天然橡膠加工廢水深度處理回用工程實(shí)例

張愷揚(yáng)

（沈陽化工研究院設(shè)計(jì)工程有限公司，沈陽　110021）

天然橡膠加工廢水深度處理回用工程實(shí)例

張愷揚(yáng)

（沈陽化工研究院設(shè)計(jì)工程有限公司，沈陽110021）

針對(duì)天然橡膠加工廢水污染物濃度高、富含營養(yǎng)物質(zhì)、可生化性好的特點(diǎn)，選用中和-沉淀-UASB-AO生化-混凝沉淀-砂濾-消毒的工藝進(jìn)行處理，出水水質(zhì)達(dá)到GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)與GB 20922—2007《城市污水再生利用 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》中露地蔬菜標(biāo)準(zhǔn)的要求，可作為生產(chǎn)工藝用水或膠林灌溉水。介紹了處理工藝流程及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，給出了主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行成本。

天然橡膠加工廢水；UASB；AO工藝；深度處理；回用

天然橡膠是世界性戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，其在國民經(jīng)濟(jì)中占有特殊而又重要的地位［1］。與人工合成橡膠相比，天然橡膠具有加工性能好、產(chǎn)品綜合性能優(yōu)良以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是我國南方熱帶地區(qū)的重要產(chǎn)業(yè)，為我國國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)［2-3］。

天然橡膠加工廢水是指以天然膠乳或膠園凝膠為原料生產(chǎn)天然生膠，以及以天然膠乳為原料生產(chǎn)濃縮膠乳和膠清橡膠的過程中所排放的廢水，其主要污染物為可溶性有機(jī)物、氨氮、硫酸根以及泥沙、樹葉等雜質(zhì)［4］。天然橡膠加工廢水具有水量大、偏酸性、污染物濃度高的特點(diǎn)，如果處理不當(dāng)會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染，使水體富營養(yǎng)化，甚至危害人類健康［1］；同時(shí)生產(chǎn)過程中大量的水資源消耗也嚴(yán)重影響了橡膠產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。目前廢水造成的污染已經(jīng)成為制約橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸［5］，而隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，以及清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步推廣，將橡膠廢水處理達(dá)標(biāo)并有效回用，勢(shì)必關(guān)系到我國天然橡膠產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展和環(huán)境保護(hù)事業(yè)的進(jìn)步。

1　工程概況

某天然橡膠加工廠產(chǎn)能為4.5萬t/a，其中包含TSR5標(biāo)準(zhǔn)膠0.75萬t/a、TSR9710標(biāo)準(zhǔn)膠0.75 萬t/a、TSR20標(biāo)準(zhǔn)膠1.5萬t/a和乳膠級(jí)標(biāo)準(zhǔn)膠1.5萬t/a。生產(chǎn)廢水主要來自膠乳凝固、壓薄、造粒、雜膠洗滌等工藝環(huán)節(jié)。廢水經(jīng)中和-沉淀-UASB-AO生化-混凝沉淀-砂濾-消毒工藝處理后，作為生產(chǎn)工藝用水的補(bǔ)充水及膠林澆灌用水，無廢水外排。

2　設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

2.1設(shè)計(jì)規(guī)模

廢水處理及回用設(shè)計(jì)規(guī)模為5 200 m3/d。其中高濃度的乳標(biāo)膠生產(chǎn)廢水處理量為900 m3/d，低濃度的凝標(biāo)膠生產(chǎn)廢水處理量為4 300 m3/d。

2.2設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

工程進(jìn)水主要為乳標(biāo)膠及凝標(biāo)膠加工過程中排放的生產(chǎn)廢水，處理后出水90%回用于生產(chǎn)，其余10%用于澆灌橡膠林，水質(zhì)要求同時(shí)滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)以及GB 20922—2007《城市污水再生利用 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》中露地蔬菜標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1　天然橡膠加工廢水設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1　Design inf1uent and eff1uent water qua1ity of natura1 rubber processing

3　廢水處理工藝

天然橡膠加工廢水中的主要污染物為蛋白質(zhì)、糖類、白堅(jiān)木糖醇、有機(jī)酸、脂類化合物以及少量的無機(jī)鹽［6］，其中含有大量的N、P、K、Ca、Mg、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)性物質(zhì)，而不含重金屬等有毒物質(zhì)［1］，因此，廢水的可生化性很好，m（BOD5）/m（CODCr）值通常大于0.7，非常適合采用生化處理［3］。

傳統(tǒng)的天然橡膠加工廢水處理工藝主要包括厭氧-氧化塘自然曝氣氧化法、厭氧-活性污泥機(jī)械強(qiáng)制曝氣氧化法、氧化塘-活性污泥機(jī)械強(qiáng)制曝氣氧化法、氧化塘自然曝氣氧化法、好氧段連續(xù)曝氣法、乳清循環(huán)厭氧法以及水生生物法等，但這些方法分別具有占地面積大，處理時(shí)間長(zhǎng)，臭味較大或者NH3-N脫除效率低等缺點(diǎn)［1，5］。根據(jù)本工程進(jìn)水水質(zhì)及回用水水質(zhì)要求，同時(shí)考慮節(jié)約占地、資源利用和惡臭控制，選用UASB-AO生化-混凝沉淀過濾為主的處理工藝。本工程廢水處理及回用工藝流程如圖1所示。

凝標(biāo)膠廢水首先經(jīng)過沉淀池前端的柵網(wǎng)攔截碎膠塊和漂浮物，柵格間隙為8 mm，采用人工清理并定期收集回收碎膠，碎膠經(jīng)清洗后可回用于生產(chǎn)。凝膠廢水沉淀池采用平流式沉淀池，通過重力沉降分離出廢水中剩余的懸浮顆粒，出水再自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)一步均衡水質(zhì)水量后由泵提升進(jìn)入配水池。

圖1　天然橡膠加工廢水處理回用工藝流程Fig.1　F1ow of natura1 rubber processing wastewater treatment and reuse

乳標(biāo)膠廢水首先進(jìn)入中和池，投加石灰乳調(diào)節(jié)廢水pH值至8左右后進(jìn)入平流式沉淀池，在沉淀池入口投加高分子助凝藥劑以使懸浮雜質(zhì)及膠體充分沉淀。經(jīng)過初沉的乳標(biāo)膠廢水通過調(diào)節(jié)池進(jìn)一步均衡水質(zhì)水量后，由泵提升進(jìn)入?yún)捬跎幚韱卧?。厭氧處理采用UASB工藝，UASB是一種高負(fù)荷的厭氧反應(yīng)器［7］，能迅速降解有機(jī)污染物，對(duì)BOD5去除率很高，較相對(duì)傳統(tǒng)的厭氧塘占地更小、效率更高，降解廢水中有機(jī)污染物的同時(shí)，可回收利用生物質(zhì)能——沼氣作為烘膠爐的燃料。UASB出水重力自流進(jìn)入配水池。

配水池通過鼓風(fēng)曝氣促進(jìn)乳標(biāo)膠廢水與凝標(biāo)膠廢水的混合。好氧生化處理采用AO前置反硝化生物脫氮工藝，利用微生物在缺氧/好氧環(huán)境下的自身新陳代謝作用對(duì)廢水進(jìn)行處理，是本工程處理工藝的核心。其中反硝化反應(yīng)器在前，去除有機(jī)物、硝化的綜合反應(yīng)器在后，通過將出水端含有大量硝酸鹽的硝化液回流至反硝化反應(yīng)器前端，同時(shí)以進(jìn)水中的有機(jī)物為碳源進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)，達(dá)到同時(shí)去除廢水中有機(jī)物和氮的目的。

AO生化池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離后，進(jìn)入混凝沉淀池，通過投加無機(jī)混凝藥劑和有機(jī)高分子助凝劑，使水中難以沉淀的膠體顆粒聚合成大塊絮體，并通過斜管沉淀池去除。在混凝沉淀后設(shè)置砂濾單元，進(jìn)一步攔截去除SS及膠體物質(zhì)，大幅度降低廢水中的SS濃度。砂濾出水經(jīng)消毒后進(jìn)入回用水池，大部分作為工藝用水回用于析膠、洗膠、冷卻塔、設(shè)備清洗等，少量用于膠林灌溉。

4　主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）凝標(biāo)膠廢水沉淀池。尺寸為15.0 m×6.0 m×4.5 m，有效水深為4.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為2 h。設(shè)行車式刮泥機(jī)1臺(tái)，功率為1.5 kW；污泥螺桿泵2臺(tái)，流量為12 m3/h，揚(yáng)程為60 m，功率為4 kW。

（2）凝標(biāo)膠廢水調(diào)節(jié)池。尺寸為54.0 m×15.0 m×4.5 m，有效水深為4.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為18 h。設(shè)提升泵2臺(tái)，流量為200 m3/h，揚(yáng)程為16 m，功率為15 kW。

（3）乳標(biāo)膠廢水中和池。分2格，單格尺寸為2.0 m×2.0 m×4.0 m，有效水深為3.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間約為40 min。設(shè)混合攪拌機(jī)2臺(tái)，功率為4 kW。

（4）乳標(biāo)膠廢水沉淀池。尺寸為16.0 m×4.0 m×4.0 m，有效水深為3.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水力停留時(shí)間為6 h。設(shè)行車式刮泥機(jī)1臺(tái)，功率為1.5 kW；污泥螺桿泵2臺(tái)，流量為12 m3/h，揚(yáng)程為60 m，功率為4 kW。

（5）乳標(biāo)膠廢水調(diào)節(jié)池。尺寸為18.0 m×12.0 m×4.0 m，有效水深為3.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為20 h。設(shè)提升泵3臺(tái)，流量為25 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為3 kW。

（6）UASB厭氧反應(yīng)器。共2臺(tái)，尺寸為Ф10.0 m×12.0 m，有效水深為10.5 m，水力停留時(shí)間為44 h，碳鋼結(jié)構(gòu)防腐。容積負(fù)荷為5.0 kg［CODCr］/ （m3·d）；上升流速為0.25 m/h；污泥齡為20～30 d；沼氣產(chǎn)率為0.40 m3/kg［CODCr］。

（7）配水池。尺寸為12.0 m×6.0 m×6.5 m，有效水深為6.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為2 h。預(yù)曝氣風(fēng)量為5 m3/min，曝氣引自生化池風(fēng)機(jī)供風(fēng)管。

（8）AO生化池。尺寸為Ф 36.0 m×6.0 m，有效水深為5.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間26 h，其中A段8 h，O段18 h。溫度為20～25℃；pH值為7～8；污泥負(fù)荷為0.18 kg［BOD5］/ （kg［MLSS］·d）；污泥齡為10～15 d；污泥回流比為100%；硝化液回流比為200%；A段、O段溶解氧質(zhì)量濃度分別為0.5、2.0 mg/L。設(shè)低速推流機(jī)2臺(tái)，功率為1.5 kW；推流攪拌機(jī)8臺(tái)，其中4臺(tái)功率為1.5 kW，4臺(tái)功率為3 kW；液下回流泵2臺(tái)，流量為220m3/h，揚(yáng)程為2m；鼓風(fēng)機(jī)4臺(tái)，風(fēng)量為26.6m3/min，風(fēng)壓為58.8kPa，功率為45kW。

（9）二沉池。尺寸為Ф 18.0 m×4.0 m，周邊水深為3.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為4 h。設(shè)周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)，功率為0.75 kW；污泥回流泵2臺(tái)，流量為230 m3/h，揚(yáng)程為14 m，功率為15 kW。

（10）混凝沉淀池。尺寸為14.0 m×4.0 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。反應(yīng)時(shí)間約25 min；斜管沉淀池水力停留時(shí)間為40 min，上升流速為2 mm/s。設(shè)混合攪拌機(jī)2臺(tái)，功率為5.5 kW。

（11）砂濾。設(shè)砂濾罐4臺(tái)，尺寸為Ф 3.4 m× 4.6 m，采用石英砂單層濾料，濾層高度為1.2 m，粒徑分布為0.5～1.2 mm，不均勻系數(shù)為2.0；濾速為6 m/h，強(qiáng)制濾速為8 m/h。設(shè)進(jìn)水泵4臺(tái)，流量為60 m3/h，揚(yáng)程為12 m，功率為4 kW；反沖洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)量為8.4 m3/min，風(fēng)壓為49.0 kPa，功率為15 kW；反沖洗水泵2臺(tái)，流量為150 m3/ h，揚(yáng)程為20 m，功率為15 kW。

（12）消毒池。尺寸為14.0 m×3.5 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為1 h。設(shè)二氧化氯發(fā)生器2套，制備能力為2 kg［有效氯］/h，投加量為8 mg/L，功率為2.5 kW。

（13）回用水池。尺寸為25.0 m×14.0 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為8 h。設(shè)回用水泵3臺(tái)，流量為130 m3/h，揚(yáng)程為24 m，功率為15 kW。

5　工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）采用UASB-AO生化工藝處理天然橡膠加工廢水，具有工藝成熟可靠、出水水質(zhì)穩(wěn)定、運(yùn)行成本較低、可回收利用生物質(zhì)能源等特點(diǎn)，可有效解決傳統(tǒng)處理工藝占地面積大、處理時(shí)間長(zhǎng)、NH3-N脫除效率低等問題。

（2）AO生化工藝采用先進(jìn)的圓形池體設(shè)計(jì)，內(nèi)圈呈完全混合式，外圈采用推流式，兼具了二者的優(yōu)點(diǎn)，可以有效改善污泥的流態(tài)和性狀，具有脫氮效率高、污泥產(chǎn)率低、運(yùn)行工況穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

6　工程運(yùn)行效果

本工程調(diào)試完成后，乳標(biāo)膠廢水、凝標(biāo)膠廢水及處理后出水的CODCr、NH3-N濃度如圖2、圖3所示，其中去除率是采用各股廢水水質(zhì)按水量加權(quán)平均后數(shù)值計(jì)算得出的總?cè)コ省?/p>

圖2進(jìn)、出水CODCr濃度及其去除率Fig.2　Mass concentrations of CODCrin inf1uent and eff1uent water and remova1 rate thereof

圖3　進(jìn)、出水NH3-N濃度及其去除率Fig.3　Mass concentrations of NH3-N in inf1uent and eff1uent water and remova1 rate thereof

由圖2、圖3可以看出，雖然兩股生產(chǎn)廢水的進(jìn)水CODCr及NH3-N濃度波動(dòng)很大，但在系統(tǒng)調(diào)試成功后，在乳標(biāo)膠廢水和凝標(biāo)膠廢水的CODCr質(zhì)量濃度分別為8 200～9 600 mg/L和320～580 mg/L時(shí)，出水CODCr質(zhì)量濃度穩(wěn)定在30～50 mg/L；乳標(biāo)膠廢水和凝標(biāo)膠廢水的NH3-N質(zhì)量濃度分別為330～440 mg/L和20～50 mg/L時(shí)，出水NH3-N質(zhì)量濃度穩(wěn)定在0.5～1.6 mg/L。系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除率在96%以上，對(duì)NH3-N的去除率在98%以上，出水水質(zhì)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足工藝用水補(bǔ)充水及膠林灌溉回用水的水質(zhì)要求，且系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。

7　投資及運(yùn)行費(fèi)用

本工程總投資約1 700萬元，總處理成本為1.42元/t，運(yùn)行成本為1.21元/t。

8　結(jié)論

（1）采用UASB-AO生化-混凝沉淀過濾為主的工藝處理天然橡膠加工廢水可取得良好的處理效果，出水水質(zhì)可同時(shí)滿足GB/T 19923—2005中工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)和GB 20922—2007中露地蔬菜標(biāo)準(zhǔn)的要求。處理后出水10%用于澆灌橡膠林和綠化，其余可全部回用于析膠、洗膠、設(shè)備清洗、冷卻塔等生產(chǎn)流程，無廢水外排，降低環(huán)境污染的同時(shí)可有效節(jié)約寶貴的水資源。

（2）高濃度的乳標(biāo)膠廢水采用UASB工藝處理，降解廢水中有機(jī)污染物的同時(shí)，可以回收利用生物質(zhì)能——沼氣作為烘膠爐的燃料。

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Project example of advanced treatment of wastewater from nature rubber processing

ZHANG Kai-yang
（Shenyang Research Institute of Chemical Industry Design and Engineering Co.，Ltd.，Shenyang 110021，China）

In view of the characteristics of the wastewater from nature rubber processing which are main1y manifested as high concentrations of po11utants and nutrient substance，good biodegradabi1ity and so on，a combined process of neutra1ization-sedimentation-UASB-AO biochemica1-coagu1ation sedimentation-sand fi1trationsteri1ization was used for its treatment.The resu1ts showed that，the eff1uent water qua1ity not on1y met the requirement of techno1ogica1 and productive uses water specified in GB/T 19923—2005 The Reuse of Urban Recycling Water—Water Quality Standard for Industrial Uses，but a1so met the specification for outdoor vegetab1es irrigating required by GB 20922—2007 The Reuse of Urban Recycling Water—Quality of Farmland Irrigation Water，therefore，it cou1d be used as industria1 water for rubber processing and irrigation water of rubber p1antation.The process f1ow and its design characteristics were introduced with the design parameters of main structures and running cost provided as we11.

natura1 rubber processing wastewater；UASB；AO process；advanced treatment；reuse

X703.1；X783.3

B

1009-2455（2016）02-0062-04

張愷揚(yáng)（1980-），男，遼寧沈陽人，工程師，碩士，主要從事水處理工程設(shè)計(jì)，（電話）024-85869269（電子信箱）zhangkaiyang@sinochem.com。

2015-11-20