電化學固定化微生物技術(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，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：X793 文獻標識碼：A 文章編號：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沉降、二級生化處理的方法進行處理。實踐證明，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荷仍然較高、色度也較深，排人水體后嚴重影響受納水體的生態(tài)環(huán)境_5j。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，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也在不斷嚴格。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，進行制漿造紙廢水深度處理方面的研究，對于解決制漿造紙企業(yè)的污染、保護生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。本研究采用電化學技術(shù)與固定化微生物技術(shù)相結(jié)合的方法，將經(jīng)二級生化處理的廢水進行深度處理，進一步降低COD和色度，這不僅可有效降低廢水的

3、污染負荷，還能擴大廢水的同用范圍。1 實驗11 實驗儀器和材料實驗儀器：SWY-10-30A型液相電解器，MOODEL818臺面式pH測試儀，JH12型COD恒溫加熱儀，756分光光度計，電導(dǎo)儀，空氣壓縮機，曝氣頭，計量泵，攪拌器等。碳鋼極板(200mm×250mm×l0ram)、不銹鋼極板(200ram×250mm×10mm)電化學反應(yīng)槽、混合池、沉淀池、儲水槽、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 實驗方法廢水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。因該實驗需連續(xù)進行，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行實驗，實驗水質(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。廢水由計量泵從廢水槽中打人電化學反

5、應(yīng)池。電化學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，廢水自流進入沉淀池，實現(xiàn)污泥與清液的分離，污泥沉淀在池底，定期排放，清液自流進入儲水池，實現(xiàn)廢水的調(diào)節(jié)與均衡，并按計算量添加微量的N與P，然后廢水自流進入曝氣生物濾池，經(jīng)一定時間的生化處理后廢水自流進入生物炭池，實現(xiàn)有機物及色度的進一步去除，提高出水品質(zhì)，出水自流進入清水池。進水量由計量泵控制，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。該實驗分2個階段：第1階段為微生物的固定和馴化；第2階段為運行條件的研究及

6、控制、各工藝參數(shù)的測定。首先進行高效微生物的固定和馴化。先用泵泵送電化學處理出水至曝氣生物濾池及生物炭池，然后開動曝氣，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)進水，2天后連續(xù)進水量增至20 Lh，每天定時檢測出水的COD，并用光學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，認為馴化、固定微生物成功，即可進行各實驗參數(shù)的測定。2 結(jié)果與討論21 電化學處理時間對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，在磁力攪拌器機械攪拌下通電反應(yīng)，考察電化學處理時間對廢水CODc 、BOD5及色度的影響(見圖2)。由圖2可以看出，電化學處理一方面可以大幅度降低廢水的污染負荷，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，隨著電化學處理時間的延長，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)生有機氯化物的脫氯。在電化學處理時間達到6 min時，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，隨著電解時間的延長，有機物的

8、氧化還原開始占主導(dǎo)，出水的BOD 開始增大。電化學處理時間直接關(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，認為在100 Am 的電流密度下，電化學處理6 min為最佳處理時間。22 生化停留時間對廢水處理效果的影響為考察生化停留時間對廢水處理效果的影響，以電化學處理的造紙廢水為基礎(chǔ)，預(yù)先收集電化學處理出水，保證生化系統(tǒng)穩(wěn)定的進水水質(zhì)，然后將收集的電化學處理出水由計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間對處理效果的影響。表2為電化學處理前后廢水水質(zhì)。圖3為曝氣生物濾池停留時間對廢水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)隨著停留時間的延長，廢水的COD 逐漸降低。在停留時間超過5 h后，隨著停留時間的延長，變化趨勢變緩。本實驗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性質(zhì)，能牢固地吸附固定水中的細菌微生物。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，三項傳質(zhì)推動力大大增加，微孔用于固定化微生物。同時，通過分子設(shè)計，在載體引入大量的活性和強極性基團并通過固定化技術(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)部就相當于形成了無數(shù)個微型的好氧、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間對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，由計量泵泵人生物炭池，考察停留時問對廢水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)可以得到進一步提高，廢水的CODcr隨停留時間的延長逐漸降低。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，在處理時間為3 h時，兩者達到幾乎相同的處理效果，且停留時間再延長，兩者出水的CODcr降低不明顯。本實驗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，因此被吸附的有機物可在活性炭內(nèi)部得到生物降解。由于其對濃度很低的有機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為最佳生化停留時間。23 組合工藝系統(tǒng)對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)運行。實驗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，為使進水水質(zhì)穩(wěn)定，每組實驗前取水至廢水池，然后連續(xù)進水實驗，每組實驗持續(xù)2天。連續(xù)運行效果如表3所示。抽取第4組實驗的進出水，進行了其他相關(guān)指標的檢測，結(jié)果見表4。從連續(xù)檢測結(jié)果可以看出，整個工藝在進水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 電化學技術(shù)與固定化微生物技術(shù)聯(lián)合，可有效實現(xiàn)制漿造紙廢水的深度處理。在進水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，電化學處理6 min為最佳處理時間；固定化微生物曝氣生物濾池停留5 h、生物炭池停留3 h為最佳生化停留時間。33 該組合工藝的創(chuàng)新之處在于，通過技術(shù)互補的手段成功實現(xiàn)了制漿造紙廢水的深度處理。整個處理過程在降低廢水污染負荷的情況下，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，等廢紙造紙廢水的水解酸化處理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廢紙造紙廢水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