常州一体化草酸废水处理设施工程设计

常州一体化草酸废水处理设施工程设计

有机酸是指一些具有酸性的有机化合物。最常见的有机物酸是羧酸，其酸性源于羧基(-COOH)。磺酸(-SO3H)等也属于有机酸。在日化废水中含有的有机酸，一般是甲酸、乙酸、长碳链脂肪酸、柠檬酸、草酸、芳香族羧酸以及二元酸等。化工厂，化学纤维厂，金属表面处理行业和电镀行业将在酸生产和酸的过程中排放大量的酸性废水。因此，工业酸性废水处理必须达到国家排放标准后才能排放。酸性废水也可以回收利用。针对酸性有机废水常用的处理方法有：高温焚烧、吸附、絮凝、气吹等，这些方法虽在一定程度上行之有效，但并未真正消除有机物，易产生二次污染，尤其是含芳香族化合物的有机废水具有毒性大、生化性差、结构稳定、不易被氧化等特点，成为水处理的一大难题。

　废纸纤维长度短，在造纸过程中容易随白水流失。为了充分利用原料、节约成本、减少排水量、改善纸张性能，利用废纸为原料的造纸企业一般都采用添加填料及助留助滤剂、提高白水回用率、添加增强剂等措施，这就导致造纸车间排出的多余废水浓度更高，含有更多的细小纤维、填料以及大量的溶解和胶体物质(DCS)。细小纤维和填料是车间排出废水中的固体悬浮物(SS)，使废水浑浊，如果不妥善处理，对后续的废水处理及回用产生不利影响。若对其进行有效的资源化利用，如收集回收用于生产低档纸产品，则可以节约原料成本，产生一定的经济效益。对造纸企业来说，废水中细小纤维和填料的合理利用不仅是造纸废水资源化利用的方式之一，也是造纸企业减污增效的重要途径。故造纸车间排出的多余废水一般先通过过滤、气浮、沉淀等方法对其中细小纤维和填料进行回收利用。然而车间废水中的细小纤维和原料中的细小纤维种类不同，纤维形态不同，表面性能不同，会对纸张质量产生不利的影响。因此，对造纸废水中回收的细小纤维需进行分析，在保证产品质量的基础上合理回用。

　目前吨纸排水量小于5t。造纸车间多余废水先经过80目斜筛过滤，再经气浮池回收细小纤维，降低废水的SS含量，然后送厌氧和好氧系统处理后部分回用，部分再经超滤和反渗透双膜系统处理后回用到各用水点。本文以废纸造纸企业斜筛过滤和气浮池回收的细小纤维为原料，研究了不同部位回收的细小纤维的特性及配抄瓦楞原纸和纸管原纸时对产品质量的影响，在保证产品质量的基础上合理利用造纸废水中的细小纤维。

　　1、实验

　　1.1 实验原料

　　实验用细小纤维和污泥取自浙江荣晟环保纸业股份有限公司生产现场，主要取样地点为废水处理过程中出斜筛细小纤维和气浮池细小纤维。用于配抄纸管原纸和瓦楞原纸的原料为国产旧瓦楞箱纸板。实验过程中所用的聚丙烯酰胺(CPAM)助留助滤剂和阳离子淀粉(CS)增强剂均由造纸企业提供。

　　1.2 实验仪器

　　MorfiCompact纤维形态分析仪，ZQS2-23L打浆机， TD15-A疏解机， ZQJ1-200型纸样抄取器，厚度仪、抗张强度、耐破度和环压强度测定仪。

　　1.3 实验方法

　　(1)细小纤维形态分析

　　取相当于400mg绝干浆样的浆料，在8L水中稀释，取大约800mL浆样，利用MorfiCompact纤维形态分析仪分别对斜筛和气浮池回收纤维的形态进行分析。

　　(2)细小纤维配抄瓦楞原纸

　　把废瓦楞纸板箱面层撕成小碎片，用4L温水浸泡，浸泡后倒入Valley打浆机中进行疏解，收集疏解后的浆料，并平衡水分备用。用废瓦楞纸板浆料与斜筛回收的细小纤维分别以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均匀后加入0.2%的CPAM作为助留助滤剂，利用实验室纸样抄片器抄制100g·m-2的瓦楞原纸。每种配比的纸样抄制10张以备检测。

　　(3)细小纤维配抄纸管原纸

　　取废瓦楞箱纸板芯层撕成小碎片，用4L温水浸泡，浸泡后倒入Valley打浆机中进行疏解，收集疏解后的浆料，并平衡水分备用。取废瓦楞纸板芯层浆料与气浮池回收的细小纤维分别以100:0，98:2，96:4，94:6，92:8，90:10的比例混合，疏解均匀后，加入0.2%的CPAM作为助留助滤剂，1.5%的阳离子淀粉溶液为增强剂，利用实验室纸样抄片器抄制145g·m-2的纸管原纸。每种配比的纸样抄制10张以备检测。

　　(4)物理强度检测

　　按照国标方法测试各种纸样的定量、厚度、环压指数、耐破指数及抗张指数等各项物理指标。

　沉淀法、离子交换法、液膜法、电解法和生物吸附法等传统的重金属废水处理方法，都存在一定的缺点或不足，如价格昂贵、反应不易控制、效果不理想、回收贵金属难，容易造成二次污染等。近年来，利用生物吸附剂处理重金属废水则有良好的效果，优点有：①原料廉价易得;②适合低浓度重金属废水;③不易产生二次污染;④吸附容量大;⑤良好的选择性;⑥可回收一些贵重金属;⑦应用范围广。大多数生物吸附剂都是以生物絮状体形式存在的悬浮微生物，易于分散在液相中，因此吸附后的难题是如何快速实现吸附剂与处理介质的固液分离。

　　好氧颗粒污泥吸附剂是典型的生物吸附剂，除了具备一般生物吸附剂的优点外，还具有特殊的生物体结构特征;颗粒比重比水大，具有优异的沉降性能，可以克服传统生物吸附剂在吸附后不易与水分离的缺点。

　　1、好氧颗粒污泥的结构特征

　　好氧颗粒污泥一般具有较高的比表面积和良好的沉降性能，是一种粒径小、密度高的球形细菌体，含有大量的胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)。EPS含有大量的醇、竣基、氨基、巯基、酚基等，该基团容易与水体中不同价态的重金属离子发生反应，使得微生物表面富集了大量的金属离子。EPS微生物结构、胶体负电性和生物体活性等特征，使得水体中的重金属元素被捕捉，因此好氧颗粒污泥可以作为天然的重金属离子吸附剂用以处理含重金属离子的废水。

　　2、好氧颗粒污泥去除重金属机理

　　好氧颗粒污泥对重金属的去除机理较为复杂，目前国内外学者的研究主要是通过在实验室采用模拟法进行研究，重点针对好氧颗粒污泥对含单一重金属离子废水的去除行为及机理，对不同种重金属离子共存的废水则研究较少。好氧颗粒污泥对重金属离子的去除主要通过胞外聚合物吸附、离子交换、金属螯合、化学沉淀等。HuiXu等研究表明：好氧颗粒污泥对Ni2+的去除机理主要通过离子交换过程，同时胞外多聚物EPS和细胞壁基团内含有的O、N、S、P等原子可以和重金属离子形成螯合物或络合物，使得重金属离子得到去除。因此好氧颗粒污泥细胞和EPS对重金属离子的有机络合是颗粒污泥吸附重金属离子的重要方式。

　　微生物去除重金属离子的过程一般是多种机理共同作用的结果。重金属离子可能在微生物表面发生氧化还原反应而去除，有些离子可能会因沉淀或挥发而去除。通过其它方式去除的重金属离子一般较为次要，实验中检测难度较大，对于好氧颗粒污泥的去除机理有待进一步研究证实。

　　3、好氧颗粒污泥去除重金属的影响因素

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　(1)pH值。

　　pH值是影响好氧颗粒污泥去除重金属离子的重要因素，其主要是改变基团的荷电特征和污泥的表面电位。HuiXu、YuLiu等研究发现：初始pH值对好氧颗粒污泥对Ni2+的去除率起重要作用，并影响好氧颗粒污泥zeta电位。杨学耀等研究发现：好氧颗粒污泥对Cd2+的去除pH值在6～7。姚磊等研究发现：好氧颗粒污泥在较高pH(5.0-6.0)条件下对Pb2+具有较强的去除效果。

　　(2)接触时间。

　　好氧颗粒污泥对重金属吸附过程一般分为快速吸附和慢速吸附两个阶段。沈祥信研究发现：好氧颗粒污泥去除Cu2+、Cd2+、Zn2+和Pb2+金属离子平衡时间约为2h;同时研究对Pb2+的去除效果表明：好氧颗粒污泥对Pb2+的去除过程是快速吸附行为，其中前5min的吸附量就达到最大吸附量的75.0%。增加好氧颗粒污泥与重金属废水的接触时间在一定程度上可以提高去除效果，但在实际工程应用中意味着需要提高反应器的容积，从经济效应上考虑有待进一步探讨。

　　(3)好氧颗粒污泥粒径。

　　好氧颗粒污泥的粒径大小对去除效果影响较大，吸附剂粒径过大过小都不利于吸附效果，粒径大小主要影响颗粒吸附剂的比表面积或有效吸附面积。同等情况下，一般粒径小的颗粒污泥具有较大的比表面积，其单位重量吸附剂的有效吸附位点数较多，但同时影响到好氧颗粒污泥的EPS含量。

　　(4)温度。

　　微生物细菌对重金属离子的吸附过程可能是放热反应也可能是吸热反应，其受反应体系的温度影响较大。温度主要通过影响吸附剂的生理代谢活动、基团吸附热动力学和吸附热容等因素，进而影响吸附效果。沈祥信研究表明：好氧颗粒污泥对重金属离子的吸附量随着温度的升高，是一个先增加后降低的过程。在工业废水处理的实际应用中，提高温度则需要增加能量供应，消耗成本，从经济效益角度未必合理，通常常温操作即可。

　　(5)好氧颗粒的离子浓度(C0/X0)。

　　有效吸附位点数是表征好氧颗粒污泥活性的一个重要参数，与好氧颗粒污泥的重量有关，同时与溶液中重金属离子浓度有关，单位质量好氧颗粒污泥其吸附容量是一定的，所以好氧颗粒的离子浓度(Co/Xo)是决定其去除效果的关键因素。LiuY，YangSF等研究发现：一定质量的好氧颗粒污泥对Zn2+的吸附能力与锌离子的初始浓度(C0)和颗粒浓度(X0)有关，并且成一定的线性关系。

　　(6)营养物质与代谢底物。

　　好氧颗粒污泥微生物去除重金属离子过程是耗能反应，溶液中营养物质的存在有利于促进微生物代谢活动，增强去除效果，同时产生一定的代谢底物。营养物质中存在的有价离子及微生物代谢产生的底物可能同重金属离子发生竞争效应，对好氧颗粒污泥的吸附效果产生影响。微生物在不同浓度葡萄糖溶液中对重金属离子的去除效果早有相关报道，Norris研究发现微生物在加入10mol葡萄糖溶液后可增加对Cd2+和Co2+的吸附量。

　　(7)共存离子。

　　微生物对溶液中不同重金属离子的去除过程存在着竞争效应，不同金属离子与好氧颗粒污泥的吸附位点的亲和力不一样，故共存离子的存在势必影响好氧颗粒污泥对目标离子的去除效果。江孟研究发现：多种金属离子共存时，微生物对目标离子的去除效果有所下降。

　　(8)其它影响因素。

　　好氧颗粒污泥去除重金属离子是一个多种因素综合作用的过程，其受到众多因素的影响，如水力剪切力、曝气量、污泥龄、代谢抑制因子等。目前好氧颗粒污泥的培养方法有多种，培养过程直接影响污泥的理化特征及微生物菌群分布，而不同的菌群是影响其吸附效果的一个重要因素。