UASB 2化学混凝技术处理草浆造纸废水的研究
杨正亮1,
王正林2，冯贵颖13，呼世斌1，单丽伟1
(1.西北农林科技大学理学院，陕西杨凌　712100;2.无锡市自来水总公司，江苏无锡　214031)
摘　要　采用UASB 2化学混凝技术组合对草浆造纸废水进行处理。结果表明，接种颗粒污泥的二级启动，大大缩短了反应器的启动时间。在水力停留时间(HR T )6h ，进水COD 逐渐提高的情况下对颗粒污泥进行驯化,20d 后p H 、COD 去除率趋于稳定。另外，通过L 9(34)正交试验，研究了混凝中4因子影响大小的排序，并在最优条件下对UASB 反应器出水进行混凝处理。组合技术处理的出水水质指标符合国家造纸工业污水排放标准。
关键词　UASB ；化学混凝；草浆造纸废水
中图分类号　X793  　文献标识码　A    文章编号　1005-7021(2007)01-0030-05
T reatment of Stra w 2Pulp 2Papermaking E ffluent with Upflow Anaerobic
Sludge B lanket 2Chemical Coagulation T echnology
YAN G Zheng 2liang 1,WAN G Zheng 2lin 2,FEN G Gui 2ying 1,HU Shi 2bin 1,SHAN Li 2wei 1
(1.Sci.Coll.of N W A g ric.&Forest.Univ.Yanglin ,S haanx i 712100;
2.W ux i W ater S up pl y Co.W ux i ,J iangsu 214031)
Abstract  Upflow anaerobic sludge blanket (UASB )2chemical coagulation technology was adopted to treat ef 2fluent of straw 2pulp 2papermaking.The results showed that applying inoculation particle sludge into secondary operation ,the start time of reactor has been shortened greatly.With HR T =6h and influent COD increased gradually ,particle sludge was tamed then effluent p H and COD removal rate was heading for stability 20days after the operation.In addition ,active force grades of four factors concerning the coagulation were studied through orthogonal experiment ,and finally the effluent of UASB reactor was coagulate 2treated under the opti 2mum conditions.The quality of effluent treated with the combination of technology meets with national paper 2making industrial effluent discharge standard.
K eyw ords  UASB ;chemical coagulation ;straw pulp papermaking wastewater
  UASB 是升流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket )的简称。UASB 反应器的特主要体现在反应器内颗粒污泥的形成和三相分离器的使用，使反应器内的污泥浓度大幅度提高，水力停留时间因此大大缩短，加上UASB 内设三相分离器而省去了沉淀池，又不需要搅拌设备和填料，从而使其结构趋于简单[1]。基于以上优点,UASB 反应器在国内外倍受重视，成为近
年来发展最快的一种厌氧处理技术。国内从20世纪80年代开始UASB 反应器的研究，目前已经在农产品加工废水、制酒废水及饮料加工废水等处理净化中应用。另外，在城市用水和工业废水处理中，化学混凝剂具有良好的凝聚效果、脱能力和操作简单等特点，在城市用水和工业废水处理中，化学混凝成为最为普遍的关键环节之一，它决定着最终出水水质和成本费用[2]。
　收稿日期:2006-06-12
　作者简介：杨正亮　男，讲师，博士研究生。主要从事环境工程、水资源科学利用研究。　基金项目：西北农林科技大学科研专项基金(200631)      3通讯作者
03微生物学杂志　2007年1月第27卷第1期　
J OU RNAL OF MICROBIOLO GY J an.2007Vol.27No.1
造纸工业废水污染在美国被列为六大公害之一，在日本被列为五大公害之一。造纸工业废水污染治理在
世界范围内都是水环境保护工作的热点。在我国，纸浆造纸工业所用原料种类多、工艺类型多，加之许多企业生产规模较小、技术工艺水平较低，使得纸浆造纸废水的污染尤为严重。在造纸废水的治理中，由于废水中污染物的成分复杂，某一种处理技术往往得不到满意的结果。所以，处理技术的若干优化组合是造纸废水处理的主要研究和应用趋势[3]。本研究通过UASB 反应器化学混凝后处理技术对草浆造纸废水进行研究，以通过2种处理技术的整合效应，为造纸废水处理技术的进一步发展提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　材料1.1.1　
试验装置
图1　试验装置图
Fig.1　Tester chart
试验所用装置如图1所示。UASB 反应器由有机玻璃制成，内径9cm ，总高度100cm ，有效容积5.7L 。沿反应器壁不同高度设有5个取样口。废水由配水池进入反应器，所产沼气经三相分离器进入水封瓶，并由湿式气体流量计计量产气量。
1.1.2　试验用水　采自陕西宝鸡某造纸厂中段
废水。化学耗氧量(CODcr )2800～3300mg/L ,p H 值7.3～7.7，悬浮固体(SS )85mg/L ，度700度。在反应器运行初期，为满足厌氧微生物的营养所需，废水中添加氮(尿素)和磷(磷酸二
氢钾)，比例为COD ∶ρ(N )∶ρ(P )=350∶5∶1。
UASB 启动采用模拟废水，其配方为:15L 水中添加蔗糖13.375g ，氯化铵0.540g ，磷酸二氢钾0.030g ，并添加微量的Fe 2+、Mg 2+、Ca 2+等离子。1.2　方法1.2.1　颗粒污泥培养[4]　接种污泥由西北农林科技大学环境工程研究室提取。取种泥于UASB 中，反应器运行温度中温，进水为模拟废水。刚开始
采用间隙进水，后改用连续进水，反应器的污泥负荷0.1kgCOD/(Kg TSS ・d )。UASB 反应器连续运行30d 左右，其出水p H 在7左右,COD 去除率达80%。反应器继续运行25d ，污泥负荷提高到0.3～0.4kgCOD/(Kg TSS ・d )。观察发现反应器内有颗粒污泥形成。颗粒污泥显灰黑，呈球形或椭圆形，粒径约2～3cm ，放大镜观察颗粒表面包裹着灰白的生物膜。絮状污泥采自西安北石桥污水处理厂。
1.2.2　无机混凝剂与有机助凝剂的复配试验　
取一定体积草浆造纸废水的UASB 反应器出水于烧杯中，分别加入一定体积的无机混凝剂和有机助凝剂溶液，快速搅拌(200r/min )1min ，慢速搅拌(40r/min )时间依照正交试验设计条件而定，静置15min 。上清液虹吸取样，测其CODcr 、p H 、SS 和度。改变混凝剂和助凝剂的用量、调节混凝反应的p H ，以进行4因子影响的复配试验。1.2.3　分析项目及测定方法[5]　化学需氧量用重铬酸钾法;p H 值用玻璃电极法；度用稀释倍数法；悬浮固体(SS )用重量法测定；产气量由湿式气体流量计计量。
2　结果与分析
2.1　UASB 反应器二级启动
二级启动是指用颗粒污泥作为种泥启动UASB 反应器的方式。反应器中用颗粒污泥作为种泥，再添加少量絮状污泥，进水使用模拟废水。在反应器运行的前3d ，采用间隙进水，之后采用连续进水。启动过程
中反应器的容积负荷、COD 去除率及产气量见图2和图3。图2和图3表明,UASB 反应器开始运行时COD 的去除率并不高，但随着运行时间和容积负荷的增大,COD
1
31期          　杨正亮等:UASB 2化学混凝技术处理草浆造纸废水的研究    　
去除率明显上升。运行到20d 左右时，容积负荷
已达到15kgCOD/(m 3・d ),COD 去除率达75%，且波动不大，出水p H 在7左右。另外，随着运行时间的增长，产气量也逐渐上升，最大产气率为0.30m 3/kg ，甲烷含量为50%～60%，以上情况说明此时UASB 反应器已经稳定运行。试验中还观察到,UASB 运行15d 后，反应器中颗粒污泥直径增多到3～5mm ，污泥容积指数(SV I )为15～18mL/g 。试验结果表明，接种颗粒污泥的二级启动大大缩短了UASB 反应器的启动时间，并促使颗粒污泥快速增长。因此建议有条件的地方，在用UASB 反应器处理高浓度的工业废水时，先培养一定数量的活性较高的颗粒污泥作为种泥，进行二级启动以缩短启动时间
。
图2　UASB 二级启动COD 去除率和容积负荷变化
Fig.2　COD removal rates and volume load of
t he secondary oeration in
UASB
图3　UASB 二级启动产气量
Fig.3　Gas quantity of production of t he secondary operation in UASB
2.2　颗粒污泥的驯化与反应器运行
进水采用草浆造纸废水，在水力停留时间(HR T )6h ，进水COD 从1000mg/L 逐渐提高的情况下，对颗粒污泥进行驯化，其UASB 运行的情况如图4
。
图4　UASB 驯化期间运行状况
Fig.4　Operation in period of UASB domestication
图4显示,UASB 运行4d 后，废水的COD 去除率快速上升。8d 后，出水COD 随进水COD 的增加而增加。20d 以后，出水p H 为7.0
～7.2,COD 去除率在50%～60%，且变化幅度不大。这说明颗粒污泥基本适应了草浆造纸废水后,UASB 反应器的运行状况良好。
草浆造纸废水经过UASB 处理后，废水中的COD 、SS 以及度均有所降低(见表4)，但由于草浆造纸废水属于高浓度有机废水，经UASB 处理后的废水仍有较高的COD 和度。为提高出水水质，对UASB 反应器出水又采用化学混凝技术进行处理。
2.3　厌氧系统出水的化学混凝后处理
选用2种无机混凝剂分别和有机助凝剂复配，对UASB 反应器出水进行处理。研究了无机混凝剂用量、有机助凝剂用量、混凝反应时间及混凝p H 对废水处理的情况。
2.3.1　无机混凝剂FeCl 3和有机助凝剂PAM
的复配试验　用4因素3水平正交试验，对FeCl 3和PAM 复配的试验条件进行优化，其结果
见表1和表2。
表2显示,4因子对COD 的去除率影响的大小依次为FeCl 3用量、混凝反应时间、PAM 用
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量和混凝p H 。FeCl 3和PAM 在不同条件下的复配，其COD 去除率不尽相同。综合表1和表2可得,FeCl 3和PAM 复配的最优试验条件:FeCl 3投加量7mL ,PAM 投加量1mL ，混凝p H    6.5,
混凝反应时间4min 。
2.3.2　无机混凝剂AlCl 3和有机助凝剂PAM 的复配试验　同样进行AlCl 3和PAM 复配的L 9(34)正交试验，其结果如表1、表3所示。
表1　试验因素水平表
Table 1　The factors and level table
因素
水平
FeCl 3投加量
PAM 投加量
p H 值
絮凝反应时间
AlCl 3投加量
PAM 投加量
p H 值絮凝反应时间
/mL
/mL /min /mL /mL /min
111  4.5222  4.52242  5.5453  5.543
7
3
6.56
8
4
6.5
6
表2　FeCl 3和PAM 正交试验正交试验方案及结果L 9(34)
Table 2　The scheme and result s of ort hogonal experiment L 9(34)of FeCl 3and PAM
编号
试验序号
厌氧出水
混凝出水
去除率COD/%reactor technology
A
B C D COD/(mg ・L -1)
COD/(mg ・L -1)
111111219.5634.547.97212221219.5839.531.16313331219.5944.522.55421231219.5419.565.6522311219.5334.572.57623121219.5464.561.91731321219.5299.575.44832131219.5349.571.34933211219.5
224.5
81.59
K 133.8963.0060.4167.38K 266.6958.3659.4558.97K 3
76.1255.3558.0853.16极差R
42.23
7.65
2.33
14.22
表3　AlCl 3和PAM 正交试验正交试验方案及结果L 9(34)
Table 3　The scheme and result s of ort hogonal experiment L 9(34)AlCl 3of and PAM
编号
试验序号
厌氧出水
混凝出水
去除率COD/%
A
B C D COD/(mg ・L -1)
COD/(mg ・L -1)
111111219.5484.560.27212221219.5609.550.023********.5794.534.85421231219.5479.560.68522311219.5454.562.736
2
3
1
2
1219.5
379.5
68.88
3
31期          　杨正亮等:UASB 2化学混凝技术处理草浆造纸废水的研究    　
续表
731321219.5344.571.75 832131219.5369.569.7 933211219.5444.563.55 K148.3864.2366.2862.18
K260.1760.8260.1363.55
K368.3358.4759.1558.19
极差R19.95  5.767.13  5.36
  表3显示,4因子中对混凝效果影响最大的是AlCl3用量，其次为p H、PAM用量和混凝反应时间影响均较小。分析表1和表3可得,AlCl3和PAM复配处理UASB出水的条件:AlCl3投加量8mL,PAM用量1mL，混凝p H  6.5，混凝反应时间4min。
2.4　最优条件下系统对草浆造纸废水处理效果
在UASB反应器水力停留时间(HR T)6h，容积负荷15kgCOD/(m3・d)纸浆造纸废水COD浓度为2800～3300mg/L，采用正交试验的最优混凝条件，用FeCl3和PAM复配对UASB出水进行处理，其结果见表4。
表4　UASB2化学混凝工艺处理试验结果Table4　Result s of UASB2chemical coagulation experiment
项目
结果
COD SS度/度p H值
/(mg・L-1)/(mg・L-1)
原水2800～3300857007.3～7.7
厌氧出水1100～1400406007.0～7.2
混凝出水200～3001050  6.1～6.3
总去除率/%90～9588.29  2.8—
  由表4可以看出，草浆造纸废水经过UASB 反应器厌氧处理，其出水再通过FeCl3和PAM 复配混凝，即通过UASB2化学混凝技术组合对草浆造纸废水处理，其COD总去除率达90%～95%，悬浮物(SS)总去除率达88.2%，度由进水时的700降至50，出水p H维持在6.1～6.3，表明用UASB和化学混凝组合技术对草浆造纸废水的处理效果较好，出水水质指标符合国家造纸工业污水排放标准。
参考文献:
[1]　Schmidt J E,Ahring B R.Granular sludge formation in up2
flow anaerobic sludge blanket(UASB)reactors[J].Bio2 technology and Biogineering,1996,49:229.
[2]　苏腾，陈中兴，陆柱.混凝剂的研究应用现状与开发动向
(二)[J].净水技术,2000,19(4):8211.
[3]　杨学富.纸浆造纸工业废水处理[M].北京：化学工业出版
社,2001.
[4]　单丽伟，冯贵颖，朱丹，等.上流式厌氧污泥床(UASB)处理
皂素废水的研究[J].西北农林科技大学学报,2003,31(增刊):1092112.
[5]　国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监
测分析方法(第3版)[M].北京：中国环境科学出版社, 1989.
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