糖精生產(chǎn)廢水的處理工藝選擇和設(shè)計(jì)優(yōu)化

程玉紅 楊恩慧 黃仁剛

（中平能化集團(tuán)天成環(huán)保工程有限公司，河南 平頂山467000）

1 前言

在糖精的生產(chǎn)過(guò)程中添加的原料種類(lèi)繁多、工藝復(fù)雜[1]，而且糖精的生產(chǎn)非連續(xù)生產(chǎn)而是按批次生產(chǎn)，因而其排出的廢水成分復(fù)雜，CODCr高、色度深，水質(zhì)水量波動(dòng)大，且生產(chǎn)廢水排放量大。該生產(chǎn)廢水中不僅含有大量的有機(jī)物如鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸鈉、甲醇、鄰氯苯甲酸甲酯、苯酐等，而且還含有大量Cu2+、NH-3、H+、Cl-、SO2-4、ClO-、S2-、NO-等無(wú)機(jī)物。由于廢水中的有機(jī)污染物多為芳香類(lèi)化合物和有毒的有機(jī)溶劑，同時(shí)還有高濃度的無(wú)機(jī)鹽，特別是Cu2+、Na+、Cl-，SO2-4等，廢水成分非常復(fù)雜，廢水排放量大，因此處理難度大，不有效處理既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，給水體造成極大的危害。

2 水質(zhì)分析

通過(guò)對(duì)糖精的生產(chǎn)工藝和流程的分析，并對(duì)生產(chǎn)廢水進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)分析，該類(lèi)生產(chǎn)廢水主要有以下特征：

2.1 廢水鹽分極高

糖精生產(chǎn)廢水的鹽分高達(dá)119g/L，有時(shí)高達(dá)130g/L，鹽分濃度波動(dòng)較大、不穩(wěn)定。該廢水的鹽度遠(yuǎn)高于生物處理可承受的極限，據(jù)國(guó)內(nèi)外的大量研究[2]及工程實(shí)踐表明，普通的生物處理方法（如生物膜法），可以承受約10g/L的鹽分。并且在高濃度鹽分環(huán)境下，微生物的活性降低，處理效率下降。而在生物處理過(guò)程中，鹽分得不到任何降解，最終隨廢水一起排放。

2.2 難降解有機(jī)物高

生產(chǎn)廢水中含有大量難降解的苯類(lèi)芳香烴族有機(jī)化合物，有機(jī)污染物主要為醇、甲苯、苯系物（鄰氨基苯甲酸鈉、苯酐、鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰甲酰苯黃酰亞胺）等物質(zhì)[1]，這些物質(zhì)中的苯系物為難生物降解有機(jī)物，對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用，且這些苯系物的含量和種類(lèi)也會(huì)有較大的波動(dòng)。這些大分子的化合物對(duì)生物處理而言，是很難降解的，需要較長(zhǎng)的停留時(shí)間或較低的有機(jī)處理負(fù)荷才能降解。

2.3 含銅、pH值低

糖精生產(chǎn)廢水含銅量高達(dá)260mg/L，且該值在100-260mg/L區(qū)間進(jìn)行隨機(jī)大范圍波動(dòng)；廢水pH值在2-4之間波動(dòng)。因此，需對(duì)廢水調(diào)節(jié)pH值并進(jìn)行除銅預(yù)處理方可進(jìn)行下一階段的處理。

3 廢水處理工藝的選擇探討

通過(guò)對(duì)該類(lèi)生產(chǎn)廢水的水質(zhì)進(jìn)行分析可知，制約該廢水處理的難點(diǎn)在于：如何去除水中的鹽分或降低鹽分對(duì)廢水處理的影響、去除廢水中的難降解有機(jī)物和提高廢水的可生化性及如何去除廢水中的銅離子。

3.1 鹽分對(duì)廢水處理影響的消除

目前對(duì)于化工廢水的處理工藝主要還是以前端預(yù)處理+生化處理為主要方法。而針對(duì)高鹽度廢水對(duì)生化工藝的限制，常用的的處理方法有：加大量稀釋水進(jìn)行稀釋降低廢水鹽分，或采用膜技術(shù)除鹽，電滲析除鹽，蒸發(fā)除鹽等工藝除鹽。

3.1.1 加水稀釋?zhuān)杭醇尤氪罅康畬⒏啕}廢水稀釋至宜于生化處理的低鹽度廢水，該方法的缺點(diǎn)是需要大量的稀釋水，生化系統(tǒng)的池容及配套設(shè)備需要增大，占地面積增大。優(yōu)點(diǎn)是該方法簡(jiǎn)單易行，投資省，操作管理簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行費(fèi)用低；通過(guò)對(duì)廢水進(jìn)行稀釋?zhuān)档蛷U水中的鹽度至2%左右，再通過(guò)培養(yǎng)馴化嗜鹽菌群，可有效的降低鹽分對(duì)微生物的影響，實(shí)現(xiàn)生化去除廢水中的污染物，從而達(dá)到排水水質(zhì)要求。

3.1.2 膜技術(shù)除鹽是通過(guò)膜將鹽分去除后，除鹽后的廢水再進(jìn)行生化處理，該方法優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)除鹽處理后進(jìn)入生化段的廢水水量小，生化段的投資和占地面積??；缺點(diǎn)是不僅前端的除鹽設(shè)施投資費(fèi)用大，操作復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，而且因?yàn)閺U水中含有大量種類(lèi)復(fù)雜的有機(jī)物，會(huì)嚴(yán)重影響膜除鹽的效果，縮短分離膜的使用壽命，該方法不宜于有機(jī)廢水的除鹽。

3.1.3 電滲析和蒸發(fā)除鹽雖然去除效果好，但都存在著投資大，運(yùn)行費(fèi)用非常高，操作管理復(fù)雜，除鹽處理后產(chǎn)生的濃液或廢渣處理亦是一個(gè)難題。

3.2 提高廢水的可生化性

該企業(yè)的生產(chǎn)廢水中含有大量苯類(lèi)芳香烴族有機(jī)化合物（鄰氨基苯甲酸鈉、苯酐、鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰甲酰苯黃酰亞胺），這些物質(zhì)中的苯系物為生物難降解有機(jī)物，對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用。這些大分子的化合物對(duì)生物處理而言，是很難降解的。因此，如何將其通過(guò)預(yù)處理進(jìn)行去除，從而提高廢水的可生化性，減少其對(duì)后端生化處理系統(tǒng)的影響尤為關(guān)鍵。常用的方法有氧化分解法、萃取法等，通過(guò)鐵碳微電解或Fenton氧化-絮凝法[5]可以對(duì)苯環(huán)類(lèi)難降解物開(kāi)環(huán)斷鏈，可提高廢水可生化性，但該方法具有處理效果不穩(wěn)定，易板結(jié)等缺點(diǎn)；通過(guò)萃取預(yù)處理，將苯系物萃取濃縮并進(jìn)行回收，通過(guò)萃取預(yù)處理可有效降低廢水中難降解物的濃度，提高廢水可生化性。

3.3 處理工藝的選擇

通過(guò)分析可知制約該公司的廢水有效處理的瓶頸在于：高鹽、難降解有機(jī)物含量高。因?yàn)樵摴居写罅壳鍧嵉纳a(chǎn)循環(huán)用水外排，可用于將生產(chǎn)廢水進(jìn)行稀釋降低鹽分。針對(duì)企業(yè)的實(shí)際情況，我們采取如下工藝：

廢水經(jīng)過(guò)萃取預(yù)處理回收鄰氨基苯甲酸鈉等難降解物，降低廢水中的COD和難降解有機(jī)物含量，提高廢水可生化性，確保生化處理效果。

萃取后廢水進(jìn)入除銅工藝，通過(guò)投加石灰、燒堿、硫化鈉及絮凝劑等[5-7]，調(diào)節(jié)廢水pH至7左右，并使銅離子形成銅鹽沉淀而從水中去除。

用廠區(qū)大量外排的清潔的冷卻循環(huán)水對(duì)生產(chǎn)廢水進(jìn)行稀釋?zhuān)♂屩聋}分2%左右，降低廢水鹽分對(duì)生化系統(tǒng)的影響，廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)進(jìn)行處理。

4 工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化的探討

4.1 加強(qiáng)廢水的預(yù)處理

對(duì)廢水中難降解有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理是廢水能否有效處理的關(guān)鍵，通過(guò)萃取預(yù)處理將生產(chǎn)廢水中的難降解、對(duì)微生物有抑制作用的有機(jī)物去除并回收，不僅具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且能降低廢水污染物濃度特別是難降解物濃度，提高廢水可生化性，降低后端生化系統(tǒng)的負(fù)荷，提高生化系統(tǒng)處理的效果。在萃取預(yù)處理過(guò)程中，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)分析，控制好萃取的各項(xiàng)反應(yīng)條件，以保證萃取效果。

4.2 強(qiáng)化除銅

廢水中大量的銅離子對(duì)微生物會(huì)造成毒害，廢水中的銅離子若不能有效去除，會(huì)導(dǎo)致大量銅離子在污泥中富集，從而導(dǎo)致污泥銅中毒，使污泥解體，處理效果降低，出水水質(zhì)變差，嚴(yán)重的導(dǎo)致生化系統(tǒng)崩潰。因此強(qiáng)化除銅并調(diào)節(jié)廢水的pH值至中性，有效的去除廢水中銅離子，并進(jìn)一步降低廢水中的COD，調(diào)整廢水的pH值至合適的區(qū)間，確保生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 增大生產(chǎn)廢水貯池

因糖精生產(chǎn)廢水的COD和鹽分波動(dòng)較大，而鹽度的變化對(duì)穩(wěn)定的生化系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，表現(xiàn)為處理效率的急劇下降和污泥的大量流失。因此，在前端設(shè)立足夠容積的廢水貯池，提高廢水在廢水貯池的停留時(shí)間，使廢水的COD和鹽度相對(duì)穩(wěn)定。并在廢水貯池進(jìn)出口設(shè)立電導(dǎo)率儀等監(jiān)測(cè)裝置，加強(qiáng)鹽度的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)控制與反饋，防止鹽度大幅波動(dòng)對(duì)生化處理系統(tǒng)的沖擊影響。

4.4 降低污泥負(fù)荷

廢水中的鹽度會(huì)降低生物降解的速率，因此設(shè)計(jì)時(shí)污泥負(fù)荷要相對(duì)減少。很多研究已經(jīng)證明[8-9]，在高鹽環(huán)境下污泥指數(shù)降低，因此，設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)選取較低的污泥負(fù)荷，擴(kuò)大生化池的池容，提高廢水在生化池的停留時(shí)間，不必?fù)?dān)心過(guò)低負(fù)荷造成的生化池內(nèi)污泥膨脹。

4.5 增加污泥濃度

高鹽生化處理系統(tǒng)的生化污泥的絮凝性差[10-13]，污泥流失嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證生化池內(nèi)較高的污泥濃度，這也是提高處理效率的一種手段。并且在設(shè)計(jì)污泥濃縮池時(shí)，保證額外的污泥儲(chǔ)量，當(dāng)污泥大量流失時(shí)，從污泥濃縮池迅速補(bǔ)給，以保持生化池內(nèi)的污泥濃度，從而保證處理效果。

4.6 加大二沉池停留時(shí)間

高鹽分會(huì)影響活性污泥的絮凝性，因此高鹽廢水的生化污泥沉降性差，若二沉池采取常規(guī)的表面負(fù)荷，活性污泥在二沉池內(nèi)不能有效沉淀就隨水外排，會(huì)降低生化池內(nèi)的污泥濃度，從而影響處理效果和出水水質(zhì)。因此在設(shè)計(jì)二沉池時(shí)，需要提高二沉池的池容，降低表面負(fù)荷，提高廢水在二沉池內(nèi)的停留時(shí)間。

4.7 加大曝氣量

微生物在高鹽環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)為好氧呼吸速率加大，因此呼吸會(huì)造成額外的氧耗量。因此，在曝氣風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)時(shí)，加大曝氣風(fēng)量，以提高水中溶解氧濃度利于微生物的新陳代謝作用，提供其適應(yīng)高鹽環(huán)境的生理要求。

4.8 采用大孔曝氣器

生化池的曝氣系統(tǒng)也應(yīng)選用氣泡較大、提升力較強(qiáng)的散流曝氣器等曝氣方式或大孔曝氣器。不可采用氣泡較小的微孔曝氣器和可變孔曝氣器,防止曝氣孔被無(wú)機(jī)鹽堵塞,不利于曝氣池的攪動(dòng)。

4.9 嚴(yán)格控制進(jìn)水鹽度

進(jìn)水鹽濃度的變化對(duì)廢水處理生化處理系統(tǒng)的沖擊影響非常大，進(jìn)水鹽度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致污泥的耐鹽能力消失，需要重新馴化培養(yǎng)；進(jìn)水鹽度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致污泥死亡上浮，去除效率降低。因此需對(duì)進(jìn)水的鹽度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制進(jìn)水的鹽度波動(dòng)范圍，避免對(duì)生化處理系統(tǒng)造成大的沖擊，保證出水水質(zhì)。

4.10 投加其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

因生產(chǎn)廢水中基本不含N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，為保證生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，根據(jù)廢水的BOD進(jìn)行計(jì)算，按比例配置N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，均勻穩(wěn)定的投加到生化處理系統(tǒng)中。

5 總結(jié)

糖精生產(chǎn)廢水處理難度大，水量大，廢水成分復(fù)雜，CODCr高、色度高，選擇合適的處理工藝并對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是關(guān)系到能否徹底解決廢水處理難題，化解企業(yè)的生存和發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵。實(shí)踐表明，通過(guò)上述手段，有效的解決了該廢水處理的難題，處理效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

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