摘要：選取石家莊市鹿泉造紙廠污水處理站運行的一套CASS系統(tǒng)進行研究．中段廢水是造紙工業(yè)的主要污染源之一，采用CASS工藝處理造紙廢水運行結(jié)果表明：廢水中的有機污染物得到高效降解，COD的去除率達90％以上；易降解和難降解的有機廢水應(yīng)分別采用限制曝氣和非限制曝氣的進水方式為宜；DO可以作為CASS系統(tǒng)去除COD情況的一個指標(biāo)，易于實現(xiàn)自動化控制。

關(guān)鍵詞：CASS工藝,造紙中段廢水,廢水處理,預(yù)處理

造紙廢水是我國主要的工業(yè)污染源之一。造紙廢水具有排放量大、污染物復(fù)雜、難處理等特點。因而嚴(yán)重的阻礙了造紙工業(yè)的發(fā)展．同時也影響著人類生存環(huán)境的改善。中國中、小造紙廠數(shù)量多，分布廣。環(huán)境污染的嚴(yán)重性可想而知。因此，對造紙廢水處理已成為人們最為關(guān)注的課題之一。造紙中段廢水成分復(fù)雜，有機物濃度高，溶解性和膠體性固體多，pH值變化大，帶有顏色和氣味，懸浮物含量高。還含有高分子的染料等，可生化性差，屬于較難處理的工業(yè)廢水。若采用單一的好氧處理工藝很難達到理想的處理效果。所以在生物處理前必須進行物化預(yù)處理降低廢水對生物的毒性。利用厭氧處理中的水解酸化過程將廢水中的難降解有機物轉(zhuǎn)化成易降解的脂肪酸，提高廢水的可生化性，而且還可以達到除磷和部分脫氮功能。該項目中采用水解法進行破環(huán)大分子結(jié)構(gòu)，降低其對生物的毒性。

1 鹿泉造紙污水的來源和特征

1．1現(xiàn)生產(chǎn)狀況

造紙廠是鹿泉市重點企業(yè)。該工程納污范圍為鹿泉造紙廠全廠的生產(chǎn)區(qū)，服務(wù)面積為12畝。造紙廠的主要產(chǎn)品為新聞再生紙。再生紙的年產(chǎn)量達12 000 t。造紙廠現(xiàn)污水中污染物名稱及產(chǎn)量見表1。

1．2 現(xiàn)有排污點及水污染分析

第一排放點源：主要污染物為造紙生產(chǎn)過程中的纖維，有機物等。pH=7～8，SS=600～1 500g／L，COD為 1 500～2 700 mg，L，外排污水量Q=2 000 t／d。第二排放點源：主要污染物為生活污水，外排污水量Q=15 t／d。

現(xiàn)有污水污染源排放點及污染物濃度見表2。

1．3 污水處理規(guī)模

根據(jù)全廠水量平衡圖，該期設(shè)計水量2 0o0 m3／d。未預(yù)見污水量，按以上水量總和的11％ ，計 200 m ／d，上面兩數(shù)相加得該期設(shè)計污水總量為 2 200 m3／d。

1．4 污水水質(zhì)

全廠綜合廢水水質(zhì)：CODcr=I 800 mg／L；BOD5= 850 mg／L；SS=930 mg／L，pH=7．2；色度=260。

1．5 處理后水質(zhì)要求

根據(jù)廠方的要求，外排廢水應(yīng)達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn)。其具體指標(biāo)如下： COD≤ 100 mg／L，BODs≤ 30 mg／L，SS≤30 mg／L，pH= 6-9。

2 污水處理工藝簡介

活性污泥法是我國廣為采用的廢水處理工藝，不僅應(yīng)用于城市污水還大量應(yīng)用于工業(yè)廢水。20世紀(jì)處在英國Adem 和Locket城市污水廠開始采用序批進水的方式。后來研究者開發(fā)和研究了在一個反應(yīng)器內(nèi)采用重復(fù)式曝氣、沉淀、排放的方式，50年代在歐洲隨著氧化溝技術(shù)的發(fā)展．出現(xiàn)了間歇和連續(xù)式序批工藝處理方式。70年代后期，連續(xù)式序批活性污泥法在許多企業(yè)中開始應(yīng)用，這種SBR技術(shù)上的改良方法在90年代發(fā)展較快，像CASS、UNITANK、MSBR等反應(yīng)器并廣泛應(yīng)用于大、中、小型污水處理廠。

該工程采用CASS (即cycle activated sludge sys— tem)生物反應(yīng)器(即循環(huán)式活性污泥法)。

CASS生物反應(yīng)器是SBR工藝的一種改良型工藝。CASS是利用活性污泥基質(zhì)再生理論．將生物選擇器與間歇式活性污泥法加以有機結(jié)合研究開發(fā)的新型高效好氧生物處理技術(shù)。在序批式反應(yīng)器系統(tǒng) (Sequencing Batch Reactor簡稱SBR法)中，曝氣池、二沉池合二為一，在單一反應(yīng)池內(nèi)利用活性污泥完成廢水的生物處理和固液分離，SBR是廢水活性污泥生化處理系統(tǒng)的先驅(qū)，然而直到最近幾年隨著監(jiān)控與測試技術(shù)的飛速發(fā)展，這一技術(shù)才得以完全更新并被美國環(huán)境保護署(USEPA)推薦為一項低投資、低操作成本及低維修費用，高效益的環(huán)境處理新技術(shù)。據(jù)EPA 調(diào)查，在廢水流量一定時，選擇SBR要比傳統(tǒng)的活性污泥法處理費用節(jié)省許多，這一點已被大量的工程實例所證實，特別是在造紙廢水處理工程中得到了廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)中設(shè)備運行效率高，耐沖擊負荷，占地面積小，不易發(fā)生污泥膨脹，有良好脫氮、除磷效果，對一些難降解工業(yè)廢水有良好處理效果，是一種較為理想的工藝。

2．1 CASS工藝流程

高濃度水——>調(diào)節(jié)池——>水解酸化池——>CASS池——>出水

2．2 CASS平面圖(見圖1)

其中：①區(qū)、②區(qū)為預(yù)反應(yīng)區(qū)，③ 區(qū)為主反區(qū)，④區(qū)為沉淀區(qū)，活性污泥連續(xù)從④區(qū)進入① 區(qū)(生物選擇區(qū))(循環(huán)量約為0．1～0．25) 水力停留時間：① 區(qū)0．6h，②區(qū)3h ③區(qū)5h④ 區(qū)1h

3 運行方法與結(jié)果

3．1 水解酸化運行方法

在啟動階段選用城市污水廠水解酸化池內(nèi)污泥，沉降后棄去上清液，以沉淀污泥作為菌種加人適量的造紙廢水和生活污水，進行間歇培養(yǎng)。開始15 d內(nèi)。水力停留時間為24 h．第15-40 d水力停留時間為10 h．以后連續(xù)進水．此時出水顏色較深．懸浮物較高且污泥沉降性差。采用小水量連續(xù)進水，經(jīng)過一周的運行，進水負荷逐漸增至正常狀況，此時出水清澈明凈，出水懸浮物較少，其外觀顯褐黃色，顆粒密實，沉淀速率大。

3．2 CASS池內(nèi)污泥馴化

(1)① 區(qū)和② 區(qū)

啟動階段選用城市污水廠水解酸化池內(nèi)污泥．沉降后棄去上清液．以沉淀污泥作為菌種加人適量的造紙廢水和生活污水，進行間歇培養(yǎng)，在開始10 d內(nèi)。水力停留時間為20 h。第lO～30 d水力停留時間為 10h，以后連續(xù)進水，此時出水顏色較深。懸浮物較高且污泥沉降性差。采用小水量連續(xù)進水，經(jīng)過一周的運行，進水負荷逐漸增至正常狀況并開始回流，此時出水清澈明凈，出水懸浮物較少，其外觀顯褐黑色，結(jié)構(gòu)粗壯，顆粒密實，沉淀速率大。

(2)③區(qū)(好氧區(qū))

啟動階段直接采用城市污水廠二沉池內(nèi)污泥沉降后棄去上清液，以沉淀污泥作為菌種進行接種．加人適量造紙廢水和生活污水進行間歇培養(yǎng)．在開始 15 d內(nèi)，水力停留時間為10h，同時小風(fēng)量悶曝2 h。每天間歇排水兩次，污泥不回流，隨后每天換水兩次。換水量為池容的1／6．15d以后連續(xù)曝氣并連續(xù)進水逐漸增加水力負荷至設(shè)計參數(shù)。

(3)運行結(jié)果

經(jīng)上述工藝處理流程，經(jīng)過6個月運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)表明處理效果穩(wěn)定。試驗結(jié)果見表3、表4。

3．3 回流比對脫氮的影響

① 、② 區(qū)分別是一個無氧或缺氧狀態(tài)，主要促進微生物生長。在好氧條件下，在機物被降解的同時，污水中有機氮被異養(yǎng)菌氧化為氨氮，在供氧充足的條件下。氨氮再被硝化菌氧化成硝態(tài)氮，產(chǎn)生的能量用于合成新的硝化菌細胞。在缺氧條件下，反硝化細菌利用NO 一，通過混合液回流到缺氧段，在缺氧條件下，反硝化細菌利用NO3-作為最終電子受體，氧化水中有機物，用于產(chǎn)能和增殖。與此同時，硝酸鹽被異化還原成氮氣，從水中逸出，從而達到除氮的目的。

通過同時硝化，反硝化實現(xiàn)脫氮必須連續(xù)測定池子主曝氣區(qū)的溶解氧數(shù)值，并加以控制調(diào)節(jié)，在曝氣階段需要不斷調(diào)節(jié)溶解氧水平．在曝氣開始時．溶解氧控制在較低的水平(約O．2～O．5 mg／L)，直到在曝氣階段結(jié)束前，才使溶解氧達到最高水平(約2～3 rag／L)。這種運行方式無需如前置反硝化系統(tǒng)那樣需要將硝酸鹽氮從硝化區(qū)回流至反硝化區(qū)，因此可省去內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，而且在CASS系統(tǒng)中，也不需要單獨設(shè)置一個缺氧運行階段以進行反硝化。

主曝氣區(qū)進行上述過程時．在選擇器中．大量吸收的易降解物質(zhì)得到水解并轉(zhuǎn)移至細胞內(nèi)，從而提高了后續(xù)主曝氣區(qū)內(nèi)微生物的呼吸速率，加速了整個過程的進行。

可以采用穩(wěn)定的自動化控制和先進的探測儀器和設(shè)備，以保證出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的要求。

4 結(jié)論

(1)造紙廢水采用CASS法進行處理，曝氣時間較傳統(tǒng)的生物氧化法大大減少，曝氣區(qū)HRT僅為6 h，而傳統(tǒng)生物氧化法處理造紙廢水曝氣時間一般在10 h 以上，可見該工藝有明顯節(jié)能效果。

(2)水解酸化池內(nèi)的一些酸化細菌，由于其世代時間短、生長繁殖快的特點，降低了廢水抗生素的毒性，促進難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易降解物質(zhì)。為后續(xù)好氧階段制造了良好的條件。

(3)CASS池好氧區(qū)內(nèi)，在生物的自身新陳代謝過程中，溶解氧過多不僅浪費大量能量．而且還阻礙生物脫氮?？赏ㄟ^建立相應(yīng)生物降解—— 溶解氧模型來解決此問題，還可以通過自控系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)進風(fēng)量來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。

(4)CASS池內(nèi)活性污泥從主反應(yīng)區(qū)返回到生物選擇區(qū)，這種系統(tǒng)可充分利用廢水中的碳源進行脫氮和除磷，較傳統(tǒng)生物氧化反應(yīng)器減少20q~30％的反應(yīng)時間。

(5)實驗表明，整個工藝具有投資省、運行穩(wěn)定抗沖擊負荷高、出水穩(wěn)定．整個系統(tǒng)的剩余污泥量較 SBR減少30％以上。

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