申请日2008.09.18
公开(公告)日2009.01.21
IPC分类号C02F9/14; C02F1/44; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种基于膜生物反应装置处理造纸废水的工艺方法，首先废水进水经过初沉淀池处理后先进行好氧处理，好氧处理过程中利用优势菌对废水进行降解，优势菌菌悬液的添加量为15～30g/L，水力停留时间8～30小时，溶解氧浓度控制在2～8mg/L;经好氧处理后混合液沉淀0.5～2h;再在溶解氧浓度为2～8mg/L的条件下经纳滤膜过滤器过滤分离，产生的渗透液回收循环使用或直接排放。本发明方法提高了生物细菌的利用率，进一步简化了处理工艺和步骤，提高了对造纸废水的处理效果。
权利要求书
1、一种基于膜生物反应装置处理造纸废水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)好氧处理：废水进水经过初沉淀池处理后先进行好氧处理，好氧处理过程中利用优 势菌对废水进行沉降和降解，优势菌菌悬液的添加量为15～30g/L，水力停留时间8～30小时， 溶解氧浓度控制在2～8mg/L;
(2)沉淀处理：经好氧处理后混合液沉淀0.5～2h;
(3)膜过滤处理：沉淀处理后的澄清液经纳滤膜过滤器过滤分离，纳滤膜过滤器在溶解 氧浓度为2～8mg/L的条件下进行过滤，过滤后产生的渗透液回收循环使用或直接排放。
2、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述优势菌是用同步培养法对活性污泥 进行驯化、分离浓缩后筛选得到，所述优势菌是假单胞菌属、戈登氏菌属中的任意一种细菌。
3、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述纳滤膜过滤器是采用侵入式或外置 式安装，纳滤膜过滤器选用的纳滤膜的材质为改性的亲水性无机支撑介孔材料，所述纳滤膜 的孔径为2～50nm。
4、根据权利要求3所述的工艺方法，其特征在于所述亲水性无机支撑介孔材料为纳米二 氧化硅材料。
5、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述工艺方法的一个处理周期为5～20 分钟，反洗5～30秒，反洗水为经处理后得到的渗透液。
说明书
基于膜生物反应装置处理造纸废水的工艺方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种生物反应器与膜过滤器联用处理造纸废水的工 艺方法。
背景技术
造纸行业是我国的一个支柱产业，据统计，2007年全国造纸工业排放废水量35.6亿吨， 约占全国工业废水总排放量的16.1%，居第二位;排放废水中COD排放量为168.2万吨，约 占全国工业废水中COD排放总量的33.0%，为全国第一污染行业。我国造纸企业的原料以非 木质纤维为主，制浆生产过程排放的造纸黑液是环境的主要污染物，制浆造纸废水浓度高， COD、BOD含量大，草浆黑液的处理技术在世界范围内还未完全解决，特别是中规模的造纸 企业在这方面更有欠缺，可以说，以草浆为原料的中小造纸厂，生产即代表着污染。目前， 全球造纸原料中木材已占到93%以上。世界上主要造纸国家，如美国、加拿大，日本、瑞典、 芬兰等，几乎全部用木材纤维造纸，之所以广泛采用木材造纸，是因为木材更适合现代造纸 行业对生产规模、技术改进、产品质量和环境保护的各项要求。选择木材作为造纸原料，可 以扩大企业规模，提高产品品质，而且在控制污染方面也有成熟的工艺;同时，用木材作为 原料可以促使产业向循环经济方向发展，所以中国近年来也大力发展木材制浆造纸。
制浆造纸废水含有的化合物主要来源于制浆所用的木材或其它植物纤维原料以及生产过 程中添加的化学品。采用的原料和生产工艺过程会极大影响废水的组成，其中制浆工艺对废 水组成影响尤为显著。采用高得率制浆工艺技术具有制浆得率高、原料消耗低、污染轻、纸 浆适用性广泛等特点;采用不产生有机氯化物的新漂剂，能使漂白废水中的BOD、COD和 AOX等含量比化学浆少很多，生产过程排放废液的污染负荷减轻，废液的回收处理比较简单， 排放的废水具有可生化性。
国内外目前应用于制浆造纸废水处理的生物反应器主要有好氧型和厌氧型生物反应器， 如高效生物反应器(high performance compact reactor HCR)、生物流化床、曝气生物滤池 (biological aerated filter，简称BAF)、膜生物反应器(membrane biology reactor，MBR)、 上流式厌氧污泥床、其它复合式生物反应器、悬浮填料生物反应器等。随着高得率木材制浆 造纸技术代替非木材制浆造纸技术，原有的生物反应器已经受到来自各方面要求的挑战。所 以开发、研究和应用新型高效废水生物处理工艺，如生物反应器与膜分离器的结合、生物处 理与化学处理相结合的组合工艺，已成为世界各国水污染控制工程领域研究的重要课题。
纳米科技是21世纪主导科学中前沿的主题科学，纳米材料和技术是纳米科技领域中最具 活力、研究内容十分丰富的学科分支，如果能将纳米技术应用于造纸废水生物反应器中，并 结合纳滤膜生物反应器和高效好氧型生物反应器，开发一种新型的木浆造纸废水处理的组合 工艺，这对今后造纸工业废水的处理将具有极高的实用价值和现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生物利用度高、工艺步骤简 单、废水处理效果好的基于膜生物反应装置处理造纸废水的工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于膜生物反应装置处理造纸废水 的工艺方法，包括以下步骤：
(1)好氧处理：废水进水经过初沉淀池处理后先进行好氧处理，好氧处理过程中利用优 势菌对废水进行沉降和降解，优势菌菌悬液的添加量为15～30g/L;好氧处理时的水力停留时 间为8～30小时，溶解氧浓度控制在2～8mg/L;所述优势菌一般是用同步培养法对活性污泥进 行驯化、分离浓缩后筛选得到，所述优势菌可以是假单胞菌属、戈登氏菌属中的任意一种细 菌，其可以有效降解造纸废水中的木质素、芳香烃类等有毒有机污染物;
(2)沉淀处理：经好氧处理后的混合液沉淀0.5～2h;
(3)膜过滤处理：沉淀处理后的澄清液经纳滤膜过滤器过滤分离，纳滤膜过滤器在溶解 氧浓度为2～8mg/L的条件下进行过滤，过滤后产生的渗透液回收循环使用或直接排放，优势 菌通过回流后可继续用于好氧处理工序。
上述废水进水主要是指来源于木浆造纸不同工段的废水，不同工段废水中主要含细小纤 维及木材成分等有机质，不同工段废水首先经固液分离，且化学需氧量(CODcr)控制在 1200～3000mg/L后作为废水进水进入初沉池。
上述好氧处理过程是在好氧处理池中进行，上述沉淀处理过程是在沉淀池中进行，而膜 过滤处理是通过纳滤膜过滤器进行，所述好氧处理池、沉淀池和纳滤膜过滤器构成膜生物反 应装置，膜生物反应装置的各组件均可以自动控制，集成程度高，运行数据和水质数据可在 线采集处理。所述纳滤膜过滤器可以采用侵入式或外置式安装，纳滤膜过滤器选用的纳滤膜 的材质为改性的亲水性无机支撑介孔材料，优选纳米二氧化硅材料;所述纳滤膜的孔径优选 为2～50nm。
上述工艺方法的一个处理周期(即膜生物反应装置的一个运行周期)为5～20分钟，反洗 5～30秒，反洗水为膜生物反应装置产水(即经处理后得到的渗透液)。纳滤膜过滤器中纳滤 膜的清洗采用在线加药强化反洗与离线化学清洗相结合，清洗一周一次，化学药剂用酸、碱、 氧化剂或杀菌剂，纳滤膜的使用周期为360天。
生物处理作为经济、合理、有效的水污染控制手段，仍然是造纸废水处理中不可缺少的 重要组成部分，与现有单纯的生物处理技术相比，本发明的优点在于使用了膜生物反应装置， 这大大增加了优势菌在膜生物反应装置中的存留时间，使之可以反复、连续地使用，提高了 生物细菌的利用率;而针对高效清洁木材制浆造纸废水的特点，本发明采用纳滤膜过滤器和 高效好氧型生物反应处理池相结合的膜生物反应装置作为工艺方法的主体设备，利用纳滤膜 的吸附截留和优势菌的生化处理，使得木材制浆造纸废水的处理效果得以大大提高，步骤也 大大简化。另外，本发明采用纳米材料进行纳滤膜过滤器组件的制备，这不仅加强了膜生物 反应装置对污染物的吸附分离，减少了膜污染，而且由于纳米材料粒径小、比表面大，与生 物处理联用后可以进一步提高膜生物反应装置的生物利用度，提高废水处理的效能。
由上可见，本发明的工艺方法集成了纳滤膜过滤工艺与生物反应处理工艺的优点，实现 了造纸废水的高效深度处理，处理后的渗透液经检测各项指标均优于造纸生产用水，满足造 纸工艺的用水要求，可直接回用到造纸生产中，实现了造纸废水的循环再利用;同时，处理 后的渗透液也符合排放标准，可直接达标排放。本发明的工艺方法可广泛应用于制浆生产废 水、造纸生产废水的处理，对环境保护和水污染的治理具有积极意义。