速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究 72页

'工程工程硕士硕学位论文士邓速生桉类纤维板生产废水处理海工艺技术的研究涛速生桉类纤维板生邓海涛产废水处理工艺技术的研究2014二○一四年二月 分类号密级UDC工程硕士学位论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究邓海涛工程领域环境工程指导教师吴烈善教授、黄志平副教授论文答辩日期2014年2月22日学位授予日期答辩委员会主席黄祖强教授论文评阅人 广西大学学位论文原创性和使用授权声明本人声明所呈交的论文，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料。与我一同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡献均已在论文中作了明确说明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西大学。本人授权广西大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权保存并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用授权。□不保密。(请在以上相应方框内打“√”)论文作者签名：日期：指导教师签名：日期作者联系电话：电子邮箱： 速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究摘要本课题主要以速生桉类的（中）高密度纤维板生产废水为处理对象进行实验研究，开展“混凝沉淀+UASB+接触氧化法+絮凝气浮”工艺处理木业废水的室内模拟实验。同时采用现场测试、理论分析和工程实践相结合的研究方法，确定了废水处理的最佳工艺技术组合及工艺参数，并以广西某木业公司废水处理为例进行了工程应用，取得了预期效果。（1）实验及工程实践证明：“混凝沉淀+UASB+接触氧化法+混凝气浮”工艺对中（高）密度纤维板生产废水处理是可行的。只要工艺参数控制得当，出水水质满足GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准的要求。（2）实验中证明在混凝沉淀预处理中，投加药剂PAC及PAM，其中PAC投加量为600mg/L，PAM投加量为10mg/L，对于COD浓度为16250mg/L的热磨废水，可以取得65%的COD去除率。（3）实验确定了在生化处理阶段的工艺参数。其中厌氧UASB的容积负荷3在6.825kgCOD/m·d时，COD去除率可达67%；好氧接触氧化法容3积负荷为0.474kgBOD/m·d，水力停留时间为24h，COD的去除率可达89.8%。（4）实验证明：在深度处理步骤中采用混凝气浮法优于生物活性炭法。根据经验，其原因是纤维板废水经过UASB+接触氧化法处理后，残留COD的主要成分是难以生物降解的物质，故微生物很难降解，无法达到边吸附边降解的平衡。（5）在工程设计中较为保守，设计负荷取值略低于实验负荷，期望确保出水水质能够稳定达标。土建工程的设计中，将混合废水调节池、接触I 氧化池、二沉池、中间水池2#及雨水调节池合建成一个组合水池，池壁共用，大大节省了占地面积及工程投资。（6）工程建成调试好后，出水水质优于预期，其中二沉池水质已经能够饲养景观金鱼，得到了普遍赞誉。经环保主管部门验收监测表明，本工程出水COD均值36mg/L，BOD5均值2.6mg/L，其余各项指标均远低于GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准。（7）本研究成果可作为以速生桉及松木为主的我国南方纤维板生产废水治理的示范工程。关键词：纤维板废水、混凝沉淀、UASB、接触氧化、混凝气浮、工艺技术II RESEARCHONTHETECHNOLOGYOFDEALINGWITHTHEFIBERBOARDPRODUCTIONWASTEWATEROFFAST-GROWINGEUCALYPTUSABSTRACTThemainsubjectofthearticlewascommittedtoasimulatinglabtestabouttheHeight（Medium）densityfiberboard(H(M)DF)offast-growingeucalyptusclass)wastewater’streatmentwiththeprocessofcoagulationandsedimentation+UASB+Biologicalcontactoxidation+flocculationflotation,Usingfieldtesting,theoreticalanalysisandengineeringpracticeatthesametimetodeterminethebestcombinationoftechnologyandprocessparametersofwastewatertreatment,takingGuangxiwoodindustrycompanywastewatertreatmentasanexampleofengineeringapplicationandachievedtheexpectedresult.(1)Theexperimentandengineeringpracticeshowedthattheprocessofcoagulationandsedimentation+UASB+Biologicalcontactoxidation+flocculationflotationwasfeasibletodealwiththeM(H)DFwastewater.Whentheprocessparameterscontrolledproperly,(theeffluentqualitycanachievetheⅠlevelofthe"IntegratedWastewaterDischargeStandard"(GB8978-1996).(2)ItwasprovedthatwhenthedosageofPACandPAMwas600mg/Land100mg/Lrespectively,withregardtohot-grindingwastewaterconcentrationofCODwas16250mg/L,theremovalratewasreachedat65%.(3)Theexperimentwasconfirmedthebiologicaltreatmentphaseoftheprocessparameters.TheremovalofCODcouldreach67%,whentheVLRwas36.825kgCOD/m·d.TheremovalofCODcouldreach89.8%,whenthevolumetricloadofbiologicalcontactoxidationtreatmentwas0.474kg3BOD5/m·dandtheHRTwas24h.(4)Theexperimentshowedthattheflocculationflotationmethodwasbetterthanthebiologicalactivatedcarbonmethodinthedepthtreatment.Basedontheexperience,thereasonwasthattheresidualCOD"smainingredientwasIII poorlybiodegradablematerialaftertheprocessofUASB+Biologicalcontactoxidation.Itwashardtoreachtheadsorptionanddegradationequilibrium.(5)Theengineeringdesignwasconservatismbyusingthelowerloadthantheexperimenttoreachthestableandqualifiedeffluentwater.Inthedesignofbuildingproject,themixedwasteregulationpool,contactoxidationtank,secondarysedimentationtank,2#intermediatepondandrainwaterregulationpoolcombinedintoacombinationpool,sharingthewall,tosavealotoffloorareaandprojectinvestment.(6)Afterengineeringdebugging,theeffluentwaterwasbetterthanexpected.Thewaterofsecondarysedimentationtankwasabletofeedthelandscapegoldfish,whichwashighlypraised.AcceptancebytheenvironmentalprotectionauthoritiesmonitoringshowedthattheaverageCODoftheeffluentwaterwasabout36mg/L,BOD5about2.6mg/L,therestoftheindicatorswerefarbelowtheⅠlevelofthe"IntegratedPollutantDischargeStandard"(GB8978-1996).(7)ThisprojectcanbeusedasademonstrationprojectofM(H)DFwastewatertreatmentinfast-growingeucalyptusandpine-basedfiberboardproductioninsouthernChina.KEYWORDS:M(H)DFwastewater,CoagulationandSedimentation,UASB,ContactOxidation,Flotation,ProcesstechnologyIV 目录第一章绪论..............................................................................................................................11.1选题背景.......................................................................................................................11.1.1我国水资源现状.................................................................................................11.1.2我国木业发展现状.............................................................................................21.1.3课题来源.............................................................................................................21.2国内外研究现状...........................................................................................................31.2.1废水处理工艺分析.............................................................................................31.2.2废水处理工艺的研究.........................................................................................41.3选题的目的、意义、内容及技术路线.......................................................................51.3.1选题目的和意义.................................................................................................51.3.2主要内容.............................................................................................................61.3.3技术路线.............................................................................................................61.3.3.1废水的来源及特性...................................................................................61.3.3.2排放标准...................................................................................................71.3.3.3技术路线...................................................................................................8第二章实验研究....................................................................................................................................102.1实验基本原理.............................................................................................................102.1.1混凝沉淀实验原理...........................................................................................102.1.2UASB反应机理...............................................................................................112.1.3生物接触氧化法的反应机理...........................................................................112.1.4气浮实验原理...................................................................................................122.2实验药剂....................................................................................................................132.3实验仪器....................................................................................................................142.4中(高)密度纤维板废水混凝沉淀预处理的研究......................................................152.4.1实验内容...........................................................................................................152.4.1.1实验材料及装置.....................................................................................162.4.1.2实验方法.................................................................................................172.4.2实验步骤...........................................................................................................17V 2.4.3小结...................................................................................................................202.5中（高）密度纤维板废水厌氧处理的工艺研究.....................................................202.5.1实验水质及装置...............................................................................................202.5.2分析方法...........................................................................................................212.5.3小结...................................................................................................................222.6生物接触氧化工艺处理中（高）密度纤维板废水的研究.....................................242.6.1实验目的...........................................................................................................242.6.2实验装置及实验水质.......................................................................................242.6.3实验步骤...........................................................................................................252.6.3.1生物接触氧化法处理纤维板废水的启动.............................................252.6.3.2微生物的培养.........................................................................................252.6.3.3微生物的驯化.........................................................................................262.6.4小结...................................................................................................................282.7混凝气浮处理中（高）密度纤维板废水的研究.....................................................282.7.1实验目的...........................................................................................................282.7.2实验材料及水质...............................................................................................282.7.2.1主要试剂.................................................................................................282.7.2.2主要仪器.................................................................................................282.7.2.3实验用水水质.........................................................................................292.7.3实验内容...........................................................................................................302.7.3.1药剂的筛选.............................................................................................302.7.3.2投药量对混凝效果的影响.....................................................................312.7.3.3pH值对混凝效果的影响.......................................................................312.7.3.4絮凝反应时间对混凝效果的影响.........................................................322.7.3.5气浮停留时间对混凝效果的影响.........................................................332.7.3.6气浮溶气罐压力对混凝效果的影响.....................................................332.7.4小结...................................................................................................................342.7.5深度处理步骤混凝气浮与生物活性炭塔效果对比.......................................342.7.5.1主要试剂.................................................................................................352.7.5.2主要仪器.................................................................................................35VI 2.7.5.3实验用水水质以及设计参数.................................................................362.7.5.4检测方法.................................................................................................362.7.5.5实验结果分析.........................................................................................36第三章主要构筑物设计计算..............................................................................................................403.1生产废水调节池设计计算........................................................................................403.1.1设计参数...........................................................................................................403.1.2池体计算...........................................................................................................403.2混凝沉淀池................................................................................................................403.2.1设计参数...........................................................................................................413.2.2设计计算...........................................................................................................413.3中间水池1#................................................................................................................433.4UASB..........................................................................................................................433.4.1设计参数...........................................................................................................433.4.2池体计算...........................................................................................................443.4.3三相分离器的设计...........................................................................................443.5混合废水调节池........................................................................................................473.5.1设计参数...........................................................................................................473.6接触氧化池.................................................................................................................473.6.1接触氧化池设计参数.......................................................................................473.6.2池体尺寸确定...................................................................................................473.7二沉池........................................................................................................................483.8中间水池2#...............................................................................................................483.9雨水调节池.................................................................................................................493.10组合气浮..................................................................................................................493.11污泥浓缩池..............................................................................................................493.12板框压滤机..............................................................................................................493.13总平面布置图和高程布置图..................................................................................49第四章工程的调试、稳定运行及验收...........................................................................................524.1现场调试阶段............................................................................................................524.2稳定运行阶段............................................................................................................53VII 4.2.1混凝沉淀工段对COD的去除.......................................................................534.2.2厌氧UASB工段对COD的去除...................................................................534.2.3接触氧化工段对COD的去除.......................................................................544.2.4混凝气浮工段对COD的去除........................................................................554.2.5近期运行情况...................................................................................................554.2.6运行费用统计...................................................................................................564.3监测验收阶段............................................................................................................56第五章结论与展望................................................................................................................................595.1结论.............................................................................................................................595.2展望.............................................................................................................................59参考文献....................................................................................................................................................61致谢..............................................................................................................................................................63攻读硕士学位期间发表的学术论文..................................................................................................64VIII 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究第一章绪论1.1选题背景1.1.1我国水资源现状水是生命之源，是人类生产生活所必需的自然资源，中国的领土辽阔，水储量丰富，但在总体上说我国仍是一个水资源匮乏的国家，能够被利用的水资源仅为11000亿[1]立方米左右,而且呈现出南多北少，分布不均匀的现象，再加上水资源开发利用过程中[2]所产生的污染、浪费、用水效率低等严重问题，使人们日益感觉到“水危机”的不断逼近。我国水资源存在如下几方面的问题：[3]（1）人均水资源占有量低，时空分布不均匀，利用粗放。我国目前水资源总量居世界第四位，但由于我国人口基数大，人均占有量仅为世界[4]平均值的l/4，约为日本的l/2，美国1/4，俄罗斯的1/12。我国目前有16个省(区、市)[5]人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米。水资源随地域的不同，存在很大差异，南部水量充足，江河密布，而北方部分地区如新疆、内蒙、甘肃等地旱情频发，水资源匮乏。正因为如此，我国开展了南水北调工程，来缓解这种水资源分布不均的局面，平衡发展。[6]（2）水污染现象严重，工厂以及农田的水污染现象尤其严重。随着经济的发展和人口的不断增长，第一、二、三产业(化工、医药、造纸、冶金、食品加工等)的“三废”和人们生活排放的污水垃圾的大量增加，使自然生态环境、水[7]环境日趋恶化。虽然人类已开始采用各种类型的环境治理设施，减少“三废”对环境的影响，但由于经济的飞速的发展，自然资源消耗的速度过快，各种环境的问题不断凸显，尤其是水环境的污源问题，如水体富营氧化、重金属污染等。2011年、2012年全[8~9]国废水排放总量分别为652.1亿吨、684.6亿吨，主要污染物排放量如下表：表1-12011年、2012年全国COD排放总量Table1-1TheCODemissionsin2011and2012nationwide单位：万吨项目COD年度排放总量工业源生活源农业源集中式20112499.9355.5938.21186.120.120122423.7338.5912.71153.818.7-1- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表1-22011年、2012年全国氨氮排放总量Table1-2Theammonianitrogenemissionsin2011and2012nationwide单位：万吨项目氨氮年度排放总量工业源生活源农业源集中式2011260.428.2147.682.62.02012253.626.4144.780.61.9（3）饮用水安全面临严重威胁。[10]目前，全国尚有3.2亿农村人口喝不上符合标准的饮用水。一些城市的饮用水问题也比较突出，城市自来水厂运行负荷高，出水不达标等现象时有发生。饮用水水源地也出现了重金属和有机污染物超标的环境安全事故。例如2009年陕西凤翔发生的“血铅”案，；2009年江苏东海倾倒有毒物质；2011年底龙江河镉污染等恶性环境问题频发，这些水污染事件均是由于人类的生产活动对周围环境造成的破坏，反过来却严重影响了人类的日常生活。（4）地下水资源过度开采以及地下水受污染。地下水是蕴藏在包气带以下地层空隙中的水，我国由于人均水资源匮乏，部分干旱地区过度地开采地下水资源，导致地下水水位下降，地面沉降的现象时有发生。同时，也由于人类的生产经营活动，某些不法的工矿企业主为了减少污水治理成本，通过地下溶洞将含重金属及其他有毒物质的废水排入地下，造成地下水受到严重的污染，在某此地区地下水资源是作为生活饮用水的水源，所以地下水受到污染和破坏会对人类的生产生活造成很大的影响。1.1.2我国木业发展现状木材类产品是国家建设和人民生活中不可或缺的生活资料和生产资料，被广泛应用于农业生产、建筑装饰、家具制造以及国防建设等各个领域。我国是一个森林资源匮乏的国家，目前全国森林覆盖率仅为18.21%，木材产量和后备森林资源远远不能满足市场多方面的需求。为保护生态环境，国家于1998年启动天然林保护工程，加强了对生态林、天然林资源的保护，严格限制天然林的采伐，并采取封山育林，人工造林等措施增加森林覆盖率；另一方面，随着经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，市场对木材产品的需求日益增长，如家装建材市场对木料的消耗更为可观，每年我国需进口大量木材，为缓解木质产品的供需矛盾，国家大力支持发展木材的代用产品和发展木材资源综合利用项目。1.1.3课题来源广西某木业有限公司占地总面积为300亩,注册资金2000万元人民币，项目总投资3.5亿元人民币。公司引进价值2800万美元的国外先进生产线，主要生产中/高密度人造-2- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究3纤维板，规模为年产22万m。在建成投产后，纤维板加工废水未能经过有效处理，废水流经农田排入受纳水体。未经处理的废水流经农田导致农作物枯萎死亡；废水进入受33纳水体（平均流量5.29m/s,最小流量为0.41m/s），致使河水变臭且呈棕黄色、鱼虾大量死亡，变色变臭的河水人畜均无法饮用。企业周边及受纳水体下游的村民群情激愤多次围堵厂门口，造成了极坏的影响，不利于社会的安定团结与和谐发展。受广西某木业有限公司的委托，由本人负责对其纤维板废水治理项目进行设计及建设。1.2国内外研究现状如何治理中（高）密度纤维板废水，优化生态环境，促进中（高）密度纤维板工业的可持续发展是中密度纤维板行业亟待解决的问题。为此国内外的学者进行了不懈的努力。1.2.1废水处理工艺分析（1）SS的去除废水中的纤维和木屑等悬浮物浓度高，如不及时去除，不仅会堵塞管道设备，而且会影响后续生物处理效果。有效地去除SS是纤维板废水处理的先决条件。纤维板废水中的SS比较复杂，其可浮在水面、可悬在水中、可沉在水底、还有半溶解在水中。自然沉淀是去除该类废水中SS最经济的方法，但由于木材在加热软化的过程中，半纤维[11]素水解生成糖类和醋酸类物质使该类废水pH一般为5左右，偏酸性，自然沉淀的效果不佳。若采取混凝沉淀工艺需将废水的pH调至6.5以上，再加混凝剂和助凝剂去除SS，与此同时COD和色度也得到了部分降低。（2）COD的去除COD的去除一般采用生物化学方法。根据处理方法是否需要曝气，可分为好氧法和厌氧法。好氧法是在有氧的条件下，利用废水中好氧微生物降解有机物的过程。早期的中纤[12]板废水处理中采用生物转盘等进行好氧生物处理，随着污水处理技术的发展，近几年[11,13,14]的处理工艺中多采用序批式活性污泥法（SBR）或生物接触氧化法。好氧处理工艺需要对废水进行曝气，存在动力能耗。好氧微生物对废水水质的变化适应性较强，且操作简单。从废水处理机理上分析，厌氧处理过程要比好氧处理复杂一些，可分为水解、酸化、酸性衰退、甲烷化四个阶段。厌氧处理工艺是目前主要采用的提高废水可生化性的方法[13,14][11,15~17]之一。目前中纤板废水厌氧处理的具体处理构筑物有水解酸化池、厌氧折流[18,19][11,15,20]板反应器（ABR）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）等。厌氧处理工艺在无氧的情况下进行，可大大降低运行电耗，生成的沼气能够回收利用，获得一定的经-3- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究济效益。但厌氧过程比较复杂，对水质的变化较为敏感，且操作不易控制。因混合进水的COD浓度高达10000mg/L以上，采用单独好氧或厌氧工艺处理不能满足达标排放的要求，所以一般采用厌氧+好氧联合生物处理工艺。（3）色度的去除色度在沉淀、厌氧、好氧工序都有一定的去除效果，考虑到原水色度较高，可增加工艺路线的可靠性，继续进行深度处理。方法之一是在好氧处理工序后，增加生化吸附工序，装置由压力滤器和生物碳罐联合组成。生化碳罐底部通入空气，颗粒活性碳上生长大量的微生物，在有吸附功能的同时还有一定的生化处理功能。此外，还可以投加混凝剂采用气浮工艺。1.2.2废水处理工艺的研究[21]武艳丽等对中密度纤维板生产废水处理技术进行多次研究。采用芬顿试剂氧化+生化处理的方法，处理后水样中的CODcr和甲醛均达到国家污水综合排放一级排放标准。分析其原因是，在芬顿试剂的氧化作用下，甲醛、酚类等有机难降解物质被氧化降解，提高了废水的可生化性，整个工艺的总去除效率达98.0%以上。而先进行生化处理再用芬顿试剂氧化处理，虽然也除去了甲醛、酚类等有机难降解物质，但出水仅仅达到国家污水综合排放二级排放标准。[22]李强等采用ABR-生物接触氧化法处理某纤维板有限公司的纤维板生产废水，预处理与后处理过程中均进行混凝沉淀，在后处理过程中，以碱式氯化铝作为絮凝剂，进行混凝沉淀，去除部分有机污染物、色度。CODCr去除率达到97%，出水CODCr为110mg/L，能够满足国家二级排放标准。在该处理工艺中，生化处理前后都采用了混凝处理工艺，可见混凝在该类废水处理中必不可少。[23]姚雪萍等采用A/B生化法处理湿法纤维板生产废水，在调节池阶段采用生物吸附凝聚-兼氧水解，在缺氧条件下水力停留18小时，通过生化污泥与污水混和，对污水中的污染物质进行混凝吸附，CODcr的去除率仅为40%，在深度处理阶段，采用接触氧化工艺，HRT为18小时，可将CODCr由总进水时的2000~3000mg/L降至100~150mg/L，出水基本达到GB8978-1996中的一级排放标准。由于该工艺没有进行充分有效的预处理，导致后来的生化处理周期较长。东营市正和木业有限公司生产废水水质为CODcr9000mg/L、BOD53500mg/L、[24]SS750mg/L，采用“气浮+F-BF厌氧+接触氧化”相结合工艺处理中纤板废水，出水CODcr、BOD5、SS分别可达到120mg/L、25mg/L、60mg/L。[15]曹琳对热磨挤出水进行单独实验研究，采用“UASB十接触氧化”为主体工艺，UASB反应器控制在中温的条件，水力停留时间HRT=9.8h，其对CODcr去除率达到70%，3接触氧化池容积负荷1.0kgCODcr/(m·d)，气水比为30:1，水力停留时间HRT=12h，其[11]对CODcr去除率达到80%。王松林等采用上述相同的主体工艺处理CODcr高达10000rng/L以上的中纤板混合废水，CODcr去除率达到99.8%。-4- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究[25]陈汉榕等研究了以专项有效菌群的固定化技术形成的厌氧-好氧生物膜反应器用于处理难降解纤维板生产废水的效果。该系统稳定运行三个月的结果表明，在16~28℃33范围内，厌氧有机负荷为5kgCODcr/(m·d)左右，好氧有机负荷为2kgCODcr/(m·d)左右，总HRT=19h，CODcr去除率可以维持在85%以上。[26]G.Vidal,M.C.Diez研究了木材工业废水对产甲烷菌的毒性的影响，作者用UASB反应器厌氧处理木材工业废水，因该种废水的可生化性差，UASB系统在低有机负荷下运行，CODcr的去除率在10%~30%，由于废水中高分子量的多酚聚合体的存在，在厌氧环境下，其脱色效果不好。因此，对木业废水进行生化处理前进行有效的预处理是必要的。[26]废水资源化既解决了环境污染的问题，同时又创造了经济效益。王宗力等利用中纤板废水生产饲料酵母的研究，所筛选出的菌种热带假丝酵母CandidatropiealisAs2.565菌株，发酵结果显示酵母得率为40%~50%，达到工业生产一般水平，酵母蛋白质含量达到50%，高于轻工部饲料酵母标准(QB596-80)中的优级品指标。与此同时测定废水CODcr、BOD5去除率分别为70%和80%，接近国际同类研究水平。由于中（高）密度纤维板生产废水的复杂性和难降解性，单一处理工艺对该废水并不能起到很好的处理效率。即使采用组合工艺，如果组合的方式及工艺参数不合理，也难以使出水达到《污水综合排放标准》中的一级排放标准。上述的研究案例中多数出水的COD值都超过了100mg/L；而先采用芬顿氧再生化处理，无疑运行成本很高，实用性不强。还有很多工艺处于实验阶段，并未经过工程阶段的检验。因此，研究探索高效率、低成本、运行稳定，效果出众的组合处理工艺及方法已成为今后该废水治理研究的发展趋势。1.3选题的目的、意义、内容及技术路线1.3.1选题目的和意义中（高）密度纤维板是以小径木、枝桠材或木材加工的各种剩余物为原料，经过纤维制备、铺装成型、热压及表面加工等工序制造成的人造板产品，市场前景十分看好。本文所涉及的企业是该地方主要林区之一，林区的砍伐剩余物、木材的造材剩余物、木材的加工剩余物、次小薪材、枝桠材等原料丰富，而且近年来，该地区已栽种大量的速生丰产桉树，当地的松木资源也较为丰富，生产中（高）密度纤维板的原料有保障。中（高）密度纤维板加工废水是一种较难处理的工业废水，其中热磨挤压等生产过程中产生的废水水量少、染物浓度高、可生化性能差，含有纤维素、半纤维素、木素、[17]树脂、单宁、松木油等有机物及大量悬浮物，色度超标严重；另外，木材堆放场污水随降雨量大小、堆放木料的数量多少、种类不同、季节不同而变化，水质水量的变动性加大了废水处理的难度。-5- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究目前传统单一的物化、厌氧或者好氧技术均无法实现该废水的达标排放。据业主方考察，目前在广西区内还没有成功的能够稳定达标的工程案例。在我国北方的纤维板废水处理的成功案例中，其原料树种以杨树为主，而广西则以速生桉、松木为主，水质情况差别较大。结合广西某木业有限公司的目前实际情况，如果能够研究出一套实用稳定、高效率的纤维板生产废水处理技术，使其达标排放。这对于解决环境污染纠纷、化解社会矛盾、促进经济发展及缓解水资源紧张都具有十分重要的意义。1.3.2主要内容（1）组合工艺的优选及技术方案的确定（2）实验数据的整理以及最佳试验参数的确定（3）实验数据的工程运用（4）工程实践的反馈1.3.3技术路线本文主要以木业中（高）密度纤维板废水为处理对象进行实验研究，开展详细研究“混凝沉淀+UASB+接触氧化法+混凝气浮”工艺处理木业废水的模拟实验。采用现场测试、实验模拟和理论分析相结合的研究方法，通过现场对工艺各处理阶段参数指标的多个周期测试，发现其转化规律。获得相应基础实验数据，结合相关理论分析，提出提高处理木业废水效率的最佳运行模式；选出最合适的工艺及工艺参数。通过将实验所得数据应用于工程实践，实现将木业废水处理达标排放的目的。1.3.3.1废水的来源及特性废水主要由三部分组成：热磨挤压等生产废水、厂区生活废水、木材堆放场污水。木材堆放场污水是指下雨时，由于堆放场的木料受到雨水冲刷、浸泡、溶解等作用而产生的污水。三种废水的各有其特点。其中热磨挤压等生产废水水量少、污染物浓度高、可生化性能差，含有纤维素、半纤维素、木素、树脂、单宁、松木油等有机物及大量悬浮物，[17][28]色度严重超标，为主要污染源。生活污水污染物浓度低，可生化性能强。木材堆放场污水随降雨量大小、堆放木料的数量多少、种类不同、季节不同而变化。小雨时，堆放场污水量少，但污染物浓度高；大雨前期由于雨水的冲刷，细小纤维素和可溶性有机物被冲洗出来，污水呈黑褐色，色度、浓度较高；但随着降雨过程的进行，污染物浓度将不断下降，大雨中末期的污水水质与雨水相似，稍作处理或不处理便可达标外排。由于木材堆放场污水浓度较低，混入流程处理后达标难度不大，因此在实验中不赘述。本文研究的水质、水量情况见下表：-6- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究①生产废水3热磨挤压、冲洗等生产废水的水量约为100m/d；水质情况如下：表1-3生产废水水质Table1-3Thequlityofproductionwastewater-1单位：mg·L，pH值无量纲排水工段pH值ρ(CODcr)ρ(BOD5)ρ(SS)生产废水4.2-6.52000060006500②生活废水厂区居住人口400人、附带办公楼和厂区厕所等用水，并留有一定的余量，估算生3活废水排放量约为150m/d（依据《室外给排水设计规范》GB50013-2006，其中居民生活用水指标按230L/（人·d）计算）。表1-4生活废水水质Table1-4Thequlityoflifewastewater-1单位：mg·L，pH值无量纲排水工段pH值ρ(CODcr)ρ(BOD5)ρ(SS)氨氮生活废水6.0-8.04002008035③木材堆放场污水木材堆放场面积约为100亩，污水随降雨量、堆放的木材数量及种类的不同而变化。其水质难以精确计算，根据经验，将当地最大降雨量的六分之一（前期污水）作为最大处理量，并将堆放场污水在不同雨量下的排放情况进行细化，并列出了相应的处理办法。表1-5不同降雨量的污水处理量及水质估算Table1-5Differentrainfallwastewaterdischargeandwaterqualityestimation降雨量小雨中雨大雨暴雨最大降雨（mm）＜1010～24.925～49.950～99.9183.3需要处理的水20362036203636661665量（m）(前、中期)（前期）(前期)COD浓度≤1000≤450≤200≤150≤120(mg/L)厌氧+接触氧化+厌氧+接触氧化+气浮后气浮后气浮后处理流程气浮气浮达标排放达标排放达标排放注：降雨量的级别划分参考国家气象局规定；最大降雨量参考企业环评报告书。1.3.3.2排放标准执行GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准。如下表：-7- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表1-6《污水综合排放标准》一级排放标准Table1-6Ⅰ-classofthe"IntegratedPollutantDischargeStandard"-1单位：mg·L，pH值无量纲，色度（倍）pHCODCrBOD5氨氮SS色度甲醛挥发酚6～9100201570501.00.5但由于项目较为敏感，因此业主方要求出水的各项指标尽量低，以减轻外排废水对周边环境的污染。1.3.3.3技术路线技术路线见图1-1-8- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图1-1工程主体部分工艺流程图Fig.1-1Engineeringmainpartprocessflowdiagram-9- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究第二章实验研究2.1实验基本原理2.1.1混凝沉淀实验原理1、实验原理混凝包括混合、凝聚和絮凝三个过程，它是沉淀、过滤、气浮等水处理工艺的基础[29]。一般来说，混合是指向水中投加药剂后，药剂迅速而均匀地扩散于水中的过程；凝聚是指水中胶体的脱稳过程；絮凝则是指胶体脱稳以后，结成絮凝体，并且慢慢增大的[30]过程。化学混凝的处理对象主要是废水中的微小悬浮物和胶体物质。根据胶体的特性，在废水处理过程中通常采用投加电解质、相反电荷的胶体或高分子物质等方法破坏胶体的稳定性，使胶体颗粒凝聚在一起形成大颗粒，然后通过沉淀分离，达到废水净化效果的目的。关于化学混凝的机理主要有以下四种解释：(1)压缩双电层机理当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。(2)吸附电中和机理异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，ξ电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。(3)吸附架桥机理吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。(4)沉淀物网捕机理当采用铝盐或铁盐等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。随着絮凝剂研究的深入，越来越多的新型絮凝剂被开发，特别是无机-有机复合絮凝剂的应用，将两种絮凝剂复配使用，利用无机絮凝剂的高正电荷密度和有机高分子絮凝剂的桥连作用，两者产生协同作用，能够提高絮凝处理能力，既有两者双重的优点，-10- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究又避免了两者的不足。因此，近年来无机-有机高分子复合絮凝剂的研制开发已成为热[31]点。聚丙烯酰胺(PAM)是常用的有机高分子絮凝剂之一，无毒，经常作为助凝剂在水处理中得到了广泛的应用，具有良好的效果，但使用成本较高。聚合氯化铝(PAC)是一种新型、高效无机高分子絮凝剂，是一类以金属铝离子为中心体，羟基为配位体，氯离子为平衡离子的单核和多核配位化合物的总称，又称碱式氯化铝、羟基氯化铝，简称聚合铝，其通式为[Al2(OH)nCl6-n]m，由于具有适应性强、无毒、效能高、价廉等优点，近年[32]来得到了迅速发展和广泛使用。目前，很多废水处理工艺中均采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂，用聚丙烯酰胺[33](PAM)作为絮凝剂，联合投加至废水中。具体分析是因为聚丙稀酰胺是一种非离子型[34]高分子材料的有机絮凝剂，它在去除悬浮物时只能起到粒间架桥作用，而聚合氯化铝[35]是一种铝的多核经基聚合物，能够较好的对胶体颗粒的表面电荷发生中和反应，与此同时，它还能够压缩双电层并且降低电位，但美中不足的是它的架桥能力相对不太理想，架桥过程中形成的絮体其结构比较松散，不容易发生沉降，而聚丙稀酰胺在这点上正好与聚合氯化铝互补。本工艺是为后续做准备的混凝沉淀工艺，主要目的是去除CODcr、SS以及色度。根据水质的特点，决定采用PAC-PAM复合混凝剂对木业废水进行预处理。2.1.2UASB反应机理上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是传统的厌氧反应器之一。三相分离器是UASB反应器的核心部件，它可以在水流湍动的情况下将气体、水和污泥分离。废水经反应器底部的配水系统进入，在反应器内与絮状厌氧污泥充分接触，通过厌氧微生物的降解，废水中的有机污泥物大部分转化为沼气，小部分转化为污泥，沼气、水、泥混合物通过三相分离器得于分离。UASB的技术特点：运行稳定、操作简单、可用絮状污泥、产生沼气、较低的高度、投资省。2.1.3生物接触氧化法的反应机理生物接触氧化法兼有生物膜法及传统活性污泥法的特点，一般情况下，接触氧化池中设置有填料、填料支架、曝气系统。依靠曝气系统造成气水的紊流，使得废水与填料可以充分的接触传质接触氧化法中微生物所需氧可采用表面曝气、射流曝气、及鼓风曝气等方法供给，目前，最常用的是鼓风曝气法。如果废水的养分与溶解氧适宜，填料上的生物膜会越长越厚，达到一定的厚度后，溶解氧难以传递到生物膜的内部，因而内部的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，这也是同步硝化及反硝化常常在接触氧化法中发生的原因。除了生-11- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究物膜之外，活性污泥也在接触氧化法中发挥重要的作用。影响接触氧化法处理效果的主要因素有：(1)营养物：即水中碳、氮、磷之比应保持100:5:1。(2)溶解氧：溶解氧控制在2~4mg/L较为适宜。一般接触氧化池都分几格，初始阶段一般溶解氧较低，最后一格由于有机物基本被氧化分解了，因而溶解氧较高，但一般不高于6mg/L，否则微生物长期处于内源呼吸状态、自身氧化分解导致生物量减少。(3)温度：一般为10~42ºC，最好不超过35ºC。(4)PH：一般为6.5~8.5，当超过该范围时，一般需要驯化菌种或者加酸碱进行调整。2.1.4气浮实验原理气浮是固液分离或液液分离的一种技术。它是指人为采取某种方式产生大量的微小气泡，使气泡与水中一些杂质物质微粒相吸附形成相对密度比水轻的气浮体，气浮体在水浮力的作用下，上浮到水面而形成浮渣，进而达到杂质与水分离的目的。气浮法处理工艺的建立主要根据水中杂质颗粒的性质，经过研究发现，水中的杂质有些是亲水性的，而有一些是疏水性的。亲水性的杂质不易被气泡吸附，即使能够吸附形成气浮体也不牢固；而疏水性的杂质易于被气泡所吸附，形成牢固而稳定的气粒气浮体。由热力学可知，由水、气和水中颗粒物组成的多相混合液中存在着体系界面能（W）。W本能的存在着力图减至最小的趋势，从而导致多相混合系中的分散相间蕴藏着自然合[36]并的能量，使分散相总表面积减小。气浮过程中，微粒与气泡粘附的推动力就是界面自由能的降低值ΔW，ΔW越大，[36]吸附推动力越大，越易气浮处理，反之，则相反。体系界面自由能降低值可由下式来表示，即ΔW=W1-W2=1,3+1,2-2,3(2-1)式中W1——杂质颗粒与气泡粘附前，单位面积上自由能之和W1=·S=1,3×1+1,2×1S——界面面积，S=1；1,3——水，粒界面张力；1,2——水，气泡界面张力；W2——颗粒与气泡粘附单位面积界面能，W2=2,3×1；2,3——粒、气泡界面张力。三相体系平衡状态时三相界面张力存在以下关系式)+1,3=1,2×cos(2,3(2-2)将(2)代入(1)整理得-12- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究ΔW=1,2(1-cos)(2-3)其中，1,2，2,3，1,3同前；为润湿接触角，即通过三相界面交线作水、粒界面张力(1,3)作用线和水、气界面张力(1,2)作用线，两个作用线的交角。通常亲水性杂质(<90°)疏水性杂质>90°。由式(2-3)很容易得知，若当润湿接触角→0°时，则(1-cos)→0，ΔW就小，这种物质不能用气浮法去除；若当物质润湿接触角→180°时，则(1-cos)→2，ΔW就大，这种物质就属与气泡粘附，宜于用气浮去除。气浮法的处理对象主要是水中相对密度比1小或与1接近的污染物质，影响气浮处理效果的因素主要有以下几点：(1)气泡的尺寸及气泡的均匀程度；(2)气泡的稳定性；(3)界面电现象影响；(4)干扰物质。气浮处理工艺可分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法。其中，溶气气浮法可分为溶气真空气浮法和加压溶气气浮法。加压溶气气浮法是当今应用最广泛气浮工艺，有三种基本流程：全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程。加压溶气气浮指的是，使空气在加压的条件下溶解在水中，在常压下，将水中过饱和的空气以微小气泡的形式释放出来。加压溶气气浮是国内外最常用的气浮法，与其他气浮方法相比具有如下特点：(1)水中空气溶解度大，能提供足够的溶气量，可满足不同要求的固液分离，确保去除效果；(2)减压释放后所产生的气泡粒径小且均匀（20~100μm），在气浮池中上浮稳定，对液体扰动较小；(3)流程简单，维护管理方便。2.2实验药剂所用的药品如表2-1所示：-13- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表2-1药品Table2-1Drug药品名纯度接种液企业纤维板废水磷酸二氢钾（KH2PO4）分析纯磷酸氢二钾（K2HPO4）分析纯七水合磷酸氢二钠（Na2HPO4·7H2O）分析纯氯化铵（NH4Cl）分析纯七水合硫酸镁（MgSO4·7H2O）分析纯无水氯化钙（CaCl2）分析纯六水合氯化铁（FeCl3·6H2O）分析纯浓盐酸（HCl）分析纯氢氧化钠(NaOH)分析纯葡萄糖（C6H12O6）优级纯谷氨酸（HOOC-CH2-CH2-CHNH2-COOH）优级纯丙烯基硫脲（C4H8N2S）分析纯碘化钾（KI）分析纯淀粉分析纯乙酸（CH3COOH）分析纯重铬酸钾标准溶液（K2Cr2O7=0.2500mol/L）分析纯试亚铁灵指示液分析纯硫酸(H2SO4)溶液分析纯碱性碘化物-叠氮化物试剂分析纯无水二价硫酸锰(MnSO4)溶液分析纯碘酸钠(NaIO3)分析纯硫代硫酸钠(Na2S2O4)标准滴定液分析纯酚酞分析纯碘(I)分析纯碘化钾(KI)分析纯色度标准储备液分析纯标准缓冲溶液分析纯2.3实验仪器实验分析方法如表2-2所示：-14- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表2-2分析方法Table2-2Analyticalmethod项目测定方法标准pH玻璃电极法GB6920-86CODcr重铬酸钾法GB11914-89BOD5稀释与接种法HJ505-2009SS重量法GB11901-89色度稀释倍数法GB11903-89DO碘量法GB7489-87氨氮HJ535-2009纳式试剂分光光度法挥发酚HJ503-20094-氨基安替比林萃取光度法甲醛GB13197-91乙酰丙酮光度法测量所用到的仪器如表2-3所示：表2-3测量所用到的仪器Table2-3Measuringinstrument仪器型号生产厂家滤膜ZSW-1上海兴亚净化材料厂冷藏箱BCD-195YAW泰州乐金电子冷机有限公司恒温培养箱LRH-250F上海一恒科学仪器有限公司吸滤瓶GG-17蜀牛真空泵2XZ-1临海市精工真空设备厂具塞比色管1*5-10ML南京銮玉化玻仪器有限公司酸度计PB-10Sartortius湿式气体流量计HPLUGB金湖华普自动化仪表有限公司COD测定装置COD-571型上海精密科学仪器有限公司干燥箱101型北京市永光明医疗仪器厂六联电动搅拌机DBJ-623中国人民解放军第四三三二工厂制造浊度仪TDT-1型武汉恒岭科技有限公司DO测定仪北京赛多利斯仪器系统有限公司BS-224S电子分析天平湖北英山县建力电炉制造有限公司KSW型电炉天津市泰斯特仪器有限公司电子万用炉分光光度计上海精密科学仪器有限公司721G2.4中(高)密度纤维板废水混凝沉淀预处理的研究2.4.1实验内容分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化作用下，长期处于-15- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究稳定分散状态，不能用自然沉淀方法去除。向这种水中投加混凝剂后，可以使分散颗粒相互结合聚集增大，从水中分离出来。在沉淀过程中，颗粒的大小、形状和密度都有所变化，随着沉淀深度和时间的增长，沉速越来越快。絮凝颗粒的沉淀轨迹是一条曲线，难以用数学方式来表达，只能用实验的数据来确定必要的设计参数。由于各种废水差别很大，混凝效果不尽相同。混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂种类、投加量，同时还取决于水的pH、水温、浊度、水流速度梯度等影响。通过本次实验，希望达到以下目的：(1)了解混凝沉淀特点和规律；(2)确定混凝工艺的最佳工艺条件。2.4.1.1实验材料及装置1、主要实验装置及设备(1)化学混凝实验装置采用是六联搅拌器，如下图所示：手动双速上升自动搅拌1调零搅拌2沉淀定时2定时1电源转速表下降图2-1六联搅拌器实验装置示意图Fig.2-1Sixleagueagitatorexperimentalinstallationschematicdiagram(2)pH计(3)CODcr测定装置(4)干燥箱(5)分析天平2、实验用水高密度纤维板废水。水质情况如表2-4所示：-16- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表2-4高密度纤维板废水水质情况Tab.2-4ThequalityofM(H)DFwastwater-1单位：mg·L，pH值无量纲ρ(CODcr)ρ(BOD5)ρ(SS)排水工段pH值混合废水5.516250503863323、实验药品(1)pH调整：NaOH(2)混凝剂：聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）；(3)CODcr测试相关药品。2.4.1.2实验方法取300mL废水于500mL烧杯中，调整pH值后，按一定的比例投加混凝剂，在六联搅拌器上先快速搅拌（转速200r/min）2min，再慢速搅拌（80r/min）10min，然后静置，观察并记录实验过程中絮体形成的时间、大小及密实程度、沉淀快慢、废水颜色变化等现象。静置沉淀30min后，于表面2~3cm深处取上清液测定其pH和CODcr。2.4.2实验步骤(1)混凝剂最佳投加量的确定取PAC不同的投加量进行混凝实验。根据实验结果绘制COD去除率与混凝剂投加量的关系曲线，确定最佳的混凝剂投加量。6050403020COD去除率（%）1000100200300400500600700800PAC用量（mg/L）图2-2PAC用量对CODcr去除率的影响Fig.2-2InfluenceofPACdosageontheremovalrateofCODcr实验水质参数为CODcr16250mg/L由图2.2可知，当PAC投加量为600mg/L时对CODcr的去除率达到60%，继续增加PAC的用量，对CODcr的去除效果不大。(2)复合混凝剂PAC+PAM最佳药剂配比的确定-17- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究混凝剂不同投加配比下COD去除效果，见下图：6866）%64去除率（62COD605802468101214161820PAM投加量(mg/L)图2-3PAM用量对CODcr去除率的影响Fig.2-3InfluenceofPAMdosageontheremovalrateofCODcr由图2-3易看出投加PAM对提高CODcr的去除率贡献较大，由于原废水所含阴离子使废水带负电荷，投加阳离子聚丙烯酰胺可以有效的中和废水中的阴离子，絮体的凝聚性能较好，故去除效果好。当PAM投加量为10mg/L时CODcr的去除率达到了65%，且实验观察到絮体大，沉降性能较好，继续增大投加量CODcr去除率变化不大。(3)最佳pH值的确定按最佳的PAC、PAM混合投加药量，调整废水的pH值分别为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0进行混凝实验。根据实验结果绘制COD去除率与pH值的关系曲线（图2-4），确定最佳的pH值。实验结果显示，pH在7~9之间，COD除去率比较理想，最佳点是pH为7.5时候，CODcr的去除率达到了65%。7060）%504030去除率（20COD1004.555.566.577.588.599.5pH值图2-4pH值对CODcr去除率的影响Fig.2-4pHinfluenceontheremovalrateofCODcr-18- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究(4)考察搅拌强度和搅拌时间对混凝效果的影响在混合阶段要求废水与混凝剂充分、快速、猛烈地混合，混合一般要求在几秒至一分钟之内完成，目的是形成众多微小的矾花；在反应阶段的搅拌强度则比混合低，以避免大颗粒的矾花被打碎。采用六联搅拌器做烧杯混凝搅拌实验，确定了最佳的搅拌强度和搅拌时间。7060）%504030去除率（20COD100020406080100120140160180200搅拌速度（r/min）图2-5搅拌速度对CODcr去除率的影响Fig.2-5StirringvelocityinfluenceontheremovalrateofCODcr6866）%646260去除率（58COD565401020304050搅拌时间（r/min）图2-6搅拌时间对CODcr去除率的影响Fig.2-6StirringtimeinfluenceontheremovalrateofCODcr(5)考察沉淀时间对混凝效果的影响-19- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究706560）%5550去除率（45COD40353005101520253035404550沉淀时间（min）图2-7沉淀时间对CODcr去除率的影响Fig.2-7SedimentationtimeinfluenceontheremovalrateofCODcr2.4.3小结混凝最佳工艺条件的确定：在进水COD浓度16250mg/L条件下，当PAC投加量600mg/L、PAM投加量10mg/L；pH控制在7.5；搅拌速度80r/min；搅拌时间20min；沉降时间35min时，COD去除率可达到65%。2.5中（高）密度纤维板废水厌氧处理的工艺研究2.5.1实验水质及装置[37]根据废水的特性，设计采用1套UASB反应器对高浓度纤维板废水进行处理。实验采用经过混凝沉淀后的中纤板有机废水与纯净水进行配水，主要控制因素为：①[38]CODcr浓度；②pH值；③温度；④氮、磷等营养物质等。UASB实验装置如图所示：-20- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图2-8UASB实验装置示意图Fig.2-8UASBexperimentalinstallationschematicdiagram1、进料桶2、蠕动泵3、UASB反应器4、储水桶UASB反应器由有机玻璃制成，呈圆柱状，有效体积为60.0L，有效高度3.0米。2.5.2分析方法实验采用某淀粉厂UASB反应器排出的污泥进行接种驯化，同时开始进水。实验分三个阶段进行：1、启动阶段保持UASB实验装置进水上升流速为0.15m/h，水力停留时间20h，CODcr浓度为1000mg/L。观察产气量、污泥、pH值变化、反应器浮沫的产生情况等。2、污泥驯化阶段当观察到UASB实验装置产气稳定时，保持上升流速并开始提高进水有机负荷，对污泥进行驯化。对pH每天测定两次，CODcr每两天测定一次。3、系统稳定运行阶段观察实验装置在工程设计的UASB反应器进水浓度下运行是否正常，处理效率是否稳定。相关参数控制范围如表2-4：表2-5参数范围Table2-5Rangeofparameters项目控制范围方法pH6.5-7.5加酸或加碱水温25℃左右—C：N：P200~300:5:1适量投加微量元素-21- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究2.5.3小结1、由于接种污泥本身就为UASB的厌氧污泥，所以启动阶段只用了3天时间，UASB实验装置产气连续、PH值变化稳定，污泥并没有出现受到抑制的情况，我们认为污泥[38]接种取得成功。2、污泥驯化初期进、出水COD变化如下图：300025002000进水COD浓度出水COD浓度1500COD浓度（mg/L）100050005101520实验天数（d）图2-9污泥驯化初期进、出水COD变化Fig.2-9SludgeacclimatizationstageinletandoutletCODchange由图2-9可以看出，在进水负荷提高的驯化初期，污泥适应水质的情况较缓慢，观察到有部分污泥呈现悬浮状态，对COD的去除率开始较低，实验过程中采取了加适量营养物质、稀释的方法改善该种现象。驯化第二天、第四天COD的去除率依次为16.05%、18.75%。驯化中、后期，随着时间的累积COD去除率逐渐增加，当到20天时COD进水浓度为2500mg/L，出水浓度为1240mg/L，去除率达到了50.4%，肉眼观察悬浮层区污泥呈现丝状缠绕状态，污泥床底则聚集了一层较松散的絮状污泥。2、污泥驯化中、后期进、出水COD变化-22- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究60005500500045004000进水COD浓度3500出水COD浓度3000COD浓度（mg/L）250020001500100015202530354045505560657075污泥驯化阶段天数（d）图2-10驯化中、后期进、出水COD变化Fig.2-10LoadascendingstageinletandoutletCODchange由图2-10可以看出，负荷提升期间，进水COD浓度由2500mg/L缓慢提高到5480mg/L的过程中，出水COD浓度也由1240mg/L升高到1629mg/L，经计算得COD去除率由50.4%提高到70.3%。究其原因为，随着驯化的进行，污泥已经逐渐适应了废水水质；反应器污泥泥量逐步增长，单位体积对COD的去除率也相应有所提高。肉眼观察污泥床底污泥较驯化前期密实。3、系统稳定运行期进、出水COD变化及去除率变化-23- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究60005500500045004000进水COD浓度3500出水COD浓度3000COD浓度（mg/L）2500200015001000707580859095100稳定运行阶段天数（d）图2-11负荷稳定期进、出水COD变化Fig.2-11LoadstationarypHaseinletandoutletCODchange由图2-11可以看出，负荷稳定期间，随着进水COD浓度在5000mg/L~5800mg/L范围内小幅度波动，出水COD浓度也相应在1480mg/L~1880mg/L范围内小幅度的波动，但COD去除率稳定保持在67%以上，体现了污泥驯化完成后UASB较好的稳定性。3负荷稳定期间，已知实验废水流量0.72m/d，反应器有效容积为60L，进水COD浓度3约5687.5mg/L，由计算易知厌氧容积负荷已经达到6.825kgCOD/m·d。本实验后续本该继续提高进水负荷，以证实UASB反应器对于纤维板废水的去除效3率的极限。但由于考虑厌氧容积负荷已达到6.825kgCOD/m·d，在此范围内已经能满足实际工程的需要，而且这个状态下，实际工程中操作管理压力不大，因此不再进行提高厌氧负荷的实验。2.6生物接触氧化工艺处理中（高）密度纤维板废水的研究2.6.1实验目的厌氧反应并不能使废水达到排放的要求，第二段工艺拟采用生物接触氧化处理工艺。通过生物接触氧化实验，希望达到以下目的：(1)以上一章节中厌氧处理后的水质指标为基础，探讨不同水力负荷下，调整好氧工艺的各种因素，确定各自对处理效果的影响；(2)掌握采用好氧微生物法处理纤维板有机废水的启动、调试和运行过程。2.6.2实验装置及实验水质-24- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究实验生物接触氧化反应装置示意图如下：图2-12生物接触氧化反应装置示意图Fig.2-12Biologicalcontactoxidationreactiondeviceschematicdiagram配水罐及生物接触氧化池均采用PVC制做，有效体积为60L，弹性填料体积为48L，水力停留时间为24小时。生物接触氧化段进水采用UASB厌氧装置出水以及厂区生活污水进行配水。2.6.3实验步骤2.6.3.1生物接触氧化法处理纤维板废水的启动生物接触氧化法处理有机工业废水系统的启动包括微生物的接种、培养、驯化三个阶段。接种引入柳州龙泉山污水处理厂的剩余污泥进行接种。将取回的浓缩污泥置于接触氧化池中，观察到污泥呈黑褐色、较密实的状态，接种污泥体积为生化池有效溶积的10%，加满清水，然后闷曝48h，使微生物接种到填料上。微生物处理系统的启动对于采用生物法处理有机工业废水的投入运行有至关重要的作用。2.6.3.2微生物的培养每天利用厂区的生活污水作为进水，对反应器采取连续曝气培养（溶解氧平均控制在2~3mg/L）。测定指标：(1)每天测定生物接触氧化池溶解氧、温度、pH值2~3次。(2)每天测定配水池内生活污水的COD及出水的COD。-25- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究350300250200进水COD浓度出水COD浓度150COD浓度（mg/mL）1005000123456789试验天数（d）图2-13微生物培养期COD进、出水浓度变化Fig.2-13MicrobialcultivationperiodCODinletandoutletconcentrationchange2.6.3.3微生物的驯化经过接种、培养7日后，接触氧化池的填料上已长满一层生物膜，镜下观察，见到有轮虫类微生物出现，此时开始采用UASB实验装置的稳定运行期的出水与厂区生活污水进行配水，通过逐步提高进水负荷的方式，使生物膜逐渐适应该纤维板生产废水。进水方式见下表：-26- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表2-6进水方式Table2-6Waterfeedingpattern日期进水配比第1天5%体积UASB出水95%体积生活污水第2天5%体积UASB出水95%体积生活污水第3天10%体积UASB出水90%体积生活污水第4天20%体积UASB出水80%体积生活污水第5天25%体积UASB出水75%体积生活污水第6天30%体积UASB出水70%体积生活污水第7天35%体积UASB出水65%体积生活污水第8天40%体积UASB出水60%体积生活污水第9天45%体积UASB出水55%体积生活污水第10天50%体积UASB出水50%体积生活污水第11天55%体积UASB出水45%体积生活污水第12天60%体积UASB出水40%体积生活污水第13天65%体积UASB出水35%体积生活污水第14天70%体积UASB出水30%体积生活污水第15天70%体积UASB出水30%体积生活污水第16天70%体积UASB出水30%体积生活污水第17天70%体积UASB出水30%体积生活污水第18天70%体积UASB出水30%体积生活污水第19天70%体积UASB出水30%体积生活污水第20天70%体积UASB出水30%体积生活污水每天连续进水曝气22h（溶解氧控制在2~4mg/L）。测定指标：(1)每天测定生物接触氧化池溶解氧、温度、pH值2~3次。(2)每隔一天测定曝气池投加的进水（UASB出水+厂区生活污水）的COD、处理后出水的COD。另外，在第20天，测进水、出水的BOD5。表2-6给出了每隔一天的测量数据：表2-7不同进水配比下COD浓度的变化Table2-7DifferentinflowratioonalterationofCOD单位：mg/L实验天数2468101214161820项目COD进水浓度31250862575687510021130121511651226COD出水浓度195264188154126125127124126125BOD5进水浓度485BOD5出水浓度11-27- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究2.6.4小结(1)微生物培养期间，控制进水COD浓度150~300mg/L，持续7d，可看到填料表面已经生长了薄薄一层黄褐色生物膜。(2)微生物驯化阶段采用逐步提高进水负荷的方式，该阶段持续20d。在这一阶段中UASB厌氧稳定出水和厂区生活污水的配比最终控制在7：3，COD去除率稳定在90%左右。在实验第十四天，进水COD浓度达到设计要求，COD去除率为88.8%，系统稳定运行6天。第二十天COD去除率为89.8%，BOD去除率为97.7%，好氧段的容积负3荷达到0.474kgBOD/m·d。2.7混凝气浮处理中（高）密度纤维板废水的研究2.7.1实验目的(1)通过实验模型的运行，掌握回流式加压溶气气浮装置的工艺流程。(2)确定最佳工艺条件(3)气浮脱色与活性炭脱色的能力对比2.7.2实验材料及水质2.7.2.1主要试剂聚合氯化铝(PAC)测COD所需药剂2.7.2.2主要仪器六联电动搅拌机；光电式浊度仪；酸度计；分析天平；500mL全玻璃回流装置；电炉；25mL/50mL锥形瓶、酸式滴定管、移液管、容量瓶等。加压溶气气浮实验装置：-28- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图2-14压力溶气气浮实验装置Fig.2-14Pressuredissolvedairflotationexperimentdevice1、吸水池2、水泵3、溶气罐4、空气压缩机5、机械反应罐6、气浮池7、溶气释放器8、进水阀9、调压阀10、进气阀11、压力表12、水位计13、玻璃转子流量计2.7.2.3实验用水水质采用好氧接触氧化处理后的废水，作为混凝气浮实验用水。进水水质如表2-7所示：表2-8进水水质情况Tab.2-8Thequalityoffloodingwater-1单位：mg·L，pH值无量纲，色度（倍）ρ(CODcr)ρ(BOD5)ρ(SS)色度排水工段pH值好氧出水7.5125116072气浮法是指通过向水中释放压缩空气产生的小气泡与悬浮物相黏附，形成整体密度小于水的气泡-悬浮物复合体，使其上浮，形成浮渣，在刮渣机的作用下渣水分离的方法。气泡和絮粒的粘附作用的形成机理如下：(1)网捕、包卷、架桥作用；(2)碰撞粘附；(3)共聚并大；(4)表面活性剂的参与作用。[39]单忠健等从“分离压”基本原理出发，研究了气泡一絮粒粘附过程的机理。胡斌[40]等根据絮粒和气泡的各自特性及其粘附方式研究了气浮净水机理，认为微粒、微气泡[41][42]的尺寸和粘附牢度是影响气浮净水效果的主要因素。Kitchener、Neethling等主要从毛电位和水化层方面研究其粘附条件，并且提出了相应的数学模型。以下将从絮凝剂的种类、投药量、pH、絮凝时间、搅拌强度、气浮时间、气浮压-29- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究力等方面进行实验，最终确定最佳实验条件。2.7.3实验内容2.7.3.1药剂的筛选在实验中主要比较了硫酸铝(AS)、氯化铝(AC)、氯化铁(FC)、聚合氯化铝(PAC)、聚硅硫酸铝(PASS)、聚磷氯化铝(PPAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚硅硫酸铁(PFSS)等混凝剂对木业废水的处理效果，并从中筛选出最佳的混凝剂用于后续的实验。于9个烧杯中分别取废水200ml，按80mg/L的量投加以上几种药剂，调整PH值-l-l后，以240r·min的转速搅拌60s，以45r·min的转速搅拌8min，处理效果见表2-9：表2-9药剂的筛选Tab.2-9AgentsscreeningCOD去处理后pH药剂实验现象除率%值硫酸铝(AS)27.37.4矾花小，不够透亮，略显浑浊氯化铝(AC)30.36.9矾花小，絮体较多氯化铁(FC)33.46.5矾花较大，沉淀慢，色度较高聚合氯化铝38.77.7矾花大，清液透明，沉降较快(PAC)聚硅硫酸铝38.25.0矾花大、松散，透明度较高(PASS)聚磷氯化铝36.26.4矾花松散，难降沉(PPAC)聚合氯化铝铁38.67.2矾花大，清液透明(PAFC)聚合硫酸铁37.16.3矾花大，清液较透明(PFS)聚硅硫酸铁35.57.6矾花大、密实，沉淀时间长，色度较高(PFSS)由上表易知，在同一投加量下，聚合氯化铝的矾花大、沉降时间短、出水清澈，处理效果好。且聚合氯化铝价廉易得、适用的PH较宽，能够满足设计要求，因此选用聚合氯化铝。聚合氯化铝铁及聚合硫酸铁的效果虽然也不错，但适用的PH值较窄，且市面上比较难买到，故不予采用。-30- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究2.7.3.2投药量对混凝效果的影响2实验中反应时间6min，转速70r/min，气浮时间20min，气压4kg/cm，回流比28%，pH值控制在7.0~8.0之间，在不同PAC投药量下得到曲线2-15：80706050COD去除率40色度去除率去除率（%）3020100020406080100120140160180PAC用量（mg/L）图2-15不同PAC用量下的处理效果Fig.2-15DifferentPACdosageonthetreatmenteffect从实验结果可以看到：随着PAC投药量的增加，色度及COD的去除率也相应增加。当PAC的投药量为100mg/L的时，色度的去除率达到65%；COD的去除率达到40.9%，继续增加投药量，色度以及COD的去除率没有明显提高。考虑处理效果以及经济因素，最佳PAC用量为100mg/L。2.7.3.3pH值对混凝效果的影响实验中PAC投药量100mg/L，絮凝反应时间6min，反应转速70r/min，气浮停留时2间20min，溶气压力为4kg/cm，回流比28%，改变实验pH，得到混凝气浮在不同pH下的处理效果曲线：-31- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究706050COD去除率40色度去除率30去除率（%）201004.555.566.577.588.599.5pH值图2-16不同pH值下的处理效果Fig.2-16DifferentpHonthetreatmenteffect从图2-16中可以看出，当pH值为7.0时，色度与COD去除效果分别为65%、39%。由于工程上条件的波动性，当pH取值在6.5~8.0范围之间波动时，色度与COD均有较高的去除率，色度的去除率保持在60%~65%之间，COD的去除率保持在36%~41%之间。2.7.3.4絮凝反应时间对混凝效果的影响实验中pH值调节至7.5，PAC投药量固定在100mg/L，反应转速为70r/min，气浮2停留时间为20min，溶气压力为4kg/cm，回流比为28%，改变絮凝时间，得到不同絮凝反应时间下对COD以及色度的处理效果曲线2-17。706050COD去除率40色度去除率去除率（%）3020102468101214絮凝时间（min）图2-17絮凝时间对处理效果的影响Fig.2-17Flocculationtimeonthetreatmenteffect-32- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究从图2-17中可以看出，反应时间为3min时处理效果最差，此时尚未形成的絮体或者絮体过小，难以被气泡捕捉上浮。6min时，色度去除率达到65%，COD的去除率达到39%；7min时色度去除率达到65.2%，COD的去除率达到40.5%。但随时间的增加，去除效果并不提高，反而稍微有所降低。这是由于气浮所需要的是一种比重较轻、体积相对较小的絮体。因此絮凝时间选定为6min。2.7.3.5气浮停留时间对混凝效果的影响实验中PAC投药量固定为100mg/L，pH值调节至7.5，反应转速70r/min，絮凝反2应时间6min，溶气压力4kg/cm，回流比28%，改变实验气浮停留时间，得到不同气浮时间下的处理效果曲线：7065605550COD去除率45色度去除率去除率（%）403530252005101520253035404550气浮停留时间（min）图2-18气浮停留时间对絮凝效果的影响Fig.2-18Flotationtimeonthetreatmenteffect由上图可知气浮时间为5min时，COD和色度去除率分别只有25%和40%，效果很差，这是因为气浮停留时间过短，水力负荷高，废水中絮体没有足够的时间与气泡形成“气泡-颗粒”复合体，因而无法浮起。当气浮停留时间达到25min时，对色度的去除率达到67%，对COD的去除率达到了40.9%，接近了最佳效果。继续增加气浮停留时间对色度及COD去除率的提高没有帮助。在气浮池中停留时间长，则气浮池体投资将增加。过长的停留时间会因为气泡破裂导致被气泡捕捉的絮体的沉降，从而恶化了出水水质。故气浮停留时间选为25min。2.7.3.6气浮溶气罐压力对混凝效果的影响实验中PH值调节至7.5，PAC投药量固定为100mg/L，反应转速定为70r/min，絮凝反应时间6min，气浮停留时间25min，回流比28%，，改变气浮溶气罐的压力，混凝气浮在不同溶气压力下的处理效果如下图：-33- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究80706050COD去除率40色度去除率去除率（%）30201000123456789气压（kg/cm2）图2-19气压对处理效果的影响Fig.2-19Pressureonthetreatmenteffect2从上图中易看出当气压为1kg/cm时，COD的去除率只有10%，色度去除率只有24%。究其缘由，这是因为当气压低时，空气的溶解度小，溶气水供气浮用的气泡数量少，无法捕捉并托起絮体。当气压逐渐升高时，随着溶气水所能供给的气泡越来越多，于是越来越多的絮体被气泡捕捉。继续提高压力，同样体积的絮体被更多的气泡所捕捉并托起形成浮渣，显然因气泡破裂导致絮体沉淀下来随出水流走的概率也就越低了，因2此色度及COD的去除率稳步提高。达到5kg/cm时，色度的去除率高达70.8%，COD的去除率达到41%。气压继续升高，色度及COD的去除率还略有提升但幅度有限。由于溶气压力提升主要靠回流加压泵，实际气浮设备的回流加压泵的能耗占气浮系统能耗的50%以上，且溶气罐的造价又相对较高，压力越大对设备要求越高，同时电耗也越高，[43]因此在能满足实验要求的同时尽可能的降低压力。2.7.4小结通过上述实验，最终可以得出混凝气浮工艺的最佳实验条件为：pH值在6.5~8.0之2间，PAC投药量100mg/L，转速70r/min，絮凝时间6min，气浮时间25min，气压5kg/cm，回流比28%。此时进水COD为125mg/L，出水COD为73.8mg/L，进水色度为72倍，出水色度22倍。混凝气浮对COD的去除率为41%；对色度的去除率为70.8%。出水色度测试受主观因素影响较大，但是总体看来基本可以反应出其变化的规律；COD测试的结果相对客观。2.7.5深度处理步骤混凝气浮与生物活性炭塔效果对比-34- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究[44][45]在李键、张林俊等对中高密度纤维板废水治理的研究探讨中，工艺末端均采用活性炭塔这一工艺，以保证最终出水色度能够满足排放或回用要求。故在本论文工艺选择的实验阶段，也进行了气浮与活性炭塔对中高密度纤维板废水脱色效果的对比实验。在这里，仅就实验结果进行说明，不再详细赘述活性炭塔工艺的实验设计过程。2.7.5.1主要试剂卵石、石英砂、活性炭；表2-10卵石、石英砂、活性炭装填级配表Table2-10Grait、silicasand、activatedcarbonfillinggradingtable单位：mm名称粒径装填高度卵石16~3280卵石8~1680卵石4~880粗砂2~4120石英砂1~2120活性炭Ф1.51000测活性炭碘值所需药剂。2.7.5.2主要仪器比色皿；COD测试装置；分析天平；活性炭塔实验装置：内径Ф100mm×2000mm-35- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图2-20生物活性炭塔实验装置示意图Fig.2-20Biochemistryactivitedcarbontowerexperimentdevice2.7.5.3实验用水水质以及设计参数采用好氧接触氧化处理后的废水，作为生物活性炭塔实验用水。活性炭吸附塔的滤速为1m/h，炭层高度1m。穿孔曝气管供氧，维持DO在4~6mg/L之间。因为好氧接触氧化每天只能提供60L出水，因此装置每天只运行8h，每5天取样对色度、COD、活性炭碘值进行测试。2.7.5.4检测方法色度采用稀释倍数法；COD采用经典回流法；活性炭碘值采用GB/T7702.7-2008煤质颗粒活性炭实验方法碘吸附值的测定。2.7.5.5实验结果分析-36- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究（1）生物活性炭塔对COD的处理效果1507013060110509040进水COD出水COD7030去除率（%）COD（mg/L）COD去除率（%）50203010100010203040506070时间（d）图2-21时间对COD处理效果的影响Fig.2-21TheinfluenceoftimeonthetreatmenteffectofCOD图2-21表明，生物活性炭塔刚开始启动时，进水COD浓度为128mg/L，出水COD浓度仅为51mg/L，COD的去除率达到60.1%。显示了新鲜的活性炭对这种废水的COD具有很强的吸附能力，此时COD的去除率明显高于混凝气浮法（混凝气浮最佳为41%）。第5天及第10天的进水COD浓度分别为116mg/L、121mg/L，出水COD为55.7mg/L、65.3mg/L，去除率分别为52%、46%。由此可见，前10天去除率曲线比较陡，去除率下降比较明显。究其原因，是因为活性炭处于挂膜初期阶段，这个时段COD的去除主要靠活性炭吸附。第14天，由于炭层过滤截留及吸附作用，活性炭表面已经可以观察到断断续续的生物膜，生物膜很薄、手感较滑、略呈淡黄色，但根本无法掩盖活性炭的黑色。第15天至60天，进水COD浓度在103~136mg/L之间波动，COD去除率曲线变缓、但出水COD呈逐渐上升之势。第60天时COD去除率只有23%，大大低于混凝气浮法41%的去除率。（2）生物活性炭塔对色度的处理效果-37- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究90908080707060进水色度5060出水色度去除率（%）色度（倍）4050色度去除率（%）3040201030010203040506070时间（d）图2-22时间对色度处理效果的影响Fig.2-22TheinfluenceoftimeonthetreatmenteffectofChroma图2-22所获得的结论与图2-21相似。生物活性炭塔刚开始启动时，进水色度为72倍，出水的色度12倍，出水感官清澈透明，色度的去除率达到83.3%。显示了新鲜的活性炭对这种废水的产生色度的物质具有很强的吸附能力，此时色度的去除率明显高于混凝气浮法（混凝气浮最佳为70.8%）。但随着实验的进行，色度的去除率逐渐降低，至60天时，进水色度80倍，出水色度50倍，色度的去除率已经低至37.5%，明显低于混凝气浮法。（3）活性炭碘值的变化900850800750700650600碘值550碘值（mg/g)500450400350300010203040506070时间（d）图2-23时间对活性炭碘值的影响Fig.2-23Theinfluenceoftimeontheactivatedcarbonlodinevalue-38- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究实验过程中，每5天取样一次对活性炭碘值进行实验测定。图2-23表明，在启动初期（1~10天）活性炭碘值降低得很快，曲线很陡。这是因为新鲜活性炭的碘值高达890mg/g，吸附能力很强。第15~60天，活性炭碘值下降变缓，究其缘由有两点，一是由于活性炭碘值降低，其吸附能力亦降低，无法达到启动初期的吸附能力；二是活性炭表面已经附着了一层薄薄的生物膜，有一定的生物协同作用。但随着时间进行，活性炭碘值在逐渐降低。针对这一现象，根据工程经验是因为其吸附物属于难于生物降解的有机物质，故微生物很难降解，无法达到边吸附边降解的平衡。结合好氧接触氧化实验出水COD为125mg/L，BOD5仅为11mg/L，其B/C=0.088远小于0.2，提示我们，该废水残留的COD属于“可吸附但难以生物降解的有机物”。（4）结论深度处理步骤中，生物活性炭塔初期对COD及色度的处理效果优于混凝气浮。但随着实验的继续，生物活性炭塔对COD及色度的去除率逐渐降低，活性炭的碘值也逐渐降低。到第60天，生物活性炭塔对COD及色度的去除率低至23%、37.5%，远低于混凝气浮法的41%、70.8%。且在实际工程中，由于活性炭碘值下降得过快，需要定期更换或再生活性炭，成本较高。而混凝气浮工艺稳定可靠，去除效率不随着使用时间的推移而降低。综上所述，在深度处理的工艺选择中应采用混凝气浮工艺。-39- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究第三章主要构筑物设计计算本项目涉及企业为新建企业，但是由于未能“三同时”建设污水处理项目，外排的废水已经导致多次污环境染纠纷。虽然按环评的要求，废水排放执行GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准，鉴于项目比较敏感，业主方要求出水的各项指标尽量低、感官上尽量清澈透明。故本章节中的设计负荷取值低于实验负荷，以期能够提高出水水质，满足业主要求。工程设计中，为节省占地面积及土建工程的费用，将混合废水调节池、接触氧化池、二沉池、中间水池2#及雨水调节池合建成一个组合水池。该组合水池为钢混结构，池壁共用，池顶根据工艺要求建设走道，以方便操作管理。3.1生产废水调节池设计计算设置调节池的原因：调节水质水量。3.1.1设计参数3生产废水设计流量：100m/d停留时间为：HRT=12h3.1.2池体计算1、所需池体有效容积33V=QT=100m/d×0.5d=50m取有效水深为3.5m，所需池体表面积：2F=V/h=50/3.5=14.28m2、调节池尺寸生产废水调节池平面形状为矩形，有效水深为3.5m调节池宽B取3.8m，则长L为F14.28L==≈3.8mB3.8保护高：h1=0.5m则池总高H=0.5+3.5=4.0m故：生产废水调节池池体内空尺寸为：3.8m×3.8m×4.0m3.2混凝沉淀池-40- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究由于热磨挤压废水的悬浮物很高，必须设计混凝沉淀池用于除去SS，以利于后续厌氧UASB的处理。由于热磨废水循环使用后才外排，因此浓度较高，在进入混凝沉淀池前投加PAC（按实验数据，投加量600mg/L）及PAM（按实验数据，投加量10mg/L）。混凝沉淀池设计选用竖流式结构。3.2.1设计参数3设计流量：100m/d32表面负荷：0.5m/m·h3每天运行16h，处理流量q=6.25m/hmax3.2.2设计计算21、中心管面积f(m)qmaxf=v03式中：q——每池最大设计流量，m/s；maxv0——中心管内流速，m/s，取v0=0.022m/s取池数n=1，则-33qmax=Qmax=100/（16×3600）=1.736×10m/s-32f=1.736×10/0.022=0.0771m22、沉淀部分有效断面积F(m)qmaxF=v式中：v——污水在沉淀池中流速，m/s32取表面负荷q’=0.50m/m·h，则上升流速为-4v=q’=0.50(m/h)=1.389×10m/s-3-42F=1.736×10/1.389×10=12.498m3、沉淀池直径D(m)4FfD==4.002m<8m取整D=4.000m4、沉淀池有效水深h2(m)h2=vt×3600式中：t——沉淀时间，h，取4.0h。-4h2=1.389×10×4.0×3600=2.000m5、校核池径水深比D/h2=4.000/2.000=2<3，符合要求。-41- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究6、校核集水槽每米出水堰的水力负荷q（L/s）0qmaxq0==0.138L/sD可见符合规范规定小于2.9L/(s.m)的要求，不另设辐射式集水槽。37、污泥体积V1(m)由絮凝沉淀实验知V4h=40%，污泥清除时间间隔取5h33V1=100m/d×40%×5/16h=12.5m38、池子圆截锥部分有效容积V2(m)取圆锥底部直径d’为0.3m，截锥高度为h5，截锥侧壁倾角α=60°，则圆截锥部分的高度h5=（R-r）tanα0=（2.00-0.15）tan60=3.204m取h5=3.2m圆截锥部分容积h522V2=RRrr33.143.2223=220.150.15=14.477m39、中心管直径d0(m)4fd0==0.313m取整d0=0.300m10、中心管喇叭口下缘至反射板的垂直距离h3(m)qmaxh3==0.228mvd11取整h3=0.25m式中：v1——污水由中心管喇叭口与反射板之间的缝隙留出流速，m/s，取v1=0.006m/sd1——喇叭口直径，m。d1=1.35d0=1.35×0.300=0.405m取整d1=0.400m11、沉淀池总高度H(m)H=h1+h2+h3+h4+h5取池子保护高度h1=0.3m，缓冲层高度h4=0.40mH=0.30+2.00+0.25+0.40+3.20=6.15m12、混凝沉淀池设计尺寸示意图3-1所示-42- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图3-1混凝沉淀池设计尺寸示意图Fig.3-1SchematicplotofCoagulationsedimentationtankdesignsize3.3中间水池1#设计参数中间水池1#与生产废水调节池合建池体尺寸（长×宽×高）：3.8m×3.8m×4m有效水深：3.5m保护高度：0.5m水力停留时间：12h3.4UASB3.4.1设计参数3设计流量：Q=300m/d。33其中热磨挤压等生产废水100m/d，木材堆放场污水200m/d。当没有木材堆放场污水时，则只处理生产废水。其中热磨挤压等生产废水经混凝沉淀预处理后，COD浓度5525mg/L，木材堆放场污水COD浓度1000mg/L。设计进水COD浓度：C0=2508mg/L。-43- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究3容积负荷：2.8kgCOD/m·d反应区高度：6.5m3.4.2池体计算(1)反应区的有效总容积QC0-3V=×10Sv3式中：V——UASB反应器区的容积，m；3Q——废水设计流量，m/d；3Sv——可溶性有机物的容积负荷，kgCOD/（m·d），与消化反应温度、废水性质、布水均匀程度、颗粒污泥浓度有关。C0——原废水的总COD浓度，mg/L，即包括溶解性COD与悬浮COD。-33V=300×2508×10/2.8=270m3取1个矩形池子，则单个池子的有效容积V=270m(2)反应区表面积VA=H式中：H——反应区的高度，m；2A=280/6.5=41.54m从布水均匀性和经济性考虑，矩形长宽比在1~2之间较为合适，故设计UASB长×宽为9.2m×4.6m则，反应区实际面积：2A=9.2×4.6=42.32m取保护高度0.5m则UASB池体尺寸（长×宽×高）：9.2m×4.6m×7.0m(3)校核反应区表面水力负荷q=Q/A3232=0.295m/m.h<0.5m/m·h3.4.3三相分离器的设计1、沉淀区的设计沉淀区的表面负荷率：Q32q==300/42.32=0.295m/m·hA32[46]此值<1.0m/m·h，满足要求。三相分离器由上、下两组三角形集气罩组成，为了保证良好的沉淀效果，取h1+-44- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究[46]h3=1.5m。2、回流缝的设计[46]取上下三角形集气罩斜面的水平倾角θ=55°，下三角集气罩高h2=1.2m，根据公式：h2q==0.84mtan[46]取单元三相分离器的宽度b=2.3m，根据：b2=b-2b1可求得下三角形集气罩之间的回流缝宽度b2=2.3-2×0.84=0.62m[46]下三角形集气罩之间回流缝的面积：S1=b2×1×n=0.62×9.2×2=11.408流速QV1==1.096m/h，<2m/h，满足要求。S1[46]令上三角形集气罩回流缝的宽c=0.35m，根据：2S2=c×1×2n=0.35×9.2×2×2=12.88mQV2==0.9705m/hS2[46]上述结果可满足V2的要求。该三相分离器可以脱去直径等于或大于VABa[46]0.008cm的沼气气泡。所确定的三相分离器构造尺寸可以达到良好的气固液分离效果。3.5混合废水调节池3.5.1设计参数3有效容积：330m池体尺寸（长×宽×高）：9.9m×7.4m×5m有效水深：4.5m保护高度：0.5m水力停留时间：17.6h3.6接触氧化池接触氧化池采用推流式设计，池体与混合废水调节池合建，以节省土建工程费用。3.6.1接触氧化池设计参数333最大流量Q=450m/d=18.75m/h（其中，热磨挤压等生产废水100m/d；生活废水33150m/d；木材堆放场污水200m/d）33容积负荷Nv=0.252kgBOD5/m·d（取值小于实验容积负荷0.474kgBOD5/m·d）进水BODLi=360mg/L出水BODLe=10mg/L气水比20：13.6.2池体尺寸确定(1)有效体积（V）QLiLe3V==625mNv3式中：Nv—容积负荷，kgBOD5/m·dLi—进水BOD，mg/L；Le—出水BOD，mg/L；接触时间t=V/Q=625/18.75=33.3h(2)接触氧化池总高度H0-47- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究填料层高度H=3m则H0=H+h1+h2+h3=2.5+0.5+0.3+1.2=5.0m式中：H--填料层高度H=3mh1--超高h1=0.50mh2--填料上水深h2=0.3mh3--配水区高度h3=1.2m氧化池总面积2F=625/4.5=138.88m(3)接触氧化池平面尺寸接触氧化池按推流式设计，根据现场的实际情况，建成二廊道，廊道宽度3.2米，单个廊道长度21.7米。廊道的长宽比为：L/B=21.7/3.2=6.78>5符合设计规范第一个廊道的前端设置生物选择池，有效尺寸（长×宽×高）：3m×3.2m×4.5m3生物选择池水力停留时间为:3m×3.2m×4.5m÷18.75m/h=2.3h3(4)填料总体积：V’=FH=138.88×3=416.64m填料采用弹性填料3.7二沉池1、设计参数33设计流量：Q=450m/d=18.75m/h32表面负荷：0.53m/（m·h）沉淀部分尺寸：L×B=11.7m×3m3堰口负荷：1.73L/(s·m)=6.25m/（m·h）池体与接触氧化池、混合废水调节池合建，以节省土建工程费用。2、三角堰的设计33[47](1)Q=450m/d=18.75m/h=5.21L/s<100L/s故采用三角堰(2)堰长L=18.75/6.25=3m(3)取θ=60°H=0.03m2.5-43则，单个堰口过堰流量q=0.862H=1.29×10m/s三角堰个数n=Q/q=40.4个取n=41个3、配套设备配行车式泵吸泥机一台，型号JBHX-3。吸泥机自控运行，间歇运转。3.8中间水池2#-48- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究设计参数3有效容积：54m结构尺寸：4m×3m×5m保护高度：0.5m池体与接触氧化池、沉淀池合建，以节省土建工程费用。3.9雨水调节池设计参数3有效容积：2281m结构尺寸：29.4m×19.4m×5m有效水深:4m保护高度：1m池体与接触氧化池及混合废水调节池合建，以节省土建工程费用。3.10组合气浮设置两台气浮装置，一小一大。以满足热磨废水、生活废水和小雨量堆放场污水的日常处理；并且能够使暴雨来临时受污染的雨水经气浮处理后迅速外排。3组合气浮1#型号F-20设备额定处理能力：480m/d3组合气浮2#型号F-100设备额定处理能力：2400m/d3.11污泥浓缩池32有效容积：25m占地面积6m3.12板框压滤机2压滤面积：50m3.13总平面布置图和高程布置图-49- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图3-3总平面布置图Fig.3-3Generalarrangementplan-50- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究图3-4高程布置图Fig.3-4Elevationlayoutplan-51- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究第四章工程的调试、稳定运行及验收4.1现场调试阶段1、工程竣工后立即进入调试阶段，厌氧UASB及接触氧化池均采用柳州市龙泉山2污水处理厂（采用AO工艺）生化脱水污泥接种，接种污泥含水率约为80%。厌氧UASB33的接种污泥量为18m；接触氧化池的接种污泥量为12m。污泥首先投入生产废水调节池，加水浸泡后，再用螺杆泵输送至UASB反应器及接触氧化池。2、由于并不是采用厌氧污泥接种，因此UASB投配了污泥后，并不急于进生产废水，而是先让污泥自行厌氧7天，然后再开始逐步进水驯化污泥。好氧接触氧化池投配了菌种后，先加入生活污水闷曝，让填料顺利挂膜；然后每天只进生活污水，直至UASB出水。由于UASB是逐渐提高混凝沉淀后的进水量，因而接触氧化池的负荷也是逐渐提高，这令整个生化部分的调试非常顺畅。3、UASB工艺段加入部分生活污水，由于生活污水含有丰富的可供微生物生长的氮磷元素，并且使混合污水具有很好地可生化性，故解决了厌氧阶段的两个问题：(1)无需另外投加营养盐，降低了运行费用；(2)提高了难生化纤维板废水的可生化性。4、现场进行了加压溶气气浮工艺对纤维板废水进行预处理的对比实验，实验中发现在该段采用溶气气浮工艺是不可行的。实验过程中有大量泡沫产生，泡沫性状稳定、不易破裂。这导致溶气罐浮球工作异常（被泡沫托起，无法落下），空压机一直处于工作状态，溶气罐液位很低，溶气效率低下、气浮机无法正常工作。究其缘由，可能是南方纤维板生产废水中富含容易起泡的物质，比如有机酸等。5、在混凝气浮工艺段，现场调试过程中发现投加PAC和PAM复合混凝剂有利于提高出水水质及方便后续浮渣的处理。根据组合气浮设备的工作原理究其原因：(1)以PAC作为混凝药剂，与废水发生絮凝反应，形成微絮体矾花，在助凝剂PAM的作用下，形成较大矾花，更有利于SS的分离，因而提高了出水水质；(2)在气浮部分，形成的粗粒大矾花被微小气泡不断沾附，其周围被大量溶气气泡包围，使整体密度小于水，从而浮上水面，形成浮渣，在刮渣机的作用下进行固液分离[48,49]。(3)随着微小气泡的不断上升，已经浮于水面的浮渣被上升的微气泡不断压缩，使浮渣层越来越密实，含水率不断减少，对后续浮渣的处理非常有利。6、只经过两个月的驯化与调试，出水各项指标均达到设计目的。工程投入正常运行以来，出水一直稳定达标。由于厌氧UASB及接触氧化池设计比较保守，二沉池水质不错，上清液的BOD5一般小于5mg/L，业主方还在二沉池中养起了金鱼。-52- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究4.2稳定运行阶段工程进入稳定运行阶段，每隔3天对各个工段进出水COD进行测试，结果及分析如下：4.2.1混凝沉淀工段对COD的去除190009517000150008513000进水COD7511000出水COD去除率（%）COD(mg/L)900065COD去除率（%）7000555000300045051015202530时间（d）图4-1混凝沉淀工段对COD的去除Fig.4-1EffectofCoagulationsedimentationsectionontheCODreamoval由图4-1可知，进水COD浓度在13521~18100mg/L之间波动，出水COD随着进水浓度的波动在5032~5973mg/L之间变化，去除率基本稳定在65%左右，与实验结果基本一致。4.2.2厌氧UASB工段对COD的去除-53- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究90650085550080450075进水COD70出水COD3500去除率（%）COD(mg/L)652500COD去除率（%）6015005550050051015202530时间（d）图4-2厌氧UASB工段对COD的去除Fig.4-2EffectofUASBsectionontheCODreamoval3厌氧UASB工段加入了约10%(每天5~10m)的生活污水。上图显示：进水COD浓度在4729~5800mg/L之间波动，出水浓度稳定在1332~1827mg/L之间。去除率平均达到70.1%，高于实验所达到67%。估计是因为加入了生活污水后，提高了废水的生化性能所致。UASB的运行受到温度影响较大，总体看来夏季的COD去除率较为稳定，冬季水温低于18℃时，则在中间水池1#采用蒸汽加热提高水温。4.2.3接触氧化工段对COD的去除10001009509008508009075070065060080进水COD550500出水COD450COD(mg/L)40070去除率（%）350COD去除率（%）3002502006015010050050051015202530时间（d）图4-3接触氧化工段对COD的去除Fig.4-3EffectofContactoxidationsectionontheCODreamoval-54- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究3接触氧化工段每天加入50~100m的生活污水。图4-3显示，进水COD浓度在700~930mg/L之间波动，出水则随着进水浓度在68~107mg/L之间波动。进水COD均值为777.5mg/L，出水均值为82mg/L，COD平均去除率为89.45%。由于进水COD浓度比实验时(约1200mg/L左右)低，故出水浓度低于实验出水浓度（125mg/L）。4.2.4混凝气浮工段对COD的去除150401401303512011030100进水COD9025出水COD80去除率（%）COD(mg/L)7020COD去除率（%）605015403010051015202530时间（d）图4-4混凝气浮工段对COD的去除Fig.4-4EffectofCoagulationflotationsectionontheCODreamoval由图4-4可知，混凝气浮工段进水COD均值为82mg/L，出水均值为58.3mg/L，平均去除率仅为28.9%，远低于实验阶段的数据（41%）。最高去除率是在进水浓度为107mg/L的情况下获得的35.5%的去除率，最低去除率是在进水浓度为68mg/L的情况下获得21.8%的去除率。可见，进水浓度高，则COD的去除率也高，反之亦然。4.2.5近期运行情况下表为2012年10月至2013年4月期间，本工程进出水水质均值。-55- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究表4-12012年10月～2013年4月污水平均进出水水质Table4-1InfluentandeffluentsewagequalityfromOctober2012toApril2013onaverage-1单位：mg·L，pH值无量纲，色度（倍）项目pHSS色度CODcrBOD5氨氮生活废水7.375451527342热磨废水5.61350610001652045891852污水处理站出口7.5825654.20.387排放标准6~970501002015从上表可知，污水处理站出口各项指标均达到《污水综合排放标准》的一级排放标准。4.2.6运行费用统计在项目运行的过程中，对项目的运行费用进行了统计。项目吨水的处理电费及药剂费约为1.86元左右。表4-2吨水费用表Table4-2Expensesstatementofpertonneofwater单位：元名称费用PAC0.72PAM0.29碱0.25电费0.60合计1.86注：处理量以100t/d热磨生产废水和150t/d生活污水计。4.3监测验收阶段当地环保主管部门监测站对本工程项目的进出水水质进行了项目竣工环境保护验收监测。其监测结果表明，本项目的出水水质指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准，与设计相符合。项目的验收监测验收表附图如下：-56- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究-57- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究-58- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究第五章结论与展望5.1结论(1)实验及工程实践证明：“混凝沉淀+UASB+接触氧化法+混凝气浮”工艺对中（高）密度纤维板生产废水处理是可行的。只要工艺参数控制得当，出水水质完全可以满足GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准的要求。(2)在混凝沉淀预处理中，投加药剂PAC及PAM，其中PAC投加量为600mg/L，PAM投加量为10mg/L，pH为7.5时，废水COD去除率可达65%；实验确定了在生化处理3阶段的工艺参数，其中厌氧UASB的容积负荷在4.58kgCOD/m·d，COD去除率可达367%；好氧接触氧化法容积负荷为0.474kgBOD/m·d，水力停留时间为24h，COD的去除率可达89.8%。(3)实验显示，在深度处理步骤中采用混凝气浮法优于生物活性炭法。根据经验，其原因是纤维板废水经过UASB+接触氧化法处理后，残留COD的主要成分是难以生物降解的物质，故微生物很难降解，无法达到边吸附边降解的平衡。(4)土建工程的设计中，将混合废水调节池、接触氧化池、二沉池、中间水池2#及雨水调节池合建成一个组合水池，池壁共用，大大节省了占地面积及工程投资。(5)工程建成调试好后，出水水质优于预期，其中二沉池水质已经能够饲养景观金鱼，得到了普遍赞誉。经环保主管部门验收监测表明，本工程出水COD均值36mg/L，BOD5均值2.6mg/L，其余各项指标均远低于GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级排放标准。(6)本工程投入运行后，化解了企业与周边民众的污染纠纷，减轻了废水对环境的污染，收到了很好的社会效益与环境效益。(7)本研究成果可作为以速生桉及松木为主的我国南方纤维板生产废水治理的示范工程。5.2展望本项目采用“混凝沉淀+UASB+接触氧化法+絮凝气浮”工艺处理中（高）密度纤维板生产废水。项目实施的过程中积累了一些经验，也暴露出一些问题，有待以后的工程中加以改进。（1）工程实践反馈在好氧接触氧化阶段，污泥性状异于的其他工程，比较粘稠、密度较大，极易堵塞旋混曝气头。由于曝气头位于填料支架之下，一旦堵塞，更换十分麻烦，建议以后项目采用微孔曝气头以抗堵塞。（2）木头削片是企业的瓶颈工序，近年来很多木业企业为了提高产量而大量外购木-59- 广西大学工程硕士论文速生桉类纤维板生产废水处理工艺技术的研究片，外购木片的含水率一般都很高，导致热磨挤压废水量激增。如何在现有污水处理站的基础上挖掘潜能，有待于进一步的研究。-60- 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