申请日2012.05.11
公开(公告)日2012.09.12
IPC分类号C02F9/14; C02F103/28; C02F1/24; C02F1/52
摘要
本发明公开了一种废纸造纸废水的处理系统及工艺，处理系统包括依次连通的物化处理单元、厌氧处理单元、生物选择单元、第一好氧处理单元、第二好氧处理单元和沉降单元;物化处理单元设有混凝剂投加装置;第一好氧处理单元设有微生物菌剂投加装置;第二好氧处理单元设有后生动物培养投加槽;第一好氧处理单元和第二好氧处理单元底部均设有与鼓风设备连通的曝气管网;沉降单元设有连通厌氧处理单元和生物选择单元的污泥回流管路。本发明处理系统用于造纸废水的处理，实现了废纸造纸废水处理的低污泥产率。
权利要求书
1.一种废纸造纸废水的处理工艺，其特征在于，包括：
将废水送入物化处理单元，向物化处理单元中投加混凝剂;所述物化 处理单元出水送入厌氧处理单元，厌氧处理单元中利用厌氧污泥分解废水 中的有机物;所述厌氧处理单元出水进入生物选择单元，在生物选择单元 内进行污泥吸附，控制污泥膨胀;所述生物处理单元出水送入第一好氧处 理单元中，向第一好氧处理单元中投加微生物菌剂;所述第一好氧处理单 元出水送入第二好氧处理单元中，向第二好氧处理单元中投加后生动物; 所述第二好氧处理单元出水送入沉降单元，沉降后的污泥一部分回流至厌 氧处理单元和生物选择单元，剩余部分去脱水系统，沉降单元的出水由沉 降单元排出。
2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述混凝剂为铁 盐、亚铁盐或铝盐;投加量为100~300mg/L。
3.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述微生物菌剂 投加量为0.03~0.05%。
4.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述后生动物投 加量为0.03~0.05%。
5.一种废纸造纸废水的处理系统，包括依次连通的物化处理单元(4)、 厌氧处理单元(7)、生物选择单元(9)、第一好氧处理单元(10)、第二 好氧处理单元(11)和沉降单元(16);所述物化处理单元(4)设有混凝 剂投加装置(5);所述第一好氧处理单元(10)设有微生物菌剂投加装置 (13);所述第二好氧处理单元(11)设有后生动物培养投加槽(12);所 述第一好氧处理单元(10)和第二好氧处理单元(11)底部均设有与鼓风 设备(14)连通的曝气管网(15);所述沉降单元(16)设有连通厌氧处 理单元(7)和生物选择单元(9)的污泥回流管路(20)。
6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述厌氧处理单 元(7)内设有布水器(8)。
7.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述生物选择单 元(9)内设有潜水搅拌机(6)。
8.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述生物选择单 元(9)底部设有与鼓风设备(14)连通的曝气管网(15)。
9.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述的物化处理 单元(4)为气浮池。
10.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述的沉降单元 (16)为二沉池或序批式反应器。
说明书
一种废纸造纸废水处理系统及工艺
技术领域
本发明涉及生物工程与环境工程技术领域，具体涉及一种废纸造纸废 水处理系统及工艺。
背景技术
造纸工业是能耗、物耗高，对环境污染严重的行业之一，其污染特性 是废水排放量大，其中COD、悬浮物(SS)含量高，色度严重。
废纸造纸废水的SS、COD浓度较高，COD则由非溶解性COD和溶 解性COD两部分组成，通常非溶解性COD占COD组成总量的大部分， 当废水中SS被去除时，绝大部分非溶解性COD同时被去除。因此，废纸 造纸废水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。废水中的BOD同COD 的比值一般约为0.15～0.25，生化性较差，大部分BOD和可溶性COD主 要应用生物方法去除。
废纸造纸废水的基本处理方法：
1、气浮或沉淀法
采用气浮或沉淀方法，通过投加混凝剂，可去除绝大部分SS，同时去 除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD。
其典型的处理工艺流程如下：
废水→筛网→集水池→气浮或沉淀→排放
气浮和沉淀均为物化处理方法，处理效果与选用的设备、工艺参数、 混凝剂等有关，其COD去除率一般高于制浆中段水的COD去除率，通常 能达到70%～85%。对吨纸废水排放量>150m3、浓度较低的中小型废纸 造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家排放标 准。
2、物化与生化处理相结合
对于吨纸废水排放量较低、废水含COD较高的大中型废纸造纸企业， 期望通过单级气浮或沉淀的物化方法达到国家一级排放标准有较大的难 度，因为可溶性COD、BOD主要需通过生化方法才能有效去除。
一般，采用物化加生化的处理方法，典型工艺流程如下：
废水→筛网→调节→沉淀或气浮→A/O或接触氧化→二沉池→排放
A/O(缺氧—好氧)处理工艺，通过缺氧段的微生物选择作用，只是对 有机物进行吸附，吸附在微生物体的有机物则在好氧段被氧化分解。因此 A段停留时间短，约在40～60min。
无论哪种方法处理废纸造纸废水都将产生二次污染物--污泥，因此追 求污泥的最小化也是工程设计需考虑的问题。
在污水处理过程中原位减少剩余污泥产率，从源头上降低剩余污泥产 量的各种污泥减量技术已成为废水生物处理研究的热点和发展方向。后生 动物捕食微生物的污泥减量技术因具有经济高效、无二次污染等优点，已 经引起国内外学者的广泛关注。后生动物原位消解污泥技术是根据生态学 理论，基于物质与能量在食物链传递过程中逐级递减的原理，通过强化食 物链中后生动物的捕食作用以减少剩余污泥的产生量，在保证出水水质达 标的前提下,一定程度上使污泥的处理与处置从“末端治理”转移到“源 头控制”。后生动物以有机残渣和死的生物体为食。随着水中有机物的减 少，出现了轮虫、寡毛类、线虫，轮虫能够吞噬散落的污泥。
例如，申请号为201110297195.7的中国专利文献公开了一种利用后生 动物强化污泥原位减量系统及其工艺和应用，该系统由厌氧区、缺氧区、 好氧区、后生动物生长区、二沉区五部分构成，生化系统在处理污水过程 中通过设置后生动物生长区进行原位减量，在后生动物生长区内不断投加 经过培养驯化的后生动物强化对污泥捕食作用，实现污泥原位减量的目 的，该处理系统及工艺用于处理生活污水和印染废水取得了较好的效果， 污泥减量效果在50~80%。但是由于废纸造纸废水的特殊的性质，该系统 并不能适用于废纸造纸废水的处理。
发明内容
本发明提供了一种废纸造纸废水的处理系统及工艺，实现了废纸造纸 废水处理的低污泥产率。
一种废纸造纸废水的处理工艺，包括：
将废水送入物化处理单元，向物化处理单元中投加混凝剂;所述物化 处理单元出水送入厌氧处理单元，厌氧处理单元中利用厌氧污泥分解废水 中的有机物;所述厌氧处理单元出水进入生物选择单元，在生物选择单元 内进行污泥吸附，控制污泥膨胀;所述生物处理单元出水送入第一好氧处 理单元中，向第一好氧处理单元中投加微生物菌剂;所述第一好氧处理单 元出水送入第二好氧处理单元中，向第二好氧处理单元中投加后生动物; 所述第二好氧处理单元出水送入沉降单元，沉降后的污泥一部分回流至厌 氧处理单元和生物选择单元，剩余部分去脱水系统，沉降单元的出水由沉 降单元排出。
废纸造纸废水中SS含量高，本发明在生化处理系统前设置物化处理 单元，去除废水中的大部分的SS;废纸造纸废水中氮磷含量较低，容易 造成污泥膨胀，本发明在厌氧处理单元后设置生物选择单元，进行污泥吸 附，控制污泥膨胀;本发明通过向好氧处理单元中投加微生物菌剂和后生 动物协同作用，进行污泥减量，微生物菌剂可以促进其他微生物的生长， 优化活性污泥的菌群结构，改善后生动物的生存环境;同时可以生成大量 水解酶，促进死亡细胞和衰老细胞的分解以减少污泥产率，后生动物能以 细胞碎片、有机颗粒、游离微生物为食，这些细胞碎片最终分解为二氧化 碳和水,后生动物的尸体又会被微生物分解，循环反复，整个污水处理池 里的剩余污泥就会被蚕食消解，从而实现污泥的原位减量，降低污泥产率。
所述物化处理单元、厌氧处理单元、生物选择单元、第一好氧处理单 元、第二好氧处理单元和沉降单元在实际运用过程中均指处理池。厌氧处 理单元、生物选择单元、第一好氧处理单元和第二好氧处理单元组成生化 处理系统，在整个生化系统中，废水和活性污泥以泥水混合液的形式存在。
废纸造纸废水中SS含量较高，进入生化处理系统之前需将大部分的 SS去除掉，在进入生化处理系统前将废水送入物化处理单元中，添加混 凝剂，将废水中大部分SS沉淀掉，废水中大部分的非溶解性的COD及磷 也在此步中去除。
优选的，所述混凝剂为铁盐、亚铁盐或铝盐;混凝剂的投加量根据废 水中的SS含量调节，投加量太少，SS去除不彻底，投加量过多，造成浪 费，优选地，投加量为100~300mg/L。
废纸造纸废水中SS含量高，但氮磷含量较低，大部分的磷在物化处 理单元已被沉淀去除，所以进入生化处理系统的废水氮磷缺乏，容易造成 污泥膨胀，因此，废水在进行厌氧处理后进行生物选择，在生物选择单元 内，通过搅拌机搅拌使泥水充分混合，能使高速率吸收易降解物质的微生 物获得选择性生长优势，抑制丝状细菌的生长，预防污泥膨胀，改善污泥 的沉淀性能。
所述废水在生物选择单元的水力停留时间以回流的污泥能吸收 80~90%的可溶性有机质为宜，一般为0.5~1.0小时;该池溶解氧控制在 0.5mg/l以下，pH6~9。
废纸造纸废水中有大量的SS和纤维素，经预处理如隔栅拦截大部分 的纤维素，经物化处理单元去除大部分SS和大部分的非溶解性COD，进 入生化系统的废水中仍还有部分纤维素和溶解性COD，溶解性COD通过 微生物去除，溶解性COD的去除效率与微生物分解有机物的能力息息相 关，因此，增强污泥中微生物分解有机物的能力有利于提高COD的去除 效率。纤维素的去除方法是向好氧处理单元中投加微生物菌剂，将该部分 纤维素分解掉，所述微生物菌剂的投加量根据废水中纤维素及其他有机物 的含量调整，优选地，所述微生物菌剂投加量为0.03~0.05%，即投加的微 生物菌剂的重量为该处理单元泥水混合液总重量的0.03~0.05%。
所述微生物菌剂有如下作用：(1)分解废水中的纤维素;(2)微生物 菌剂可以促进其他微生物的生长，优化活性污泥的菌群结构，改善后生动 物的生存环境;同时可以生成大量水解酶，促进死亡细胞和衰老细胞的分 解以减少污泥产率。
作为优选，所述微生物菌剂可通过如下方法制备，参照申请号为 201110294105.9的专利文献中公开的方法：
(1)将从土壤、活性污泥中筛选的5种功能性菌株分别在液体发酵 罐内，采用普通细菌液培养基单独培养1~2天;
(2)将上述培养好的5种菌液等量混合接种到固体发酵罐内，接种 量20~30%，固体培养组分为：麸皮30~50%、玉米芯粉10~20%、豆粕 5~15%、尿素0.1~2%、谷氨酸钠0.5~2%、硫酸铵0.2~2%、KH2PO40.1~0.8%，调节固体培养基中的水重量百分比为45~65%，pH值为6.0~7.2， 温度为28~38℃通风搅拌发酵24~28小时，真空干燥，制成总菌密度为 108～14CFU/ml的固体菌剂。
使用时将该固体菌剂溶解在5~10倍量的无菌水中，曝气活化1~3天， 用于蠕动泵添加到好氧处理单元中。
废水中的大部分SS和非溶解性的COD在物化处理单元去除，残留纤 维素在第一好氧处理单元被分解，大部分的溶解性COD经过厌氧处理单 元、生物选择单元和第一好氧处理单元后也经污泥中的微生物去除，活性 污泥吸附废水中呈非溶解性的大分子有机物后，被微生物的胞外酶分解成 小分子的溶解性有机物，与污水中溶解性的有机物一起进入微生物细胞内 在第一好氧处理被降解和转化，一部分有机物质进行分解代谢，氧化为二 氧化碳和水，并获得合成新细胞所需的能量，另一部分物质进行合成代谢， 形成新的细胞物质，并以剩余污泥的方式排出活性污泥系统，因此进入第 二好氧处理单元的泥水混合液中有机物含量并不是很高，而是泥水混合液 中的污泥含量偏高，需要对的污泥产量进行控制，使剩余污泥的产量降低。
后生动物原位消解污泥技术是根据生态学理论，基于物质与能量在食 物链传递过程中逐级递减的原理，通过强化食物链中后生动物的捕食作用 以减少剩余污泥的产生量，后生动物能以细胞碎片、有机颗粒、游离微生 物为食，这些细胞碎片最终分解为二氧化碳和水,后生动物的尸体又会被 微生物分解，循环反复，整个污水处理池里的剩余污泥就会被蚕食消解， 从而实现污泥的原位减量。利用微型后生动物进行污泥减量，不但能达到 较高的污泥减量效果，而且具有能耗少、运行费用低、没有副产物以及对 环境不产生二次污染等优点。后生动物的投加量根据污水浓度进行调整， 优选地，所述后生动物投加量为0.03~0.05%，即后生动物的重量为该处理 单元泥水混合液总重量的0.003~0.005%。
参与废水活性污泥处理的微生物以好氧呼吸为主体的微生物群体，好 氧微生物将污泥中的有机物消化掉，一部分氧化为二氧化碳和水，一部并 获得合成新细胞所需的能量，另一部分物质进行合成代谢，形成新的细胞 物质，所以在好氧处理单元，通过鼓风设备和曝气管网向泥水混合液中鼓 入空气，保证足够的溶解氧含量，溶解氧含量不足会对微生物的生理活动 造成不良影响，从而使废水的处理程度受到影响;溶解氧浓度也不宜过高， 过高会导致有机污染物分解过快，从而是微生物缺乏营养，活性污泥易于 老化，结构松散，另外，溶解氧过高在经济上也不适宜，因此，所述好氧 处理单元中溶解氧的浓度为2~4mg/L。
所述厌氧处理单元中污泥浓度为8~15g/l;所述第一好氧处理单元中 污泥浓度为2~5g/l;所述第二好氧处理单元中污泥浓度为4~5g/l。
厌氧处理一般采用水解酸化或完全厌氧反应器(UASB、IC、EGSB 等)。根据生化进水浓度的高低，选择将厌氧控制在水解酸化阶段或完全 厌氧阶段，当生化进水CODcr>800mg/l时，采用完全厌氧反应器工艺。 厌氧系统容积负荷可取2~15kgCODcr/m3.d。
在好氧处理单元，好氧微生物消耗泥水混合液中的氧气，将废水中的 有机物分解掉，在第一好氧处理单元投加微生物菌剂，在第二好氧处理单 元投加后生动物，由于第二好氧处理单元中废水中有机物含量已经大大减 小，所以氨氮主要在第二好氧处理单元通过硝化作用去除。
所述废水在第一好氧处理单元的水力停留时间为6~12h，在第二好氧 处理单元的水力停留时间为6~8h。
本发明还提供了一种废纸造纸废水的处理系统，包括依次连通的物化 处理单元、厌氧处理单元、生物选择单元、第一好氧处理单元、第二好氧 处理单元和沉降单元;所述物化处理单元设有混凝剂投加装置;所述第一 好氧处理单元设有微生物菌剂投加装置;所述第二好氧处理单元设有后生 动物培养投加槽;所述第一好氧处理单元和第二好氧处理单元底部均设有 与鼓风设备连通的曝气管网;所述沉降单元设有连通厌氧处理单元和生物 选择单元的污泥回流管路。
废纸造纸废水经预处理后进入物化处理单元，向物化处理单元中投加 混凝剂，去除废水中的大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分 溶解性COD和BOD5，经物化处理单元处理后的废水进入厌氧处理单元， 进行厌氧水解，废纸造纸废水中由于氮磷含量较少，丝状细菌易生长，因 此容易造成污泥膨胀，所以设置生物选择单元，在生物选择单元内，通过 施加高负荷，能使高速率吸收易降解物质的微生物获得选择性生长优势， 抑制丝状细菌的生长，预防污泥膨胀，改善污泥的沉淀性能;
在第一好氧单元内投加微生物菌剂，分解掉废水中的纤维素，同时调 节生化系统，增强微生物分解有机物能力，消耗掉部分污泥;在第二好氧 处理单元中投加后生动物，后生动物消耗污泥实现原位污泥减量，第二好 氧处理单元出水进入二沉池进行沉降，二沉池中沉降后出水由出水管排 出，一部分污泥由污泥回流管路回流至厌氧处理单元和生物选择单元，剩 余部分送去脱水系统处理。
废水在厌氧处理单元和生物选择单元内需要与污泥达到最大限度的 接触，一种优选的技术方案，所述厌氧处理单元设有布水器，通过布水器 将污泥均匀的分布在污泥中;所述生物选择单元内设有潜水搅拌机，通过 搅拌机使泥水充分接触。
当废水中污染物浓度较高时，为了减轻好氧处理单元的负担，可以使 生物选择单元分担一部分好氧处理，因此一种优选的技术方案，所述生物 选择单元底部设有与鼓风设备连通的曝气管网，该曝气管网在正常状态下 处理关闭状态，只有当水温较低时或者废水浓度较高时开启，水温较低时 开启补充氧气，废水浓度较高时开启充当好氧处理单元。
所述的物化处理单元为气浮池，气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮 渣含氧，不易腐化，有利于有序处理。
所述的沉降单元为二沉池或序批式反应器;所述的二沉池选择平流式 沉淀池或斜管(板)式沉淀池，选择平流式沉淀池时，沉淀池中的污泥通 过真空泵抽出，然后回流至厌氧处理单元和生物选择单元;当采用斜管 (板)式沉淀池时，直接在沉淀池底部设置带泵的回流管路，回流至厌氧 处理单元。
在所述厌氧处理单元中可以增设生物填料载体，增加生物量和拦截污 泥以减少污泥流失。
本发明的有益效果：
1)本工艺流程简洁、操作运行管理方便。
2)利用食物链作用强化微型动物对细菌捕食的技术,最终达到污泥 自身产量的减少,致使污泥处置从“末端治理”转移到“源头控制”。
3)将微生物强化消化与微型后生动物强化捕食相组合，易于形成食 物链，可实现对剩余污泥60%-80%的污泥减量效果，且不影响原生化系统 污水处理效果，COD、氨氮、TP等指标稳定。
4)本工艺适用于一切活性污泥法废水生物处理及其变形工艺对剩余 污泥的减量化，可以在不影响污水厂正常运行的情况下实施污泥减量化改 造，投资省、运行费用低、见效快，推广应用价值高。
