專利名稱：基于膜生物反應裝置處理造紙廢水的工藝方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水處理領域，尤其涉及一種生物反應器與膜過濾器聯用處理造紙廢水的工 藝方法。
背景技術：
造紙行業(yè)是我國的一個支柱產業(yè)，據統(tǒng)計，2007年全國造紙工業(yè)排放廢水量35.6億噸， 約占全國工業(yè)廢水總排放量的16.1%,居第二位；排放廢水中COD排放量為168.2萬噸，約 占全國工業(yè)廢水中COD排放總量的33.0%，為全國第一污染行業(yè)。我國造紙企業(yè)的原料以非 木質纖維為主，制漿生產過程排放的造紙黑液是環(huán)境的主要污染物，制漿造紙廢水濃度高， COD、 BOD含量大，草漿黑液的處理技術在世界范圍內還未完全解決，特別是中規(guī)模的造紙 企業(yè)在這方面更有欠缺，可以說，以草漿為原料的中小造紙廠，生產即代表著污染。目前， 全球造紙原料中木材已占到93%以上。世界上主要造紙國家，如美國、加拿大，日本、瑞典、 芬蘭等，幾乎全部用木材纖維造紙，之所以廣泛采用木材造紙，是因為木材更適合現代造紙 行業(yè)對生產規(guī)模、技術改進、產品質量和環(huán)境保護的各項要求。選擇木材作為造紙原料，可 以擴大企業(yè)規(guī)模，提高產品品質，而且在控制污染方面也有成熟的工藝；同時，用木材作為 原料可以促使產業(yè)向循環(huán)經濟方向發(fā)展，所以中國近年來也大力發(fā)展木材制漿造紙。制漿造紙廢水含有的化合物主要來源于制漿所用的木材或其它植物纖維原料以及生產過 程中添加的化學品。采用的原料和生產工藝過程會極大影響廢水的組成，其中制漿工藝對廢 水組成影響尤為顯著。采用高得率制漿工藝技術具有制漿得率高、原料消耗低、污染輕、紙 漿適用性廣泛等特點；采用不產生有機氯化物的新漂劑，能使漂白廢水中的BOD、 COD和 AOX等含量比化學漿少很多，生產過程排放廢液的污染負荷減輕，廢液的回收處理比較簡單， 排放的廢水具有可生化性。
國內外目前應用于制漿造紙廢水處理的生物反應器主要有好氧型和厭氧型生物反應器， 如高效生物反應器(high performance compact reactor HCR)、生物流化床、曝氣生物濾池 (biological aerated filter,簡稱BAF)、膜生物反應器(membrane biology reactor, MBR)、 上流式厭氧污泥床、其它復合式生物反應器、懸浮填料生物反應器等。隨著高得率木材制漿 造紙技術代替非木材制漿造紙技術，原有的生物反應器已經受到來自各方面要求的挑戰(zhàn)。所 以開發(fā)、研究和應用新型高效廢水生物處理工藝，如生物反應器與膜分離器的結合、生物處 理與化學處理相結合的組合工藝，己成為世界各國水污染控制工程領域研究的重要課題。
納米科技是21世紀主導科學中前沿的主題科學，納米材料和技術是納米科技領域中最具 活力、研究內容十分豐富的學科分支，如果能將納米技術應用于造紙廢水生物反應器中，并 結合納濾膜生物反應器和高效好氧型生物反應器，開發(fā)一種新型的木漿造紙廢水處理的組合 工藝，這對今后造紙工業(yè)廢水的處理將具有極高的實用價值和現實意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種生物利用度高、工藝步驟簡 單、廢水處理效果好的基于膜生物反應裝置處理造紙廢水的工藝方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為一種基于膜生物反應裝置處理造紙廢水 的工藝方法，包括以下步驟
(1) 好氧處理廢水進水經過初沉淀池處理后先進行好氧處理，好氧處理過程中利用優(yōu) 勢菌對廢水進行沉降和降解，優(yōu)勢菌菌懸液的添加量為15~30g/L;好氧處理時的水力停留時 間為8 30小時，溶解氧濃度控制在2 8mg/L;所述優(yōu)勢菌一般是用同步培養(yǎng)法對活性污泥進
行馴化、分離濃縮后篩選得到，所述優(yōu)勢菌可以是假單胞菌屬、戈登氏菌屬中的任意一種細
菌，其可以有效降解造紙廢水中的木質素、芳香烴類等有毒有機污染物；
(2) 沉淀處理經好氧處理后的混合液沉淀0.5 2h;
(3) 膜過濾處理沉淀處理后的澄清液經納濾膜過濾器過濾分離，納濾膜過濾器在溶解 氧濃度為2~8mg/L的條件下進行過濾，過濾后產生的滲透液回收循環(huán)使用或直接排放，優(yōu)勢 菌通過回流后可繼續(xù)用于好氧處理工序。
上述廢水進水主要是指來源于木漿造紙不同工段的廢水，不同工段廢水中主要含細小纖 維及木材成分等有機質，不同工段廢水首先經固液分離，且化學需氧量(CODcr)控制在 1200~3000mg/L后作為廢水進水進入初沉池。
上述好氧處理過程是在好氧處理池中進行，上述沉淀處理過程是在沉淀池中進行，而膜 過濾處理是通過納濾膜過濾器進行，所述好氧處理池、沉淀池和納濾膜過濾器構成膜生物反 應裝置，膜生物反應裝置的各組件均可以自動控制，集成程度高，運行數據和水質數據可在 線采集處理。所述納濾膜過濾器可以采用侵入式或外置式安裝，納濾膜過濾器選用的納濾膜 的材質為改性的親水性無機支撐介孔材料，優(yōu)選納米二氧化硅材料；所述納濾膜的孔徑優(yōu)選 為2 50nrn。
上述工藝方法的一個處理周期(即膜生物反應裝置的一個運行周期)為5 20分鐘，反洗 5~30秒，反洗水為膜生物反應裝置產水(即經處理后得到的滲透液)。納濾膜過濾器中納濾 膜的清洗采用在線加藥強化反洗與離線化學清洗相結合，清洗一周一次，化學藥劑用酸、堿、
氧化劑或殺菌劑，納濾膜的使用周期為360天。
生物處理作為經濟、合理、有效的水污染控制手段，仍然是造紙廢水處理中不可缺少的 重要組成部分，與現有單純的生物處理技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于使用了膜生物反應裝置， 這大大增加了優(yōu)勢菌在膜生物反應裝置中的存留時間，使之可以反復、連續(xù)地使用，提高了 生物細菌的利用率；而針對高效清潔木材制漿造紙廢水的特點，本發(fā)明采用納濾膜過濾器和 高效好氧型生物反應處理池相結合的膜生物反應裝置作為工藝方法的主體設備，利用納濾膜 的吸附截留和優(yōu)勢菌的生化處理，使得木材制漿造紙廢水的處理效果得以大大提高，步驟也 大大簡化。另外，本發(fā)明采用納米材料進行納濾膜過濾器組件的制備，這不僅加強了膜生物 反應裝置對污染物的吸附分離，減少了膜污染，而且由于納米材料粒徑小、比表面大，與生 物處理聯用后可以進一步提高膜生物反應裝置的生物利用度，提高廢水處理的效能。
由上可見，本發(fā)明的工藝方法集成了納濾膜過濾工藝與生物反應處理工藝的優(yōu)點，實現 了造紙廢水的高效深度處理，處理后的滲透液經檢測各項指標均優(yōu)于造紙生產用水，滿足造 紙工藝的用水要求，可直接回用到造紙生產中，實現了造紙廢水的循環(huán)再利用；同時，處理 后的滲透液也符合排放標準，可直接達標排放。本發(fā)明的工藝方法可廣泛應用于制漿生產廢 水、造紙生產廢水的處理，對環(huán)境保護和水污染的治理具有積極意義。


圖1為本發(fā)明工藝方法的工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1
某造紙廠以楊木為造紙原料，不同工段廢水的水質檢測指標范圍為化學需氧量(CODcr) 1800~6000mg/L,懸浮固體(SS)為700~1500mg/L， pH值為7 9。不同工段廢水中主要含細 小纖維及木材成分等有機質。如圖1所示，不同工段廢水經固液分離后作為本發(fā)明處理工藝 的進水進入初沉池，經初沉池后進入膜生物反應裝置，膜生物反應裝置主要由好氧處理池、 沉淀池和納濾膜過濾器構成，各組件均由PLC自動控制，該裝置的廢水處理量為0.1m3/h。
如圖1所示，經初沉池后的造紙廢水首先進入好氧處理池中，好氧處理池中添加有從造 紙廢水馴化的活性污泥中篩選出的優(yōu)勢菌——產堿假單胞菌(戶M"rfomowos a/o^ge"M)，菌 懸液的添加量為15g/L，水力停留時間16小時，溶解氧濃度維持在4mg/L;經好氧處理后的 混合液沉淀0.5h后再進行膜過濾處理，納濾膜過濾器的納濾膜面積為lm2，且采用40nm的 親水性無機支撐介孔二氧化硅膜，保持納濾膜一定的曝氣強度，溶解氧濃度維持在4mg/L, 經膜過濾處理后產生的滲透液可回收循環(huán)使用或直接排放。整個膜生物反應裝置的運行周期
5
為8分鐘，反洗20秒。
本實施例的廢水處理效果如下
處理過程 CODcr (mg/L) SS (mg/L)
處理前裝置進水1886 324 處理后裝置出水172 79
實施例2:
本實施例待處理的廢水水質、膜生物反應裝置以及膜生物反應裝置的廢水處理量均與實 施例1相同。
如圖1所示，經初沉池后的造紙廢水首先進入好氧處理池中，好氧處理池中添加有從造 紙廢水馴化的活性污泥中篩選出的優(yōu)勢菌——和善戈登氏菌(GoWow'a ^H'Mto)，菌懸液添 加量為20g/L,水力停留時間18小時，溶解氧濃度維持在4mg/L;經好氧處理后的混合液沉 淀0.511后再進行膜過濾處理，納濾膜過濾器的納濾膜面積為lm2，且采用20nm的親水性無 機支撐介孔二氧化硅膜，保持納濾膜一定的曝氣強度，溶解氧濃度維持在6mg/L,經膜過濾 處理后產生的滲透液可回收循環(huán)使用或直接排放。整個膜生物反應裝置的運行周期為12分 鐘，反洗20秒。
本實施例的廢水處理效果如下
處理過程 CODcr (mg/L) SS (mg/L)
處理前裝置進水2030 315
處理后裝置出水72 未檢出
權利要求
1、一種基于膜生物反應裝置處理造紙廢水的工藝方法，包括以下步驟(1)好氧處理廢水進水經過初沉淀池處理后先進行好氧處理，好氧處理過程中利用優(yōu)勢菌對廢水進行沉降和降解，優(yōu)勢菌菌懸液的添加量為15～30g/L，水力停留時間8～30小時，溶解氧濃度控制在2～8mg/L；(2)沉淀處理經好氧處理后混合液沉淀0.5～2h；(3)膜過濾處理沉淀處理后的澄清液經納濾膜過濾器過濾分離，納濾膜過濾器在溶解氧濃度為2～8mg/L的條件下進行過濾，過濾后產生的滲透液回收循環(huán)使用或直接排放。
2、 根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述優(yōu)勢菌是用同步培養(yǎng)法對活性污泥 進行馴化、分離濃縮后篩選得到，所述優(yōu)勢菌是假單胞菌屬、戈登氏菌屬中的任意一種細菌。
3、 根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述納濾膜過濾器是采用侵入式或外置 式安裝，納濾膜過濾器選用的納濾膜的材質為改性的親水性無機支撐介孔材料，所述納濾膜 的孔徑為2~50nm。
4、 根據權利要求3所述的工藝方法，其特征在于所述親水性無機支撐介孔材料為納米二 氧化硅材料。
5、 根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述工藝方法的一個處理周期為5~20 分鐘，反洗5 30秒，反洗水為經處理后得到的滲透液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于膜生物反應裝置處理造紙廢水的工藝方法，首先廢水進水經過初沉淀池處理后先進行好氧處理，好氧處理過程中利用優(yōu)勢菌對廢水進行降解，優(yōu)勢菌菌懸液的添加量為15～30g/L，水力停留時間8～30小時，溶解氧濃度控制在2～8mg/L；經好氧處理后混合液沉淀0.5～2h；再在溶解氧濃度為2～8mg/L的條件下經納濾膜過濾器過濾分離，產生的滲透液回收循環(huán)使用或直接排放。本發(fā)明方法提高了生物細菌的利用率，進一步簡化了處理工藝和步驟，提高了對造紙廢水的處理效果。
文檔編號C02F1/44GK101348313SQ20081014323
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權日2008年9月18日
發(fā)明者鋼 何, 周再魁, 熊曉妹, 鵬 詹, 陳介南 申請人:中南林業(yè)科技大學