棉漿粕黑液廢水處理技術(shù)
在我國化纖漿粕生產(chǎn)中主要以棉短絨制成棉漿作為各種纖維產(chǎn)品的原材料，而在漿粕車間生產(chǎn)棉漿過程中產(chǎn)生大量黑液，具有COD高、色度高、黏度大、呈強(qiáng)堿性且難降解的水質(zhì)特點。
目前已經(jīng)研究的棉漿粕黑液處理及脫色技術(shù)包括Fenton試劑氧化法、酸析法、生化法、濕式空氣氧化法、鼓泡脫色法等，但是所處理黑液大多為稀黑液，其COD一般在3000~14000mg/L，而且各種方法均存在不足之處。筆者主要根據(jù)新疆某纖維有限公司所排廢水為研究對象，針對該廠漿粕車間黑液排水COD高（最高可達(dá)21800mg/L）且排水不穩(wěn)定的特點，以及漿粕車間中段水和紡絲車間黏膠廢水水質(zhì)特點，針對性地做了以黑液為處理對象的電化學(xué)-絮凝試驗，以黑液和黏膠廢水混合液以及三種廢水混合液為處理對象的混凝沉淀試驗，還有以黑液和中段水混合液為處理對象的生化處理中試試驗。通過不同小試和中試試驗，研究處理該廠棉漿黑液的有效方法并確定出最佳處理工藝。
1廢水來源及性質(zhì)
該纖維廠漿粕車間主要生產(chǎn)工藝是將經(jīng)打碎和分離后的棉短絨傳送至蒸球中，加入堿液并在高溫高壓條件下進(jìn)行脫絨，其中排出的蒸煮液即為黑液，將脫絨后的原料進(jìn)行濃縮和過濾，其間排水即為中段水，再將過濾雜質(zhì)后的原料進(jìn)行漂白（包括酸洗和堿洗），再通過重力圓網(wǎng)濃縮機(jī)將濃縮后的薄片狀漿粕為原料送至其他生產(chǎn)車間。在紡絲車間里，黏膠纖維在生產(chǎn)的過程中，堿溶液中纖維素磺酸酯在酸浴中分解成再生纖維素纖維，其間排出的廢水為黏膠酸性廢水。
黑液臭味濃、堿性大、色度高、COD高且難降解，其COD為9000~21800mg/L，pH為12~14；中段水COD低，范圍在500~1000mg/L，偏弱酸性或中性；而黏膠廢水COD較中段水高，范圍在1000~1300mg/L，強(qiáng)酸性，pH為1~2。
2電化學(xué)-絮凝試驗
試驗廢水采用新疆某纖維廠漿粕車間未經(jīng)處理的蒸煮原黑液，電解所用電源為WYJ-10A/30V直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，混凝所用攪拌器為HJ-6型多頭磁力攪拌器，pH測定采用pHS-3C型酸度計，陽極板為RuO2-Ti，大小為2cm×4cm；陰極板為不銹鋼，大小為2cm×4cm。
取900mL黑液于塑料燒杯中，加鹽酸調(diào)節(jié)pH至3，將陰陽極板分別用銅線連接至直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，并用鐵架臺以間距5cm固定在黑液中，通以15V的恒定電壓。在電解1h后做預(yù)處理，即加入200mg/L的聚合氯化鋁和3mg/L的聚丙烯酰胺于磁力攪拌器上進(jìn)行混凝沉淀，靜置30min后將上清液倒出繼續(xù)電解3h，每30min取上清液分別測定一次COD以及色度。試驗結(jié)果如表1所示。
表1黑液處理水質(zhì)分析
黑液呈強(qiáng)堿性且難降解，即使加酸調(diào)節(jié)后也無法直接加藥絮凝。在試驗過程中，通過單因素法，調(diào)節(jié)黑液pH分別為2、3、4時做了小試試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)節(jié)廢水pH=2和pH=3時，電解1h后廢水產(chǎn)生少量絮體，而在pH=4的時候，電解1h后無絮體產(chǎn)生。
由表1可見，在調(diào)節(jié)廢水pH=3后，通過1h電解使其破穩(wěn)，再通過加藥絮凝做預(yù)處理，此時COD去除率達(dá)到46.1%，色度去除率可達(dá)90.4%；經(jīng)過3h電解，結(jié)合絮凝處理，最終COD去除率達(dá)到62.4%，色度去除率可達(dá)98.4%。該試驗成功實現(xiàn)以電解和絮凝聯(lián)合處理黑液的方式有效降低了廢水的色度，且COD去除率隨電解時間變長而不斷增大，出水pH也隨電解時間變長而升高。
電化學(xué)和絮凝聯(lián)合處理黑液所達(dá)到的效果，為處理黑液做了有效的引導(dǎo)，其中最重要的兩個因素，一是調(diào)節(jié)黑液pH≤3；二是通過電解實現(xiàn)廢水中高分子難降解有機(jī)物質(zhì)的脫穩(wěn)和降解。但是整個處理過程中需要額外加酸調(diào)節(jié)廢水pH，同時消耗電能，因此在下面的試驗中，筆者以電化學(xué)-絮凝試驗為指導(dǎo)，尋找替代鹽酸調(diào)節(jié)黑液pH的物質(zhì)以及替代電解來實現(xiàn)難降解有機(jī)物脫穩(wěn)的方法。
3絮凝沉降試驗
考慮到該纖維廠所排酸性廢水和中段水可替代鹽酸調(diào)節(jié)黑液pH，同時對原黑液進(jìn)行稀釋，并且發(fā)現(xiàn)三種廢水經(jīng)一定比例混合后可直接加藥絮凝。
試驗廢水同樣采用該纖維廠漿粕車間未經(jīng)處理的黑液、該車間中段排水以及紡絲車間黏膠酸性排水，混凝所用攪拌器為HJ-6型多頭磁力攪拌器，將各廢水按照一定體積比混合進(jìn)行絮凝沉降試驗。根據(jù)上述電化學(xué)-絮凝試驗得出黑液pH≤3時可通過電解產(chǎn)生絮體，于是在這里分別做兩組試驗，組1是V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4；組2是V（黑液）∶V（黏膠廢水）=1∶4，可調(diào)節(jié)pH在3以下，然后各加入200mg/L的聚合氯化鋁和3mg/L的聚丙烯酰胺在磁力攪拌器上做絮凝沉降試驗。試驗結(jié)果如表2所示。
表2絮凝沉降試驗分析
由表2可見，將黑液、中段水與黏膠廢水混合后得到偏酸性混合廢水，對原黑液進(jìn)行了稀釋，COD相對較低。最終通過絮凝沉降法處理混合液，其COD的去除率達(dá)40%左右，而色度去除率可達(dá)80%。還利用了酸析〔3〕的原理，在加入黏膠酸性水后，混合液產(chǎn)生了少量的絮體，但絮體較輕漂浮在廢水表層，通過加入絮凝劑可形成大的絮體并迅速沉降。
4生化處理現(xiàn)場中試試驗
試驗廢水采用漿粕車間未經(jīng)處理的黑液、中段水以及紡絲車間黏膠酸性排水，試驗方法是：按V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合作為原廢水，通過加藥絮凝沉降后，經(jīng)過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)廢水pH，再經(jīng)過水解酸化池-好氧池-二沉池。其中活性污泥取自新疆某造紙廠廢水處理的生化池并經(jīng)過馴化。整個試驗過程中水解酸化池和好氧池停留時間均為16h。試驗結(jié)果如表3所示。
表3生化試驗分析
由表3可見，三種廢水的混合液在整個系統(tǒng)處理過程中，混合廢水經(jīng)加藥絮凝后COD去除率達(dá)37%~45%，COD最終去除率達(dá)到70%以上。好氧池出水COD均在300mg/L以下，滿足二級排放標(biāo)準(zhǔn)。
5工藝優(yōu)化
綜合考慮以上試驗的處理效果和實際成本，要盡量在達(dá)到較好處理效果的同時相應(yīng)降低水處理成本。鑒于電化學(xué)法單獨處理黑液成本過高，在這里選擇V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合進(jìn)行處理；旌虾髲U水被稀釋，COD大大降低，運用混凝沉淀方法COD去除率可達(dá)37%~45%，因此選擇以“調(diào)節(jié)+混凝沉淀工藝+pH調(diào)節(jié)”為預(yù)處理方式。最終經(jīng)過好氧處理后，COD去除率可達(dá)70%，由于該纖維廠位于離沙漠較近的地帶，而人工濕地可作為生物處理后的深度處理，其COD去除率一般在80%以上。因而在主體工藝的選擇上，采用水解酸化-好氧處理，將沉淀后的出水經(jīng)在建管網(wǎng)輸送到沙漠后，再進(jìn)行人工濕地（潛流+表流）處理后進(jìn)入水景塘，利用該水源在沙漠邊緣再造一片綠洲。工藝流程如圖1所示。
圖1優(yōu)化的工藝流程
6討論與結(jié)論
（1）通過電解-絮凝可實現(xiàn)對純黑液的有效脫色，其中需要加入鹽酸調(diào)節(jié)廢水pH至3左右，最終COD去除率可達(dá)到62.4%，色度去除率可達(dá)98.4%。該方案由于需要消耗大量電能及酸，處理成本偏高。
（2）考慮到黑液COD高，在強(qiáng)堿性下難降解的特性，采取與COD較低的中段水以及強(qiáng)酸性的黏膠廢水混合達(dá)到稀釋和調(diào)酸的目的，通過“以廢治廢”節(jié)省了額外投加酸的成本，并在此可直接加入藥劑進(jìn)行絮凝沉淀預(yù)處理，其對COD的去除率達(dá)到40%，色度去除率可達(dá)80%，出水可經(jīng)調(diào)節(jié)池中和后進(jìn)入生化池，該方案運行成本低且所采用的工藝成熟、操作運行簡單可靠。
（3）在生化中試試驗中，通過按V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合，經(jīng)絮凝沉淀后調(diào)節(jié)pH至中性再進(jìn)入水解酸化池和好氧池，最終去除率可達(dá)70%，出水滿足二級排放標(biāo)準(zhǔn)。
綜合三種試驗處理效果分析，可得出該廠黑液最佳處理工藝，通過V（黑液）∶V（中段水）∶V（黏膠廢水）=1∶4∶4混合，將黑液水、中段水、酸性廢水按照比例混合后可先進(jìn)行以“調(diào)節(jié)+混凝沉淀工藝+pH調(diào)節(jié)”的預(yù)處理，再進(jìn)行水解酸化、好氧處理后經(jīng)在建管網(wǎng)輸送到沙漠，再進(jìn)行人工濕地（潛流+表流）處理，最終排水可以滿足國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。筆者通過試驗室小試及現(xiàn)場中試試驗優(yōu)化了該類廢水的處理工藝，為該類廢水的處理提供了一定的參考。
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