预曝气对造纸废水厌氧处理系统运行性能的影响

沈海涛

(浙江景兴纸业股份有限公司，嘉兴 314200)

高效厌氧反应器是废纸造纸废水处理工艺中的核心单元，对节能减排有重要影响。废纸造纸废水属于高浓有机废水，COD 含量较高，且含有丰富的生物质能[1]。采用高效厌氧反应器处理废纸造纸废水，可极大减轻好氧工艺段的处理负荷，兼具降低能耗和提高出水水质等优点；此外，高效厌氧反应还可利用废纸造纸废水中丰富的生物质能产沼气发电，实现能源循环利用[2-3]。近年，高效厌氧反应器在我国废纸造纸企业得到推广和应用，受到了众多企业的青睐。

《国经家“十三五”发展规划纲要》指出，绿色经济是我国各工业企业坚持与追求的目标。在国家减排减量及相关政策越来越严格的大环境下，对于污染性强的造纸废水处理，寻求新技术及突破现有技术瓶颈已经成为日常研究重点。

造纸废水处理的核心单元厌氧塔的颗粒污泥活性问题始终困扰着造纸企业，影响着该行业水处理的整体水平。如何提升颗粒污泥在厌氧反应器中的活性，从而整体提升厌氧反应器的COD 去除效率成为众多学者研究探讨的方向[4]。颗粒污泥的生长是一种复杂的生物化学过程，其反应生长程度与造纸废水的循环利用率、原水总硬度、厌氧运行相关pH等参数的控制调节以及厌氧反应器的有机总负荷有关。废水循环利用率越高，有机负荷、有毒有害物质、钙镁离子等的浓度就越高，对颗粒污泥活性影响较大[5-7]。原水钙硬度主要源于碳酸钙造纸填料和纸张涂布加工的颜料，再废纸制浆过程中其浓度可高达2 000～4 000 mg/L，严重导致了颗粒污泥钙化以及相应的活性污泥成分降低。当进入厌氧反应器负荷超出其设计处理能力时，对污泥活性与产率也会带来较大影响。

综合分析出颗粒污泥活性过程的主要控制因素，探明其活性抑制机理，可以为高效厌氧反应器颗粒污泥钙化率的有效控制以及污泥的活性提升提供技术支持。同时，随着污泥活性提升，污泥的产量逐步增加，厌氧菌产生的沼气也稳步提升，这两部分的经济价值也能得到最大化体现，彻底改变环保污水处理只有投资无回报的现状。

1 废水处理工艺简介

1.1 废水处理工艺流程

企业的平均废水产生量为25 000 m3/d，COD 浓度为4 000～5 000 mg/L，酸化度50%～65%，总硬度达到3 000 mg/L。厂区废水处理工艺流程见图1。由于系统来水高负荷、高硬度、高酸化度、含有毒性物质，这对于厌氧颗粒污泥的生长、活性比、钙化率、去除效率都会有很大影响。通过实际的运行跟踪，酸化度及毒性物浓度可以通过预曝气来控制，同时颗粒污泥的钙化率也能得到逐步降低。

图1 废水处理工艺流程

1.2 预曝气工艺流程

（1）工艺参数控制：造纸废水经过斜网过滤浆水分离后，废水进入预曝气池(46 m×30 m×5 m)，利用后端氧化沟系统废弃的剩余活性污泥连续补充到预曝气池内，控制其预曝气池内的污泥浓度为10～12 g/L。此外，预曝气池内通过6 台变频表面曝气机（24 kW）提供氧气，保证预曝气池出水溶解氧浓度为0.6～0.8 mg/L。

（2）工艺原理：造纸废水内的有毒有害物质种类比较多，对厌氧甲烷菌有抑制作用，比如含硫化合物等。加入预曝气工艺，一方面利用活性污泥菌种多元化优势，活性污泥内硫细菌将硫化物氧化分解。另一方面，活性污泥本身有着良好的吸附性，也能将部分有毒物质吸附去除。

（3）预爆气池结构：预爆气池结构形式与传统氧化沟相似，其平面图见图2，实际运行效果图见图3。

图2 预曝气池平面图

图3 预曝气池运行效果图

2 实际运行数据分析

2.1 预曝气前后的水质变化

2019 年7 月开始，对系统预曝气前后的原水水质变化、厌氧运行情况和颗粒污泥生长情况进行了持续跟踪。其中，预曝气前和预爆气后进入厌氧反应器的原水COD 及酸化度数据分析见图4。预曝气后，原水COD 及酸化度的稳定性得到改善，酸化度稳定在30%～40%，原水COD 稳定在4 000～4 500 mg/L，为厌氧颗粒污泥生长提供了良好生存环境。

定期对预曝气前后水样内的硫含量进行监测发现，预曝气后废水中硫元素的浓度平均下降6.2%（图5），说明毒性硫化物可能被硫细菌氧化为硫单质。侧面也印证了预曝气处理降低了有毒有害物质对产甲烷菌抑制作用。

图5 预曝气前后原水硫化物浓度变化

2.2 厌氧系统运行情况

增加预曝气工艺后，对厌氧系统进出水水质变化的分析如图6 所示。从图6 可以看出： 厌氧进水COD 控制的更稳定，波动幅度降低，出水VFA 保持在2 以下，出水COD 下降至1 000 mg/L 以下。

图6 厌氧系统的进出水COD及出水VFA数据

厌氧系统颗粒污泥总量统计见表1。由表1 可以看出：厌氧塔内的污泥总量呈现明显的上升趋势，且VSS:TSS 比例逐渐升高，半年累计上涨13%，说明污泥的活性升高，钙化率明显降低。按当前市场造纸厌氧污泥的平均价格900 元/吨，半年累计出产1 500 吨颗粒污泥，价值约135 万元。

表1 颗粒污泥量

3 结束语

针对高钙造纸废水，本企业通过增加预曝气工艺，使得颗粒污泥的钙化率得到很好的控制，对最终的厌氧运行效率及经济产值都有很好的效果。在观测时间段内，预曝气后的厌氧进水酸化度稳定控制在50%以下，原水内硫化物浓度下降6.2%，厌氧出水VFA 稳定在3 mEq/L 以下，COD 稳定在1 000 mg/L以下。预曝气实施半年后，颗粒污泥VSS:TSS 比例累计上涨13%。