生活下水と製紙排水の混合処理：4プロセスの実験比較

家庭の下水の流れを例に挙げると、- 予測可能、生分解性、簡単です。木繊維、フェノール化合物、漂白残留物、色素を多く含む製紙廃水 - を加えます。これらを同じ処理プラントで混合すると、次のような廃水が生成されます。どちらかのストリームを単独で扱うよりも扱いが難しい。生分解性画分が低下します。浮遊物質は性質を変えます。膜ファウラントが増殖します。この記事では、混合家庭用製紙廃水に適用された 4 つの処理アプローチ (生物学的処理、化学的沈殿、膜分離、および統合された組み合わせ) の実験結果を報告します。-高い除去と管理可能なコストの両方を達成したアプローチは 1 つだけでした。

1. 2 つの廃水の流れ、2 つのまったく異なる問題

1.1 生活下水 - 大量、低複雑

家庭下水には有機物、窒素、リン、浮遊物質、病原性微生物 - が含まれており、その濃度は人口密度、ライフスタイル、季節によって異なります。有機画分の大部分は生分解性です。 COD と BOD は中心的な治療目標です。窒素はアンモニアと硝酸塩として現れます。リンは富栄養化のリスクを引き起こします。浮遊固形物は食品残渣、粉塵、洗剤などから発生します。この流れには化学的に珍しいものは何もありません - 課題は毒性ではなく量です。

1.2 製紙廃水 - 少量、高度に複雑

製紙廃水は別の生き物です。木材パルプ繊維 - が不完全に分解された原料 - は、繊維状で目詰まりの性質を持つ高濃度の浮遊物質を生成します。パルプ化および漂白からの化学残留物 - 塩化物、漂白剤、界面活性剤 - は COD を増加させ、さらに重要なことに、微生物を抑制するそうしないと、彼らの質が低下してしまいます。特に塩素漂白による色は濃く、従来の生物学的処理に耐えられません。フェノール化合物は急性毒性を追加します。ストリームは処理が困難ですが、体積が小さいため、プロセスで処理できる場合には混合処理が経済的に魅力的になります。

1.3 なぜ混ぜると難しくなるのか

2 つのストリームを混合すると、どちらのストリームも単独では存在しない 3 つの特有の課題が生じます。

生分解性の不一致。家庭下水は容易に生分解されます。製紙廃水には、生物学的攻撃に抵抗する耐火性有機物 - フェノール類、特定の化学残留物 - が含まれています。混合生物反応器では、易分解性画分が急速に分解する一方で難分解性画分が蓄積し、全体の除去効率が低下します。

固体と液体の分離の競合。木材パルプ繊維は、家庭下水の綿状汚泥とは異なる挙動を示す繊維状汚泥を生成します。沈降特性が変化します。脱水は予測不可能になります。混合汚泥は、どちらかの発生源を単独で使用する場合よりも扱いが困難です。

水質変動が増幅される。家庭下水は日内および季節によって変動します。製紙廃水は、生産が実行されているときは比較的安定しています - が、プロセスのバッチ、洗浄、グレードの変更によって急激に変化します。混合すると、混合されたストリームの pH、アンモニア、COD が、単一の処理プロセスが適応できるよりも速く変動する可能性があります。

2. 4 つのプロセスでテストされた - の実験結果

各プロセスは、家庭下水と製紙廃水の実際のサンプルを使用して連続フロー反応器で評価されました。{0} COD、BOD、窒素、リン、および特定の汚染物質が、さまざまな反応時間、温度、操作条件にわたって監視されました。

2.1 生物学的処理 - は、一方には効果がありますが、もう一方には効果がありません

3 ～ 5 日間の保持期間で生物学的処理を除去CODとBODの70％以上を生活下水から排出。製紙廃水のみではCOD除去は限界に達する40–50%。ストリームが混合されると、BOD 除去率は低下しました。40–60%- は、家庭下水のみを処理した場合に達成される 80% を大幅に下回ります。

メカニズムは明らかです。製紙画分中のフェノール性物質と化学残留物が微生物群集を阻害しました。国産有機物を容易に消費する微生物は、製紙用化学物質によって部分的に抑制され、全体的な生分解能力が低下しました。実験により、理論が予測していることが確認されました。生物学的処理だけでは混合流に対処できない.

2.2 化学沈殿 - リンと金属に強く、界面活性剤に弱い

塩化アルミニウムと水酸化カルシウムを沈殿剤として使用し、混合排水中のリンを除去85%を超えた。鉛と銅の除去に達しました80%以上- 製紙プロセスからの重金属が効率的に沈殿しました。しかし、製紙画分中の特定の界面活性剤は沈殿に抵抗し、ほとんど影響を受けずに通過しました。

化学的沈殿は、目的を絞ったツールです。除去対象のもの (リン、金属) を除去し、そうでないもの (溶解した有機物、界面活性剤、色) を残します。混合廃水の独立したプロセスとして、汚染負荷の一部のみに対処します。しかし、治療トレインのステップとして、生物学と膜が貴重なニ​​ッチ分野で苦労している部分を処理します。-

2.3 膜分離 - 優れた除去力、迅速な汚れ除去

限外濾過を除去90%以上の懸濁物質と高分子有機物混合廃水からのもので、膜流束が適度に高い。しかし、低分子有機物 - は限外濾過で拒否できない溶解画分 - を通過するため、下流のナノ濾過または逆浸透が必要です。

重要な発見は汚れの挙動でした。製紙廃水からの木材パルプ繊維と顔料は、膜表面に緻密な堆積物層を形成し、細孔を詰まらせ、家庭下水のみが引き起こすよりも早く透過性を低下させました。汚れ層は物理的に異なり、ゼラチン状 - ではなく繊維状 - であり、異なる洗浄プロトコルが必要でした。この用途の制限要因は、膜の拒絶ではなく、膜の汚れです。

2.4 統合治療 - 効果的な組み合わせ

統合プロセスは 3 つの段階から構成されます。最初に生物学的処理 (生分解性有機物質の大部分を除去するため)、2 番目に化学沈殿 (リンと重金属を対象とする)、そして最後に膜分離 (溶解物質と微量汚染物質を高度に研磨するため) です。

結果はその複雑さを正当化しました。

生物学的+化学的沈殿段階を経て、COD除去率80%以上、リン除去率90%以上。次に、膜ステージで残留溶解物質と微量汚染物質を除去します。重要なのは、膜の前に大量の有機物と微粒子負荷を除去することにより、汚れが大幅に減少しました-前処理ステップは、膜の寿命を延ばし、洗浄頻度を減らすことでコストを稼ぎました。{1}}

3. 各段階の最適化

3.1 生物学的処理 - 適切な微生物を追加する

標準的な活性汚泥はフェノール化合物に苦手意識を持っています。最適化:特殊な分解菌株によるバイオオーグメンテーション- 個の細菌は、フェノール分解のために特別に選択または操作されました。調整された保持時間（国内留分では短く、製紙留分では延長）と組み合わせることで、生物学的段階を、一般的な設計の仮定ではなく、混合ストリームの実際の生分解性プロファイルに合わせて調整できます。

3.2 化学沈殿 - を塩化第二鉄に切り替える

従来の石灰の代わりに、塩化第二鉄より低い化学コストで同等のリン除去を達成し、より高密度で脱水可能な汚泥を生成します。沈殿と生物学的段階 - を組み合わせると、沈殿がリンや金属をターゲットにする前に生物学的に有機負荷の一部を除去できます - ため、独立した沈殿ステップに必要な化学的需要が削減されます。

3.3 膜分離-前処理が真の膜保護です

メンブレンのコストで最も重要なのはメンブレン自体ではなく、-汚れによる交換と洗浄です。-最適化は上流で行われます。前処理を改善して、膜表面に到達する前に大きな粒子（木繊維、浮遊物質）を取り除きます。-刺激の少ない化学洗浄剤と物理洗浄方法 - 逆洗、空気洗浄 - により、強力な化学洗浄-現場-サイクルと比較して膜の劣化が軽減されます。

3.4 統合制御 - システムを自動的に適応させる

アンインテリジェント制御システムこれは水質をリアルタイムで監視し、固定設定値ではなく実際の流入条件に応じて動作パラメータ - 曝気強度、化学薬品投与量、膜逆洗頻度 - を調整します。製紙画分が高い場合、システムは化学的沈殿を増加させ、生物学的滞留を延長します。家庭下水が主流になると、化学物質が減少し、滞留時間が短くなります。その結果、設計上の想定ではなく、実際の無駄を追跡する処理が可能になります。

結論: どの汚染物質をどのプロセスで処理するか?

実験的証拠は明白です。混合した家庭製紙廃水を適切に処理する単一のプロセスは存在しません。-生物学的処理は国産部分を処理しますが、製紙用化学物質によって部分的に阻害されます。化学沈殿ではリンと金属は除去されますが、溶解した有機物は失われます。膜は高い除去力を発揮しますが、木繊維に対してはすぐに汚れます。統合シーケンス - 生物学が最初、化学が 2 番目、膜が最後 - により、80% 以上の COD 除去と 90% 以上のリン除去が達成され、上流段階で汚れが取り除かれるため、膜汚れは管理可能です。両方の流れを受け取るプラントにとって、問題は統合するかどうかではなく、段階をどのように順序付けし、それらをどのようにインテリジェントに制御するかです。