生物流化床-化学絮凝法处理纸浆漂白废水

谢澄，陈中豪，疏明君，李友明
（华南理工大学造纸与污染控制国家工程中心，广东 广州 510641）

　　摘　要：使用内循环三相生物流化床处理纸浆含氯漂白废水，经过40d左右的驯化，COD、BOD去除率过到70％以上，色度去除达到70％左右，AOX去除率达到60％左右，后续絮凝处理采用聚铁铝（PFAC）作为絮凝剂，聚丙烯酸胺（PAM）作为助凝剂，出水COD为80mg/L左右，BOD为20mg／L左右，AOX＜lmg／L色度为120C.U。
　　关键词：生物流化床；造纸废水：漂白废水，絮凝
　　中图分类号：X793
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-2455（2002）01-0027-04

Study on Treatment of Chlorine Bleaching Effluent by Fluidized Bed Bioreactor - Coagulation Technology
XIE Cheng, CHEN Zhong-hao, SHU Ming-jun, LI You-ming
(Paper Making & Pollution Control Engineering Research Center, South China University of Technology,Guangzhou 510641, China)

　　Abstract: The Pulp chlorine effluent was treated by Inner - Loop Three - Phase Fluidized Bed Bioreactor.Afer 40 days of domestication in the reactor, the removal rate of CODcr and BOD₅ could reach 70% or more, the temoval rates of chroma was 70% and AOX was 60%. Followed with the process of coagUlation, in which PFAC was used as nocculant and poIyacrylamide (PAM) as an assistant. The oudiow‘s cODc, was 80 mg/L, BOD was 20 mg/L, AOX < 1 mg/L and chroma was 120 C. U.
　　Key words: Fluidized Bed Bioreactor; paPer making effluent; bleaching effluent；coagulation

　　造纸工业制浆漂白工段的含氯漂白废水由于含有氯苯酚、氯化脂肪酸、氯化树脂酸、dioxin等有毒且难以处理的氯化有机物，对环境中的生物具有强烈的毒害、致畸、致多发性脑神经病变作用。
　　含氯漂白废水的BOD与COD的质量比小于0.3，又具有毒性，因此通常情况下不宜直接采用生化法处理周为其所含的有机物质相对较少，不能直接送人碱回收车间进行燃烧；而采用物化法处理，又不能很有效地去除废水中的氯化有机物^[1]，如何治理含氯漂白废水已经成为困扰人们的一项难题。
　　生物流化床技术是70年代以来兴起的新型高效污水处理技术，它可以取得比活性污泥法高数十倍的效率，具有很好的发展前景。用生物流化床技术处理造纸工业含氯漂白废水，目前在国内外还没有见到详细的报道，本研究从此方面人手，采用流化床与化学絮凝联用的工艺，获得了较好的处理效果。

1 内循环生物流化床的结构及处理流程

　　试验用内循环生物流化床反应器及处理工艺流程见图1。在流化床中加人颗粒活性炭作为生物膜的载体，进水和压缩空气通过射流管和气体分布器后进人流化床，推动载体流化，形成细小气泡水与载体的三相混合流体，首先由内筒上升至流化床上部的三相分离区，然后载体再经由外筒的降流区下落到流化床底部，形成内循环。一部分小气泡跟随下降的流体到达降流区，大部分气泡在三相分离区逸出。经过三相分离区分离掉载体后的出水进人一个沉淀池，经沉淀分离后进人下一处理单元。循环推动力来自压缩空气。

2 实验用水和活性污泥

　　废水取自广东某甘蔗化工厂纸浆漂白车间。该厂漂白工艺为（氯化+碱处理+次氯酸盐漂+过氧化氢漂），本研究所用废水为CEH三段废水按1：1：1比例混合。废水水质见表1。

表1 废水水质 pH CODcr/(mg.L^-1) BOD₅(mg.L^-1) TSS/(mg.L^-1) VSS/(mg.L^-1) 色度/（C.U) AOX/(mg.L^-1) 6.2 1250 360 1920 1020 1487 45

　　活性污泥取自广州某污水处理厂活性污泥池。污泥浓度约40g／L。取回的污泥经过滤去杂质后，取一定量上层液体放人内循环三相生物流化床中，使反应器内的污泥浓度约为4g／L。加人配制的废水进行接种驯化。

3 实验方法

3.1 流化床处理方法
　　首先在流化床中加满配制好的营养液和载体，载体采用颗粒活性炭：粒径0.3－2mm，颗粒密度约0.9g／cm³，比表面积约900m²／g（BET），真密度约1.8g／cm³，堆积重约400g／L，加人量为6％（有效体积比）。开始时不加漂白废水，加人适量葡萄糖控制总的 CODcr负荷为1200mg／L左右；按m（COD）：m（N）：m（P）为100：5：1的比例添加必要的氮盐和磷盐，同时加人碳酸氢钠调节PH值为7－8。压缩空气流量为0.5－0.75m³／h，以保持溶解氧在2mg／L以上。进液流量为6L/h，亦即水力停留时间（HRT）为6h。
　　加入一定量的活性污泥，使流化床内的污泥浓度大约在5％左右，然后通气进行间曝。闷曝1d以后，开始连续进水，进水由营养液和漂白废水按一定配比组成，保持总的COD负荷不变，根据微生物生长及出水的状况，逐渐增加漂白废水在进水中的比例，驯化微生物对含氯漂白废水的适应性，直到全部进水由漂白废水取代并达到稳定的处理效果。然后改变水力停留时间、供气量等条件，测定此过程含氯漂白废水的性质的变化。观察载体上生物膜的生长状况。
3.2 化学絮凝处理
　　待获得稳定的出水以后，对出水采用化学絮凝法处理。选用Al₂（SO₄、FeCl₃、PAC（聚合氯化铝）。PFAC（聚铁铝）在相同的处理条件下进行实验。实验在烧杯中进行，将一定量的废水加人后，调节PH=7左右，在搅拌的条件下加人300mg／L的絮凝剂，快速（150－180r／min）搅拌1min，再加入10mg/L的聚丙烯酷胺（PAM）助凝，继续快速搅拌1min，再慢速（80－100r／min）搅拌10min，待静置澄清后取上清液进行各项测定。
　　根据COD和色度的去除效果选择最好的一种絮凝剂，再采用正交实验确定其处理的最佳条件。

4 实验结果

4.1 流化床处理部分
4.1.1 微生物驯化过程的描述
　　驯化过程中发现，在初期没有加人含氯漂白废水之前，流化床反应器内只有营养物质，此时微生物生长良好，一两天之后就能在载体上附着一层薄的生物膜，镜检发现浮游生物很活跃，有较多累枝虫。钟虫已经在载体表面生长，微生物活性良好，出水COD下降明显，体系内溶解氧呈现较低的状态。逐日增加含氯废水的比例以后，生物膜的生长会出现如下比较明显的变化规律：
　　开始时受抑制，生物活性下降，出水污染负荷上升之后有所恢复，生物活性增强，生物膜恢复生长，出水污染负荷下降。为避免含氯废水增加过快，超过微生物的忍耐极限而导致实验失败，驯化过程中都是在生物膜生长趋于适应期以后才增加进水的负荷。
　　随着载体上附着了越来越多的生物膜，载体的表观密度逐渐会下降，变得更轻，更容易流化，同时在下降区的载体下降速度有所变慢。
4.1.2　COD的去除效果
　　COD的去除效果见图2、图3。

　　从图4中可见，延长水力停留时间，可以改善流化床出水的水质，获得更好的处理效果。但长的水力停留时间意味着处理量的下降，或者需要的反应器体积增大，这在工程中有时是很难满足的。因此只能在允许的范围内适当延长水力停留时间，然后再通过后续处理来使出水完全达标排放。本研究中，采用水力停留时间为6－sh已经基本可以满足实验要求。
4.1.4 进气流量对流化床处理效果的影响
　　进气流量的大小是影响处理效果的重要因素，因为它不仅要提供体系流态化的推动力，还要提供可见，生物流化床对漂白废水的处理效果是较好的，基本上保持了75％左右的COD去除率。对于进水水质的突然变化，也有较好的适应性。
　　系统正常运行以后，对含氯漂白废水的处理效果见表2。

表2 流化床对含氯漂白废水的处理效果 水样 COD/（mg.L^-1) BOD/（mg.L^-1) 色度（C.U) TSS/（mg.L^-1) VSS/（mg.L^-1) AOX/（mg.L^-1) 处理前 1200-1400 350-400 1500-1600 1900-2000 950-1000 40-50 处理后 350-400 80-120 500-550 1500 500 20 去除率 约72% 约73% 约66% 约25% 约50% 约56%

　　从实验结果来看，内循环生物流化床对漂白废水的处理效果较好，其COD、BOD等指标的去除率均达到70％以上，对AOX也有超过50％的去除率，出水的污染负荷已经大大降低。
4.1.3 水力停留时间对流化床处理效果的影响
　　在流化床运行比较稳定，对废水的污染负荷有较大的去除率以后，改变流化床的水力停留时间，研究其对处理效果的影响。为了获得比较稳定的结果，对不同的水力停留时间均进行4－5d的稳定处理，微生物呼吸所需要的溶解氧。在流化床设计定型以后，实际操作中只能通过改变进气流量来改变流化床的传质效能，进气流量在保证体系流态化的前提下，对氧传递效率的影响见图5。可见，在一定的气体流量范围内，增加Ug有利于氧传递效率的提高。但过高的气体流量下氧传递效率反而有所降低，这是因为高的气体速度会使从分布器出来的气泡变大，同时发生严重的聚并，流速很快，迅速会从流化床逃逸出去，气液相之间的界面面积反而减小，不利于氧传质的进行。
4.2 化学絮凝处理部分

　　经过流化床处理以后的出水污染负荷为：CODcr≈400mg／L，BOD5≈100mg／L，色度（C.U）≈500。
　　对若干种絮凝剂进行实验，实验结果见表3；

表3 絮凝剂选择实验结果 絮凝剂 Al₂(SO₄)₃ FeCl₃ PAC PFAC COD去除率 70.4 76.2 78.6 82.5 色度去除率 63.2 58.5 71.0 69.7

　　通过上述的对比实验可见，各种絮凝剂均有一定的处理效果，其中PFAC对COD的去除效果最好，色度的去除效果也不错，故决定选择PFAC作为后续絮凝处理的絮凝剂。
　　为优化絮凝处理的效果，进行了PFAC作用最佳条件的正交实验。通过对正交实验结果的分析，各因素对絮凝处理效果影响的大小排列顺序依为：絮凝剂用量＞pH值＞搅拌时间。认为最好的处理条件是絮凝剂用量为400mg／L，PAM用量为10mg／L，pH值为8，搅拌时间为2－3min。在这样的处理条件下，出水COD已降低至80mg/L左右，BOD为20mg／L，色度（C.U）＝120，色度总去除率
达到90％以上，AOX已经成为痕量，小于1mg／L。

5 结论

　　①采用内循环三相生物流化床处理含氯漂废水，当进水COD为1300mg／L左右，BOD为400mg/L左右，气水比为图囹留：图，水力停留时间为6h，经过一段时间的驯化处理以后，可以获得稳定的出水。COD、BOD的去除率可达70％以上，色度去除也达到70％左右，AOX去除率达到60％左右。
　　②延长水力停留时间，在一定范围内提高气体流量均可改善流化床的处理效果，本研究中水力停留时间以6－8h为宜，气体流量Ug=0.75m³/h已满足要求。
　　③流化床处理与化学絮凝联用，采用PFAC+PAM进行絮凝处理，出水COD为80mg/L左右，BOD为20mg／L左右，AOX＜lmg／L，色度（C.U）=120。

参考文献：

　　[1] Milsteim O，et al.Removal of chlorophenols and chlorolignings from bleaching effluent by combined chemical and bilogical treatment[J]. Wat Sci Tech, 1988,20(1):161-170.

　　作者简介：谢澄（1976－），男（苗族），贵州雷山人，华南理工大学造纸与环境工程学院99级博士研究生，主要从事工业污水治理研究。