复合式絮凝床处理制浆中段废水中试研究

孙立金 周宗南 李子君 王维丰

(珠海市德莱环保工程有限公司，广东珠海，519070)

复合式絮凝床处理制浆中段废水中试研究

孙立金 周宗南 李子君 王维丰

(珠海市德莱环保工程有限公司，广东珠海，519070)

采用复合式絮凝床对中段废水进行预处理，探讨了影响CODCr去除率的各种因素，得出了最佳工艺参数，比较了复合式絮凝床处理后生化和深度处理效果及运行费用。结果表明，复合式絮凝床预处理，CODCr去除率高达45．6%。与自然沉降和混凝沉淀相比，废水的可生化性分别提高了10．4%和7．5%，高达84．3%;总的运行费用分别节省1．85元/t水和1．16元/t水，为2．79元/t水。

中段废水;CEFR反应器;预处理

制浆中段废水是指原料经蒸煮、黑液提取后，浆料经筛选、洗涤和漂白排出的废水。中段废水排放量大，内部成分复杂，含有大量木质素、纤维素、半纤维素及其衍生物。由于木质素及其衍生物的存在，通常使废水呈现出比较深的颜色。由于这些物质难以生物降解，或者生物降解很慢，因此，生化处理效果较差。文献表明［1］，中段废水BOD5和CODCr的比值在0．20～0．35之间，可生化性较差，有机物难以生物降解且处理难度大。目前中段废水的处理方法有很多种，吸附法、混凝法、生物法、膜分离法、化学氧化法等［2］。这些常规的处理工艺都能够降低中段废水的污染负荷，但是大部分难以达到国家规定的排放标准，并且有些方法的处理成本太高，企业难以承受，因此寻求一种既经济又可靠的处理方法，成为对中段废水治理研究的重点。

电絮凝法又称电气浮法，是在直流电的作用下以铁铝等可溶性金属为阳极，产生铁铝等离子，再经一系列水解、聚合及氧化过程，形成多种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，同时在阳极上析出氧气微气泡，阴极上析出氢气微气泡，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚上浮而分离。同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，部分电荷被电极中和而促使其脱稳［3-4］。这是一种处理时间短，占地面积小的污水处理方式。本实验采用的是复合式絮凝床 (简称CEFR，Combined Elextr-floculation Reactor)，该技术依据电解及电凝聚原理，对废水中的污染物进行氧化、还原、中和、凝聚、气浮分离等多种物理化学作用处理［3-4］，废水处理时间短。

CEFR反应器处理费用并不高，并且对中段废水效果比较明显，作为预处理使用，不仅可以降解污染物，而且可有效地改善后续的生化性能，出水经过深度处理后，可达到GB3544—2008制浆造纸工业水污染物排放标准的要求。

1 实验

1.1 材料及设备

废水:取自某硫酸盐制浆厂现场综合中段废水。该厂以桉木为原料制浆，主要采用ECF(无元素氯)漂白。中段废水悬浮物 (SS)含量600 mg/L，经过初沉后 SS含量400～420 mg/L，CODCr(过滤后)2540 mg/L，BOD55735 mg/L，pH 值11～12。

实验设备:采用自制电絮凝设备。原水经过加酸调节pH值后进入CEFR反应器。

好氧污泥:取自该厂的好氧污泥。

1.2 实验流程

1.3 检测项目

对CEFR反应器的进水和出水CODCr进行检测，对生化处理前后水样CODCr进行检测，检测采用平均法，即每天取样两次，每次间隔12 h，混合后测CODCr和SS。CODCr和SS分析方法参照文献 ［5］。

CEFR反应器的电流、电压采用万用表进行检测。

2 结果与讨论

2.1 CEFR反应器处理参数优化

实验考察了pH值、电流、电压、絮凝剂用量以及污水在反应器内的停留时间等因素对CEFR反应器处理效果的影响。

2.1.1 pH值对CEFR反应器处理效果的影响

通过固定其他实验条件:电流20 A，电压4．2 V，停留时间70 s，PAC用量200 mg/L，PAM用量1 mg/L。考察了不同的pH值对CEFR反应器的处理效果的影响，结果如图1所示。从图1可以看出，使用PAC，CEFR反应器处理该种中段废水时，PAC可以适应较广泛的 pH值，pH 值在 6．0～8．0处理时，CODCr的去除率基本稳定，相差不大，但是当pH值低于6．0和高于8．0时，CODCr的去除率迅速降低。主要原因是在这一范围内使用CEFR反应器对该种中段废水进行处理时，出水的SS明显增加，产生较多的微小颗粒，不能絮凝成团，固液难以分离。单从这一层面选取PAC在pH值6．0～8．0处理效果比较理想，但是考虑CEFR反应器处理出水后续接生化处理，生化处理的最适合pH值应该在6．5～8．5，同时考虑到中段废水呈现强碱性，需要加酸进行调节，增加酸用量可能意味着处理成本增加，综合以上因素，选取CEFR反应器的进水pH值为7．0 ～8．0。

图1 pH值对CEFR反应器处理效果的影响

2.1.2 电流、电压对CEFR反应器处理效果的影响

通过对电流、电压的测量，可以初步了解该种中段废水的水质状况。从图2可以看出，中段废水经过CEFR反应器时，电流与电压呈现良好的线性关系，这表明，该种中段废水经过水力调节后，水质比较稳定。图3为CEFR反应器处理时不同电流下出水的CODCr值，从图3可以看出，在其他条件不变的情况下，随着电流的增加，CEFR反应器出水CODCr值越来越低，但是当电流到达一定程度时，出水的CODCr值趋于稳定。为了保证处理效果，同时尽可能地降低电耗，选择电流在25 A时处理比较合适。

2.1.3 停留时间对CEFR反应器处理效果的影响

在其他条件恒定的情况下，考察了CEFR反应器处理时间对于出水CODCr值的影响 (见图4)。由图4可知，中段废水在CEFR反应器内部停留时间越长，出水CODCr值越低。但是当停留时间超过1 min以后，出水CODCr值的变化不明显。因此，停留时间选择1 min比较合适。

2.1.4 PAC用量对CEFR反应器处理效果的影响

CEFR反应器处理时，絮凝剂的用量也是一个比较重要的指标，絮凝剂的用量直接关系着出水水质的优劣。CEFR反应器一般使用常规PAC和PAM作为絮凝剂，通常PAM添加在CEFR反应器出水处，因此对反应器的处理效果影响较小，用量1～2 mg/L可以满足使用要求;PAC添加在反应器处理之前，因此它的用量直接影响电絮凝的效果。本实验主要是针对PAC的用量对电絮凝的效果进行了研究。PAC用量对电絮凝出水CODCr的影响见图5。

从图5可以看出，随着PAC用量的增加，出水CODCr下降明显。但是当PAC用量增加时，中段废水的处理成本也在增加，综合考虑各因素的影响，PAC的用量在200～300 mg/L比较合适。

综上所述，采用CEFR反应器处理中段废水，其工艺参数为:进水pH值7．0～8．0，电流25 A，处理时间1 min，PAC的用量200～300 mg/L，PAM用量1～2 mg/L。

2.2 中试结果分析

在CEFR反应器参数优化的基础上，针对中段废水展开了中试试验，中试规模180 L/h，好氧停留时间24 h。

2.2.1 CEFR反应器预处理效果对比

本试验中对有无CEFR反应器的预处理效果进行了对比，其结果如图6所示。图6中CODCr为中段废水pH值在7．0～8．0进行最佳处理后所测定的。混凝沉淀PAC用量为300 mg/L，PAM用量为2 mg/L;CEFR反应器预处理工艺参数为:电流25 A，处理时间1 min，PAC用量为250 mg/L，PAM用量为2 mg/L，自然沉降时间为4 h。

从图6可知，中段废水的CODCr高达2540 mg/L。不同预处理时，出水的CODCr有较大变化，采用自然沉降的方式，去除部分SS，出水的CODCr仍有1760 mg/L;采用PAC和PAM混凝处理，出水的CODCr略有下降，为 1535 mg/L;采用CEFR反应器处理，通过添加混凝剂 PAC和 PAM，出水的CODCr下降到了1382 mg/L，比自然沉降和混凝处理的出水分别下降了 21．5%、10．0%。CEFR预处理后CODCr去除率为45．6%，这更有利于后续生化处理。

图6 不同预处理时出水CODCr

2.2.2 CEFR反应器预处理对可生化性的影响

中段废水经过自然沉降、混凝处理和CEFR预处理后，泵入生化处理系统进行生化处理，生化处理主要采用曝气好氧处理方式，曝气时间24 h。试验结果如表1所示。

从表1可以看出，几种预处理后废水的可生化性较好，CODCr去除率均在70%以上，自然沉降和混凝沉淀的CODCr去除效果接近，但出水CODCr在400 mg/L以上。CEFR处理后CODCr去除率相对于其他两种处理提高了10个百分点以上，这表明废水经CEFR处理后可生化性得到了提高，这主要是由于CEFR反应器对废水中污染物产生了氧化、还原、中和、凝聚、气浮分离等多种物理化学作用，对废水中难以生化降解的大分子物质进行了断链降解，使大分子有机物和难生化降解的物质转化成可以降解的小分子物质，再通过好氧进一步降解去除。经过CEFR反应器处理后，CODCr总的去除率达91．5%，比自然沉降和混凝沉淀分别提高了10．5和7．5个百分点，也证明了CEFR处理可提高废水的可生化性。

表1 生化处理试验结果

表2 Fenton详细运行费用

表3 Fenton试验处理结果及运行费用

2.2.3 CEFR反应器处理及总运行成本分析

为了分析运行成本，对生化出水进行了Fenton小试试验，Fenton试验出水要求达到GB3544—2008中制浆行业一级排放标准［6］(CODCr≤100 mg/L)。表2为Fenton详细运行费用，表3为Fenton试验结果和运行费用。运行费用包含动力消耗费用、进入Fenton之前的加酸调节费用、Fenton出水的加碱调节费用以及Fenton的药耗费用、综合污泥处理费用等组成。Fenton的药耗主要有H2O2和FeSO4组成。

从Fenton试验可以看出，随着进水CODCr的增加，达到相同的目标，运行费用也急剧增加，这主要是由于难以生化降解的物质需要消耗大量的·OH才能将其降解去除，而·OH主要来源于H2O2，所以导致H2O2用量增加，同时FeSO4起到催化作用，相应的量也随之增加，从而导致Fenton运行费用急剧升高。同时从表3可以看出，采用CEFR处理的总运行费用要远低于其他两种处理方式，运行费用分别节省1．85 元/t水和1．16 元/t水。

3 结论

3.1 采用复合式絮凝床 (CEFR)对制浆中段废水进行预处理，其工艺参数为:进水pH值7．0～8．0，电流25 A，处理时间1 min，PAC用量200～300 mg/L，PAM用量1～2 mg/L。

3.2 与自然沉降和混凝沉淀相比，CEFR反应器不仅可以提高预处理的CODCr去除率，还可以改善废水的可生化性。

3.3 与自然沉降和混凝沉淀相比，CEFR反应器的运行费用更低。

［1］ 刘卫海，曹金艳，石 岸，等．混凝-生化-混凝组合工艺处理造纸中段废水的研究［J］．中国造纸，2010，29(2):32．

［2］ 梁拴粉，张安龙．制浆造纸废水处理技术［J］．西南造纸，2006，35(3):50．

［3］ 朱 雷，黄 芬，蔡 娟．电絮凝工艺在废水处理中的应用［J］．山西建筑，2007，33(35):201．

［4］ 张运平．特定电絮凝设备在废水处理中的应用［D］．西安:西安建筑科技大学，2005．

［5］ 国家环保总局．水和废水监测方法［M］．4版．北京:中国环境科学出版社，2002．

［6］ GB3544—2008，制浆造纸工业水污染物排放标准［S］． CPP

Pilot Trial of Paper Mill Effluent Treatment with the Combined Elextr-floculation Reactor

SUN Li-jin*ZHOU Zong-nan LI Zi-jun WANG Wei-feng
(Zhu Hai Delai Environmental Engineering Co．，Ltd．，Zhuhai，Guangdong Province，519070)

The factors affecting the removal of CODCrof paper mill effluent treated by the Combined Elextr-floculation Reactor was investigated．The optinmal operation condition was obtained．CODCrremoval rate of the effluent was 45．6%when the Combined Elextr-floculation Reactor was used in pretreatment stage．Compared with natural settling and coagulation，the biodegradability of the effluent after treatment with the Combined Elextr-floculation Reactor was up to 84．3%，increasing 10．4%and 7．5%respectively，total operating cost of a ton of water was only 2．79 ¥ ，saving 1．85 ¥ and 1．16 ¥ respectively．

the paper mill effluent;the Combined Elextr-floculation Reactor;pretreatment

X793

A

0254-508X(2012)01-0033-04

孙立金先生，硕士，工程师;主要从事造纸废水处理技术研究工作。

(*E-mail:slj61824950@qq．com)

2011-10-12(修改稿)

(责任编辑:赵旸宇)