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喷射式曝气系统应用于造纸废水处理

点击数:1525 发布时间:2014年5月18日 来源:中国环境修复网

纸类产品耗用量多且用途广泛,在我国台湾,造纸工业面临的问题以原料来源及环保问题(森林、水资源及能源)最为迫切。基于原料来源与制造成本考虑,造纸原料相当倚重回收废....

纸类产品耗用量多且用途广泛,在我国台湾,造纸工业面临的问题以原料来源及环保问题(森林、水资源及能源)最为迫切。基于原料来源与制造成本考虑,造纸原料相当倚重回收废纸,而废纸回收次数越多,其纸张纤维物理强度越薄弱。为保持一定的纸品质量,生产过程中经常增添各种化学药剂,如纸力干强剂、湿强剂、淀粉、硫酸铝、乳化松香皂等。因废纸原料质量随供货商不同有很大的变化,以及化工药品使用种类繁多,导致制造过程的废水水质经常变异。

另外,为顾及环保需求,减少水资源的耗用,制造过程中的用水经常多次循环使用,在欧洲工业造纸单位耗水量为60m3/t,在台湾减废实绩则达10m3/t;用水经循环使用多次后,纸机系统中湿端化学变量增多,水中污染物质如黏性物质亦渐增加,水质状况愈加复杂。

造纸流程虽因原料与产品特性的不同而略有差异,但基本上可分为制浆及抄纸两个系统,废水亦主要来自制浆及抄纸单元,前者以制浆程序的散浆调成用水量最多,含大量纤维与悬浮固体物,水质较为单纯,后者因添加大量抄纸化工药品,还含有抄纸网部所流失的微细纤维、残余抄纸药剂及有机物质,水质复杂,一般造纸流程如图1。

在抄纸的过程中,瞬间大量的排水致废水量大幅变动、水中含大量悬浮固体物、高浓度有机物质以及复杂化工药品等水质特性,经常导致废水处理系统不稳定而影响放流水质。造纸废水前处理大多采用化学混凝沉淀/加压浮除法,主要原因在于化学混凝沉淀法操作简易,而加压浮除法的优点是能减少处理场的土地面积。早期因制程纸浆纤维保留不佳,使用加压浮除兼具回收水中残余纤维的功能,以获得较高的浆料得率。上述处理方式均有相当的初级处理效果。一般而言,初级沉淀池应能提供平均流量1.5-2.5小时的停留时间,但若用于生物处理前,停留时间可小于0.5-1小时,其目的为去除较少的SS,以利于后续最终沉淀池生物污泥之沉降;而加压浮除可能造成SS过度去除,过度降低二级生物处理池进流水中比重较高之无机质含量,可能导致最终沉淀池的污泥沉降性不良,固液分离效果不佳;在股废水中含水量的木质素及纤维亦使丝状菌增殖,使曝气槽中活性污泥SV30而影响放流水质。造纸废水中因富含植物纤维质、醣、木质素等有机物,于循环水系统中被微生物代谢产生醣类及低分子量有机酸,成份包括:淀粉、麦牙糖、葡萄糖、乳酸、醋酸、丙酸等,又在酸性造纸过程中添加硫酸铝,致使生物处理系统容易引起如Sphaerotilus natans、type 021N、type 1701等丝状菌大量生长,导致污泥上浮、不易沉降,于终沉池面常有沉降缓滞之混合液悬浮固体或细小的生物胶羽漂浮,严重影响水质。

目前常见的曝气系统采用低速表面曝气机(LSSA)较多,此类型的曝气机拥有巨大的曝气转轮,置于曝气槽表面,电动机驱动经减速机将转速减低后,带动转轮将废水扬起。在废水扬起形成液膜与空气接触后落入水体,以达成曝气的效果。只有搅拌部位处于水体表面,曝气槽中的悬浮固体物易沉降于槽底,造成曝气槽局部厌氧的情形。此部分污泥成形破碎,上浮后流入最终沉淀池,沉降性不良,造成出流水水质不佳。此部份为造纸厂水处理厂出流水水质悬浮固体物浓度变异较大的主要原因之一。

喷射式曝气搅拌系统设置位于曝气槽槽底,利用文氏管原理,将循环水及空气管输送来的空气送至混气室中,由内喷嘴的逐缩管径产生高流速,将空气切割为微小的气泡,经外喷嘴高速向曝气水体输送富含微细气泡的气液混合体,以达成曝气的效果。由于高速喷射水流的推动下,使水体亦受推动,使曝气槽中的水体呈现紊流,降低沉积于槽底的污泥数量。此系统可依曝气槽的几何形状及曝气或搅拌的需求设置,同时喷嘴角度可依需求调整。

本研究为在原曝气槽设一旁通管引入经化学混凝沉淀后的出流水,设置一容积约50m3(尺寸为5m×2m×5mH,有效水深4.5m)的曝气槽及表面负荷率为25m3/m2-day的终沉池一座,回流污泥比设定为100%。曝气槽中设于一组喷射式曝气搅拌器,同时连接一组鲁氏鼓风机提供气源。在连续操作一个月后,逐日记录SV30数据,以分析在设置喷射式曝气搅拌系统与原使用低速表面曝气器的污泥沉降情形的差异。

图3 低速表面曝气机与喷射式曝气器在活性污泥沉降指数趋势图

分析其SV30逐日变化情形,在喷射式曝气搅拌器安装后约7日,SV30与表面式曝气搅拌机的沉降性相仿,甚至有高出的趋势,但往后则逐日降低。以一个月的测试数据来看,低速表面曝气机的SV30平均值为803,标准偏差为84.55;而喷射式曝气搅拌设备的SV30平均值为614,标准偏差为147.39。由SV30的数据可知,使用喷射式曝气搅拌设备的活性污泥具有最佳的沉降性,且本项数据包含有试车前一周水质不稳定及生物相转化时的不稳定因素存在,故其标准偏差远高于低速表面曝气机。

由相关文献指出,由于喷射式曝气搅拌设备向曝气槽提供最高的剪切力,使得水体中的活性污泥为生存于此环境下,形成较密致的污泥颗粒结构。同时造纸废水在丝状菌受剪切力作用极大,易受抑制,故污泥的沉降性较佳。依此配置喷射式曝气搅拌系统,因其有较高的氧传效率,可以节省动力耗用约15%。


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