达拉曼SEKA纸浆造纸工业废水的序批式(厌氧/好氧)生物处理

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摘要在纸浆造纸厂里，漂白时通过添加化学药剂去除木质素和其他带有颜色的化合物。使用含有氯的氧化剂进行漂白后，得到的降解物种含有多种有机氯的衍生物。因这些化合物中氯含量很高，所以会在纸浆造纸厂的废水处理过程中出现问题。纸浆造纸厂废水的处理工艺包括化学沉淀、废水曝气、活性污泥及厌氧处理。还可以把这些工艺联合起来使用。在本次研究中，通过厌氧毒性试验测试了达拉曼seka纸浆造纸厂的纸浆造纸工业废水对厌氧微生物的毒性作用。此外，这些废水还用于序批式生物处理过程中，这些过程以上流式厌氧污泥床为厌氧段和以直流式完全混合搅拌槽为好氧段。结果表明：（1）达拉曼纸浆造纸厂废水没有对该条件下的厌氧培养菌产生抑制作用；（2）使用序批式生物（厌氧/好氧）处理系统处理达拉曼SEKA纸浆造纸厂废水的结果是：厌氧系统和好氧系统在水力停留时间为5.0和6.5时化学需氧量（COD）去除率约为91%，可吸附有机卤化物（AOX） 去除率约为58%。

关键词：纸浆造纸废水 上流式厌氧污泥床 直流式完全混合搅拌槽 厌氧 好氧

中图分类号：[TE992.2]文献标识码： A 文章编号：

1.背景

造纸的主要步骤包括：原料去皮、制浆、分离浆和蒸煮液、漂白、浆料准备和制成纸张。漂白时通过添加化学药剂去除木质素和其他带有颜色的化合物。漂白是本工业流程中的一个重要环节，用于漂白的氧化剂含有氯，如氯气、二氧化氯、次氯酸盐、次氯酸钠等。部分氧化剂含有氧（例如双氧水、过氧化钠、臭氧等），但这些氧化剂的适用范围不广。使用含有氯的氧化剂进行漂白后，得到的降解物种含有多种有机氯的衍生物。因此将继续对漂白和造纸过程中的控制技术进行改善。但是，漂白工艺外部废水处理是必要的[1]。因此，纸浆造纸工业对含有氯化物的污水进行处理是至关重要的。

纸浆造纸工业废水的一般特性为：（1）木质素含量高，（2）可吸附有机卤化物（AOX）浓度高（归因于漂白过程），（3）颜色，（4）可生化性低，通过高的化学需氧量与生化需氧量的比值来表征(COD/BOD)，其范围在4-6之间，（5）潜在毒性问题。

纸浆造纸废水的典型处理工艺为化学沉淀、曝气法、活性污泥法和厌氧处理。考虑到经济因素和处理效率，厌氧处理则是处理造纸废水的可行性选择。

很多人都在研究造纸废水的降解方法。就化学沉淀来说，根据絮凝剂和废水（包括未漂白的制浆废水、漂白的制浆废水、中性的半化学亚硝酸盐等）之间的絮凝效果，得到了不同的去除效率（其中可吸附有机卤化物的去除效率为20–85%，化学需氧量的为20–91%，颜色的为36–100%）[2–12]。化学处理过程分为三个工序，依次使用三氯化铁、硫酸和明矾，结果是总生化需氧量（BOD）减少了50%，并且浊度降低大于82%，色度几乎去除完全。所有其它的单一絮凝剂或化学絮凝剂的组合对生化需氧量的降解率都是很低的[13]。据报告，根据生物处理过程的操作条件不同，将化学处理和生物处理相结合可以使得、可吸附有机卤化物（AOX）降解率达到53%至59% [14]。

在曝气池中，37%的完全结合的氯以及24%的不可降解的有机碳（NPOC）被去除掉[15]。在另一项研究中，通过曝气系统处理常规制浆废水的方法去除了32%的有机卤化物（AOX）[16]。表格1中总结了纸浆造纸废水处理所用的好氧池、兼氧池和厌氧池的工工艺参数[17]。

表1 处理系统各项参数

一个使用活性污泥法处理造纸废水的污水处理厂，其有机卤化物及化学需氧量的去除率达到40–50%。而在另一个污水处理厂，生化需氧量达到前一个厂的7倍，其COD讲解率仅仅达到34%，可吸附有机卤化物（AOX）去除率达到20%-30%[18]。据报告，上流式厌氧污泥床反应器的化学需氧量（COD）去除率能达到70%[19]。通过两年来对生物可吸附有机卤化物的研究表明，好氧处理的去除率为30–35%，厌氧处理的去除率为40–45%，厌氧-好氧处理的去除率为50–55%[20]。

研究中把两种不同的反应器进行不用的组合，后面加沉淀池进行污泥循环，其中一个系统是厌氧-好氧模式(NA)中，另一个系统则是好氧-好氧模式(AA)。发现NA和AA两个系统并无明显的不同（可吸附有机卤化物去除率分别为57%和59%）[1]。

Zitomer 和 Speece [21]证实了即使是悬浮物（SS）生化需氧量（BOD）达到一定的去除率，好氧活性污泥工艺在减少毒性方面的能力也是很高的。而厌氧反应器和好氧反应器将结合的工艺在减轻毒性方面更加有效。亚硝化作用可能出现在厌氧阶段并产生较少的有机氯化物。这些有机物可在传统的好氧阶段中进一步被降解[21]。在本次研究中，通过厌氧毒性试验检验了达拉曼SEKA纸浆造纸厂的纸浆造纸工业废水中厌氧微生物的毒性作用。此外，利用这些废水进行生化研究，其中厌氧阶段采用上流式厌氧污泥床（UASB），好氧阶段利用一段式CMSTR工艺。

2.材料和方法

2.1接种液

2.1.1城市厌氧消化池污泥（MADS）

用于批量实验中的城市厌氧消化池污泥（MADS）来源于从土耳其的安卡拉城市废水处理厂的厌氧分消化池。该消化池为圆柱形，为钢混结构，停留时间为14天。每天从浓缩池到污泥消化池的平均污泥量为805m3。消化池中的pH值控制在7.00至7.70之间。污泥在使用之前完全混合并用孔隙大小为1mm的筛过滤。若需要更浓缩的污泥，则要将污泥放置在英霍夫锥形管中24小时，然后使用保留在上层清液之下的污泥即可。

2.1.2. 厌氧颗粒

用于上流式厌氧污泥床反应器中的厌氧颗粒，来源于土耳其伊斯坦布尔Tekel Pasabahce工厂。该污水处理厂处理量为60m3/d，其COD有机负荷率为30kg/m3•d（COD）,反应器内的pH值在6.0-9.0之间。

2.1.3. 好氧菌

好氧菌来源于土耳其安卡拉城市污水处理厂的活性污泥池中，该废水处理厂的污泥龄为2.8天，有机负荷为165000kg/d BOD5。

2.2.纸浆造纸废水

制浆造纸废水（PPE）来源于土耳其达拉曼SEKA造纸厂。在整个实验过程中，从该工厂取了两次PPE (PPE-1, PPE-2)。PPE-1含有450–500 mg/l的化学需氧量（COD）和51±4.2 mg/l的挥发性悬浮固体颗粒（VSS），而PPE-2含有5500–6000mg/l的COD和820±28.3 mg/l的VSS。在用于反应器实验之前，PPE要彻底混合，用175-mm的筛子过滤并储存在10升的玻璃容器中。

2.3. 基础培养基的准备

基础培养基（BM）用于批量实验中来提供必要的微量和主要的营养和碱度。基础培养基（BM）的组分如下（括号中为浓度，单位是mg/l ）：氯化铵 (1200), 硫酸镁晶体 (400), 氯化钾 (400), 硫化钠 (300), 氯化钠晶体 (50), 磷酸氢二铵 (80), 氯化亚铁晶体 (40), 氯化钴 (10), 碘化钾 (10), 氯化锰 (0.5), 氯化铜晶体 (0.5), 氯化钠 (0.5), 结晶氯化铝 (0.5), 二水合钼酸钠(0.5), 硼酸 (0.5), 氯化镍 (0.5), 钨酸钠 (0.5), 半胱氨酸 (10), 碳酸氢钠 (6000) [22]。