謝澄，陳中豪，疏明君，李友明
（華南理工大學造紙與污染控制國家工程中心，廣東 廣州 510641）

　　摘　要：使用內循環三相生物流化床處理紙漿含氯漂白廢水，經過40d左右的馴化，COD、BOD去除率過到70％以上，色度去除達到70％左右，AOX去除率達到60％左右，后續絮凝處理采用聚鐵鋁（PFAC）作為絮凝劑，聚丙烯酸胺（PAM）作為助凝劑，出水COD為80mg/L左右，BOD為20mg／L左右，AOX＜lmg／L色度為120C.U。
　　關鍵詞：生物流化床；造紙廢水：漂白廢水，絮凝
　　中圖分類號：X793
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455（2002）01-0027-04

Study on Treatment of Chlorine Bleaching Effluent by Fluidized Bed Bioreactor - Coagulation Technology
XIE Cheng, CHEN Zhong-hao, SHU Ming-jun, LI You-ming
(Paper Making & Pollution Control Engineering Research Center, South China University of Technology,Guangzhou 510641, China)

　　Abstract: The Pulp chlorine effluent was treated by Inner - Loop Three - Phase Fluidized Bed Bioreactor.Afer 40 days of domestication in the reactor, the removal rate of CODcr and BOD₅ could reach 70% or more, the temoval rates of chroma was 70% and AOX was 60%. Followed with the process of coagUlation, in which PFAC was used as nocculant and poIyacrylamide (PAM) as an assistant. The oudiow‘s cODc, was 80 mg/L, BOD was 20 mg/L, AOX < 1 mg/L and chroma was 120 C. U.
　　Key words: Fluidized Bed Bioreactor; paPer making effluent; bleaching effluent；coagulation

　　造紙工業制漿漂白工段的含氯漂白廢水由于含有氯苯酚、氯化脂肪酸、氯化樹脂酸、dioxin等有毒且難以處理的氯化有機物，對環境中的生物具有強烈的毒害、致畸、致多發性腦神經病變作用。
　　含氯漂白廢水的BOD與COD的質量比小于0.3，又具有毒性，因此通常情況下不宜直接采用生化法處理周為其所含的有機物質相對較少，不能直接送人堿回收車間進行燃燒；而采用物化法處理，又不能很有效地去除廢水中的氯化有機物^[1]，如何治理含氯漂白廢水已經成為困擾人們的一項難題。
　　生物流化床技術是70年代以來興起的新型高效污水處理技術，它可以取得比活性污泥法高數十倍的效率，具有很好的發展前景。用生物流化床技術處理造紙工業含氯漂白廢水，目前在國內外還沒有見到詳細的報道，本研究從此方面人手，采用流化床與化學絮凝聯用的工藝，獲得了較好的處理效果。

1 內循環生物流化床的結構及處理流程

　　試驗用內循環生物流化床反應器及處理工藝流程見圖1。在流化床中加人顆粒活性炭作為生物膜的載體，進水和壓縮空氣通過射流管和氣體分布器后進人流化床，推動載體流化，形成細小氣泡水與載體的三相混合流體，首先由內筒上升至流化床上部的三相分離區，然后載體再經由外筒的降流區下落到流化床底部，形成內循環。一部分小氣泡跟隨下降的流體到達降流區，大部分氣泡在三相分離區逸出。經過三相分離區分離掉載體后的出水進人一個沉淀池，經沉淀分離后進人下一處理單元。循環推動力來自壓縮空氣。

2 實驗用水和活性污泥

　　廢水取自廣東某甘蔗化工廠紙漿漂白車間。該廠漂白工藝為（氯化+堿處理+次氯酸鹽漂+過氧化氫漂），本研究所用廢水為CEH三段廢水按1：1：1比例混合。廢水水質見表1。

表1 廢水水質 pH CODcr/(mg.L^-1) BOD₅(mg.L^-1) TSS/(mg.L^-1) VSS/(mg.L^-1) 色度/（C.U) AOX/(mg.L^-1) 6.2 1250 360 1920 1020 1487 45

　　活性污泥取自廣州某污水處理廠活性污泥池。污泥濃度約40g／L。取回的污泥經過濾去雜質后，取一定量上層液體放人內循環三相生物流化床中，使反應器內的污泥濃度約為4g／L。加人配制的廢水進行接種馴化。

3 實驗方法

3.1 流化床處理方法
　　首先在流化床中加滿配制好的營養液和載體，載體采用顆粒活性炭：粒徑0.3－2mm，顆粒密度約0.9g／cm³，比表面積約900m²／g（BET），真密度約1.8g／cm³，堆積重約400g／L，加人量為6％（有效體積比）。開始時不加漂白廢水，加人適量葡萄糖控制總的 CODcr負荷為1200mg／L左右；按m（COD）：m（N）：m（P）為100：5：1的比例添加必要的氮鹽和磷鹽，同時加人碳酸氫鈉調節PH值為7－8。壓縮空氣流量為0.5－0.75m³／h，以保持溶解氧在2mg／L以上。進液流量為6L/h，亦即水力停留時間（HRT）為6h。
　　加入一定量的活性污泥，使流化床內的污泥濃度大約在5％左右，然后通氣進行間曝。悶曝1d以后，開始連續進水，進水由營養液和漂白廢水按一定配比組成，保持總的COD負荷不變，根據微生物生長及出水的狀況，逐漸增加漂白廢水在進水中的比例，馴化微生物對含氯漂白廢水的適應性，直到全部進水由漂白廢水取代并達到穩定的處理效果。然后改變水力停留時間、供氣量等條件，測定此過程含氯漂白廢水的性質的變化。觀察載體上生物膜的生長狀況。
3.2 化學絮凝處理
　　待獲得穩定的出水以后，對出水采用化學絮凝法處理。選用Al₂（SO₄、FeCl₃、PAC（聚合氯化鋁）。PFAC（聚鐵鋁）在相同的處理條件下進行實驗。實驗在燒杯中進行，將一定量的廢水加人后，調節PH=7左右，在攪拌的條件下加人300mg／L的絮凝劑，快速（150－180r／min）攪拌1min，再加入10mg/L的聚丙烯酷胺（PAM）助凝，繼續快速攪拌1min，再慢速（80－100r／min）攪拌10min，待靜置澄清后取上清液進行各項測定。
　　根據COD和色度的去除效果選擇最好的一種絮凝劑，再采用正交實驗確定其處理的最佳條件。

4 實驗結果

4.1 流化床處理部分
4.1.1 微生物馴化過程的描述
　　馴化過程中發現，在初期沒有加人含氯漂白廢水之前，流化床反應器內只有營養物質，此時微生物生長良好，一兩天之后就能在載體上附著一層薄的生物膜，鏡檢發現浮游生物很活躍，有較多累枝蟲。鐘蟲已經在載體表面生長，微生物活性良好，出水COD下降明顯，體系內溶解氧呈現較低的狀態。逐日增加含氯廢水的比例以后，生物膜的生長會出現如下比較明顯的變化規律：
　　開始時受抑制，生物活性下降，出水污染負荷上升之后有所恢復，生物活性增強，生物膜恢復生長，出水污染負荷下降。為避免含氯廢水增加過快，超過微生物的忍耐極限而導致實驗失敗，馴化過程中都是在生物膜生長趨于適應期以后才增加進水的負荷。
　　隨著載體上附著了越來越多的生物膜，載體的表觀密度逐漸會下降，變得更輕，更容易流化，同時在下降區的載體下降速度有所變慢。
4.1.2　COD的去除效果
　　COD的去除效果見圖2、圖3。

　　從圖4中可見，延長水力停留時間，可以改善流化床出水的水質，獲得更好的處理效果。但長的水力停留時間意味著處理量的下降，或者需要的反應器體積增大，這在工程中有時是很難滿足的。因此只能在允許的范圍內適當延長水力停留時間，然后再通過后續處理來使出水完全達標排放。本研究中，采用水力停留時間為6－sh已經基本可以滿足實驗要求。
4.1.4 進氣流量對流化床處理效果的影響
　　進氣流量的大小是影響處理效果的重要因素，因為它不僅要提供體系流態化的推動力，還要提供可見，生物流化床對漂白廢水的處理效果是較好的，基本上保持了75％左右的COD去除率。對于進水水質的突然變化，也有較好的適應性。
　　系統正常運行以后，對含氯漂白廢水的處理效果見表2。

表2 流化床對含氯漂白廢水的處理效果 水樣 COD/（mg.L^-1) BOD/（mg.L^-1) 色度（C.U) TSS/（mg.L^-1) VSS/（mg.L^-1) AOX/（mg.L^-1) 處理前 1200-1400 350-400 1500-1600 1900-2000 950-1000 40-50 處理后 350-400 80-120 500-550 1500 500 20 去除率 約72% 約73% 約66% 約25% 約50% 約56%

　　從實驗結果來看，內循環生物流化床對漂白廢水的處理效果較好，其COD、BOD等指標的去除率均達到70％以上，對AOX也有超過50％的去除率，出水的污染負荷已經大大降低。
4.1.3 水力停留時間對流化床處理效果的影響
　　在流化床運行比較穩定，對廢水的污染負荷有較大的去除率以后，改變流化床的水力停留時間，研究其對處理效果的影響。為了獲得比較穩定的結果，對不同的水力停留時間均進行4－5d的穩定處理，微生物呼吸所需要的溶解氧。在流化床設計定型以后，實際操作中只能通過改變進氣流量來改變流化床的傳質效能，進氣流量在保證體系流態化的前提下，對氧傳遞效率的影響見圖5。可見，在一定的氣體流量范圍內，增加Ug有利于氧傳遞效率的提高。但過高的氣體流量下氧傳遞效率反而有所降低，這是因為高的氣體速度會使從分布器出來的氣泡變大，同時發生嚴重的聚并，流速很快，迅速會從流化床逃逸出去，氣液相之間的界面面積反而減小，不利于氧傳質的進行。
4.2 化學絮凝處理部分

　　經過流化床處理以后的出水污染負荷為：CODcr≈400mg／L，BOD5≈100mg／L，色度（C.U）≈500。
　　對若干種絮凝劑進行實驗，實驗結果見表3；

表3 絮凝劑選擇實驗結果 絮凝劑 Al₂(SO₄)₃ FeCl₃ PAC PFAC COD去除率 70.4 76.2 78.6 82.5 色度去除率 63.2 58.5 71.0 69.7

　　通過上述的對比實驗可見，各種絮凝劑均有一定的處理效果，其中PFAC對COD的去除效果最好，色度的去除效果也不錯，故決定選擇PFAC作為后續絮凝處理的絮凝劑。
　　為優化絮凝處理的效果，進行了PFAC作用最佳條件的正交實驗。通過對正交實驗結果的分析，各因素對絮凝處理效果影響的大小排列順序依為：絮凝劑用量＞pH值＞攪拌時間。認為最好的處理條件是絮凝劑用量為400mg／L，PAM用量為10mg／L，pH值為8，攪拌時間為2－3min。在這樣的處理條件下，出水COD已降低至80mg/L左右，BOD為20mg／L，色度（C.U）＝120，色度總去除率
達到90％以上，AOX已經成為痕量，小于1mg／L。

5 結論

　　①采用內循環三相生物流化床處理含氯漂廢水，當進水COD為1300mg／L左右，BOD為400mg/L左右，氣水比為圖囹留：圖，水力停留時間為6h，經過一段時間的馴化處理以后，可以獲得穩定的出水。COD、BOD的去除率可達70％以上，色度去除也達到70％左右，AOX去除率達到60％左右。
　　②延長水力停留時間，在一定范圍內提高氣體流量均可改善流化床的處理效果，本研究中水力停留時間以6－8h為宜，氣體流量Ug=0.75m³/h已滿足要求。
　　③流化床處理與化學絮凝聯用，采用PFAC+PAM進行絮凝處理，出水COD為80mg/L左右，BOD為20mg／L左右，AOX＜lmg／L，色度（C.U）=120。

參考文獻：

　　[1] Milsteim O，et al.Removal of chlorophenols and chlorolignings from bleaching effluent by combined chemical and bilogical treatment[J]. Wat Sci Tech, 1988,20(1):161-170.

　　作者簡介：謝澄（1976－），男（苗族），貴州雷山人，華南理工大學造紙與環境工程學院99級博士研究生，主要從事工業污水治理研究。