针叶木与阔叶木CTMP废液的污染特性及其生化处理
华南理工大学学报(自然科学版)
第29卷第4期2001年4月
J our nal of Sout h Chi na U nive rsit y of Tec h nology
(Nat ural Scie nce Edition ) V ol. 29 N o. 4Ap ril
2001
文章编号:1000-565X (2001) 04-0026-04
针叶木与阔叶木CTMP 废液的污染特性及其生化处理
2
高 扬1 许 玮2 L avall èe H. -Claude
(1. 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室, 广东广州510640; 2. Cent re de Recherche en P tes et Papiers ,
U niversit édu Qu ébec Trois-Rivi ères , C. P. 500, Trois-Rivi ères , Q C , Canada G 9A 5H 7)
摘 要:介绍活性污泥法处理热磨化学机械浆(CTMP ) 废液的试验. , 采用
, 料的化学机械浆废液, . 化学机械浆废液相比, . 关键词:化学机械浆废液; ; 中图分类号:X 、能源紧张、污染状况严重的现实状况, 高得率制浆技术的发展
和应用在世界范围引起了广泛重视. 目前, 国际上制浆造纸工业发达国家纸浆生产已经大量采用了化学机械法和热磨化学机械法制浆技术, 生产的纸张品种不断增加, 产品质量不断提高, 成为制浆造纸工业重要技术发展趋势[1, 2]. 我国制浆造纸工业十分重视高得率制浆技术的发展, 若干大型制浆造纸企业引进的化学机械法制浆生产线已经投入运行, 另有一些也正在进行建设或纳入发展计划. 因此, 研究化学机械法制浆废液的污染特性及其生化可降解性, 探索与化学机械法制浆工艺相适应的废液处理工艺与技术, 对于制浆造纸工业污染治理和可持续发展具有重要的意义[3]. 随着生物化学反应和废水净化技术研究的深入, 活性污泥法废水处理技术不断得到改进和完善, 相继发展了多种工艺流程和技术, 处理效果不断提高, 应用领域逐步拓宽. 目前, 活性污泥法已经成为城市污水、工业有机废水的有效处理方法, 构成废水生化处理的主流技术, 并且继续向着
收稿日期:1999-12-15
3基金项目:广东省自然科学基金资助项目(960240) ; 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目
作者简介:高 扬(1957-) , 男, 博士后, 副教授, 主要从事造纸工业污染控制和特种纸的研究与开发工作.
处理速度快、净化效率高、能源消耗低的方向发展[4～6]. 本文研究采用具有高效菌类群体的活性污
泥法处理针叶木与阔叶木的化学机械浆废液, 并对处理效果进行了讨论和比较.
1 试验方法
1. 1 废水及其处理装置
化学机械浆废液来自加拿大魁北克省某大型新闻纸厂, 制浆系统所用阔叶木的材种为欧洲山杨(Tre mble ) , 针叶木的材种为云杉(Epi nette ) , 制浆方法为热磨化学机械浆(C TM P ) , 工厂化学机械法制浆系统的产量为600t/d. 实验室动态处理系统的主体由生化反应器和次级沉降池构成, 生化反应器的有效容积为15L , 为夹套保温和可加热形式. 处理系统配备了温度、p H 值的反馈控制装置, 供气系统由空气管道和置于反应器内的空气分散管组成. 次级沉降池的上部为柱体, 下部为锥体, 有效容积为30L , 内设溢流挡板分离回流污泥与澄清的出水.
本研究采用两套废水处理装置平行进行试验.
1. 2 试验操作与控制
本废水处理系统属于完全混合式活性污泥法, 进入反应器的废液在空气搅拌作用下立即与池内的污泥充分混合, 这种方式可以最大限度地承受废水水质变化的冲击, 由于池内各点水质均匀, F/M 比值一定, 系统处于微生物生长曲线某一点上工作, 因而可
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以通过调节F/M , 使得曝气池在良好的工况下运行.
试验过程中, 采用仪器检测和化学分析测定废液的污染特性和生化处理运行状况, 检测项目详见1. 3节所述. 试验中及时依据检测数据进行反馈调
大学制浆造纸研究中心结合工厂废水处理设施运行的研究课题在先前的工作中完成.
2. 2 废液的污染特性与可生化性
化学机械浆废液中除了残余的碱性化学药品之外, 主要含有木素降解产物、聚糖类降解产物和低分子量有机酸类等, 既有有机物质污染, 又有毒性物质污染, 处理难度较大. 分析测定表明, 依据该厂实际工艺条件产生的针叶木和阔叶木化学机械浆废液, 污染特性和可生化降解性存在着显著差异. 云杉和欧洲山
节控制, 保持废液处理系统始终在最佳状态下运行.
1. 3 分析检测项目[7, 8]
本研究中的分析检测项目如表1所示.
表1 检测项目和方法1)
Table 1 A nalysis items and met hods 检测项目化学耗氧量COD 生化耗氧量BOD 5
p H 值
检测方法
HA C H D R/4000U
Spect rop hot ometer CPPA 标准方法, O RION Oxygen Meter P H Meter
Model 50B Dissolved Oxygen Meter Model 测定次数每周3次每周3次每天测定每周次每周3次每周2次每周2次每周1次每周1次
杨化学机械浆废液污染特性与可生化性如表2所示.
表2 云杉和欧洲山杨C TM P 2and biodegradablility
C TM and Tremble 检测项目
p H 值
溶解氧DO 耗氧速率SOU R 污泥沉降速
率SSV 30min 混合液悬浮固体MLSS
混合液挥发悬浮固体ML VSS 出水中的氨氮含量出水中的磷含量
废液种类云杉
5. 6～6. 6580～69080～1200. 31～0. 32
欧洲山杨
5. 8～6. 22660～3320178～3200. 41～0. 59
化学耗氧量COD/(mg ・L -1) 生化耗氧量BOD 5/(mg ・L -1) 总悬浮固形物TSS/(mg ・L -1) 可生化性评价BOD 5/COD
1820～22004460～8180
真空过滤, 恒重法真空过滤, 灼烧恒重法
Model 720A Bencht op P H/IS E Meter HA C H D R/4000U Spect rop hot ometer
从表2中数据可见, 欧洲山杨化学机械浆废液的化学耗氧量、生化耗氧量和总悬浮固形物均显著高于云杉化学机械浆废液的相应检测值. 两种化学机械浆废液的初始p H 值均为弱酸性范围. 废液可生化性的评价分析表明, 欧洲山杨化学机械浆废液显示了较好的生化可处理性, BO D 5/CO D 达到0. 41～0. 59. 云杉化学机械浆废液的BO D 5/CO D
1) 其它检测项目:反应器混合液温度, 进水流量, 污泥回流量,
通入反应器的空气流量, 等等.
2 结果与讨论
2. 1 具有高效菌类群体的活性污泥
化学机械浆废液所含的污染物质十分复杂, 难以期望采用某种生物处理作用就能把所有污染物质去除, 需要利用多种优势菌种组成的系统, 才能适应废水的复杂环境, 充分发挥降解和转化污染物质的功能. 活性污泥是由好氧性菌类生物、藻类、原生动物以及后生动物构成的生物群落, 具有驯化和培养之后能够适应待处理废水水质的条件.
有效去除制浆废液中有机污染物质的关键, 在于获得足够数量及性能良好的活性污泥, 即通过特定条件下对混合微生物群落的驯化和诱导, 使之适应化学机械浆废液的水质条件, 能够降解有机污染物质成分的种类得到发育, 并诱导出利用废液有机物的酶体系. 培养和驯化过程中, 水温控制在27～29℃, 溶解氧为2～4mg/L ,p H 范围为6.
5～7. 5.
仅为0. 31～0. 32, 生化可处理性较差, 但仍可以采用生化方法进行处理.
2. 3 云杉化学机械浆废液的生化处理
废液首先经过初级处理, 除去沉淀和悬浮的较大杂物, 然后进入反应池与活性污泥混合, 通入空气使废液与活性污泥充分接触, 保持良好的悬浮状态, 提供微生物繁衍和代谢所需的充足好氧条件. 废液中的有机污染物质被活性污泥吸附、吸收和氧化分解之后, 进入沉淀池进行固液分离, 净化的出水排放, 参与循环的活性污泥定量回流返回反应池, 净增殖的细胞物质作为剩余污泥排出. 系统连续运行时间超过了3个月. 生化反应过程所需补充的营养物根据每周的指标检测, 随时进行调节和控制. 通过控制运行条件, 保持废液处理过程中F/M 在较低的范围内, 利用平衡期或者内源代谢初期的微生物生长活动, 取得最好的处理效果. 系统运行过程中各项指标的调控和检测结果如表3和表4所示.
当氮、磷不足时, 加入脲和磷酸补充调节. 具有高效菌类群体的活性污泥的培养和驯化, 已经由魁北克
28华南理工大学学报(自然科学版) 第29卷
表3 云杉CTMP 废液活性污泥法处理系统的运行参数
Table 3 Op eration p arameters of t he activated sludge
t reat ment system f or Epinette C TM P effluent
检测项目
水力停留时间/h 溶解氧OD/(mg ・L ) 耗氧速率OU R/(mg ・L 污泥泥龄/d 污泥得率/(L ・d -1) 污泥沉降比/mL
污泥容积指数SV I/(mL ・g -1) 混合液悬浮固体MLSS/(mg ・L -1) 混合液挥发悬浮固体ML VSS/(mg ・L
-1
-1
生化耗氧量更是如此.
2. 4 欧洲山杨化学机械浆废液的生化处理
废水处理设备操作及其检测项目与前述相同.
运行过程中各项指标的调控和检测结果如表5和表6所示.
表5 欧洲山杨CTMP 废液活性污泥法处理系统的运行参数
Table 5 Op eration p arameters of t he activated sludge
t reat ment system f or Tremble C TM P effluent
检测项目
水力停留时间/h
溶解氧OD/(mg ・L -1) 耗氧速率OU R/(mg ・L /d
检测值46～483. 2～4. 848. 8～56. 4
101. 5108～1725344～6802
-1
检测值
44～484. 2～5. 8
・h -1) 19. 3～21. 815～180. 8～1. 5150～31063～952216～3492
-1
) 2082～3246
-1
・h -1)
表4 云杉C TM P 废液的污染特性及其生化处理结果
Table 4 Pollutant characteristics and its biochemical
treatment results of Epinette CTMP 检测项目
p H 值
处理前
5. 66. 6. 8520～70011～229～17
—64～7396～9886～88
/(L ・d -I/(mL -)
(mg ・L -1) ML VSS/(mg ・L
) 4846～6240
表6 欧洲山杨C TM P 废液的污染特性及其生化处理结果
Table 6 Pollutant characteristics and its biochemical
t reat ment results of Tremble C TM P effluent 检测项目
处理前
的进水
5. 8～6. 2
-1
化学耗氧量COD/(mg 820～2生化耗氧量BOD 5/(mg ・L ) 580～690总悬浮固形物TSS/(mg ・L -1) 80～120
处理后
的出水
7. 6～7. 8
污染物质去除率/%—86～90
9985～88
每日处理的针叶木C TM P 废液量为7. 5L , 水力停留时间为44～48h , 混合反应器内的温度控制在28℃左右,p H 值调节在7. 6～7. 8范围.
活性污泥法的微生物在降解有机污染物质的代谢过程中, 需要分子氧作为受氢体参与作用. 本研究控制反应器中废水的溶解氧浓度保持在4mg/L 左右, 运行中混合液生化反应的耗氧速率为19～22mg/(L ・h ) . 污泥沉降比为150～310mL , 污泥容积指数为63～95mL /g , 污泥产率为0. 5～0. 8L /d , 回流污泥量控制在22～25mL /mi n.
在一定的污泥负荷范围内, 随着污泥负荷的升高, 处理效率将下降, 出水的指标变差. 试验中得知, BO D 负荷在0. 4kg/(kgMLSS ・d ) 以下时, 可以得到90%以上的BOD 去除率. 由于化学机械浆废液中含有降解的糖类和有机酸等, 相对比较容易降解, 当污泥负荷在一定范围内升高,BOD 去除率下降的趋势比较缓和.
处理之后出水的p H 值为6. 6～7. 8; 化学耗氧量(CO D ) 降低为520～700mg/L , 去除率达到了64%～73%; 生化耗氧量(BOD 5) 降低为11～22mg/L , 去除率达到了96%～98%,
总悬浮固形物TSS 含量降低为9～17mg/L , 去除率达到86%～88%.研究结果表明, 该生化处理系统应用于处理云杉化学机械浆废液, 在调控良好的条件下, 对于污染物质的去除具有很好的效果, 尤其对于降低废液的
p H 值
化学耗氧量COD/(mg ・L ) 4460～8180780～920生化耗氧量BOD 5/(mg ・L -1) 2660～332012～18
24～40总悬浮固形物TSS/(mg ・L -1) 178～320
每日处理的阔叶木C TM P 废液量为7. 5L , 水
力停留时间为46～48h , 反应器内的温度控制在28～29℃,p H 值为7. 6～8. 0. 混合液中的溶解氧D O 含量控制在3. 2～4. 8mg/L , 耗氧速率为48～56mg/(L ・h ) , 污泥容积指数为108～172mg/L , 污泥产率为1. 0～1. 5L /d , 回流污泥量控制在25～26
mL /mi n.
研究结果表明, 欧洲山杨化学机械浆废液虽然具有很高的污染负荷, 本废水生化处理系统应用的生物群落作用于此种废液, 具有相当高的降解和去除污染物质的能力. 处理之后, 出水的p H 值为7. 6～7. 8; 化学耗氧量CO D 降低为780～920mg/L , 去除率达到了86%～90%; 生化耗氧量BO D 5降低为12～18mg/L , 去除率达到了99%, 总悬浮固形物TSS 含量降低为24～40mg/L , 去除率达到85%～88%.从实质上讲, 废水生化处理既包括污染物质的化学结构和物理性质被改变到环境所允许的状态, 出水达到环境允许的程度, 也包括部分污染物质被生物污泥所吸附而与废水分离, 随后在污泥消化过程中进一步分解.
本研究比较两种原料化学机械浆废液的活性污
第4期高 扬等:针叶木与阔叶木C TM
P 废液的污染特性及其生化处理 29
泥法处理结果, 尤其在降低化学耗氧量方面, 处理欧洲山杨化学机械浆废液表现出显著优于云杉化学机械浆废液的去除效率. 云杉化学机械浆废液较低的污染物质去除效率, 可以归于其中含有的树脂酸等成分对处理体系生物的抑制作用.
机械浆废液的相应测定结果. 参考文献:
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3 结 论
(1) 化学机械浆废液的污染成份复杂, 需要利
用多种优势菌种组成的生化系统, 通过特定条件下
的驯化, 适应废水的复杂环境, 才能充分发挥降解和转化污染物质的功能. 本研究采用的活性污泥法处理系统包含降解有机污染物质的高效菌类群体, 对于针叶木和阔叶木两种原料的化学机械浆废液均有着良好的处理效果.
(2) p H 6. 6～7. 8, 64%～73%, 生化耗氧量BOD 5去除率达到了96%～98%,
总悬浮固形物TSS 去除率可以达到86%～88%.
(3) 处理欧洲山杨化学机械浆废液时, 出水的p H 值为7. 6～7. 8; 化学耗氧量CO D 去除率可以达到86%～90%, 生化耗氧量BO D 5去除率达到99%, 总悬浮固形物TSS 含量去除率达到85%～88%.化学耗氧量的去除率显著高于处理云杉化学
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Pollut a nt Characteristics a nd t he Biochemical Treat ment of
Softwood a nd Hardwood C TM P Effluent
Gao Ya ng Xu Wei L avall èe H. -Cla ude
1
2
2
(1. State Key L ab of Pulp and Pap er Engineering , Sout h China U niv. of Tech. , Guangzhou 510640, China ;
2. Cent re de Recherche en P tes et Papier , U niversit édu Qu ébec Trois-Rivi ères ,
C. P. 500, Trois-Rivi ères , Q C , Canada G 9A 5H 7)
Abst ract :St udies on bioc he mical t reat me nt of C TM P eff lue nt b y activate d slud ge op e ration a re discusse d i n t his p ap e r. The results s how t hat p olluta nts i n bot h sof tw ood (Epi nette ) a nd ha rdw ood (Tre mble ) C TM P eff lue nt ca n be eff ectivel y re move d i n t he hi gh-eff ective activate d slud ge op e ration p rocess , w hic h is run unde r domi na nt sp ecies of microor ga nis m com munit y. Comp a re d wit h t reat me nt of sof t 2wood C TM P eff lue nt , hi ghe r re moval eff icie nc y of conta mi na nts is obtai ne d duri n g t reat me nt of ha rd 2wood C TM P eff lue nt , esp ecially i n COD eli mi nation.
Key words :CTMP effluent ; pollutant characteristics ; activated sludge processes ; softwood and hardwood
责任编辑:李 嘉