纤维素废水处理的技术开发

张银新

纤维素废水处理的技术开发

张银新

（济南灵秀环保科技有限公司，山东 济南 250100）

纤维素是一种高分子化合物，广泛应用于建材、食品、医药、化工等领域，其废水具有COD浓度高、含盐量高、废水可生化性差等特点。通过采用蒸发、厌氧、好氧、曝气生物滤池、臭氧氧化相结合工艺对纤维素废水进行研究，探索出一条专门处理纤维素废水的技术路线，为纤维素废水处理提供有效的技术支持。

纤维素；纤维素废水；蒸发；臭氧氧化

纤维素是一种乳白色或者白色的化工原料，由精制棉提炼后续化工产品。该产品广泛应用于建材、食品、医药、化工等领域。其废水具有高盐、高COD、生化性差等特点，属于典型的“三高”废水，该废水处理难度大，一直影响了该行业的发展。近年来，国内外有很多关于纤维素废水处理的相关研究，主要技术工艺有微电解、芬顿催化氧化、臭氧催化氧化、UASB、IC、接触氧化工艺等。

本文通过蒸发-厌氧-好氧-曝气生物滤池工艺进行相关结合，有效地降低废水的浓度，实现废水的达标排放，为纤维素行业的发展奠定良好的基础。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：加热套、臭氧发生器、圆底烧瓶、冷凝管、锥形瓶、真空泵、厌氧反应器、好氧反应器、曝气生物滤池反应器、玻璃仪器等。

试剂：氢氧化钠、硫酸亚铁铵标准液、硫 酸-硫酸银溶液（Ag2SO4-H2SO4溶液）、试亚铁灵指示剂、重铬酸钾溶液、硫酸汞。

1.2 测试指标和测试方法

测试指标为COD；测试方法为重铬酸钾氧化法。

1.3 实验处理工艺路线图

本实验采用蒸发预处理+生化+深度处理相结合的工艺对废水进行处理，结合工程实际情况出发，具体工艺路线如图1所示。

图1 废水处理工艺路线

1.4 废水来源及特性

实验用废水来自于山东某纤维素生产废水，废水COD为150 000 mg·L-1左右，盐含量25%左右。

1.5 实验步骤与方法

1）取5 L纤维素废水放置于蒸发器中进行蒸发实验，取蒸发冷凝废水检测废水中COD、含盐量及pH的变化。

2）取蒸发后废水，采用自来水稀释至COD在10 000 mg·L-1左右，放置于厌氧反应器中，观察不同时间下废水COD的变化曲线。

3）取厌氧后废水，将废水放置于好氧反应器中，控制废水pH在7～8，溶解氧在2～3 mg·L-1，观察不同时间下废水COD的变化曲线。

4）取好氧后废水，将废水放置于曝气生物滤池反应器中，控制曝气生物滤池滤料体积占总装置的二分之一，溶解氧控制在3 mg·L-1左右，观察不同反应时间下COD的去除效果。

5）将曝气生物滤池出水放置于臭氧反应器中，观察不同氧化时间下废水COD的变化曲线。

2 结果与讨论

2.1 蒸发对废水COD 的去除效果

实现过程主要是为了模拟现场蒸发实验，确定蒸发前后废水COD的变化曲线，具体实验结果如表1所示。

表1 蒸发前后水质对照表

由表1可以看出，蒸发之后废水中大量有机物被去除掉，废水中的盐含量也大大降低。由于废水中有机物低沸点物质较多，蒸发后废水COD虽然大大降低，但是低沸点物质随着蒸汽进入冷凝液中。通过蒸发实验，废水中大部分盐类物质被去除掉，为后续生化处理奠定基础。

2.2 厌氧处理对废水COD去除的影响

采用自来水稀释的方式，对废水进行稀释，稀释后废水COD在10 000 mg·L-1左右，工程应用时采用处理后出水对废水进行稀释。将废水放置于厌氧反应器中，观察不同时间下废水COD的变化曲线，具体结果如图2所示。

图2 厌氧处理中COD与反应时间关系

由图2可以看出，随着厌氧反应时间的增加，废水COD逐渐降低，当反应时间为40 h时，废水中COD逐步趋于稳定状态，此时废水COD为 1 500 mg·L-1左右。反应时间40 h视为厌氧最佳反应时间。

随着厌氧反应时间的增加，废水中大部分易生化有机物被废水中的厌氧菌给消耗掉，转化成二氧化碳和水。随着反应时间的继续增加，废水中一些不容易被厌氧消耗的有机物逐步停止了厌氧反应，导致废水中有机物含量基本保持不变。但是这部分有机物在厌氧菌水解酸化的作用下逐步分解，大分子有机物被分解为小分子有机物，为后续好氧反应奠定基础。

2.3 好氧处理对废水COD去除的影响

取厌氧后废水进行好氧生化实验，控制好氧废水pH为7～8，好氧反应器温度在30 ℃左右，废水中溶解氧为2～3 mg·L-1。观察好氧反应过程中废水COD与时间的变化曲线，具体结果如图3所示。

图3 好氧处理中时间与出水COD之间关系

由图3可以看出，随着时间的增加，废水中COD会迅速被消耗掉，当反应时间为60 h时，废水中有机物基本被消耗掉，此时废水COD能够稳定在 300 mg·L-1以下。反应时间60 h视为最佳反应时间。

好氧过程中，通过微生物菌胶团的作用，废水中有机物被吸附，去除废水中的大部分有机物，然后通过微生物的代谢作用，将废水中部分有机物进行降解消耗。

在好氧装置中会发生一系列的转化作用，其主要转化作用是通过曝气装置提供大量的游离氧，该游离氧为好氧菌胶团的繁殖提供有利氧环境，促使废水中微生物大量繁殖。微生物在繁殖过程中需要依靠废水中有机物作为其繁殖的营养物质，将废水中的有机物转化成二氧化碳和水，其中不被消耗的有机物就会作为剩余污泥形式随着污泥增长而排出好氧反应器。

2.4 曝气生物滤池对废水COD去除的影响

曝气生物滤池属于废水处理过程中的深度处理工艺，将废水中微生物寄存在滤池填料中，通过填料的吸附作用，将废水中有机物进行浓缩，浓缩后的有机物通过微生物的代谢作用，将有机物氧化成二氧化碳和水，具体结果如图4所示。

由图4可以看出，随着反应时间的增加，废水中有机物逐步降低，废水出水水质能够降低至COD 50 mg·L-1以下，出水能够达到直排的标准。曝气生物滤池中微生物属于固定式微生物，不会随着废水的流动而消失，能够实现废水运行稳定的目的。

图4 曝气生物滤池时间与出水COD之间关系

2.5 臭氧氧化对废水COD去除的影响

将曝气生物滤池出水放置于臭氧发生器中，通过臭氧的氧化作用，降低废水中COD的含量。臭氧氧化时间设置为30 min，实验结果如表2所示。

表2 臭氧氧化前后水质对照表

通过上述氧化实验数据发现，废水中有机物已经基本被臭氧氧化掉，出水水质能够稳定在 30 mg·L-1以下，能够达到当地环保部门废水提标的目的。

臭氧在废水中能够分离出氧自由基，该自由基具有非常强的氧化能力，能够将废水中大分子有机物氧化成小分子物质，并进一步氧化成二氧化碳和水，降低废水中有机物的含量。

3 结论

1）通过实验发现，采用蒸发-厌氧-好氧-曝气生物滤池-臭氧氧化工艺能够有效地去除废水中的有机物，实现废水出水COD达到30 mg·L-1以下的目的。

2）采用蒸发工艺能够有效地去除废水中的盐分，并且废水中有机物去除率达到40%。

3）采用厌氧处理工艺，能够有效地去除废水中有机物，出水COD能够稳定在1 500 mg·L-1，最佳厌氧反应时间为40 h。

4）采用好氧工艺能够有效地将废水中COD稳定在300 mg·L-1以下，最佳反应时间为60 h。

5）采用曝气生物滤池工艺能够有效地将废水COD稳定在50 mg·L-1以下，最佳反应时间为10 h。

6）采用臭氧氧化30 min，能够有效地将废水COD稳定在30 mg·L-1以下。

[1]刘慧，张银新.垃圾渗滤液废水处理工艺探究[I]. 辽宁化工，2020，49（5）：492-494.

[2]孙旋，刘红，倪昕.Fe2O3-TiO2光催化剂的制备及其对碱性嫩黄的降解[J].水处理技术，2008（4）：61-64.

[3]国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法（第4版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[4]陈碧美，黄种买，林金峰，等.厌氧/缺氧/好氧处理工艺在运行中的问题与对策[J].市政技术，2005（6）：368-370.

[5]高艳娇，高欣，孔庆鹏，等.Fenton试剂对垃圾渗滤液的后处理[J].水科学与工程技术，2017（5）：7-10.

[6]高慧英，张勇，姚菊明.亚麻废纱制备的纤维素基高吸水保水树脂及其性能[J].纺织学报，2013（12）：22-27.

[7]陈刚，李丹阳，张光明.高浓度难降解有机废水处理技术[J].工业水处理，2003（3）：13-16.

[8]邵科隆，周集体，吕红，等.臭氧氧化预处理难降解农药废水的研究[J].环境工程学报，2009（7）：1259-1262.

[9]郝晓地，孙晓明.好氧颗粒污泥技术工程化进展一瞥[J].中国给水排水，2011（20）：9-12.

[10]麻娟.糖蜜酒精废液的厌氧-好氧生化处理及脱色研究[J].大众科技，2009（11）：92-93.

Development of Cellulose Ether Wastewater Treatment Technology

(Jinan Lingxiu Environmental Protection Technology Co., Ltd., Jinan Shandong 250100, China）

Cellulose is a kind of high molecular compound.It is widely used in building materials, food, medicine, chemical industry and other fields.Cellulose wastewater has the characteristics of high concentration, high salt content and poor biodegradability.In this paper, the cellulose wastewater was studied by the combination of evaporation, anaerobic, aerobic, biological aerated filter and ozone oxidation.A technical route for the treatment of cellulose wastewater was explored, providing effective technical support for the treatment of cellulose wastewater.

Cellulose; Cellulose wastewater;Evaporation;Ozone oxidation

TQ085+.41

A

1004-0935（2022）02-0203-03

2021-08-10

张银新（1986-），男，中级工程师，硕士，研究方向：水污染治理。