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IC反应器处理造纸废水的应用研究

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IC反应器处理造纸废水的应用研究

发布日期:2020-06-28 作者: 点击:

随着工业化的发展,中国造纸工业纸浆生产总量逐年增长,据统计,2013年全国纸浆生产总量7651万吨,其中废纸浆生产量为5940万吨,占纸浆生产总量的77.46%[1]。可见目前利用废纸原料造纸是国内造纸厂普遍采用的生产模式,废纸再生纸可以有效的实现植物纤维资源的重复利用和减小环境污染,但在其生产过程中产生的废水往往由于采用的处理方式不当,造成处理后出水仍然超过水质标准,会对自然环境再次造成伤害[2-3]。

近年来厌氧处理法已经越来越多的应用于造纸废水的处理中,并取得了良好的效果[4-7]。在原有废水处理工艺中,增加厌氧处理,可以很大程度的降低后续好氧池处理负荷,节能降耗,产生的沼气可以作为能源功入锅炉燃烧,用于节省燃煤。由于第三代厌氧IC反应器相对于其他厌氧反应器具有负荷高、占地小,抗冲击负荷强、运行稳定等特点,目前被广泛应用于包括啤酒生产、造纸、柠檬酸等行业[8-12]。

1       材料与方法

1.1废水来源及水质

该造纸厂以废旧瓦楞纸、箱板纸为原料生产瓦楞纸,主要生产过程主要包括制浆、造纸、压榨、烘干、复卷等,生产中的污水主要来自制浆过程,制浆就是将废纸打成纸纤维的过程,需要用水不断的冲洗筛选,细小纤维、废纸上带的有机物和固体杂质被洗出成为废水中污染物的主要来源,另外,造纸机冲洗滤布有一部分水流到污水站。流到污水站的综合污水主要有:造纸水、车间冲洗水、真空泵冷却水、污泥压滤水、生活污水。初沉池出水水质见表1:

表1   废水水质

指标

SCODmg/L

BOD5mg/L

SSmg/L

T

PH

数值

1800-4500

1000-1500

400

30-32

6.0-6.7

 

1.2废水处理工艺

扩产前造纸厂污水处理采用物化+好氧处理工艺,好氧采用活性污泥法,曝气采用微孔曝气,废水中的大部分悬浮物和COD通过加药去除,运行成本高,好氧池污泥经常发生膨胀,运行不稳定。根据扩产后造纸厂的污水水质水量和现有的污水处理设施,我公司对其现有污水处理系统进行整体设计改造,采用预处理+IC厌氧+好氧+物化的污水处理工艺对污水进行处理。在原有设施基础上新增一沉池、IC厌氧反应器和深度处理系统,好氧部分充分利用原有的好氧池和原一沉池、均质池进行扩容,达到对原有设施的充分利用。扩产后采用的工艺流程如下:

初沉+水解+IC+好氧+二沉池+深度处理


1.3 反应装置

基于IC厌氧反应器在实际运行过程中出现的混合不均匀、启动时间长、操作运行不稳定等缺点各种局限性问题,工程技术人员对其应用实施进行了改造。该反应器直径为8m,高为20m,总效容积1000m3,碳钢材质。

1.4接种污泥

对厌氧反应器而言,接种污泥的数量、性质、活性是影响反应器启动速度的最重要的因素。以同种废水培养的颗粒污泥进行接种,可以实现反应器的快速启动。本项目采用木浆废水颗粒污泥为接种污泥,由于水质相似,可以缩短驯化期,实现反应器的快速启动,污泥接种量为300 m3TSS91.2g/LVSS61.5g/L

1.5主要分析方法

试验中的分析方法参照文献[13],主要分析指标及方法为SCOD(重铬酸钾法)、VFA(滴定法)、流量(电磁流量计)、pH(精密pH计)、温度(温度计)。 

2       满负荷运行阶段系统分析

根据接种污泥的活性以及对新反应器的适应情况和上旋流厌氧反应器的运行控制指标,分三个阶段实现系统启动,即污泥驯化期、负荷提高期、满负荷运行期,经过28天调试运行,厌氧反应器达到设计负荷12 kg COD/m3·d。本实验选取满负荷运行后数据进行分析。

2.1 SCOD去除率



满负荷运行阶段,上旋流厌氧反应器进出水SCOD与去除率的关系如图3所示。受车间生产工艺影响,瓦楞纸造纸废水水质波动比较明显,尤其是SS含量对TCOD的测量影响较大,本实验选择分析废水SCOD的变化,研究上旋流厌氧反应器的去除效率。从图3中可以看出,在满负荷运行阶段,系统进水SCOD波动比较大,数值在2000-4000mg/L之间,经过上旋流厌氧反应器处理后,系统出水SCOD750mg/L左右小幅度稳定波动,可见上旋流厌氧反应器的抗冲击负荷能力较强。受进水水质的影响,厌氧系统SCOD去除率有一定的波动,但波动不大,SCOD去除率均值为74%微信图片_20200628161059.jpg

与其他应用在工程项目上的IC反应器处理同样类型的废水中的文献报道相比,本工程试验中用到的自行研制的厌氧反应器的处理效率比工程中实际应用的IC厌氧装置处理效率要高[ 14-17]

2.2 出水pH和VFA变化

满负荷运行阶段,厌氧系统出水pHVFA变化如图4所示。厌氧系统出水pH是影响厌氧反应器运行的重要因素[18],出水pH可以用来判断反应器中酸碱度是否处于平衡状态,从图4中可以看出,采用上旋流厌氧反应器处理瓦楞纸废水,系统出水pH7.0-7.8之间稳定波动。

出水VFA浓度过高表明反应器里有大量的VFA累计,反应器有可能面临酸化的危险,研究表明,厌氧反应器正常运行中,应保持出水VFA浓度在400mg/L以下[13]。系统出水VFA除了在运行的第24-3138-41VFA高于400mg/L以上外,其余时段出水VFA均低于400mg/L以下。从图4可以看出,系统在第24-31天和第38-41天出水VFA400-600mg/L之间,同时段系统出水pH稍有降低,虽然VFA高于推荐值,但出水pH仍超过6.8,满足产甲烷菌最适宜的pH范围,因此符合稳定运行指标要求。

微信图片_20200628161200.jpg

2.3 容积负荷对SCOD去除率的影响


满负荷运行阶段,SCOD去除率随容积负荷变化趋势如图5所示。从图5中可以看出,在运行的第1-6天,容积负荷从15.12 kgCOD/m3·d降到8.28kg COD/m3·dSCOD去除率也由最初的74.8%降到了69.0%;运行的第6-18天,容积负荷呈稳定波动的趋势,容积负荷均值为10.54kgCOD/m3·dSCOD去除率均值为73%;运行的第18-29天,容积负荷呈波动上升趋势,最高达到19.44 kgCOD/m3·d,此时的SCOD去除率为85.8%;运行的第29-34天,容积负荷出现了一定下滑,容积负荷降到11.88 kgCOD/m3·d,此时SCOD去除率为64.8%;在运行的第34-46天,容积负荷呈现小幅波动的趋势,容积负荷均值为13.87 kgCOD/m3·dSCOD去除率均值为73.3%。可以发现SCOD去除率的变化与容积负荷的变化有关,实际运行过程中,控制容积负荷在10-14 kgCOD/m3·d之间,SCOD去除率可达73%左右。

微信图片_20200628161253.jpg

 2.4  容积负荷对出水VFA的影响

VFA是厌氧消化过程中有机物降解过程的中间产物,有机物经水解反应后产生VFA,而产甲烷菌利用VFA产生甲烷,所以出水VFA在反应器控制中被认为是最重要的参数[19]VFA在厌氧反应器中的变化情况能反映出产甲烷菌的活性状态,而且比pH值更为敏感[20],试验过程中对上旋流厌氧反应器中VFA的变化进行了连续监测,发现VFA的波动与运行容积负荷有密切关系,如图6所示。

微信图片_20200628161337.jpg

从图6中可以看出,随着负荷的波动,出水VFA出现了明显的波动,在运行的24-31天和与38-41天出水VFA超过400mg/L,之后随着运行负荷的逐步降低,出水VFA逐步降到400mg/L以下。通过上面的分析可以看出,运行的容积负荷过高可能导致出水VFA过高,反映到反应器内部的运行情况,有可能造成厌氧系统的酸累积,从而影响产甲烷菌的活性。

3       经济性分析

废水运行成本主要包括动力费用、化学药品费用和人工费用。下表为工程改造前后废水运行成本分析表。

表2 工程改造前后废水运行成本分析表

项目

改造前吨水费用(元/m3

改造后吨水费用(元/m3

电费

0.538

0.323

尿素

0.133

0.12

磷酸二铵

0.096

0.086

阳离子聚丙烯酰胺

0.413

0.248

阴离子聚丙烯酰胺

0.060

0.036

人工费

0.134

0.1335

合计

1.374

0.947

满负荷运行时,实际水量为4500m3 /d,每天厌氧系统可以去除COD10000kg,每kg COD可转化沼气总量(包括CO2HS2 ) 0.35-0.45m3 ,因此每天大约可以产生4000m3沼气,1 m3 沼气的实际产热量相当于1 kg普煤的产热量,参考煤电当量357 g/(kW·h)[21],电费按照0.44元每度计算,计算可知,不考虑建造沼气发电装置的费用,改造后污水处理系统产生的沼气可为公司每天节约电费约4930元。

4         

通过本试验研究结果可以看出,采用上旋流厌氧反应器处理瓦楞纸造纸废水,SCOD去除率高、运行效果稳定。

(1)系统出水SCOD750mg/L左右,SCOD去除率波动不大, SCOD去除率均值为74%,系统抗冲击负荷能力较强 

(2)虽然出水VFA部分时间大于400mg/L,但出水pH值始终大于6.8,没有出现酸累积现象,符合稳定运行指标要求。

(3)容积负荷对SCOD去除率有一定影响实际运行过程中,控制容积负荷在10-14 kgCOD/m3·d之间,SCOD去除率可达73%左右。

(4)运行过程中要控制容积负荷过高而导致的出水VFA过高,以免造成厌氧系统的酸累积,从而影响产甲烷菌的活性。

(5)改造后废水处理吨水电耗可以降到0.947元,利用厌氧产生的沼气发电,还可以进一步降低吨水电耗。


本文网址:http://www.sdchengzhi.com/news/424.html

关键词:IC反应器,IC厌氧,厌氧反应器

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