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P-RCAPMP(盘磨化学预处理碱性过氧化氢机械浆)制浆工艺是传统APMP制浆的一种改良工艺,在一段磨浆后不洗浆而在高浓塔中进行一定时间的停留,使化学反应继续进行,从而减少化学药品用量,同时改善浆料的性能,尤其是白度。由于P-RCAPMP制浆工艺耗水量小,纸浆白度高,单位废水的污染负荷高,COD浓度可达8000~10000mg/L,BOD:COD=0.30~0.45,可生化性强。对于该高浓有机废水,本研究采用厌氧内循环反应器技术进行处理。
厌氧内循环反应器(InternalCirculationReactor,简称IC)是第三代厌氧反应器的代表,其核心是借助反应器内所产沼气的提升作用实现内循环,达到强化过程传质、提高基质转化效率的作用。废水基质浓度愈大、沼气产生量愈大、内循环作用愈强、传质过程愈强烈、基质转化效率愈高,故IC厌氧特别适用于高浓有机废水处理。
采用自制厌氧内循环反应器装置对P-RCAPMP综合废水进行处理,通过对反应器启动阶段和稳定运行的研究表明:厌氧内循环反应器直接以6.0gCOD(L·d)-1的容积负荷进行启动,在容积负荷12.5gCOD·(L·d)-1时,反应器形成了连续的内循环流,COD去除率达70%以上。最小水力停留时间可缩短至6.78h,最大容积负荷可达35.4gCOD·(L·d)-1,COD去除率稳定在69.2%~75.5%范围内。
对厌氧内循环反应器稳定运行的影响因素进行分析:当pH在7.5~8.0之间时COD的去除率都处于较高水平,可不必将pH调节至常规的6.5~7.5的范围内,减少了调节酸的用量,降低处理成本;温度变化会对厌氧内循环反应器的稳定性带来影响,但随着系统的逐步适应,会逐渐削弱温度变化带来的影响;通过提高水流上升速度,强化水流紊动,可以有效改善有机物污染物与微生物的传质效果,从而提高厌氧内循环反应器降解效果,当停留时间小于6.58h时,出水COD会恶化;产气率随负荷增加而增大,反应器出水SS与HRT和产气率有关,HRT减小和产气率增加都会导致出水SS增加。
厌氧内循环反应器运行结束后,颗粒污泥尺寸增大,直径由接种时的0.3~2.8mm增加到0.5~3.3mm,最大沉降速度达到104.23m/h,活性显著提高。电镜观察表明,颗粒污泥表面生物相主要是互相缠绕的丝状菌,颗粒表面形状凹凸不平,甲烷球菌和短杆菌则分布与颗粒污泥内部。剖面图显示污泥外表面的部分微生物细胞密度大,内部结构较为松散;处理过程中,厌氧颗粒污泥可保持VSS/TSS为68.3%~82.7%,产甲烷活性为1.0492gCODCH4/(gVSS·d)水平。污泥表面生物相以丝状菌为主,污泥对反应器环境的适应性与颗粒的尺寸有关,尺寸适中的颗粒能够很快适应外部环境的改变,并迅速恢复并保持较高活性。初次加入P-RCAPMP综合废水,去除率由79.6%下降到60.8%,随后在逐渐减少果汁废水比例的过程中,去除率逐渐增加,表明颗粒污泥活性较好、适应性强。
综合废水经凝胶渗透色谱分子量分布分析表明:处理前HRT=0时,原水分子量分布主要在20000以上;处理后,HRT=4,分子量分布主要在153~1674;HRT=6,分子量分布主要集中在153~1530;当HRT=8,分子量分布主要集中在153~1515,与HRT=6相比降解程度基本没变;说明污染物降解主要发生在HRT≤6h的时段内,继续延长HRT,污染物降解程度增加较小。
通过红外色谱对综合废水中的官能团进行分析表明:随着水力停留时间的增加即反应器高度的增加,水中所含官能团种类有所增加,出水的发色基团明显比进水的发色基团要多,这可以解释出水色度比进水色度高。
气-质联用仪对综合废水中的有机物结构分析表明:经过厌氧处理过的废水中纤维素、半纤维素基本被去除,却残存大量木质素碎片,木质素最初的裂解需要分子氧的存在,所以没有经过处理的木质素不能在厌氧环境下被微生物降解,但其网状结构被破坏,分子量分布有从大分子向小分子转化的趋势。