預(yù)曝氣對(duì)造紙廢水厭氧處理系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響

沈海濤

(浙江景興紙業(yè)股份有限公司，嘉興 314200)

高效厭氧反應(yīng)器是廢紙?jiān)旒垙U水處理工藝中的核心單元，對(duì)節(jié)能減排有重要影響。廢紙?jiān)旒垙U水屬于高濃有機(jī)廢水，COD 含量較高，且含有豐富的生物質(zhì)能[1]。采用高效厭氧反應(yīng)器處理廢紙?jiān)旒垙U水，可極大減輕好氧工藝段的處理負(fù)荷，兼具降低能耗和提高出水水質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)；此外，高效厭氧反應(yīng)還可利用廢紙?jiān)旒垙U水中豐富的生物質(zhì)能產(chǎn)沼氣發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用[2-3]。近年，高效厭氧反應(yīng)器在我國(guó)廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)得到推廣和應(yīng)用，受到了眾多企業(yè)的青睞。

《國(guó)經(jīng)家“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，綠色經(jīng)濟(jì)是我國(guó)各工業(yè)企業(yè)堅(jiān)持與追求的目標(biāo)。在國(guó)家減排減量及相關(guān)政策越來(lái)越嚴(yán)格的大環(huán)境下，對(duì)于污染性強(qiáng)的造紙廢水處理，尋求新技術(shù)及突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸已經(jīng)成為日常研究重點(diǎn)。

造紙廢水處理的核心單元厭氧塔的顆粒污泥活性問(wèn)題始終困擾著造紙企業(yè)，影響著該行業(yè)水處理的整體水平。如何提升顆粒污泥在厭氧反應(yīng)器中的活性，從而整體提升厭氧反應(yīng)器的COD 去除效率成為眾多學(xué)者研究探討的方向[4]。顆粒污泥的生長(zhǎng)是一種復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，其反應(yīng)生長(zhǎng)程度與造紙廢水的循環(huán)利用率、原水總硬度、厭氧運(yùn)行相關(guān)pH等參數(shù)的控制調(diào)節(jié)以及厭氧反應(yīng)器的有機(jī)總負(fù)荷有關(guān)。廢水循環(huán)利用率越高，有機(jī)負(fù)荷、有毒有害物質(zhì)、鈣鎂離子等的濃度就越高，對(duì)顆粒污泥活性影響較大[5-7]。原水鈣硬度主要源于碳酸鈣造紙?zhí)盍虾图垙埻坎技庸さ念伭希購(gòu)U紙制漿過(guò)程中其濃度可高達(dá)2 000～4 000 mg/L，嚴(yán)重導(dǎo)致了顆粒污泥鈣化以及相應(yīng)的活性污泥成分降低。當(dāng)進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器負(fù)荷超出其設(shè)計(jì)處理能力時(shí)，對(duì)污泥活性與產(chǎn)率也會(huì)帶來(lái)較大影響。

綜合分析出顆粒污泥活性過(guò)程的主要控制因素，探明其活性抑制機(jī)理，可以為高效厭氧反應(yīng)器顆粒污泥鈣化率的有效控制以及污泥的活性提升提供技術(shù)支持。同時(shí)，隨著污泥活性提升，污泥的產(chǎn)量逐步增加，厭氧菌產(chǎn)生的沼氣也穩(wěn)步提升，這兩部分的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也能得到最大化體現(xiàn)，徹底改變環(huán)保污水處理只有投資無(wú)回報(bào)的現(xiàn)狀。

1 廢水處理工藝簡(jiǎn)介

1.1 廢水處理工藝流程

企業(yè)的平均廢水產(chǎn)生量為25 000 m3/d，COD 濃度為4 000～5 000 mg/L，酸化度50%～65%，總硬度達(dá)到3 000 mg/L。廠區(qū)廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。由于系統(tǒng)來(lái)水高負(fù)荷、高硬度、高酸化度、含有毒性物質(zhì)，這對(duì)于厭氧顆粒污泥的生長(zhǎng)、活性比、鈣化率、去除效率都會(huì)有很大影響。通過(guò)實(shí)際的運(yùn)行跟蹤，酸化度及毒性物濃度可以通過(guò)預(yù)曝氣來(lái)控制，同時(shí)顆粒污泥的鈣化率也能得到逐步降低。

圖1 廢水處理工藝流程

1.2 預(yù)曝氣工藝流程

（1）工藝參數(shù)控制：造紙廢水經(jīng)過(guò)斜網(wǎng)過(guò)濾漿水分離后，廢水進(jìn)入預(yù)曝氣池(46 m×30 m×5 m)，利用后端氧化溝系統(tǒng)廢棄的剩余活性污泥連續(xù)補(bǔ)充到預(yù)曝氣池內(nèi)，控制其預(yù)曝氣池內(nèi)的污泥濃度為10～12 g/L。此外，預(yù)曝氣池內(nèi)通過(guò)6 臺(tái)變頻表面曝氣機(jī)（24 kW）提供氧氣，保證預(yù)曝氣池出水溶解氧濃度為0.6～0.8 mg/L。

（2）工藝原理：造紙廢水內(nèi)的有毒有害物質(zhì)種類比較多，對(duì)厭氧甲烷菌有抑制作用，比如含硫化合物等。加入預(yù)曝氣工藝，一方面利用活性污泥菌種多元化優(yōu)勢(shì)，活性污泥內(nèi)硫細(xì)菌將硫化物氧化分解。另一方面，活性污泥本身有著良好的吸附性，也能將部分有毒物質(zhì)吸附去除。

（3）預(yù)爆氣池結(jié)構(gòu)：預(yù)爆氣池結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)氧化溝相似，其平面圖見(jiàn)圖2，實(shí)際運(yùn)行效果圖見(jiàn)圖3。

圖2 預(yù)曝氣池平面圖

圖3 預(yù)曝氣池運(yùn)行效果圖

2 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

2.1 預(yù)曝氣前后的水質(zhì)變化

2019 年7 月開(kāi)始，對(duì)系統(tǒng)預(yù)曝氣前后的原水水質(zhì)變化、厭氧運(yùn)行情況和顆粒污泥生長(zhǎng)情況進(jìn)行了持續(xù)跟蹤。其中，預(yù)曝氣前和預(yù)爆氣后進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器的原水COD 及酸化度數(shù)據(jù)分析見(jiàn)圖4。預(yù)曝氣后，原水COD 及酸化度的穩(wěn)定性得到改善，酸化度穩(wěn)定在30%～40%，原水COD 穩(wěn)定在4 000～4 500 mg/L，為厭氧顆粒污泥生長(zhǎng)提供了良好生存環(huán)境。

定期對(duì)預(yù)曝氣前后水樣內(nèi)的硫含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，預(yù)曝氣后廢水中硫元素的濃度平均下降6.2%（圖5），說(shuō)明毒性硫化物可能被硫細(xì)菌氧化為硫單質(zhì)。側(cè)面也印證了預(yù)曝氣處理降低了有毒有害物質(zhì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌抑制作用。

圖5 預(yù)曝氣前后原水硫化物濃度變化

2.2 厭氧系統(tǒng)運(yùn)行情況

增加預(yù)曝氣工藝后，對(duì)厭氧系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)變化的分析如圖6 所示。從圖6 可以看出： 厭氧進(jìn)水COD 控制的更穩(wěn)定，波動(dòng)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。

圖6 厭氧系統(tǒng)的進(jìn)出水COD及出水VFA數(shù)據(jù)

厭氧系統(tǒng)顆粒污泥總量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。由表1 可以看出：厭氧塔內(nèi)的污泥總量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，且VSS:TSS 比例逐漸升高，半年累計(jì)上漲13%，說(shuō)明污泥的活性升高，鈣化率明顯降低。按當(dāng)前市場(chǎng)造紙厭氧污泥的平均價(jià)格900 元/噸，半年累計(jì)出產(chǎn)1 500 噸顆粒污泥，價(jià)值約135 萬(wàn)元。

表1 顆粒污泥量

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)高鈣造紙廢水，本企業(yè)通過(guò)增加預(yù)曝氣工藝，使得顆粒污泥的鈣化率得到很好的控制，對(duì)最終的厭氧運(yùn)行效率及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值都有很好的效果。在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，預(yù)曝氣后的厭氧進(jìn)水酸化度穩(wěn)定控制在50%以下，原水內(nèi)硫化物濃度下降6.2%，厭氧出水VFA 穩(wěn)定在3 mEq/L 以下，COD 穩(wěn)定在1 000 mg/L以下。預(yù)曝氣實(shí)施半年后，顆粒污泥VSS:TSS 比例累計(jì)上漲13%。