波辐射对麦草浆蒸煮黑液的作用研究[J]．辐射研究与辐射学报，2005，23(5)：270-273．EI：
[2]雷建民．全棉杆制文化用纸工艺的探索[J]．纸和造纸，1996，（4）：44
[3]高宝玉，岳钦艳，王占生，等．聚硅氯化铝(PASC)混凝剂的混凝性能[J]．环境科学，2000，21(2)：46-49
[4]刘红，梁晶，邵俊，等．造纸中段水的絮凝吸附处理[J]．化学工程师，2006，20(6)：13-16
[5]郜洪文．分光光度法测定工业废水色度研究[J]．环境工程，1993，11（5）：44-47．
[6]国家环境保护总局科技标准司编著，污废水处理设施运营管理[M]．北京：北京出版社，2006