Mixed Treatment of Domestic Sewage and Papermaking Wastewater: Experimental Comparison of 4 Processes

Lấy dòng nước thải sinh hoạt - có thể dự đoán được, phân hủy sinh học, dễ dàng. Thêm nước thải sản xuất giấy - chứa nhiều chất xơ gỗ, hợp chất phenolic, cặn tẩy trắng và màu. Trộn chúng trong cùng một nhà máy xử lý và bạn đã tạo ra một loại nước thảikhó điều trị hơn cả việc phát trực tiếp. Phần phân hủy sinh học giảm xuống. Chất rắn lơ lửng thay đổi tính chất. Chất bẩn màng nhân lên. Bài viết này báo cáo kết quả thực nghiệm từ bốn phương pháp xử lý áp dụng cho nước thải sản xuất giấy hỗn hợp: xử lý sinh học, kết tủa hóa học, tách màng và kết hợp tổng hợp. Chỉ có một cách tiếp cận đạt được cả mức độ loại bỏ cao và chi phí có thể quản lý được.

1. HAI DÒNG NƯỚC THẢI, HAI VẤN ĐỀ HOÀN TOÀN KHÁC NHAU

1.1 Nước thải sinh hoạt - khối lượng lớn, độ phức tạp thấp

Nước thải sinh hoạt mang theo chất hữu cơ, nitơ, phốt pho, chất rắn lơ lửng và vi sinh vật gây bệnh - tất cả đều ở nồng độ khác nhau tùy theo mật độ dân số, lối sống và mùa. Hầu hết các phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. COD và BOD là mục tiêu điều trị cốt lõi. Nitơ xuất hiện dưới dạng amoniac và nitrat; phốt pho gây ra nguy cơ phú dưỡng. Chất rắn lơ lửng đến từ dư lượng thực phẩm, bụi và chất tẩy rửa. Không có gì trong dòng này là ngoại lai về mặt hóa học - thách thức là khối lượng chứ không phải độc tính.

1.2 Nước thải sản xuất giấy – khối lượng thấp, độ phức tạp cao

Nước thải sản xuất giấy là một vấn đề khác. Sợi bột gỗ - nguyên liệu thô bị phân hủy không hoàn toàn - tạo ra chất rắn lơ lửng cao có đặc tính dạng sợi, gây tắc nghẽn. Dư lượng hóa chất từ ​​quá trình nghiền và tẩy trắng - clorua, chất tẩy trắng, chất hoạt động bề mặt - làm tăng COD và nghiêm trọng hơn làức chế vi sinh vậtnếu không điều đó sẽ làm suy giảm chúng. Màu sắc, đặc biệt là từ quá trình tẩy trắng bằng clo, rất đậm và khó xử lý sinh học thông thường. Các hợp chất phenolic gây thêm độc tính cấp tính. Dòng chảy khó xử lý hơn nhưng có thể tích nhỏ hơn - điều này làm cho việc xử lý hỗn hợp trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế nếu quy trình có thể xử lý được.

1.3 Tại sao việc trộn lại khó hơn

Việc kết hợp hai luồng sẽ tạo ra ba thách thức cụ thể mà không một luồng nào có thể gặp phải:

Khả năng phân hủy sinh học không phù hợp.Nước thải sinh hoạt có khả năng phân hủy sinh học dễ dàng. Nước thải sản xuất giấy có chứa chất hữu cơ chịu lửa - phenolics, một số dư lượng hóa học - có khả năng chống lại sự tấn công sinh học. Trong lò phản ứng sinh học hỗn hợp, phần dễ phân hủy nhanh chóng trong khi phần chịu lửa tích tụ, làm giảm hiệu quả loại bỏ tổng thể.

Xung đột tách rắn-lỏng.Sợi bột gỗ tạo ra bùn dạng sợi có đặc tính khác với bùn kết tụ của nước thải sinh hoạt. Đặc điểm lắng đọng thay đổi. Việc khử nước trở nên khó lường. Bùn hỗn hợp khó xử lý hơn so với từng nguồn riêng lẻ.

Biến động chất lượng nước được khuếch đại.Nước thải sinh hoạt thay đổi theo ngày và theo mùa. Nước thải sản xuất giấy tương đối ổn định khi hoạt động sản xuất - nhưng thay đổi đột ngột theo lô quy trình, quá trình rửa trôi và thay đổi cấp độ. Khi trộn, dòng kết hợp có thể dao động pH, amoniac và COD nhanh hơn bất kỳ quy trình xử lý đơn lẻ nào có thể thích ứng.

2. BỐN QUY TRÌNH ĐƯỢC KIỂM TRA - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Mỗi quy trình được đánh giá trong lò phản ứng dòng chảy liên tục sử dụng các mẫu nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy thực. COD, BOD, nitơ, phốt pho và các chất ô nhiễm cụ thể được theo dõi qua thời gian phản ứng, nhiệt độ và điều kiện vận hành khác nhau.

2.1 Xử lý sinh học - bên này có tác dụng, bên kia lại không

Sau thời gian lưu 3-5 ngày, loại bỏ xử lý sinh họctrên 70% COD và BOD từ nước thải sinh hoạt. Riêng đối với nước thải sản xuất giấy, khả năng loại bỏ COD chỉ đạt40–50%. Khi các dòng được trộn lẫn, khả năng loại bỏ BOD giảm xuống40–60%- thấp hơn nhiều so với mức 80% đạt được khi chỉ xử lý nước thải sinh hoạt.

Cơ chế rất rõ ràng: các chất phenolic và dư lượng hóa chất trong quá trình sản xuất giấy đã ức chế quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật dễ dàng tiêu thụ chất hữu cơ trong nước đã bị ức chế một phần bởi các hóa chất sản xuất giấy, làm giảm khả năng phân hủy sinh học tổng thể. Thí nghiệm đã xác nhận những gì lý thuyết dự đoán:xử lý sinh học một mình không thể xử lý dòng hỗn hợp.

2.2 Kết tủa hóa học - mạnh với phốt pho và kim loại, yếu với chất hoạt động bề mặt

Sử dụng nhôm clorua và canxi hydroxit làm chất kết tủa, loại bỏ phốt pho trong nước thải hỗn hợpvượt quá 85%. Đạt mức loại bỏ chì và đồngtrên 80%- kết tủa hiệu quả các kim loại nặng từ quá trình sản xuất giấy. Tuy nhiên, một số chất hoạt động bề mặt nhất định trong phần sản xuất giấy có khả năng chống lại sự kết tủa và đi qua hầu như không bị ảnh hưởng.

Kết tủa hóa học là một công cụ được nhắm mục tiêu: nó loại bỏ những gì nó được thiết kế để loại bỏ (phốt pho, kim loại) và để lại những gì không thể loại bỏ (chất hữu cơ hòa tan, chất hoạt động bề mặt, màu sắc). Là một quy trình độc lập xử lý nước thải hỗn hợp, nó chỉ giải quyết một phần tải lượng ô nhiễm. Nhưng là một bước trong quy trình xử lý, nó xử lý phần mà sinh học và màng gặp khó khăn - một phân khúc có giá trị.

2.3 Tách màng - loại bỏ tuyệt vời, bám bẩn nhanh

Loại bỏ siêu lọchơn 90% chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ cao phân tửtừ nước thải hỗn hợp, với thông lượng màng cao hợp lý. Nhưng các chất hữu cơ phân tử nhỏ - phần hòa tan mà quá trình siêu lọc không thể loại bỏ - đã đi qua và cần đến quá trình lọc nano ở hạ lưu hoặc thẩm thấu ngược.

Phát hiện quan trọng là hành vi phạm lỗi. Sợi bột gỗ và bột màu từ nước thải sản xuất giấy đã tạo thành một lớp lắng đọng dày đặc trên bề mặt màng, làm tắc nghẽn lỗ chân lông và giảm tính thấm nhanh hơn so với chỉ riêng nước thải sinh hoạt sẽ gây ra. Lớp cặn bẩn có tính chất khác nhau - dạng sợi chứ không phải dạng sền sệt - và yêu cầu các quy trình làm sạch khác nhau.Sự tắc nghẽn màng chứ không phải sự loại bỏ màng là yếu tố hạn chế cho ứng dụng này.

2.4 Điều trị tổng hợp – sự kết hợp hiệu quả

Quy trình tích hợp bao gồm ba giai đoạn: xử lý sinh học trước tiên (để loại bỏ phần lớn chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học), thứ hai là kết tủa hóa học (để nhắm mục tiêu phốt pho và kim loại nặng) và tách màng cuối cùng (để đánh bóng nâng cao các chất hòa tan và các chất ô nhiễm vi lượng).

Các kết quả chứng minh sự phức tạp:

Sau giai đoạn kết tủa sinh học + hóa học,Loại bỏ COD vượt quá 80% và loại bỏ phốt pho vượt quá 90%. Giai đoạn màng sau đó loại bỏ các chất hòa tan còn sót lại và các chất ô nhiễm dạng vết. Điều quan trọng là bằng cách loại bỏ lượng lớn chất hữu cơ và hạt trước màng,sự tắc nghẽn đã giảm đáng kể- các bước tiền xử lý đạt được chi phí nhờ kéo dài tuổi thọ màng và giảm tần suất làm sạch.

3. TỐI ƯU HÓA TỪNG GIAI ĐOẠN

3.1 Xử lý sinh học – bổ sung vi sinh vật phù hợp

Bùn hoạt tính tiêu chuẩn đấu tranh với các hợp chất phenolic. Sự tối ưu hóa:tăng cường sinh học bằng các chủng phân hủy chuyên dụng- vi khuẩn được chọn hoặc được thiết kế đặc biệt để phân hủy phenolic. Cùng với thời gian lưu được điều chỉnh (ngắn hơn đối với phần nội địa, kéo dài đối với phần sản xuất giấy), giai đoạn sinh học có thể được điều chỉnh theo đặc tính phân hủy sinh học thực tế của dòng hỗn hợp thay vì giả định thiết kế chung.

3.2 Kết tủa hóa học - chuyển sang clorua sắt

Thay thế vôi truyền thống bằngclorua sắtđạt được khả năng loại bỏ phốt pho tương đương với chi phí hóa chất thấp hơn và tạo ra bùn đặc hơn, dễ tách nước hơn. Kết hợp kết tủa với giai đoạn sinh học - cho phép sinh học loại bỏ một phần tải lượng hữu cơ trước khi kết tủa nhắm vào phốt pho và kim loại - làm giảm nhu cầu hóa chất mà một bước kết tủa độc lập sẽ yêu cầu.

3.3 Tách màng – tiền xử lý là màng bảo vệ thực sự

Chi phí chủ yếu của màng không phải là bản thân màng - mà là việc thay thế và làm sạch do bám bẩn. Tối ưu hóa ngược dòng: cải thiện quá trình xử lý trước để loại bỏ các hạt lớn (sợi gỗ, chất rắn lơ lửng) trước khi chúng chạm tới bề mặt màng. Các chất làm sạch hóa học nhẹ hơn và các phương pháp làm sạch vật lý - rửa ngược, cọ rửa bằng không khí - làm giảm sự hư hỏng của màng so với các chu trình làm sạch tại chỗ bằng hóa chất mạnh.

3.4 Điều khiển tích hợp - để hệ thống tự thích ứng

MỘThệ thống điều khiển thông minhgiám sát chất lượng nước theo thời gian thực và điều chỉnh các thông số vận hành - cường độ sục khí, liều lượng hóa chất, tần suất rửa ngược màng - theo điều kiện ảnh hưởng thực tế, không phải điểm đặt cố định. Khi tỷ lệ sản xuất giấy cao, hệ thống sẽ tăng lượng kết tủa hóa học và kéo dài thời gian lưu giữ sinh học. Khi nước thải sinh hoạt chiếm ưu thế, nó làm giảm hóa chất và rút ngắn thời gian lưu giữ. Kết quả: việc xử lý theo dõi chất thải thực tế chứ không phải giả định thiết kế.

TÓM TẮT: QUY TRÌNH NÀO CHO CHẤT Ô NHIỄM NÀO?

Bằng chứng thực nghiệm là rõ ràng: không có quy trình đơn lẻ nào xử lý thỏa đáng nước thải hỗn hợp sản xuất giấy sinh hoạt. Xử lý sinh học xử lý được phần nước trong gia đình nhưng bị ức chế một phần bởi các hóa chất sản xuất giấy. Kết tủa hóa học loại bỏ phốt pho và kim loại nhưng bỏ qua các chất hữu cơ hòa tan. Màng có khả năng loại bỏ cao nhưng bám bẩn nhanh trên sợi gỗ.Trình tự tích hợp - đầu tiên là sinh học, thứ hai là hóa học, cuối cùng là màng - đạt được khả năng loại bỏ hơn 80% COD và loại bỏ hơn 90% phốt pho, với mức độ tắc nghẽn màng có thể quản lý được vì các giai đoạn thượng nguồn loại bỏ các chất bẩn.Đối với các nhà máy tiếp nhận cả hai dòng, câu hỏi không phải là có nên tích hợp hay không mà là làm thế nào để sắp xếp các giai đoạn và kiểm soát chúng một cách thông minh như thế nào.