IC厌氧反应器处理造纸废水效率的时间分布特征研究
根据国家统计局和生态环境部在2021年发布的《中国环境统计年鉴2021》数据显示,造纸废水中化学需氧量(COD)排放量仅次于纺织业、化工原料制造业和农副产品加工业废水,是COD四大工业废水排放行业之
尽管研究人员通过对IC厌氧反应器在1~6个月的调试运行阶段进行的研究发现,不同环境因子对IC厌氧反应器的影响至关重要,但对长时间运行的IC厌氧反应器处理效率的变化规律却鲜有研究。本研究将前人比较关注的影响因素(温度、pH值和碳酸氢盐碱度(Alk))对IC厌氧反应器处理效率的影响进行分析,找出某纸厂2013—2021年IC厌氧反应器长时间变化规律,根据变化规律,调整对应的工艺参数,使IC厌氧反应器的处理效率更优,另外,也给更多使用IC厌氧反应器处理工业废水的企业提供技术数据支撑。
1 数据测量与筛选
1.1 研究对象
广州某造纸厂的IC厌氧反应器(帕克环保技术(上海)公司)处理的废水为脱墨废水,IC厌氧反应器进水CODCr约为800 mg/L,流量为300~400
图1 广州某纸厂废水处理工艺流程图
Fig. 1 Process flow diagram of papermaking wastewater treatment of a Guangzhou paper mill
1.2 数据测定
造纸废水处理厂中心化验室对IC厌氧反应器中的进水pH值、CODCr和出水Alk进行测量。水样pH值通过雷磁S-25型数显pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)连续测量3次并取平均值;取回的水样按照《水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法(HJ/T 399—2007)
出水Alk采用帕克环保技术(上海)公司推荐的快速滴定法,该方法结合了滴定法与蒸馏法的优点,消除了挥发性脂肪酸(VFA)中阴离子对Alk的影响,仅利用HCl和NaOH的消耗量便可得出Alk数值,同时还可测定IC厌氧反应器出水VFA,操作便捷,消耗的药品数量较少,成本较
式中,Alk为碳酸氢盐碱度,mg/L;Ca为HCl浓度,mol/L;Va为消耗的HCl体积,mL;Cb为NaOH浓度,mol/L;Vb为消耗的NaOH体积,mL;V为取出上清液的体积,mL;100为碱度以碳酸钙计的摩尔质量,g/mol。
1.3 数据筛选
通过调查明确了在2013—2021年期间,脱墨废水上游原料没有发生重大改变,均为旧报纸原料;IC厌氧反应器及前端处理也无较大工艺、设备或构筑物的改进与变化;另外,IC厌氧反应器进水pH值、CODCr和Alk的数据收集于广州市某纸厂污水中心化验室;气温数据收集于广州市气象局网站(http://gd.cma.gov.cn/gzsqxj/)。为真实反应IC厌氧反应器正常运行期间的处理效率,对因设备检修、停工、节假日停机等因素造成水质水量波动较大的数据根据以下条件剔除:
(1)pH值、CODCr和Alk的数据必须清晰,对于模糊不易辨认的数据需剔除;
(2)进出水异常的CODCr数据需剔除;
(3)数据必须是某一确定数值,大于、小于和范围数据都不能用作分析数据;
(4)同一天数据如有多个,在确定无误的情况下取其算术平均值;
(5)若某个月份的数据缺失1/2及以上,则剔除该月数据;
(6)测量数据必须有相应标准或提供详细的测量方法。
经过上述条件筛选后的数据才能被认为是IC厌氧反应器正常运行期间的数据,具有一定的代表性和可靠性,可以用作接下来的IC厌氧反应器处理效率的时间分布特征分析。
2 结果与讨论
2.1 IC厌氧反应器处理效率逐年分布特征
2.1.1 气温对IC厌氧反应器效率的时间分布特征的影响
气温与CODCr去除率的逐年分布特征如
图2 2013—2021年IC厌氧反应器CODCr去除率与气温关系的散点图
Fig. 2 CODCr removal and temperature scatter diagram of IC anaerobic reactor from 2013 to 2021
注 *数据为广州市气象局预测值。
2.1.2 pH值和Alk对IC厌氧反应器效率时间分布特征的影响
采用气泡图对进水pH值对IC厌氧反应器CODCr去除率的影响情况进行分析,气泡越大代表pH值区间范围内统计天数越多,图中y轴数值为此pH值条件下的CODCr平均去除率,为了避免单一数据对分析结果的影响,作图时需剔除某一pH值范围内天数小于2的情况。
图3 IC厌氧反应器CODCr平均去除率与pH值的关系
Fig. 3 Relationship between average CODCr removal and pH value in IC anaerobic reactor
郭徽等
除了要维持pH值在合理范围,要保持IC厌氧反应器处理效率稳定,还应定期监测IC厌氧反应器出水的VFA和Alk,VFA可以直接反映IC厌氧反应器的内部工作状态以及产甲烷菌的活性,VFA的积累会导致IC厌氧反应器产生酸化现象,使反应器内部产甲烷菌活性降
IC厌氧反应器处理后出水Alk随时间的变化如
图4 2013—2021年IC厌氧反应器出水Alk变化
Fig. 4 Alk change in the effluent of IC anaerobic reactor from 2013 to 2021
2.2 IC厌氧反应器逐月分布特征
使用散点图对IC厌氧反应器处理效率的逐月分布特征进行分析(见
图5 不同月份IC厌氧反应器CODCr去除率
Fig. 5 CODCr removal of IC anaerobic reactor in different months
纸厂IC厌氧反应器的出水温度与环境气温的关系在此前的研究中(SBR进水、IC厌氧反应器出水)已给出了结
3 结论
通过分析2013—2021年不同月份和不同年份的IC厌氧反应器处理效率的时间分布特征,探究了pH值、温度和碳酸氢盐碱度(Alk)对IC厌氧反应器处理效率的影响。
3.1 2013—2021年IC厌氧反应器处理效率(CODCr去除率)呈现逐年上升趋势,通过探究气温、进水pH值和出水Alk等因素与IC厌氧反应器处理效率的关系,确定进水pH值和出水Alk为IC厌氧反应器处理效率逐年分布特征的主要影响因素,而气温为IC厌氧反应器处理效率逐月分布特征的主要影响因素。
3.2 pH值在6.5~7.5范围内,IC厌氧反应器的CODCr去除率呈先上升后下降的趋势,且在7.0~7.3范围内存在某一个值,使IC厌氧反应器处于最佳运行状态。影响pH值的一个主要因素是Alk,在一定范围内的Alk越高,pH值也越高。
3.3 在气温(20~27℃)适宜的春秋两季,IC厌氧反应器处理效率的波动更小,气温过高或者过低时,如果能够维持IC厌氧反应器内部的水温不超过40℃,废水处理效果更好。
在今后的研究中,可以对其他因素,如挥发性脂肪酸(VFA)、容积负荷、上升流速、污泥量等,进行长时间的跟踪研究,探讨这些指标在长时间范围内对IC厌氧反应器处理效率的影响以及影响程度。
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