制浆废水生物处理过程中色度变化的研究

摘要

制浆废水主要由两部分组成,一部分来源于洗浆工段所产生的废水,这部分废水含有大量有机物,占制浆废水有机物含量的70％～80％,其主要成分是芳香族化合物、纤维素以及半纤维素等。另一部分废水来源于漂白工段的漂白废水,废水含有大量含氯有机物。工程实践中经常发现制浆废水在厌氧处理后色度加深,本课题针对此现象展开研究。研究总体分为两部分,第一部分快速启动IC厌氧反应器,第二部分研究制浆废水色度来源以及厌氧处理后色度加深的原因。
　　 实验用碱法草浆黑液配制的制浆废水对IC厌氧反应器进行启动,旨在探索IC厌氧反应器的快速启动规律,缩减IC厌氧反应器启动时间。IC厌氧反应器经过26天的运行启动成功。进水COD浓度稳定在8000mg/L左右,水力停留时间(HRT)缩减到8h,容积负荷达到24.6kg/(m3·d),产气量13500mL/d,可降解性COD的去除率稳定在65％左右。依据运行结果把启动过程分为启动阶段、负荷快速提升阶段和稳定阶段三个阶段。实验采用先慢后快的措施提高容积负荷,前15天容积负荷提高较慢,在16～21天,容积负荷由12.4kg/(m3·d)提升到24.37 kg/(m3·d),增加了两倍。IC厌氧反应器出水SS的变化主要受产气量与水力上升流速影响,前期产气量影响较大,后期水力上升流速影响较大。进水pH可放宽到5.6～9.0之间,出水基本稳定在7.0～8.0之间,处理效果良好。
　　 采用加拿大制浆造纸协会(CPPA)制定的制浆造纸废水色度测定标准对制浆废水色度进行测定,结果表明制浆废水通过厌氧处理色度出现加深的现象,与工程实践中所遇到的现象一致。实验采用膜过滤、酸析法将制浆废水中的成分分为木素、颗粒物、酸析滤液三种组分。并测定制浆废水处理前后木素、颗粒物、酸析滤液三种组分对废水的色度贡献值,结果显示,制浆造纸废水中的色度主要来源于木素、颗粒物。
　　 实验分别针对制浆废水厌氧处理前后废水中木素、颗粒物、酸析滤液三种组分进行研究,探索制浆废水色度加深的原因,实验结果如下:
　　 (1)实验采用Lundguist液-液萃取法对木素进行了纯化。采用GPC、FTIR、紫外视差对进出水中木素的分子量、发色基团以及助色基团进行了测定,结果表明厌氧处理后木素中的酚羟基、共轭羰基、甲氧基助色基团,醌类发色基团含量出现升高。这可能是由于低聚合度木素在厌氧处理过程中得到了部分降解,产生了新的酚羟基、共轭羰基、甲氧基、醌类等;高聚合度木素因分子量过大难以生物降解,木素分子中裸露在外的一些有机官能团被发色基团或者助色基团所取代,导致木素中酚羟基、共轭羰基、甲氧基、醌类的含量增加,木素色度在厌氧处理后增加。
　　 (2)对制浆废水中颗粒物的色度贡献值进行分析,结果表明:厌氧处理后废水中颗粒物对色度的贡献值大于处理前,厌氧处理后废水中颗粒物较处理前增多、粒径变小,使颗粒物对光的散射加强,厌氧处理后色度增加。
　　 (3)实验采用UV、GC/MS对酸析滤液中的有机物进行分析,结果表明:酸析滤液中有机物主要成分为芳香烃类、烷烃类、有机酸类、酮类和脂类物质。其中有机酸类、分子量小的烷烃类通过厌氧处理得到较好的降解;分子量大的烷烃类难以生物降解;含有苯环的有机物出现向分子量小的苯类转化的趋势。酸析滤液中的发色有机物通过厌氧处理发生部分降解,其发色有机物的种类和含量都出现了减少,酸析滤液中的有机物不是制浆废水厌氧处理后色度增加的原因。
　　 综上所述,制浆废水厌氧处理后色度增加的原因,(1)厌氧处理过程中木素的发色基团(醌类)、助色基团(酚羟基、甲氧基、共轭羰基)含量增加;(2)厌氧出水中颗粒物增多,粒径变小,使颗粒物对光的散射加强。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 造纸工业污染现状

1.2 造纸废水中发色物质的研究进展

1.2.1 颜色与有机物结构的关系

1.2.2 生色团和助色团

1.2.3 造纸工业废水中的发色物质研究进展

1.3 厌氧降解造纸废水中有机物的研究进展

1.3.1 厌氧技术原理

1.3.2 造纸废水中有机物降解规律以及研究进展

1.4 选题背景及意义

1.5 本文研究内容

2 IC厌氧反应器的快速启动实验

2.1 实验材料和方法

2.1.1 实验装置

2.1.2 实验接种污泥

2.1.3 实验用水

2.1.4 实验工艺流程

2.1.5 实验设备及仪器

2.1.6 实验分析测定方法

2.2 实验启动过程

2.2.1 启动初期

2.2.2 容积负荷快速提高期

2.2.3 稳定期

2.3 实验结果讨论

2.3.1 COD去除率

2.3.2 容积负荷提高实验及结果分析

2.3.3 影响出水SS变化的因素

2.4 本章小结

3 制浆废水色度的研究

3.1 实验材料和方法

3.1.1 实验材料及仪器

3.1.2 实验药品

3.1.3 制浆废水性质测定

3.1.4 制浆废水中木素发色基团与助色基团的测定

3.1.5 酸析滤液中有机物的测定

3.2 结果与讨论

3.2.1 制浆废水性质测定结果

3.2.2 废水中木素对色度的影响

3.2.3 废水中颗粒物对色度的影响

3.2.4 酸析滤液中有机物对色度的影响

3.3 本章小结

4 实验结论与展望

4.1 实验结论

4.2 实验不足与实验展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表及录用的学术论文目录