造纸污水处理厌氧系统沼气综合利用

造纸污水处理厌氧系统沼气综合利用摘要：制浆造纸工业需要排放大量的废水，在这些废水中往往都含有很多化学药品、纤维素、木质素等，是我国自然环境污染的主要因素。相关研究显示，在所有排放的工业废水中，制浆造纸工业的废水就占据了1/6的比重，其中COD和SS的占比达到了1/4。可见，必须要加强对造纸废水的治理。由于制浆造纸废水具有独特的特点，如浓度高，其中含有大量的COD、SS、BOD5等，因此其治理方法也与普通工业废水的治理方法不同。常用的有物理法、化学法、生物法和物理化学法，尤其是生物法效果比较理想，应用也较为广泛，现已成为造纸废水二级处理的主要手段。本文结合笔者曾编制的某造纸废水处理厌氧技术改造环评探讨造纸污水处理厌氧系统沼气综合利用技术。该项目的实施，既减少了造纸废水的出水浓度，又提高了节能环保效益。关键词：造纸废水；厌氧系统；沼气；综合利用1制浆造纸行业废水特性制浆造纸工业废水的化学成分每家工厂之间差异很大。产生的废水通常高度浓缩，其COD值范围广泛，即在0.5〜115g/L之间。造成这种情况的主要原因是所用基材的特性不同（例如，硬木或软木树种，再生纸等）以及制浆和造纸工艺的差异。造纸过程中的主要步骤是：制浆（机械，混合或化学方法），漂白和造纸。在造纸的每个阶段，都会产生不同化学成分的废水。迄今为止，在制浆和造纸厂的废水中已鉴定出250多种不同的物质。发现了一系列木质素，丁苯醚，酚，二恶英，氯化物，呋喃，酚和硫化合物。制浆过程中产生的废水称为“黑液”，富含木质素和木质素降解产物。漂白废水中含有丰富的有毒化合物，如可吸附的有机卤素，氯化有机化合物，苯酚等。造纸过程中的脱木质作用是造纸过程中木质素及其衍生物存在的原因。这些化合物中的一些是天然木材提取物，例如酸、单宁酸、生物碱、蜡、脂肪、苯酚等，是在制浆和造纸过程中形成的难降解的有毒化合物，还含有氯化物。漂白产生的二恶英或呋喃对活生物体有危险，因为它们可以诱导基因突变。2污水厌氧处理的机理最早的厌氧反应器，起源于“Mouras自动净化器”，它是由法国人LouisMouras在1860年将简易沉淀池改进而成的密闭式反应器，用来处理污水。现在，随着该技术的不断完善，厌氧反应器越来越多地用于生活和工业污水的处理。根据微生物类群的生理代谢不同，将厌氧反应的过程划分为3个阶段。第一阶段为水解发酵阶段，通过水解发酵菌的作用，将结构复杂庞大的有机物，如碳水化合物、蛋白质和脂类物质等，分解为小分子的有机酸、醇类等，和单分子的CO、H、NH和HS。2 2 3 2第二阶段为产氢产乙酸阶段，通过产氢产乙酸菌的作用，将第一阶段的产物转化为乙酸、CO和H。第三阶段为产甲烷阶段，以第一阶段和第二阶段产生的乙酸、CO2和H为主要基质(还有甲酸、甲醇及甲胺等)，在产甲烷菌的作用下将其转化为CH和CO。参与厌氧过程的微生物主要为细菌，根据厌氧作用结果的不同，将这些细菌分为非产甲烷细菌与产甲烷细菌两大类。在厌氧过程中，非产甲烷菌的作用是进行高分子有机物的降解、消化，而产甲烷菌的作用是将高分子有机物的降解产物转化为甲烷(即沼气)。非产甲烷细菌有18个属、50多种，主要由兼性厌氧菌和专性厌氧菌组成。专性厌氧菌主要包括拟杆菌属、梭状芽孢杆菌属、双歧杆菌属、放线菌属和棒杆菌属等；兼性厌氧菌主要包括变形菌属、链球菌属、黄杆菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、产假杆菌属和产气杆菌属等。常见的产甲烷细菌主要有4种，包括甲烷球菌属、甲烷杆菌属、甲烷螺旋菌属和甲烷八叠球菌属。3造纸废水的厌氧处理工段沼气回收利用厌氧技术在制浆造纸厂废水处理方面的应用，在近年来发展快速。在无氧条件下，厌氧菌可以对废水中具有较高浓度的有机物进行充分讲解，最终形成沼气。这种技术在国内外均有比较广泛的应用，现在已经有多种厌氧反应器应用于具体实际中。如厌氧接触反应器、厌氧内循环反应器(IC)等。其中：内循环厌氧反应器(InternalCirculation，IC)是第三代高效厌氧反应器，其是基于UASB反应器发展而来的，但比UASB反应器具有更高的处理容量，而且整体投资成本也比较低，不会占用很多的土地，反应器的运行也比较稳定。诸多优点都显示，该种反应器可堪称处理效能最高的反应器。适合处理高浓度的有机废水并产生沼气。同时，通过在传统废水处理装置上增加厌氧与沼气处理系统，实现造纸废水沼气的回收利用，该技术已成功应用于多家企业。叶杰文曾研究发现，沼气的热值很高，具有很高的利用价值，不过，现在厌氧废水处理站形成的沼气少有得到真正的开发利用。某造纸企业在对内部设备和生产状况、生产工艺等分析基础上，采取了沼气回收利用的措施，对造纸废水厌氧处理工段中日产14000m3的沼气进行有效提纯、净化，成功用于供热服务，实现了废水沼气的绿色应用。陆琪铭曾研究某造纸企业沼气资源化再利用项目分析,通过对企业改造方案的技术说明以及项目改造前后方案的对比，进一步分析了废水厌氧处理工段沼气再利用项目的可行性，本项目具有低投入高回报的特点，投资利润高，可促进资源循环利用。4造纸废水厌氧处理系统实例分析下面笔者结合某造纸企业废水处理厌氧技术改造项目环境影响评价进行分析：（1） 原污水处理工艺流程简述。生产废水经厂内管道经格栅进入集水井，然后由提升泵提升至调节池，调节池前设置斜栅，进一步去除大颗粒悬浮物，废水在调节池内进行混合，使后续处理工艺进水污染物浓度和水量保持稳定。废水经调节池提升泵提升至气浮池中，在气浮池中去除大部分悬浮物。但是由于环保要求的提高，结合拟接管污水处理厂提标改造计划，拟将原排放标准进行提高，以《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准作为提标改造的目标。同时拟接管污水处理厂拟提高园区排污单位的接管标准，COD接管标准从1200mg/L提高到900mg/L。因此，针对高浓度生产废水，该造纸公司在原污水处理系统（即物化系统）后新增了厌氧处理系统，降低废水的出水浓度。（2） 新增厌氧系统流程简述。浅层气浮池处理后的水经提升泵提升至预调节池中，调节池目的是厌氧条件更加稳定，经调节后的水提升至IC反应器，进行厌氧处理，IC反应器密闭，厌氧产生的沼气经管道收集至沼气处理系统，沼气处理系统通过燃烧沼气产生蒸汽，提供给生产工段；同时废水自流至污水在线监测池，达标后经泵输送至拟接管污水处理厂。通过本环评分析，该造纸企业污水处理站通过新增厌氧反应器后，厌氧反应器产生的沼气，进入新增的沼气锅炉有效利用，实现了节能减排的效果，研究表明，每去除1kgCOD大约产生0.35m3沼气，本项目年处理生产废水3838117m3/a，废水进入厌氧系统的浓度为1664mg/L，出水浓度为748.8mg/L，厌氧工段去除COD量为3512.6t/a，则每年产生沼气量为122.9万m3/a，折合3616m3/d。每m3沼气具有约29288kJ热值，相当于节约标煤3.6t，全年按340d计，则年节约煤1224t/a，减少了环境污染，同时本项目配套的沼气锅炉容量为6t/h，每年可提供蒸汽47520m3。5总结当前我国造纸废水厌氧处理技术与国外相比，还存在一定的需要改进的地方。在具体实践中，应结合制浆造纸实际，对厌氧反应器的相关工作条件进行完善，以有效去除高浓度有机废水，使造纸废水出水浓度能够满足污水处理厂的接管标准。并且厌氧处理系统过程中可产生可观的沼气量，通过收集利用，减少煤炭使用量，降低对环境的污染，企业既可实现节能减排，又可降低环境成本，可见造纸企业污水处理采用厌