高档卷烟纸生产废水处理的中试研究

李达宁 汪晓军 何耀忠 顾晓扬

(华南理工大学环境科学与工程学院,华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室,广东广州,510006)

高档卷烟纸生产废水处理的中试研究

李达宁 汪晓军 何耀忠 顾晓扬

(华南理工大学环境科学与工程学院,华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室,广东广州,510006)

广东某厂高档卷烟纸生产废水经单独混凝沉淀难以达标排放,采用中试规模的曝气生物滤池 (BAF)对经混凝沉淀的高档卷烟纸废水进行处理,结果表明,BAF对该类废水处理的最佳水力负荷为 1 m3/(m2·h),此时 CODCr去除率 85%,TSS去除率 24%,反冲洗仅需 12～15天 1次,出水性能优于广东省地方标准中的一级排放标准。当向调节池添加 1∶10比例的浓浆池废水与原调节池废水时,BAF有较强的抗冲击负荷能力,CODCr去除率仍然在 80%左右,出水达标,但反冲洗为 2～3天 1次。研究表明,混凝沉淀 +BAF处理高档卷烟纸生产废水处理是一种可行、稳定的工艺。

卷烟纸废水;混凝沉淀;曝气生物滤池;废水处理

高档卷烟纸作为一个特殊纸种,在薄页纸中占有较重要的地位,近年来,随着国内市场需求量的增加,生产高档卷烟纸的企业越来越多。高档卷烟纸的生产过程中由于加入了多种化学物质[1],其废水有一定的特殊性,但是对于高档卷烟纸生产过程中所产生废水的处理方法鲜见报道,研究该类废水的特点及其处理工艺对这一行业的发展有重要意义。

广东省江门市某纸业有限公司是专门生产高档卷烟纸的合资企业,公司主要业务是生产和销售高档卷烟用纸。公司有两条生产线,一条生产卷烟纸(CP),一条生产高透成型纸 (PPW)。第一条生产线废水排放量大 (2000～3000 m3/d),CODCr在 88～230 mg/L之间,由于生产过程中加入阳离子淀粉等物质,废水的可生化性良好。第二条生产线废水排放量小 (0～1500 m3/d),CODCr在 40～130 mg/L之间,但是由于加入了 PVA等难生物降解的物质,废水较难生化处理。废水中含有大量微小悬浮物、短纤维和胶体物质。但两条生产线的生产原料都是商品浆板,污染比传统造纸行业少。公司原有一套污水处理设施,主要工艺流程为加聚合氯化铝 (PAC)混凝后经聚丙烯酰胺 (PAM)助凝沉淀后外排,出水的 TSS达标,但 CODCr远不达标,需要进行工艺改进。曝气生物滤池 (BAF)近年来发展迅速,是一种高效经济的生化处理手段,BAF虽然在烟草以及造纸行业的废水中应用较多[2-3],但是在高档卷烟纸生产废水处理上的应用还未见报道。本实验结合该废水的特点,采用中试规模的 BAF进行处理,研究 BAF对该类废水的处理效果及其稳定性。

1 实 验

1.1 水处理工艺与水质

废水处理工艺流程如图1所示。两条生产线所排放的废水分别排入调节池与浓浆池,为减轻混凝反应处理的负担,浓浆池废水不定时地以 1∶10左右的比例混合至调节池经再次调节后进行处理,虽经稀释,但是此时的废水单经混凝沉淀处理难以达标排放。

图1 废水处理工艺流程

工艺进出水水质以及排放标准如表1所示,要求处理出水达到广东省地方标准《水污染物排放限值(DB44/26—2001)》第二时段一级排放标准。

表1 工艺进出水水质及排放标准

由表1可以看出,原厂工艺的混凝沉淀对 TSS有良好的去除作用,去除率达 95%,而且出水的色度也很低,但是对于 CODCr,混凝工艺仅能达到 15%左右的去除率,出水 CODCr远不能达标。废水进水的CODCr波动性大,出水 TSS低。为了有效地去除废水中的 CODCr、BOD5等污染物,中试选用 BAF对混凝沉淀出水进行后续处理,以期取得良好的 CODCr去除效果,并对 TSS进一步处理。

1.2 试验装置与流程

生化处理装置的主体选用 BAF装置,如图2所示。装置由 UPVC管材制成,反应器为圆柱形,高度2.0 m,直径 0.2 m,有效容积 55 L。内装陶粒作为填料,陶粒直径 3～5 mm,孔隙率 50%,采用上向流方式进水,滤板和滤头布水,压缩空气机曝气,气水比为 (4～5)∶1,采用气水联合反冲洗,反冲洗时间为 10 min,反冲洗频率根据出水水质确定。

图2 中试 BAF装置图

混凝出水流入贮水箱,再由下自上流入 BAF,经BAF处理后流入出水收集箱,然后排出,出水收集箱中的水作为反冲洗水的水源。

1.3 分析方法

CODCr、BOD5、TSS、色度均采用国家标准方法检测分析[4],pH值采用雷磁 pH计测定。

2 结果与讨论

2.1 BAF的挂膜与启动

采用工厂的混凝沉淀出水为 BAF的进水进行挂膜,同时加入适量葡萄糖与磷 (葡萄糖加入量为 500 mg/L, 并使池中的 m(C)∶m(N)∶m(P)约为 100∶5∶1)。闷曝 1天后,以 5 L/h开始连续进水,在 BAF的CODCr去除率达到 80%左右的情况下,在挂膜第 3天就提高流量到 10 L/h,每天分 4次检测挂膜驯化阶段曝气生物滤池的进出水水质,取所有检测数据的平均值,结果如表2所示。

表2 曝气生物滤池挂膜阶段 CODCr去除情况

由表2可知,BAF对该废水的适应性强,处理效果好,挂膜时间可以在 4～5 d完成。此时 BAF的CODCr去除率已经高于 70%,可以认为其挂膜驯化已经成功,进入废水的试验阶段。

2.2 BAF的水力负荷对其处理能力的影响

研究表明,BAF内滤层高度对反应器的工作性能有着很大的影响,并在一定程度上决定了工程的基建投资和运行管理的难易程度,同时,气水比、水力负荷、CODCr负荷是影响 BAF处理能力的重要因素,BAF内填料层的高度选择应结合污水水质以及 BAF的水力负荷来综合确定[5]。为了更准确地确定滤料层高度,为实际工程提供指导意义,在中试试验中以水力负荷作为主要参数来研究 BAF对该废水的处理能力。水力负荷是指单位时间内通过 BAF单位面积的流量,比 BAF的停留时间更为精确。

图3表明,进水经过混凝沉淀处理,TSS不高,在 25～36 mg/L之间,BAF可以保持良好的工作性能,且只需较低的反冲洗频率 (12～15天反冲洗 1次),TSS去除率可达到 71%以上,出水的 TSS在 10 mg/L以下。但是随着水力负荷的增大,TSS的去除率呈下降趋势,这是因为 BAF对 TSS的去除主要依靠滤料的物理截留作用和微生物的吸附作用[6],随着水力负荷的增大,BAF上升流速加快,生物膜和滤料对悬浮物的接触时间减少,单位时间内有更多的悬浮物通过滤料层并使得出水悬浮物增加,TSS的去除率下降。

图3 BAF去除 TSS效果图

CODCr的去除效果见图4,由图4可知,BAF的水力负荷为 0.30～0.83 m3/(m2·h)时,CODCr去除效率为 75%～80%,去除率上升缓慢,其主要原因是此时的进水流量小,营养物并不十分充足,BAF未达到高效的工作状态;当负荷提高到 1 m3/(m2·h)时,CODCr去除率达到 85%以上,这一方面是水中营养物质的逐渐充足使 BAF中的微生物代谢加快,BAF处于高效的工作状态;另外,提高流量,提高了上升流速,在一定程度上使气、水进行极好地均分,促进了陶粒表面微生物的更新换代,也一定程度上提高了 CODCr去除效率。当水力负荷达到 1.27～1.70 m3/(m2·h)时,由于负荷较高,CODCr去除效率下降,只能达到 60%～70%左右,出水 CODCr约为50～75 mg/L。另外,在此期间,BOD5变化范围不大,在 13～18 mg/L之间,进出水的 pH值变化范围不大,保持在 6～9之间,色度稳定在 2倍以下。

图4 BAF去除 CODCr效果图

由此可以得到 BAF处理此类废水的最佳运行参数:BAF水力负荷 1 m3/(m2·h),此时 CODCr去除率可以达到 85%,出水 CODCr在 40 mg/L左右,TSS小于 10 mg/L,这 2项指标达到生活杂用水的回用标准。

2.3 BAF的抗冲击负荷试验

高档卷烟纸生产过程中需要添加多种化学药剂,如瓜尔胶、PVA、消泡剂、乙二醛等[1,7],这部分废水水量小,但处理难度大。工厂将此部分废水分流排到了浓浆池中 (CODCr约 3000 mg/L左右),浓浆池的污水不定时以 1∶10的比例与原调节池的废水稀释后再进行处理,但是此时处理难度加大,因此需要在BAF运行的最佳表面负荷下考察添加浓浆池废水时BAF的处理能力。连续 1周向调节池以 1∶10的比例加入浓浆池废水,研究 BAF对 CODCr的处理效果,结果如图5所示。在此期间BAF的反冲洗频率为 2～3天 1次。

图5 BAF去除 CODCr效果图

由图5可以看出,当浓浆池废水与调节池废水混合后,经过混凝沉淀工艺后废水的 CODCr在 220～320 mg/L之间,远远不能达到排放标准的要求。BAF对混有浓浆池的浓废水有一个明显的适应过程。初期,CODCr去除率一直下降,此阶段对 BAF内的微生物是一个驯化的阶段;经过短时间的适应后,CODCr去除率缓慢上升,保持在 80%左右,出水 CODCr在 80 mg/L以下。虽然 BAF进水的水质波动性比较大,但是出水的 CODCr均能保证稳定在一个较低的水平,说明BAF对该类废水短期内承受高负荷冲击的能力比较强,BAF和工厂的混凝沉淀工艺结合能使出水达到广东省地方排放标准。

3 结 语

3.1 BAF处理混凝沉淀后的高档卷烟纸生产废水时的最佳水力负荷为 1 m3/(m2·h),CODCr去除率可达到85%,出水 CODCr在 40 mg/L左右,TSS在 10 mg/L以下,可达到广东省地方排放标准,基本达到生活杂用水标准。

3.2 当浓浆池废水与原调节池废水以 1∶10混合时,BAF仍能保持高性能,CODCr去除率仍在 80%左右。混凝沉淀 +BAF是一种既高效又稳定的处理高档卷烟纸生产废水的方法。

[1] 林 湛.高档卷烟纸的研制[D].天津:天津科技大学,2005.

[2] 李 颖,张安龙,崔 炜.曝气生物滤池在制浆造纸废水处理中的研究进展[J].造纸科学与技术,2006,25(4):40.

[3] 刘剑玉,汪晓军,陈 彦.臭氧预氧化-BAF深度处理造纸废水[J].中国造纸,2009,28(9):36.

[4] 国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[5] Mendoza-Espinosa L G,Stephenson T.Organic and Hydraulic Shock Loadingson aBiologicalAerated Filter[J].Environmental Technology,2001,22(3):321.

[6] Farabegoli G,Chiavola A,Rolle E.The Biological Aerated Filter(BAF)as alternative treatment for domestic sewage.Optimization of plant performance[J].Journal of Hazardous Materials,2009,171(1/3):1126.

[7] 徐 祥,韩庆斌,李劲松,等.瓜尔胶的性质及其在卷烟纸生产中的应用[J].中国造纸,2003,22(2):34.

Pilot Study of Treatment ofWastewater from a C igarette PaperM ill

L IDa-ning WANG Xiao-jun＊HE Yao-zhong GU Xiao-yang
(School of Environmental Science and Engineering,Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters,M inistry of Education,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510006)

Many chemicals are used when high-grade cigarette paper is producing.Wastewater from a high-grade cigarette paper mill in Guangdong province couldn'tmeet discharge regulation when itwas only treated by coagulation precipitation.Therefore biological aerated filter(BAF)was applied as advanced trea tment process to treat this kind ofwastewater in pilot scale.The results showed that:when the best hydraulic load ofBAFwas 1 m3/(m2·h),the CODCrremoval rate and TSS removal ratewere 85%and 24%respectively.The back-washing was operated once per 12～15 d,the effluentmet the class Idischarge standard ofDischarge LimitsofWater Pollutants(DB44/266—2001)in Guangdong province.When wastewater from retention tank with high CODCrwas added into buffer tank,BAF had high ability to resist the impact load,and CODCrremoval rate stillwas at about 80%,effluent also met discharge standard,but back-washingwas operated once per 2～3 d.The results indicated that coagulation precipitation+BAF were feasible and stable processes to treat wastewater from high-grade cigarette paper producing.

wastewater of cigarette paper;coagulation precipitation treatment;biological aerated filter;wastewater treatment

X703

A

0254-508X(2010)12-0038-04

李达宁先生,在读硕士研究生;主要从事水污染控制方面的研究。

(＊E-mail:cex jwang@scut.edu.cn)

2010-08-05(修改稿)

(责任编辑:马 忻)