張銀新

纖維素廢水處理的技術(shù)開發(fā)

張銀新

（濟(jì)南靈秀環(huán)?？萍加邢薰?，山東 濟(jì)南 250100）

纖維素是一種高分子化合物，廣泛應(yīng)用于建材、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，其廢水具有COD濃度高、含鹽量高、廢水可生化性差等特點(diǎn)。通過采用蒸發(fā)、厭氧、好氧、曝氣生物濾池、臭氧氧化相結(jié)合工藝對纖維素廢水進(jìn)行研究，探索出一條專門處理纖維素廢水的技術(shù)路線，為纖維素廢水處理提供有效的技術(shù)支持。

纖維素；纖維素廢水；蒸發(fā)；臭氧氧化

纖維素是一種乳白色或者白色的化工原料，由精制棉提煉后續(xù)化工產(chǎn)品。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于建材、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。其廢水具有高鹽、高COD、生化性差等特點(diǎn)，屬于典型的“三高”廢水，該廢水處理難度大，一直影響了該行業(yè)的發(fā)展。近年來，國內(nèi)外有很多關(guān)于纖維素廢水處理的相關(guān)研究，主要技術(shù)工藝有微電解、芬頓催化氧化、臭氧催化氧化、UASB、IC、接觸氧化工藝等。

本文通過蒸發(fā)-厭氧-好氧-曝氣生物濾池工藝進(jìn)行相關(guān)結(jié)合，有效地降低廢水的濃度，實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放，為纖維素行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：加熱套、臭氧發(fā)生器、圓底燒瓶、冷凝管、錐形瓶、真空泵、厭氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器、曝氣生物濾池反應(yīng)器、玻璃儀器等。

試劑：氫氧化鈉、硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)液、硫 酸-硫酸銀溶液（Ag2SO4-H2SO4溶液）、試亞鐵靈指示劑、重鉻酸鉀溶液、硫酸汞。

1.2 測試指標(biāo)和測試方法

測試指標(biāo)為COD；測試方法為重鉻酸鉀氧化法。

1.3 實(shí)驗(yàn)處理工藝路線圖

本實(shí)驗(yàn)采用蒸發(fā)預(yù)處理+生化+深度處理相結(jié)合的工藝對廢水進(jìn)行處理，結(jié)合工程實(shí)際情況出發(fā)，具體工藝路線如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝路線

1.4 廢水來源及特性

實(shí)驗(yàn)用廢水來自于山東某纖維素生產(chǎn)廢水，廢水COD為150 000 mg·L-1左右，鹽含量25%左右。

1.5 實(shí)驗(yàn)步驟與方法

1）取5 L纖維素廢水放置于蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，取蒸發(fā)冷凝廢水檢測廢水中COD、含鹽量及pH的變化。

2）取蒸發(fā)后廢水，采用自來水稀釋至COD在10 000 mg·L-1左右，放置于厭氧反應(yīng)器中，觀察不同時(shí)間下廢水COD的變化曲線。

3）取厭氧后廢水，將廢水放置于好氧反應(yīng)器中，控制廢水pH在7～8，溶解氧在2～3 mg·L-1，觀察不同時(shí)間下廢水COD的變化曲線。

4）取好氧后廢水，將廢水放置于曝氣生物濾池反應(yīng)器中，控制曝氣生物濾池濾料體積占總裝置的二分之一，溶解氧控制在3 mg·L-1左右，觀察不同反應(yīng)時(shí)間下COD的去除效果。

5）將曝氣生物濾池出水放置于臭氧反應(yīng)器中，觀察不同氧化時(shí)間下廢水COD的變化曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸發(fā)對廢水COD 的去除效果

實(shí)現(xiàn)過程主要是為了模擬現(xiàn)場蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，確定蒸發(fā)前后廢水COD的變化曲線，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 蒸發(fā)前后水質(zhì)對照表

由表1可以看出，蒸發(fā)之后廢水中大量有機(jī)物被去除掉，廢水中的鹽含量也大大降低。由于廢水中有機(jī)物低沸點(diǎn)物質(zhì)較多，蒸發(fā)后廢水COD雖然大大降低，但是低沸點(diǎn)物質(zhì)隨著蒸汽進(jìn)入冷凝液中。通過蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，廢水中大部分鹽類物質(zhì)被去除掉，為后續(xù)生化處理奠定基礎(chǔ)。

2.2 厭氧處理對廢水COD去除的影響

采用自來水稀釋的方式，對廢水進(jìn)行稀釋，稀釋后廢水COD在10 000 mg·L-1左右，工程應(yīng)用時(shí)采用處理后出水對廢水進(jìn)行稀釋。將廢水放置于厭氧反應(yīng)器中，觀察不同時(shí)間下廢水COD的變化曲線，具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 厭氧處理中COD與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系

由圖2可以看出，隨著厭氧反應(yīng)時(shí)間的增加，廢水COD逐漸降低，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為40 h時(shí)，廢水中COD逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)廢水COD為 1 500 mg·L-1左右。反應(yīng)時(shí)間40 h視為厭氧最佳反應(yīng)時(shí)間。

隨著厭氧反應(yīng)時(shí)間的增加，廢水中大部分易生化有機(jī)物被廢水中的厭氧菌給消耗掉，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。隨著反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)增加，廢水中一些不容易被厭氧消耗的有機(jī)物逐步停止了厭氧反應(yīng)，導(dǎo)致廢水中有機(jī)物含量基本保持不變。但是這部分有機(jī)物在厭氧菌水解酸化的作用下逐步分解，大分子有機(jī)物被分解為小分子有機(jī)物，為后續(xù)好氧反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。

2.3 好氧處理對廢水COD去除的影響

取厭氧后廢水進(jìn)行好氧生化實(shí)驗(yàn)，控制好氧廢水pH為7～8，好氧反應(yīng)器溫度在30 ℃左右，廢水中溶解氧為2～3 mg·L-1。觀察好氧反應(yīng)過程中廢水COD與時(shí)間的變化曲線，具體結(jié)果如圖3所示。

圖3 好氧處理中時(shí)間與出水COD之間關(guān)系

由圖3可以看出，隨著時(shí)間的增加，廢水中COD會(huì)迅速被消耗掉，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60 h時(shí)，廢水中有機(jī)物基本被消耗掉，此時(shí)廢水COD能夠穩(wěn)定在 300 mg·L-1以下。反應(yīng)時(shí)間60 h視為最佳反應(yīng)時(shí)間。

好氧過程中，通過微生物菌膠團(tuán)的作用，廢水中有機(jī)物被吸附，去除廢水中的大部分有機(jī)物，然后通過微生物的代謝作用，將廢水中部分有機(jī)物進(jìn)行降解消耗。

在好氧裝置中會(huì)發(fā)生一系列的轉(zhuǎn)化作用，其主要轉(zhuǎn)化作用是通過曝氣裝置提供大量的游離氧，該游離氧為好氧菌膠團(tuán)的繁殖提供有利氧環(huán)境，促使廢水中微生物大量繁殖。微生物在繁殖過程中需要依靠廢水中有機(jī)物作為其繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，其中不被消耗的有機(jī)物就會(huì)作為剩余污泥形式隨著污泥增長而排出好氧反應(yīng)器。

2.4 曝氣生物濾池對廢水COD去除的影響

曝氣生物濾池屬于廢水處理過程中的深度處理工藝，將廢水中微生物寄存在濾池填料中，通過填料的吸附作用，將廢水中有機(jī)物進(jìn)行濃縮，濃縮后的有機(jī)物通過微生物的代謝作用，將有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，具體結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，廢水中有機(jī)物逐步降低，廢水出水水質(zhì)能夠降低至COD 50 mg·L-1以下，出水能夠達(dá)到直排的標(biāo)準(zhǔn)。曝氣生物濾池中微生物屬于固定式微生物，不會(huì)隨著廢水的流動(dòng)而消失，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水運(yùn)行穩(wěn)定的目的。

圖4 曝氣生物濾池時(shí)間與出水COD之間關(guān)系

2.5 臭氧氧化對廢水COD去除的影響

將曝氣生物濾池出水放置于臭氧發(fā)生器中，通過臭氧的氧化作用，降低廢水中COD的含量。臭氧氧化時(shí)間設(shè)置為30 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 臭氧氧化前后水質(zhì)對照表

通過上述氧化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，廢水中有機(jī)物已經(jīng)基本被臭氧氧化掉，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定在 30 mg·L-1以下，能夠達(dá)到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門廢水提標(biāo)的目的。

臭氧在廢水中能夠分離出氧自由基，該自由基具有非常強(qiáng)的氧化能力，能夠?qū)U水中大分子有機(jī)物氧化成小分子物質(zhì)，并進(jìn)一步氧化成二氧化碳和水，降低廢水中有機(jī)物的含量。

3 結(jié)論

1）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用蒸發(fā)-厭氧-好氧-曝氣生物濾池-臭氧氧化工藝能夠有效地去除廢水中的有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)廢水出水COD達(dá)到30 mg·L-1以下的目的。

2）采用蒸發(fā)工藝能夠有效地去除廢水中的鹽分，并且廢水中有機(jī)物去除率達(dá)到40%。

3）采用厭氧處理工藝，能夠有效地去除廢水中有機(jī)物，出水COD能夠穩(wěn)定在1 500 mg·L-1，最佳厭氧反應(yīng)時(shí)間為40 h。

4）采用好氧工藝能夠有效地將廢水中COD穩(wěn)定在300 mg·L-1以下，最佳反應(yīng)時(shí)間為60 h。

5）采用曝氣生物濾池工藝能夠有效地將廢水COD穩(wěn)定在50 mg·L-1以下，最佳反應(yīng)時(shí)間為10 h。

6）采用臭氧氧化30 min，能夠有效地將廢水COD穩(wěn)定在30 mg·L-1以下。

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Development of Cellulose Ether Wastewater Treatment Technology

(Jinan Lingxiu Environmental Protection Technology Co., Ltd., Jinan Shandong 250100, China）

Cellulose is a kind of high molecular compound.It is widely used in building materials, food, medicine, chemical industry and other fields.Cellulose wastewater has the characteristics of high concentration, high salt content and poor biodegradability.In this paper, the cellulose wastewater was studied by the combination of evaporation, anaerobic, aerobic, biological aerated filter and ozone oxidation.A technical route for the treatment of cellulose wastewater was explored, providing effective technical support for the treatment of cellulose wastewater.

Cellulose; Cellulose wastewater;Evaporation;Ozone oxidation

TQ085+.41

A

1004-0935（2022）02-0203-03

2021-08-10

張銀新（1986-），男，中級工程師，碩士，研究方向：水污染治理。