造紙廢水處理強(qiáng)化生化系統(tǒng)COD去除的實(shí)例
廢紙造紙制漿和造紙過程中會產(chǎn)生大量廢水，該廢水具有COD和SS含量高，可生化性相對較差的特點(diǎn)，若不能進(jìn)行有效處理，將對水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。
另外，隨著國家對造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)特別是直排要求的提高，造紙廢水的處理問題受到了越來越廣泛的關(guān)注。
目前，對于造紙廢水最常用的處理技術(shù)是以生化處理為主體的三級處理技術(shù)。
1 項(xiàng)目介紹
浙江省某制漿造紙企業(yè)以生產(chǎn)瓦楞紙和紗管紙為主，該企業(yè)車間產(chǎn)生的廢水和生活用水經(jīng)管道收集后直接排入污水處理站進(jìn)行處理。污水處理站設(shè)計規(guī)模為3 000 m3/d，實(shí)際進(jìn)水量為2 000~2 800 m3/d，出水水質(zhì)執(zhí)行《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）中表3水污染物特別排放標(biāo)準(zhǔn)。
1.1 工藝流程
該污水處理站預(yù)處理采用混凝沉淀處理工藝，生化系統(tǒng)采用三段式好氧生化處理工藝，深度處理采用Fenton氧化工藝。
預(yù)處理主要是去除廢水中的SS，如纖維、膠料、涂料和化學(xué)藥劑殘渣等，保證后續(xù)生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時可以去除20%左右的COD。
混凝沉淀工序出水分段進(jìn)入第1段和第2段生化池（第1段生化池進(jìn)水水量和第2段生化池進(jìn)水水量按7∶3進(jìn)行調(diào)配），第1段生化池出水進(jìn)入第2段生化池繼續(xù)處理，第2段生化池出水再進(jìn)入第3段生化池進(jìn)行進(jìn)一步處理。
三段好氧生化均以推流式活性污泥法為主體工藝，主要針對進(jìn)水中的高COD進(jìn)行去除；由于進(jìn)水營養(yǎng)比例的失衡，需向生化池不斷補(bǔ)充氮肥、磷肥以保證微生物的正常生長和活性。深度處理采用Fenton高級氧化技術(shù)，進(jìn)一步去除難降解COD，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。該污水處理站工藝流程見圖1。
1.2 進(jìn)出水水質(zhì)
由于2種紙的生產(chǎn)工藝和原料有所不同，且受市場需求影響，車間生產(chǎn)不斷調(diào)整，造成來水水質(zhì)波動較大。進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。出水水質(zhì)執(zhí)行《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）中表3水污染物特別排放標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 運(yùn)行問題分析
綜合污水站進(jìn)水水質(zhì)及出水標(biāo)準(zhǔn)，污水站對于廢水處理的主要難點(diǎn)在于COD的穩(wěn)定去除。受進(jìn)水水質(zhì)波動，以及應(yīng)用回用水造成難降解物質(zhì)在系統(tǒng)中累積的影響，三段生化出水COD經(jīng)常發(fā)生波動。目前運(yùn)行的各段生化系統(tǒng)出水COD的變化如圖2所示。
由圖2可知，第1段出水COD在1419~2545 mg/L之間，平均值為1 972 mg/L；第2段出水COD在1 082~2 260 mg/L之間，平均值為1 663 mg/L；第3段出水COD在184~376 mg/L之間，平均值為283 mg/L。
而Fenton設(shè)計進(jìn)水COD為300 mg/L，F(xiàn)enton進(jìn)水COD超過300 mg/L，不僅造成處理費(fèi)用急劇升高，而且會導(dǎo)致Fenton處理出現(xiàn)異常，存在出水COD超標(biāo)風(fēng)險。
2 生物處理強(qiáng)化措施及效果
為保障最終出水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，并有效降低運(yùn)行成本，在不增加新的處理設(shè)施的前提下，充分挖掘現(xiàn)有生物系統(tǒng)運(yùn)行空間，依次從進(jìn)水方式、DO控制、污泥回流方式、污泥齡等方面分階段進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。
2.1 調(diào)整進(jìn)水方式及DO控制
原設(shè)計進(jìn)水方式為混凝沉淀工序出水分段進(jìn)入第1段和第2段生化池（第1段生化池進(jìn)水水量和第2段生化池進(jìn)水水量按7∶3進(jìn)行調(diào)配），最后經(jīng)由第2段生化池進(jìn)入第3段生化池進(jìn)行進(jìn)一步處理。第1階段調(diào)整首先將分段進(jìn)水改為混凝沉淀工序出水全部進(jìn)入第1段生化池進(jìn)行處理，第1段生化處理出水進(jìn)入第2段生化池進(jìn)行處理，第2段生化處理出水再進(jìn)入第3段生化池進(jìn)行處理。
此項(xiàng)調(diào)整措施可保證三段各自獨(dú)立的生物反應(yīng)過程和不同的微生物生態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)，有利于培養(yǎng)各段進(jìn)水特性條件下的專性微生物，從而提高生物去除效率。
同時，對原有DO控制策略進(jìn)行了調(diào)整。原有運(yùn)行方式中，各段生化池DO控制在2~2.5 mg/L左右。DO調(diào)整措施：將現(xiàn)有工頻風(fēng)機(jī)改為變頻控制，并加設(shè)溶解氧自動控制系統(tǒng)，將第1、2段DO控制在0.3~0.8 mg/L左右，使第1、2段生化系統(tǒng)處于微氧狀態(tài)。
微氧條件下同一個系統(tǒng)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧及好氧環(huán)境的共存，可以豐富微生物群落，提高微生物多樣性，而且微環(huán)境馴化出的混合微生物群落能更有效地對難降解有毒污染物進(jìn)行脫毒降解，進(jìn)而提高難降解污染物的去除效率。第3段生化系統(tǒng)DO控制在2 mg/L左右，以保障出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。第1階段調(diào)整后，各生化段的出水COD的變化如圖3所示。
由圖3可以看出，第1段生化處理出水COD在1 786~2 767 mg/L之間，平均值為2 335 mg/L；第2段生化處理出水COD在852~1 339 mg/L之間，平均值為1 114 mg/L；第3段生化處理出水COD在150~229 mg/L之間，平均值為192 mg/L。
調(diào)整后第1段生化處理出水平均COD較調(diào)整之前有所上升，這主要是因?yàn)檫M(jìn)水方式調(diào)整后，第1段生化系統(tǒng)接受的進(jìn)水COD負(fù)荷較高，且第1段生化池通過溶解氧的控制變成了預(yù)酸化池，其具有水解酸化的功能，可將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)，將環(huán)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為鏈狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了廢水的可生化性，為后續(xù)厭氧或好氧處理創(chuàng)造了良好的條件，而不是大幅降低COD。第2段生化處理出水平均COD較調(diào)整之前下降了33%，第3段生化處理出水平均COD較調(diào)整之前下降了32%，調(diào)整后效果明顯。
2.2 調(diào)整污泥回流方式
經(jīng)第1階段調(diào)整出水穩(wěn)定后，進(jìn)行第2階段優(yōu)化調(diào)整，主要是針對污泥回流方式。
原生化系統(tǒng)污泥回流方式為第1段沉淀池回流污泥回流至第1段生化池，第2段沉淀池回流污泥回流至第2段生化池，第3段沉淀池回流污泥回流至第3段生化池。
在第1次調(diào)整后，各段生化池保持獨(dú)立，各自富集降解不同進(jìn)水水質(zhì)的微生物，第1段微生物降解的COD中大部分為易降解的COD，第2段微生物降解的COD中含有部分不易降解的COD，第3段微生物基本上降解的是難降解COD。
污泥回流方式調(diào)整措施：保持第1段沉淀池污泥回流方式不變，第2段沉淀池回流污泥調(diào)整為一部分回流至第2段生化池，另一部分回流至第1段生化池，第3段沉淀池回流污泥調(diào)整為一部分回流至第3段生化池，另一部分回流至第2段生化池。
通過錯位回流方式，向第1段和第2段生化池內(nèi)分別引進(jìn)能夠降解難降解COD的菌群，強(qiáng)化第1段和第2段生化池對難降解COD的降解能力。第2階段調(diào)整后，各生化段的出水COD的變化如圖4所示。
由圖4可以看出，第1段生化處理出水COD在1 622~2 485 mg/L之間，平均值為2 156 mg/L，較第1次調(diào)整后下降7.7%；第2段生化處理出水COD在604~1 100 mg/L之間，平均值為826 mg/L，較第1次調(diào)整后下降25.8%；第3段生化處理出水COD在135~184 mg/L之間，平均值為160 mg/L，較第1次調(diào)整后下降16.7%。
可以看出，通過強(qiáng)化第1、2段降解難降解COD的菌群的培養(yǎng)，其COD去除效果明顯增強(qiáng)，特別是第2段生化系統(tǒng)的強(qiáng)化效果更為明顯。
2.3 調(diào)整污泥齡
由于污水站來水中氮、磷含量不高，對于脫氮除磷沒有特別要求，一般需要往生化系統(tǒng)中投加氮、磷，故原系統(tǒng)設(shè)計運(yùn)行的各生化段的污泥齡一直保持在10 d左右。有研究表明，延長泥齡，會使活性污泥顆粒的 Zeta 電位絕對值降低，污泥表面疏水性增強(qiáng)，導(dǎo)致 DLVO總位能下降，從而有利于污泥的絮凝，表現(xiàn)在出水濁度的降低。
針對造紙廢水絮凝性能較差，特別是三段生化出水中經(jīng)常帶有細(xì)小懸浮物，影響后續(xù)深度處理的處理效果，可以考慮適當(dāng)延長污泥齡，這將有利于降低出水濁度；而且泥齡越長，微生物種群的豐度越大，有利于提高對難降解COD的去除率。
由于第1、2段進(jìn)水負(fù)荷高，調(diào)整較長污泥齡可能不利于COD的去除，所以第3階段主要針對第3段生化池的污泥齡進(jìn)行調(diào)整，將污泥齡逐步由10 d調(diào)整至30 d。第3階段調(diào)整后，第3段生化處理的出水COD的變化如圖5所示。
由圖5可知，第3段生化處理出水COD在80~160 mg/L之間，平均值為118 mg/L，較第2次調(diào)整下降26.2%，效果明顯。
據(jù)類似的針對造紙廢水處理的報道，經(jīng)過生化系統(tǒng)處理后的出水COD基本在211~370 mg/L之間，在此基礎(chǔ)上進(jìn)入后續(xù)深度處理。
而對于本研究，強(qiáng)化生化系統(tǒng)處理前，生化系統(tǒng)出水COD在184~376 mg/L之間，而調(diào)整后生化系統(tǒng)出水COD明顯下降。生化處理出水經(jīng)Fenton進(jìn)一步處理，最終出水COD在15~35 mg/L之間，穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
3 運(yùn)行成本優(yōu)化核算
對生化系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后，污水處理站運(yùn)行成本在電費(fèi)和Fenton處理藥劑費(fèi)方面均有下降。電費(fèi)下降主要體現(xiàn)在對曝氣的控制，現(xiàn)有運(yùn)行方式下電耗下降0.22元/t；由于Fenton進(jìn)水COD大幅下降，除調(diào)節(jié)酸堿藥劑用量變化不大，雙氧水和硫酸亞鐵的用量大幅減小，經(jīng)核算，改進(jìn)前Fenton處理成本約為5.61元/t，改進(jìn)后約為2.56元/t。
4 結(jié) 論
針對原處理工藝存在的問題，利用污水站的現(xiàn)有條件，對原運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行了3次優(yōu)化調(diào)整：
（1）將第1、2段好氧生化系統(tǒng)通過曝氣控制為微氧環(huán)境，使第1、2段生化池具有水解酸化的功能，提高了對難降解物質(zhì)的去除率；
（2）進(jìn)行明確的分級處理加上錯位回流，使得各段能夠針對其進(jìn)水水質(zhì)培養(yǎng)各自獨(dú)立高效的活性污泥系統(tǒng)；
（3）延長污泥齡，富集種群更加豐富的微生物種類，提高對難降解COD的去除率，并增強(qiáng)活性污泥絮凝效果，降低出水濁度。
通過以上措施的疊加，強(qiáng)化了生化系統(tǒng)降解難降解COD的能力。優(yōu)化調(diào)整后的運(yùn)行結(jié)果表明，總體運(yùn)行效果良好，生化處理出水COD下降了58.3%，運(yùn)行過程中第3段生化出水COD也極少出現(xiàn)超過300 mg/L的情況，滿足了后續(xù)Fenton處理進(jìn)水要求，最終處理出水COD在15~35 mg/L之間，出水穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在不新增處理工藝或者擴(kuò)建的情況下，不僅保障了出水COD 的穩(wěn)定，且降低了電耗和Fenton處理費(fèi)用。