制漿造紙工業(yè)論文

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1材料與方法

進(jìn)行試驗(yàn)的制漿企業(yè)產(chǎn)能100萬(wàn)t/a，商品漿產(chǎn)能40萬(wàn)t/a。制漿原料主要為木材、廢紙和蘆葦。廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行工藝流程為:廢水→初沉池→冷卻塔→選擇池→厭氧池→好氧池→二沉池→深度處理(超效淺層氣浮系統(tǒng))→達(dá)標(biāo)排放。該企業(yè)好氧系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，二沉池出水CODCr穩(wěn)定在250mg/L以下。廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水CODCr保持在1250mg/L，BOD/COD為0.45，每天進(jìn)水量為45000m3，進(jìn)水總氮值為2mg/L，需要補(bǔ)充氮磷營(yíng)養(yǎng)，經(jīng)計(jì)算每天需要投加1012kg氮源，換算成尿素為2154kg，實(shí)際每天尿素用量為2100kg。在廢水處理不同時(shí)期，SN可發(fā)揮不同形態(tài)氮的協(xié)同效應(yīng)，顯著提高氮的利用率。為了確定SN能夠高效地替代尿素，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，以廢水處理系統(tǒng)為研究對(duì)象，使用SN替代尿素，在廢水中含有相同量的BOD時(shí)，尿素用量按照理論營(yíng)養(yǎng)需求m(BOD)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，最終確定本試驗(yàn)的SN總用量為原尿素用量的1/3(以尿素質(zhì)量計(jì))，即SN總用量為2100kg×1/3=700kg。試驗(yàn)中使用SN時(shí)，采取逐步替代尿素的方法，即分三個(gè)階段在選擇池投加SN和尿素，最終使SN完全替代尿素。由于SN是液態(tài)，可直接泵入選擇池;尿素則需要先在尿素罐中溶解，再泵入選擇池。表1為三個(gè)階段中SN和尿素的用量。

2檢測(cè)方法

SN作為一類新型氮源藥劑，無(wú)毒無(wú)害，能夠高效少量地替代傳統(tǒng)氮源。目前評(píng)判SN的高效性和安全性主要為二沉池出水的氨氮濃度、二沉池出水CODCr、好氧池末端SV30(污泥沉降比)和生物相。本試驗(yàn)取樣地點(diǎn)為初沉池出口、選擇池出口、好氧池出口、二沉池。水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)頻次和檢測(cè)方法。

3結(jié)果與討論

3.1氨氮濃度

氨氮是指水中以游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)形式存在的氮，是微生物和水體生態(tài)植物等最易吸收利用的氮源。當(dāng)水體中氨氮濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)魚(yú)類及某些水生生物有害，所以工業(yè)廢水處理后需要達(dá)到一定的限值才能排放。該制漿造紙企業(yè)廢水處理氨氮濃度排放標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T3544—2008中現(xiàn)有企業(yè)排放限值為10mg/L［8］，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的規(guī)范，實(shí)際排放限值為8mg/L。圖1為在使用SN期間廢水處理生化系統(tǒng)進(jìn)、出水的氨氮濃度。從圖1可以看出，SN逐步替代尿素時(shí)，在不同替代階段，其氨氮濃度呈現(xiàn)不同的規(guī)律。第一階段，用233kg的SN替代中試前尿素用量中的1/3(即700kg尿素)，其他氮源仍為尿素，在此階段，選擇池出水氨氮濃度比較低，平均為7.9mg/L，二沉池出水氨氮濃度波動(dòng)較大。出現(xiàn)此類規(guī)律的原因主要為:①此階段SN僅替代了中試前尿素用量中的1/3尿素，而SN中含有部分氨態(tài)氮，剩下的為其他形態(tài)的氮，再加上初沉池廢水中的氨氮含量，導(dǎo)致選擇池出水氨氮濃度較初沉池廢水更高，隨著SN逐步替代尿素，選擇池出水氨氮也逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定。②SN為液體氮源，其中氮形態(tài)豐富，使用它替代尿素時(shí)，系統(tǒng)需要短暫的適應(yīng)期，從而導(dǎo)致二沉池出水氨氮濃度波動(dòng)較大。第二階段，用466kg的SN替代中試前尿素用量中的2/3(即1400kg尿素)，其他氮源仍為尿素，在此階段，選擇池出水氨氮濃度均值為8.9mg/L，二沉池出水氨氮濃度波動(dòng)較小，呈下降的趨勢(shì)，主要原因在于系統(tǒng)逐步適應(yīng)了SN作為氮源。第三階段，用700kgSN完全替代中試前尿素用量(即2100kg尿素)，在此階段，選擇池出水氨氮濃度均值高達(dá)12.2mg/L，高氨氮含量的主要來(lái)源為SN中的氨態(tài)氮及初沉池廢水中的氨態(tài)氮。但在此階段，二沉池出水氨氮濃度平穩(wěn)，均值僅為1.8mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放限值標(biāo)準(zhǔn)。其結(jié)果表明，SN能夠安全地替代尿素，用量?jī)H為原尿素用量的1/3時(shí)，二沉池出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)出水氨氮濃度穩(wěn)定，即SN能夠很好地被微生物利用。

3.2CODCr去除效率

CODCr是廢水處理廠運(yùn)行管理中一個(gè)重要的有機(jī)物污染指標(biāo)。為使用SN中試期間，廢水處理系統(tǒng)CODCr的去除情況。該制漿企業(yè)廢水處理系統(tǒng)初沉池CODCr在1100～1350mg/L，波動(dòng)不大，說(shuō)明該企業(yè)廢水處理系統(tǒng)廢水水質(zhì)比較穩(wěn)定，系統(tǒng)不會(huì)受到水力負(fù)荷沖擊，在此情況下使用SN，避免了水力負(fù)荷沖擊的影響。從二沉池出水CODCr曲線可以看出，使用SN逐步替代尿素的過(guò)程中，第一階段和第二階段系統(tǒng)CODCr稍有偏高，但總體趨于穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)外加氮源全部為生物活性氮時(shí)，廢水處理系統(tǒng)CODCr完全低于250mg/L，期間最高為248mg/L，最低為220mg/L，平均值為238.1mg/L。就CODCr去除效果而言，第三階段，即系統(tǒng)外加氮源全部為SN時(shí)，CODCr去除率為80.5%，高于第一階段的79.9%和第二階段的79.4%，說(shuō)明外加SN作為廢水處理系統(tǒng)的氮源，能夠安全地替代尿素，且能夠提高系統(tǒng)的處理效率。

3.3SV30SV

30是分析活性污泥沉降性最簡(jiǎn)便的方法，SV30值越小，污泥沉降性能越好，SV30值越大，沉降性能越差，以致出現(xiàn)活性污泥膨脹現(xiàn)象。廢水處理系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)比例相當(dāng)重要，一般細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)比例為m(BOD5)∶m(N)∶(P)=100∶5∶1。如果氮營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因?yàn)槿羧钡?，微生物新陳代謝過(guò)程中，不能充分利用碳源合成細(xì)胞物質(zhì)，過(guò)量的碳源將被轉(zhuǎn)化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結(jié)合水，從而影響污泥的沉降性能，產(chǎn)生高黏性的污泥膨脹［9］。當(dāng)用SN替代尿素，用量?jī)H為尿素用量的1/3時(shí)，從總氮含量上，SN總氮含量低于尿素總氮含量;但從吸收效率上看，SN更加容易被利用。圖3為逐步使用SN過(guò)程中，好氧池活性污泥的SV30變化情況。從圖3中可以看出，在第一階段，SV30與中試前的SV30(為33%)相當(dāng);當(dāng)進(jìn)行第二階段時(shí)，SV30偏高，但沒(méi)有出現(xiàn)活性污泥膨脹現(xiàn)象。出現(xiàn)SV30偏高的原因主要是活性污泥處于適應(yīng)SN作為氮營(yíng)養(yǎng)的一個(gè)過(guò)程，數(shù)據(jù)顯示，第二階段末期，SV30恢復(fù)為35%。當(dāng)SN完全替代尿素時(shí)，SV30一直穩(wěn)定在30%～35%，與只用尿素時(shí)相比，SV30沒(méi)有發(fā)生太大的變化?？傊蛩睾蚐N這兩類氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，作為微生物營(yíng)養(yǎng)時(shí)，都能夠滿足微生物的營(yíng)養(yǎng)需求，只是SN能夠高效少量地替代尿素。圖3使用SN期間好氧池SV30的變化

3.4生物相

在使用SN逐步替代尿素期間，每天觀察好氧池活性污泥的生物相，結(jié)果為:菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)較密實(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)太多從菌膠團(tuán)中伸出的絲狀菌;能夠觀察到活躍的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，其中數(shù)量較多的原生動(dòng)物為鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)和楯纖蟲(chóng)，數(shù)量較多的后生動(dòng)物為輪蟲(chóng)。由生物相可以反映出生物處理系統(tǒng)運(yùn)行正常，即說(shuō)明SN能夠安全穩(wěn)定地替代尿素。

4結(jié)論

選用生物活性氮(SN)部分替代尿素作為氮營(yíng)養(yǎng)，應(yīng)用于某制漿造紙企業(yè)的廢水處理系統(tǒng)，分析和總結(jié)了SN與尿素的應(yīng)用特點(diǎn)。

4.1SN作為一種新的液態(tài)氮源

完全能夠替代傳統(tǒng)氮源尿素。當(dāng)SN用量?jī)H為尿素用量的1/3(質(zhì)量計(jì))時(shí)，CODCr去除效果良好，二沉池出水氨氮濃度低于標(biāo)準(zhǔn)限值排放，SV30波動(dòng)不大。

4.2SN能夠高效地替代尿素

主要?dú)w結(jié)于SN中攜帶的有機(jī)酸小分子片段，這些有機(jī)酸小分子片段充當(dāng)運(yùn)輸載體，運(yùn)送氮源至細(xì)胞體內(nèi)，促進(jìn)氮源的高效吸收。

4.3SN為液態(tài)氮源

投加方便，可節(jié)省溶解尿素的電力成本，適合大量投加氮源的廢水處理廠。

作者：肖鵬 孫胤軼 朱友良 江淦福 胡沖 單位：普羅生物技術(shù) ( 上海) 有限公司