随着工业装备水平的提高和工艺技术的进步,制浆造纸行业的单位产品耗水量在逐年减小,排放废水的浓度越来越高。加之国家节能减排政策的实施,和环境保护要求的不断严格,给废水处理设施的能力提出了更高的要求。当前,根据新的环保排放标准,不少制浆造纸企业,环保压力越来越大,纷纷寻求高效废水处理技术。厌氧生物处理技术具有“负荷高、投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、产泥少”等诸多优点,适合我国制浆造纸企业污水处理的实际需求现状。厌氧生物技术在废水处理领域已经得到了广泛的应用,目前还存在投资大、运行费用较高和耐冲击负荷能力较弱等问题。研究开发和推广应用廉价易行的厌氧生物处理技术,必将为我国制浆造纸行业的清洁生产和可持续发展提供有力的支撑。详细比较和研究了现有反应器(如IC、EGSB、UASB等)主要优点和缺陷,吸收近年出现的分阶段多相厌氧反应器技术(SMPA)优势,在研究分析典型化学机械浆材种杨木P-RC APMP废水的污染发生量和污染特征的基础上,设计开发出新型三级厌氧反应器( 3S - AR ),使系统兼备结构紧凑、提高耐冲击能力、降低运行成本等特点。采用的设计思路为:1)较大的高径比,占地面积小,三段式设计,满足SMPA技术理念;2)水力流态上形成局部混流,整体推流的运行方式,改善废水沿流程方向泥水混合效果;3)可在整个反应器沿程方向形成不同的优势菌种,实现生物群落的分离,以适应各自不同的环境和底物。分析研究了目标废水的污染发生量和污染特征,并采用自行研制的3S-AR反应器(实验室规模)进行处理试验研究,同时用标准UASB反应器进行对照试验。取得的主要结果如下:(1)某厂杨木P-RC APMP用于生产铜版纸配抄浆种,产生的废水COD发生量238.25 kg COD/t pulp。BOD/COD值为0.43,属可生化废水,且该废水中金属微量元素的含量能满足厌氧生物处理需要。(2)该废水有机污染物中,各种有机酸类物质占有机物总量的95%,其中直链的脂肪酸(如乙、丙、丁酸等一元酸和草酸等二元酸)的含量约54%;含苯环类的芳香酸(如苯甲酸类和苯乙酸类等)的含量约41%;其他为一些醇、酚和酯类物质,含量为4%-5%。(3)在容积负荷15-25gCOD/l.d的范围内,废水经反应器后,COD去除率稳定保持在75%以上,当容积负荷在25-28gCOD/l.d时,COD去除率仍能保持在70%以上;水力停留时间是3S-AR反应器的COD去除率的重要影响因子之一。如当HRT≥7.42h,VLR<25 g COD/l.d时,COD去除率可保持在75%以上。(4)回流比、上升流速的影响。当容积负荷VLR≥15 gCOD/l.d时,上升流速适宜控制在1.33 m/h - 2.07 m/h。容积负荷VLR=25 gCOD/l.d,上升流速适宜控制在1.68 m/h。(5)不同反应器处理能力对比。在容积负荷段在20 gCOD/l.d -28gCOD/l.d范围运行时,3S-AR反应器COD去除率保持在70%以上,当容积负荷为28gCOD/l.d时,UASB反应器的COD去除率仅为52.44%,低于3S-AR反应器72.91%的去除率。(6)进水pH的影响。在进水pH 6-8范围内,3S-AR反应器的COD去除率均能保持在75%以上,UASB反应器的COD去除率在56-68%。3S-AR反应器具有良好的pH缓冲能力。(7)运行温度的影响。当反应温度从20℃到40℃变化时,3S-AR反应器和UASB反应器的COD去除率均随温度的上升而提高,反应器应尽量保持温度在35-38℃之间。(8)适宜的运行工艺条件:容积负荷VLR:20-28gCOD/l.d,HRT≥7.42h,回流比13-20,上升流速控制在1.33-2.07m/h,进水pH 6-8,反应温度:35-38℃。(9)杨木P-RC APMP废水中主要有机物通过分子链断裂或苯环开环等方式,实现大分子向小分子的过渡变化,最终形成可被产甲烷菌能直接利用的小分子酸类物质如乙酸,经3S-AR反应器处理出水以含苯类有机物和长链酯类物质为主。(10)反应器三个处理单元内中部污泥平均粒径分别为611um、462um和为676um;反应器三单元平均污泥浓度为32.87g/l、43.37g/l和33.67g/l。(11) 3S-AR反应器处理具有明显的相分离特性,各级反应器表现出各自不同的运行性能,一级具有水解酸化的作用,二级主要存在有机物的降解和转化过程,三级主要进行了产甲烷过程。(12) 3S-AR反应器水力流态介于CSTR和PRF之间,当上升流速Vup≤1.33m/h时,随着上升流速的提高,反应器流态逐步接近于推流,当上升流速Vup>1.33m/h时,随着上升流速的提高,反应器流态逐步趋向于全混流流态。上升流速从0.95m/h提高到2.45m/h时,反应器死区容积率从12.30%逐步下降到1.06%。