電化學(xué)固定化微生物技術(shù)聯(lián)合深度處理制漿造紙廢水

1、電化學(xué)固定化微生物技術(shù)聯(lián)合深度處理制漿造紙廢水摘 要：將電化學(xué)技術(shù)與固定化微生物技術(shù)聯(lián)合用于制漿造紙廢水的深度處理。組合工藝在進(jìn)水CODc 368-394mgL、色度320400倍的情況下，處理后出水的CODc 3239mgL、色度8lO倍。該系統(tǒng)在降低廢水污染物的同時(shí)，還可以降低廢水的電導(dǎo)率，拓展'深度處理廢水的回用途徑。關(guān)鍵詞：電化學(xué)技術(shù)；固定化微生物技術(shù)；制漿造紙廢水；深度處理中圖分類號(hào)：X793 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0254508X(2007)09002204目前，國內(nèi)制漿造紙企業(yè)的綜合廢水大多采用一級(jí)沉降、二級(jí)生化處理的方法進(jìn)行處理。實(shí)踐證明，這種方法在一定程度上可大幅

2、度降低制漿造紙廢水的污染負(fù)荷，是制漿造紙廢水處理較為成熟的技術(shù)1-4o但由于制漿造紙廢水污染的特殊性，傳統(tǒng)方法處理后排放水的污染負(fù)荷仍然較高、色度也較深，排人水體后嚴(yán)重影響受納水體的生態(tài)環(huán)境_5j。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，以及國家相關(guān)法律法規(guī)的不斷健全，排放廢水的污染指標(biāo)也在不斷嚴(yán)格。另一方面，水資源日益緊缺，用水問題已經(jīng)成為制約制漿造紙企業(yè)發(fā)展的主要問題。因此，進(jìn)行制漿造紙廢水深度處理方面的研究，對(duì)于解決制漿造紙企業(yè)的污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究采用電化學(xué)技術(shù)與固定化微生物技術(shù)相結(jié)合的方法，將經(jīng)二級(jí)生化處理的廢水進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步降低COD和色度，這不僅可有效降低廢水的

3、污染負(fù)荷，還能擴(kuò)大廢水的同用范圍。1 實(shí)驗(yàn)11 實(shí)驗(yàn)儀器和材料實(shí)驗(yàn)儀器：SWY-10-30A型液相電解器，MOODEL818臺(tái)面式pH測試儀，JH12型COD恒溫加熱儀，756分光光度計(jì)，電導(dǎo)儀，空氣壓縮機(jī)，曝氣頭，計(jì)量泵，攪拌器等。碳鋼極板(200mm×250mm×l0ram)、不銹鋼極板(200ram×250mm×10mm)電化學(xué)反應(yīng)槽、混合池、沉淀池、儲(chǔ)水槽、清水槽(以上均為PVC材料制造)、曝氣生物濾床和生物炭床(透明樹脂材料制造)高效微生物菌種：采用高效微生物菌群BICHEM 1002CG、1008CB等系列菌12 實(shí)驗(yàn)方法廢水COD的測定采用

4、重鉻酸鉀法，B0D的測定采用五日生化需氧量法，色度的測定采用稀釋倍數(shù)法。因該實(shí)驗(yàn)需連續(xù)進(jìn)行，廢水的需用量較大，綜合考慮及與企業(yè)協(xié)商，在山東某造紙廠的廢水處理廠二沉池旁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)水質(zhì)如表1所示。圖1為深度處理造紙中段廢水的工藝流程。圖1中，廢水池的有效容積為1000L，電化學(xué)反應(yīng)池的有效容積為20 L，曝氣混合(氧化)池的有效容積為20 L(池底設(shè)曝氣頭)，沉淀池的有效容積為50 L，儲(chǔ)水池的有效容積為l50 L，曝氣生物濾池的有效容積為250 L(池底設(shè)曝氣頭)，生物炭池的有效容積為150250 L(容積可調(diào)，池底設(shè)曝氣頭)，清水池的有效容積為500 L。廢水由計(jì)量泵從廢水槽中打人電化學(xué)反

5、應(yīng)池。電化學(xué)處理池陽極采用碳鋼極板，陰極采用不銹鋼極板，調(diào)節(jié)極板間距及液相電解器上的電壓調(diào)至設(shè)計(jì)值。反應(yīng)后廢水自流至曝氣混合(氧化)池，在曝氣氧化過程中加入少量PAM，廢水自流進(jìn)入沉淀池，實(shí)現(xiàn)污泥與清液的分離，污泥沉淀在池底，定期排放，清液自流進(jìn)入儲(chǔ)水池，實(shí)現(xiàn)廢水的調(diào)節(jié)與均衡，并按計(jì)算量添加微量的N與P，然后廢水自流進(jìn)入曝氣生物濾池，經(jīng)一定時(shí)間的生化處理后廢水自流進(jìn)入生物炭池，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物及色度的進(jìn)一步去除，提高出水品質(zhì)，出水自流進(jìn)入清水池。進(jìn)水量由計(jì)量泵控制，氣量由閥門控制，并在曝氣生物濾池及生物炭池的不同部位設(shè)取樣口。該實(shí)驗(yàn)分2個(gè)階段：第1階段為微生物的固定和馴化；第2階段為運(yùn)行條件的研究及

6、控制、各工藝參數(shù)的測定。首先進(jìn)行高效微生物的固定和馴化。先用泵泵送電化學(xué)處理出水至曝氣生物濾池及生物炭池，然后開動(dòng)曝氣，使溶解氧在3 mgL以上，再向曝氣生物濾池和生物炭池投加高效菌25 g(活化后投加)，進(jìn)行悶曝。再在第3、第5天向各池分別投加高效微生物10 g，悶曝3天后，開始以10 LI1的流量連續(xù)進(jìn)水，2天后連續(xù)進(jìn)水量增至20 Lh，每天定時(shí)檢測出水的COD，并用光學(xué)顯微鏡觀察微生物的生長情況。在出水COD <50 mgL、水質(zhì)穩(wěn)定、微生物生長良好時(shí)，認(rèn)為馴化、固定微生物成功，即可進(jìn)行各實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測定。2 結(jié)果與討論21 電化學(xué)處理時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響在100 Am 的電流密

7、度下，使用碳鋼電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，在磁力攪拌器機(jī)械攪拌下通電反應(yīng)，考察電化學(xué)處理時(shí)間對(duì)廢水CODc 、BOD5及色度的影響(見圖2)。由圖2可以看出，電化學(xué)處理一方面可以大幅度降低廢水的污染負(fù)荷，另一方面可有效提高廢水的生化性能。在電流密度一定的情況下，隨著電化學(xué)處理時(shí)間的延長，廢水的COD 及色度不斷降低、BOD不斷升高。說明電解過程中發(fā)生有機(jī)物的氯化和低分子脂肪族化合物的產(chǎn)生，也可能發(fā)生有機(jī)氯化物的脫氯。在電化學(xué)處理時(shí)間達(dá)到6 min時(shí)，廢水COD 及色度的降低、BOD 的升高趨勢變緩。從圖2還可以看出，在反應(yīng)初期絮凝作用占主導(dǎo)作用，COD 迅速降低，隨著電解時(shí)間的延長，有機(jī)物的

8、氧化還原開始占主導(dǎo)，出水的BOD 開始增大。電化學(xué)處理時(shí)間直接關(guān)系到電耗及電極板的損耗，關(guān)系到廢水處理成本。在綜合考慮處理效果及處理成本的條件下，認(rèn)為在100 Am 的電流密度下，電化學(xué)處理6 min為最佳處理時(shí)間。22 生化停留時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響為考察生化停留時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響，以電化學(xué)處理的造紙廢水為基礎(chǔ)，預(yù)先收集電化學(xué)處理出水，保證生化系統(tǒng)穩(wěn)定的進(jìn)水水質(zhì)，然后將收集的電化學(xué)處理出水由計(jì)量泵泵人曝氣生物濾池，考察曝氣生物濾池中廢水的停留時(shí)間對(duì)處理效果的影響。表2為電化學(xué)處理前后廢水水質(zhì)。圖3為曝氣生物濾池停留時(shí)間對(duì)廢水COD 去除的影響。由圖3可以看出，廢水在固定化微生物曝氣生

9、物濾池內(nèi)隨著停留時(shí)間的延長，廢水的COD 逐漸降低。在停留時(shí)間超過5 h后，隨著停留時(shí)間的延長，變化趨勢變緩。本實(shí)驗(yàn)曝氣生物濾池中采用特制微生物載體6】，材質(zhì)為改性嫁接聚氨酯泡沫(切割成10mm×10mm×10mm小塊待用)。該載體的比表面積為80 m g，孔隙率為98。載體的表面具有特殊化學(xué)性質(zhì)，能牢固地吸附固定水中的細(xì)菌微生物。開孔采用大孔與微孔相接合的方式，大孔保持良好的氣、液、固的接觸條件，三項(xiàng)傳質(zhì)推動(dòng)力大大增加，微孔用于固定化微生物。同時(shí)，通過分子設(shè)計(jì)，在載體引入大量的活性和強(qiáng)極性基團(tuán)并通過固定化技術(shù)，將大量變異菌和酶制劑牢牢固定在載體上，單位體積生物量大、最高可

10、達(dá)60 gL。這種載體的特殊立體結(jié)構(gòu)使其在廢水中形成由內(nèi)至外的厭氧層、兼性層和好氧層，載體內(nèi)部就相當(dāng)于形成了無數(shù)個(gè)微型的好氧、兼性及厭氧反應(yīng)器，因而可在同一反應(yīng)器中維持生物的多樣性，同時(shí)發(fā)生好氧、兼性、厭氧作用，使污染物得到有效去除。為考察生物炭池停留時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響，收集固定化微生物曝氣生物濾池停留4、5、6 h的出水，由計(jì)量泵泵人生物炭池，考察停留時(shí)問對(duì)廢水C0D 去除的影響，如圖4所示。由圖4可以看出，廢水在固定化微生物曝氣生物濾池(IBAF) 停留4、5、6 h的基礎(chǔ)上，再經(jīng)生物炭處理，廢水品質(zhì)可以得到進(jìn)一步提高，廢水的CODcr隨停留時(shí)間的延長逐漸降低。固定化微生物曝氣生物濾

11、池停留5 h和停留6 h的出水，再經(jīng)過生物炭池處理時(shí)，在處理時(shí)間為3 h時(shí)，兩者達(dá)到幾乎相同的處理效果，且停留時(shí)間再延長，兩者出水的CODcr降低不明顯。本實(shí)驗(yàn)生物炭池的載體材質(zhì)為果殼制大孔生物炭。生物炭濾床 】結(jié)合了活性炭吸附和生物降解兩方面的作用，一方面利用活性炭的吸附作用將水中殘余頑固有機(jī)物吸附至活性炭表面，另一方面，由于活性炭孔內(nèi)吸附了從BAF出水中帶來的優(yōu)勢微生物且在曝氣狀態(tài)下，因此被吸附的有機(jī)物可在活性炭內(nèi)部得到生物降解。由于其對(duì)濃度很低的有機(jī)物仍有較高的去除率，因此它廣泛應(yīng)用于微生物水的處理。停留時(shí)間直接關(guān)系到廢水的處理效果、處理成本及基建投資，綜合考慮各種因素，認(rèn)為固定化微生物

12、曝氣生物濾池停留5 h、生物炭池停留3 h為最佳生化停留時(shí)間。23 組合工藝系統(tǒng)對(duì)廢水的處理效果根據(jù)上面確定的工藝參數(shù)，將該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)水樣直接取二沉池出水，因二沉池出水也有一定幅度的變化，為使進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，每組實(shí)驗(yàn)前取水至廢水池，然后連續(xù)進(jìn)水實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)持續(xù)2天。連續(xù)運(yùn)行效果如表3所示。抽取第4組實(shí)驗(yàn)的進(jìn)出水，進(jìn)行了其他相關(guān)指標(biāo)的檢測，結(jié)果見表4。從連續(xù)檢測結(jié)果可以看出，整個(gè)工藝在進(jìn)水COD 368394 mgL、色度320-400倍的情況下，處理出水的CODr，3239 mgL、色度8-10倍。整個(gè)系統(tǒng)還可以降低廢水的電導(dǎo)率，大幅度降低廢水中溶解性木素及木素生化衍生物的含量 3 結(jié)

13、論31 電化學(xué)技術(shù)與固定化微生物技術(shù)聯(lián)合，可有效實(shí)現(xiàn)制漿造紙廢水的深度處理。在進(jìn)水CODcr368394mgm、色度320-400倍的情況下，處理后出水的CODc32-39mgL、色度8-10倍。整個(gè)系統(tǒng)還可以降低廢水的電導(dǎo)率。32 應(yīng)用本研究的處理工藝，在電流密度為100 Am的條件下，電化學(xué)處理6 min為最佳處理時(shí)間；固定化微生物曝氣生物濾池停留5 h、生物炭池停留3 h為最佳生化停留時(shí)間。33 該組合工藝的創(chuàng)新之處在于，通過技術(shù)互補(bǔ)的手段成功實(shí)現(xiàn)了制漿造紙廢水的深度處理。整個(gè)處理過程在降低廢水污染負(fù)荷的情況下，也降低了廢水的電導(dǎo)率，拓展了深度處理廢水的回用途徑。參考文獻(xiàn)1 李松禮，洪衛(wèi)，楊海濤，等制漿造紙綜合廢水深度處理技術(shù)Jl中國造紙2006，25f6)：712 馬邕文，吳嬌，萬金泉，等廢紙?jiān)旒垙U水的水解酸化處理J中國造紙，2006。25(10)：223 譚磊，王寶山，等混凝沉淀+電氧化反應(yīng)器聯(lián)合處理造紙廢水的試驗(yàn)研究J工業(yè)水處理，2006，26(11)：194 王艷，萬金泉，馬邕文水解酸化好氧工藝處理OCC廢紙?jiān)旒垙U水J中國造紙，2005，24(6)：145 王衛(wèi)權(quán)，張彭義，王文娟造紙中段廢水的 昆凝臭氧氧化深度處理研究J_環(huán)境污染與防治，2006，28(9)：6866