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多种强化混凝技术在制浆造纸废水深度处理中的应用探讨

发布时间:2011-1-4 11:49:57  中国污水处理工程网

摘   要:通过对多种制浆造纸废水实验和工程实践以及国内外文献的调研认为:强化混凝技术更符合我国国情和大规模推广应用的可行性。对高效溶气气浮、粉末活性炭强化混凝、加载混凝磁分离等3种强化混凝工艺进行了较深入的探讨,以期对制浆造纸废水的深度处理提出合理、可行的工艺路线。

关键词:制浆造纸废水;强化混凝;深度处理

与旧标准相比,制浆造纸工业水污染物排放标准(GB 3544--2008)对制浆造纸企业的排水水质提出了更高的要求,其新旧标准对比见表1。由于此前的建设项目中.对出水水质的要求不高,相应的处理技术更多地集中在二级生物处理阶段,因此缺乏对深度处理及后处理的了解和经验。针对这种情况,笔者综述了制浆造纸废水在深度处理后的适宜工艺路线,以解决目前的技术瓶颈。


1 深度处理制浆造纸废水的技术

1.1化学混凝+沉淀/过滤

向生物处理的出水中投加聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)使水中悬浮和胶体态的污染物失稳凝聚为较大颗粒后,再采用沉淀/过滤等方式将其去除的方法是目前在世界范围内应用范围较广、运行操作较为成熟的经典深度处理技术,但该方法对污染物质的去除效率受到一定局限,很难满足越来越严格的出水标准[1]

齐瑞平等[2]采用铁炭微电解技术,通过电场作用使带电的胶体粒子脱稳聚集而沉降。该方法是使Fe2+在一定的碱度条件下,被氧化成Fe3+ ,从而产生有效的絮凝作用。

1.2 高级氧化工艺

高级氧化工艺是用氧化剂去除水中残存的未降解污染物(多为溶解性物质)。常用的氧化剂包括Fenton试剂(Fe2+ +H2O2)、臭氧催化氧化等[1.3] 。崔玉民等[4]以TiO2、WO3/a-Fe2O3/w等为催化剂,对采用光催化法处理造纸废水进行了研究,虽然在优化条件下获得了较好的COD去除率,但该法工程造价非常高。

1.3 活性炭过滤

采用活性炭过滤法,短时间内可获得很高的COD去除率,但活性炭频繁更换使得该法运行费用极为昂贵,制约了其应用[1.5]

1.4 膜处理

目前,国内外对膜处理都有研究,但国内应用条件并不成熟。特别是制浆造纸废水对膜系统运行性能和寿命的影响,还未出现有说服力的数据[6] 。国外部分学者认为该方法的运行能耗较大[7]

由于高级氧化、活性炭过滤、膜处理工艺在我国制浆造纸领域的应用受到经济可行性的影响,目前不适合大规模工程实践。而强化混凝工艺工程造价相对较为低廉,因此其在制浆造纸废水处理领域的推广应用更值得研究讨论,同时也可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。


2 强化混凝工艺探讨

在混凝过程中,混凝剂投加量对处理效果的影响很大。在不同工程中PAC投加质量浓度约为200~1500mg/L,而PAM投加质量浓度一般只有2~5mg/L。其药剂成本多在0.1元/m3左右,不会对运行成本带来很大影响。单纯的混凝沉淀/过滤工艺的药剂费用达2.5元/m3左右,仍很难满足新标准的出水要求。而采用强化混凝工艺处理废水,在对混凝作用的强化过程中,既节省了混凝剂的投加量,又达到更优的出水效果,满足新标准的要求,这使得强化混凝工艺在制浆造纸废水深度处理中的应用更具可行性和现实意义,笔者对几种强化混凝工艺进行了探讨。

2.1 高效溶气气浮工艺

高效溶气气浮(HDAF)工艺是集絮凝、气浮、撇渣、刮泥于一体的水处理装置。其主要结构单元特点:

(1) 空气溶解系统——采用特殊的高频切割技术,利用离心力和微米级空气喷射系统,使溶气水浓度仅在几秒内达到理论最大值、且无浓度梯度,从而保证大规模微气泡的生成。

(2) 微气泡制造系统——采用快速相分离装置,使溶气水中水分子和空气分子两个相在微秒时间内向不同方向高速运动分离,并在瞬间聚集形成均匀的带电荷微气泡.从而在溶气量相同条件下使气泡密度呈几何级数量增加。

(3) 接触反应室——设计中应用了“浅池理论”及“零速原理” [8] ,保证非常短的停留时间,强制定向布水,静态进出水。

H D A F工艺与传统气浮工艺的主要参数对比如表2所示。

 

在H D A F工艺中. 当溶气量一定时 。 微气泡的 总面积与其直径的平方成反比。 直径缩小几十倍 , 微气泡的总面积就增大了几百倍 ,微气泡的密集度则 增大了几千倍。 微气泡直径越小,气泡吸附悬浮物的趋势越强,吸附力越大 . 这可以用“ 界面能理论” 来解释。微气泡总面积呈几何级数量增加等效于废水中固、水、气三相界面呈几何级数量增加, 于是通过吸附作用降低表面能的趋势大幅增强。 所以,气泡的吸附过程得以大大强化。 在气浮理论中, 悬浮物与水的分离,除了气泡吸附、絮凝架桥、气泡顶托机理之外, 还存在“ 气泡裹携” 的作用,部分未与气泡或絮体吸附的细小悬浮物,在微气泡上升过程中,可能被挟带在气泡群的气泡间隙中,近而被裹携至水面而分离。 显然,气泡群越密集,这个作用将越明显,所能挟带的悬浮物也将越细小。微气泡对混凝过程起到强化的作用,增强了对水中的短链有机物分子和有色基团的去除效果。 在实际工程上,对木浆废水和蔗渣废水的处理数据表明.HDAF对 悬浮物去除率可达99.5 %以上,C OD 的去 除率可达 到 6 5 %~ 9 0 %,色 度去 除率可达 到7 0 %一 9 5 %;污染物去除率的高低和混凝剂投加量基本呈正相关,受其影响很大。H D A F工艺流程见图 1 。 
2.2 粉 末 活性 炭 强化混凝工艺粉末 活性 炭强化混凝 ( EC — P AC) 技术在 2 0世纪7 0年代开始用于工业废水处理。生产实践表明, 活性炭对水中微量有机污染物具有卓越的吸附性, 它对纺织印染、 染料化工 、 食品加工和有机化工等工业废水都有良好的吸附效果 。 一般情况下, 对废水中以B O D、 C O D等综合指标表示的有机物如合成染。

 

料 、 表面活性剂 、 酚类 、 苯类 、 有机氯 、 农药和石油化工产品等都有独特的去除能力 。  众所周知,活性炭最主要的性能是吸附性 . 它与 活性炭的比表面积和微孑L 隙结构有关。粉末活性炭微孑 L 的比表面积和比容积均很大, 因此其吸附能力非常强 。E C— P AC工艺具有的优点是~ 8 - 9 j : ( 1 ) 可充分 发挥粉末活性炭的吸附作用、助凝作用,起到强化混凝沉淀过程对污染物质,包括 B O D、 C O D、 色度等的去除效果,同时减少混凝剂的投加量 。( 2) 粉末活性炭可投加在原有絮凝沉淀或澄清工艺前, 依靠水泵、管道或接触装置充分地混合进行接触吸附.容易对现有混凝沉淀/过滤工艺进行升级改造。( 3 ) 粉末活性炭还可 以在沉淀和澄清后二次投加,提高吸附效果和出水水质。笔者采用 E C — P AC工艺处理制浆造纸废水,其工艺流程如图2所示。

 

试验结果表明 : ( 1 ) 粉末 活性 炭常用的粒径为2 0 0 ~ 4 0 0目。粒径越细效果越好,但不易操作。( 2 ) 粉末活性炭的投加量质量浓度为 1 0 0 ~ 2 0 0   mg / L, 浓度越低越利于快速扩散、混合,但会造成设备选型增大和电耗增加。( 3 ) E C — P A C工艺对 C O D的去除率约为7 0 %- 7 5 %。 ( 4 ) 先投加混凝剂,然后投加粉末活性炭, 并以在絮凝池 中形成 的微小絮体尺度发展到与粉末活性炭颗粒尺度相近时的时间,作为最佳投加点。这样可以充分发挥活性炭与絮凝体的吸附作用、避免二者的竞争吸附: 同时也可以使絮凝体对粉末活性炭颗粒包裹达到最小。既提高活性炭的吸附效率.又达到有效的助凝效果。实际计算显示, P AC与原水充分混合后约 4 0~6 0   S的可作为粉末活性炭 的适宜投加点 。 
( 5 ) 投加粉末活性炭后,可以免去 P A M的投加。 ( 6 ) 粉末活性炭加入水中后,前 3 0 - - 4 5   mi n吸附能力最大。因此,在新建 E C — P A C工艺 中可以考虑单独设置接触池.接触时间为 3 0 ~ 4 5   mi n 。

2.3 加载混凝磁分离工艺
加载混凝磁分离 ( C o — Ma g ) 工艺是美 国剑桥水务开发的一种新型絮凝澄清技术¨ o _ “ ] 。 C o — Ma g 工艺的原理是向污水 中投加相应的混凝剂和磁种 .使污染物絮凝并与磁种结合 .在磁种的重力作用下实现 絮凝物的高效沉淀.进而快速高效地去除废水 中的污染物质( 如 B O D、 C O D、 S S等 ) 。该种磁嵌合混凝的沉淀速度,比传统 的混凝沉淀工艺快 2 0 ~ 4 0倍。C o — Ma g工艺在国外制浆造纸废水领域应用广泛 , 不仅用于造纸厂的原水处理 、 白水回收,还用于废水二级、 三级处理( 深度处理 ) ,其处理效果见表 3 。

 

Co —Ma g工艺流程 ( 以深度 处理 为 例 ) 如图3 所示 。

 

C o — Ma g工艺的核心和技术难点在于磁分离系统。目前市场上的磁鼓分离器、电磁分离设备等较为
成熟,可以使磁种的分离效率达到 9 5 %~ 9 9 %,所以C o — Ma g 技术的运行成本可以大大降低。C o — Ma g 工艺与传统的混凝沉淀工艺相比.还具有表面负荷高、池容小、占地省、抗 冲击负荷强、投药量低等优点。 
3   总 结
强化混凝工艺是适合我国国情 的一种高效、经济、实用的制浆造纸废水深度处理技术,可以满足新排放标准的要求,值得在工程中大规模地推广应用。来源:互联网 作者:许燕,王征

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