甘蔗制糖廢水末端治理及其污泥壓濾技術(shù)研究

楊振仙，李 玲

(云南滄源南華勐省糖業(yè)有限公司，云南臨滄677408)

0 引言

中國的制糖業(yè)主要集中在廣西、云南等地區(qū)，是當(dāng)?shù)刂匾еa(chǎn)業(yè)，也是農(nóng)民主要收入來源。甘蔗制糖工藝廢水排放量大，化學(xué)需氧量(CODcr)濃度高，成分復(fù)雜，廢水處理具有一定的難度。廢水若不經(jīng)處理直接排入水體，將會(huì)對(duì)水資源造成嚴(yán)重污染，同時(shí)又向環(huán)境排放大量的廢水和有機(jī)污染物，破壞生態(tài)環(huán)境[1-2]。制糖廢水的綜合治理一直都是工業(yè)廢水處理研究的重點(diǎn)，目前我國用水短缺，嚴(yán)峻的形勢(shì)要求制糖廢水污染物排放總量達(dá)到控制要求和達(dá)標(biāo)排放。因此企業(yè)要發(fā)展，環(huán)保工作必須要先落實(shí)，節(jié)能減排、達(dá)標(biāo)排放成了制糖生產(chǎn)企業(yè)需要研究的重點(diǎn)。為此，各個(gè)制糖企業(yè)越來越重視環(huán)境保護(hù)和污水綜合治理，并投入了大量的人力、物力和財(cái)力用于環(huán)境污染治理技術(shù)的研究與開發(fā)。

本文以云南滄源南華勐省糖業(yè)有限公司為例，探討利用CASS(Cyclic Activated Sludge System)活性污泥法工藝處理制糖末端廢水和廢水處理后多余污泥的壓濾技術(shù)，根據(jù) GB 21909-2008《制糖工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[3]減排污染物，達(dá)到穩(wěn)定的達(dá)標(biāo)排放，以便為甘蔗制糖行業(yè)對(duì)今后污泥處理工藝技術(shù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料及設(shè)施

1.1.1 主要原料

⑴活性污泥：污水長時(shí)間曝氣產(chǎn)生的污泥，形狀為絮狀污泥，在顯微鏡下可以見到大量的細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，它們組成了一個(gè)特有的生態(tài)系統(tǒng)?？赏ㄟ^其它污水處理廠購進(jìn)培養(yǎng)好的污泥，也可自行培養(yǎng)。

⑵廢水：制糖過程的中、低濃度廢水，其中低濃度廢水主要是設(shè)備冷卻水以及抽真空用冷凝水；中濃度廢水主要是沖洗箱罐、沖洗地板等污染較嚴(yán)重的水。

1.1.2 主要設(shè)施

以廢水處理量 3000 m3/d的企業(yè)為例，主要有以下設(shè)施：

⑴格柵池：需配置5 m3左右水池，主要作用是隔離大顆粒的物質(zhì)以及沉淀砂粒等物質(zhì)，制糖污水比較特殊，大顆粒物質(zhì)比較少，對(duì)格柵池的要求不高。

⑵冷卻塔：主要作用是控制進(jìn)曝氣池水的溫度，CASS活性污泥對(duì)水溫有一定的要求，因此必須配置冷卻塔，面積100～200 m2即可。

⑶調(diào)節(jié)池：廢水在處理前進(jìn)行適合處理?xiàng)l件的水質(zhì)調(diào)節(jié)，主要調(diào)節(jié)污水濃度、pH值等，調(diào)節(jié)池原則上和曝氣池同樣容積，也可比曝氣池小(邊調(diào)節(jié)邊進(jìn)水)。

⑷曝氣設(shè)施：①曝氣池：CASS活性污泥法處理廢水的主要反應(yīng)池，從經(jīng)濟(jì)耐用角度考慮用普通的鋼筋混凝土澆鑄而成，根據(jù)需要處理的水量來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的容積通常要比實(shí)際需要的容積大 8%～10%，以方便操作管理，日處理3000 m3的廠，配置3個(gè)1150 m3曝氣池。②曝氣器：常用的有鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣2種，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，鼓風(fēng)曝氣更適合于CASS活性污泥法廢水處理工藝。風(fēng)機(jī)采用羅茨風(fēng)機(jī)，每天處理 3000 m3水量，配置 4臺(tái)HSR175型45 kW的羅茨風(fēng)機(jī)(一臺(tái)備用)則能滿足生產(chǎn)要求。③曝氣裝置：從制糖行業(yè)廢水特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度出發(fā)，最佳選擇是彈性曝氣軟管，采用化學(xué)纖維增強(qiáng)塑料制成，直徑為65 mm，長度可以根據(jù)實(shí)際需要確定，軟管上均勻分布微型小孔，曝氣量在 2～7 m3/(m·h)。

⑸潷水器：從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度出發(fā)采用浮筒式潷水器。

⑹清水池：配置1個(gè)300～500 m3左右的暫貯池，在實(shí)際運(yùn)行過程如果水質(zhì)量處理不達(dá)標(biāo)，可返回調(diào)節(jié)池重新處理，檢測(cè)達(dá)標(biāo)直接排放或者回用。

⑺污泥濃縮罐：多余的活性污泥在進(jìn)行壓濾處理前進(jìn)行濃縮的一個(gè)過程，污泥濃縮罐配備 2個(gè)40～55 m3的普通圓柱體容器即可，可用壓縮空氣或者機(jī)械裝置作為攪拌裝置，壓縮空氣攪拌優(yōu)于機(jī)械攪拌。

⑻污泥壓濾機(jī)：壓濾機(jī)過濾面積70～100 m2即可滿足生產(chǎn)要求。

⑼污染物檢測(cè)設(shè)備：根據(jù)HJ 860.1-2017《排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 農(nóng)副食品加工加工工業(yè)—制糖工業(yè)》中規(guī)定，制糖企業(yè)廢水排放執(zhí)行GB 21909-2008《制糖工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中的COD、pH、氨氮、流量需要安裝在線監(jiān)測(cè)，其它指標(biāo)每個(gè)月做1次自行監(jiān)測(cè)。企業(yè)按要求配置有相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，并根據(jù)水處理工藝需要制定監(jiān)測(cè)污染因子以及頻次。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 CASS活性污泥法處理甘蔗制糖廢水

甘蔗制糖廢水主要污染物來自于甘蔗處理過程，經(jīng)過物理化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的以COD、NH3-N、BOD為主的非持久性有機(jī)污染物。因此從投資成本、運(yùn)營管理方面考慮，采用CASS活性污泥法好氧工藝處理，其具有較低的單位基礎(chǔ)投資費(fèi)用、較高的去除效果、操作管理簡單等優(yōu)勢(shì)。

1.2.1.1 CASS活性污泥法工藝流程

廢水送至污水處理站，先通過格柵池?cái)r截粗大懸浮物，如來水水質(zhì)異常，則進(jìn)入事故池儲(chǔ)存另行處理；如來水滿足進(jìn)污水站要求，則進(jìn)入調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)水質(zhì)，調(diào)節(jié)池出水由提升泵送至冷卻塔中，使廢水溫度降低至 30℃±1℃，冷卻塔出水自流入CASS池中進(jìn)行好氧生物處理，好氧處理后的澄清廢水通過潷水器排至清水池，回用或達(dá)標(biāo)排放。工藝流程見圖1。

1.2.1.2 CASS活性污泥法的控制要點(diǎn)

活性污泥系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，污水的水質(zhì)及水量在不斷的變化，環(huán)境條件也在不斷的變化，需要按照活性污泥中微生物的代謝規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使系統(tǒng)處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)揮最大的效益，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。

廢水在處理前需要進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)要控制好表 1的參數(shù)。CASS活性污泥法處理工藝要達(dá)到各污染物的去除率95%以上，必須要按時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析，用分析數(shù)據(jù)作為工藝控制的依據(jù)。水處理過程要均衡，工藝控制過程要穩(wěn)定，主要工藝控制要點(diǎn)有：水溫、進(jìn)水pH、進(jìn)水CODcr濃度、曝氣時(shí)間和曝氣量、污泥比率等。

⑴進(jìn)水水溫要控制在25～35℃，低于25℃或者高于35℃污泥中的活菌不容量生長，水處理效果不佳，水溫控制在30℃±1℃效果最佳。

圖1 CASS活性污泥法處理工藝流程圖

表1 調(diào)節(jié)池水質(zhì)參數(shù)控制條件

⑵進(jìn)水pH控制在7～8之間，不能高于9，如果pH值連續(xù)24 h高于9，大部分活性污泥中的微生物會(huì)死亡，水質(zhì)會(huì)變黑、變臭，比處理前更惡劣。

⑶進(jìn)水CODcr濃度300～800 mg/L，進(jìn)入CASS池的廢水CODcr濃度不能超過800 mg/L，如調(diào)節(jié)池廢水CODcr濃度大于800 mg/L時(shí)，應(yīng)使用清水調(diào)節(jié)或減少進(jìn)水量。經(jīng)調(diào)節(jié)后的CODcr濃度仍然超過800 mg/L時(shí)，進(jìn)水量的確定應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的CODcr負(fù)荷核算，采取減少潷水和進(jìn)水方式確保CASS池免受沖擊。CODcr濃度低于300 mg/L，水中的養(yǎng)分不夠，不利于微生物成長，需要加氮肥、磷肥等營養(yǎng)物質(zhì)，所需的氮、磷等營養(yǎng)比例為COD∶N∶P=100∶5∶1。

⑷曝氣時(shí)間以及曝氣量：曝氣時(shí)間可以根據(jù)污泥中的微生物含量、污泥量等指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，一個(gè)2000 m3的曝氣池，曝氣時(shí)間不得低于3～5 h。最終的曝氣量用水中的溶解氧來判定，溶解氧含量通常在2～4 mg/L，不得低于2 mg/L。

⑸污泥比率用簡單的物理沉降方法直觀比較，取曝氣過程中500 mL的水樣放入量筒，靜置1 h，查看污泥所占的比率。污泥比率在35%±2%時(shí)效果最佳，可根據(jù)進(jìn)水CODcr濃度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。進(jìn)水CODcr濃度高，污泥比率相應(yīng)提高，污泥高于40%需要抽走多余污泥，低于25%時(shí)需要調(diào)節(jié)水質(zhì)、增加曝氣時(shí)間來培養(yǎng)污泥。

1.2.2 廢水處理后多余污泥的壓濾技術(shù)研究

CASS使用的是微生物法，產(chǎn)生的多余污泥如何處理是制糖企業(yè)廢水處理需要研究的重點(diǎn)，廢水處理后的污泥含大量微生物菌株，其性能為濃度低、粘度高、有滑性，其吸附性、過濾性、沉降性較差，很難用普通的過濾或脫水設(shè)備脫水，許多過濾設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)以及制糖企業(yè)進(jìn)行過多種方法試驗(yàn)，最終也沒有達(dá)到理想的效果。基于云南滄源南華勐省糖業(yè)有限公司的多年研究，壓濾技術(shù)取得一定效果，主要研究方法如下：

1.2.2.1 多余污泥的處理工藝流程

將多余污泥排放至濃縮池進(jìn)行二次濃縮，濃縮后的清水直接排放，剩余的濃液泵至帶有攪拌裝置的攪拌池加植物纖維(蔗渣)混合攪拌，混合均勻后的污泥送到壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾過濾。過濾出來的清水直接排放(符合排放標(biāo)準(zhǔn))，壓濾泥則用作生物有機(jī)肥的生產(chǎn)原料。工藝流程見圖2。

圖2 多余污泥壓濾處理流程圖

1.2.2.2 污泥處理工藝控制要求

⑴需將污泥泵送至儲(chǔ)存罐進(jìn)行攪拌混合均勻。

⑵添加的植物纖維即蔗渣顆粒大小、數(shù)量要適中，顆粒太大、太小均影響過濾效果甚至無法過濾，最好是攪拌均勻的蔗渣糠，污泥∶蔗渣體積比例為10∶1左右。

⑶當(dāng)污水處理工藝波動(dòng)導(dǎo)致壓濾困難時(shí)，需添加適當(dāng)?shù)奈鬯幚硎褂玫男跄鄤?，以確保壓濾效果。

⑷壓濾機(jī)的配置為：每處理1500 m3的污水用10 m2的壓濾機(jī)。

2 結(jié)果與分析

2.1 末端廢水CASS活性污泥法處理廢水效果

根據(jù)云南滄源南華勐省糖業(yè)有限公司的生產(chǎn)實(shí)踐表明(見表2)，2010年和2011年未使用CASS活性污泥法處理廢水，CODcr排放量分別為210、101 mg/L，噸糖排水量分別為26.51、25.58 m3/t，超出了《制糖工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》水污染物排放限值。2012年開始利用CASS活性污泥法處理廢水后，CODcr排放量和噸糖排水量大幅度下降，氨氮、SS、總氮、BOD5排放量也有不同程度的下降，pH值和總磷濃度變化不大。截止到2018年，CODcr排放量和噸糖排水量分別為24.95 mg/L和1.26 m3/t，pH值為7.7，氨氮、SS、總磷、總氮、BOD5濃度分別為1.03、13、0.06、0.86、3 mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)執(zhí)行《制糖工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的標(biāo)準(zhǔn)限值。

表2 項(xiàng)目實(shí)施前后廢水處理結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表3是2018年1～5月云南滄源南華勐省糖業(yè)有限公司CODcr的處理效果，從該公司生產(chǎn)實(shí)踐來看，2018年CASS活性污泥法處理廢水的主要污染物 CODcr平均去除量為 40.17 t，平均去除效率95.42%，是制糖廢水處理比較理想的工藝技術(shù)。

除了 CODcr去除率達(dá)95%以上，2018年云南滄源南華勐省糖業(yè)有限公司廢水處理的負(fù)荷率為1.37%，能耗約2 kW·h/m3，處理成本約2.5元/m3，這些數(shù)據(jù)表明采用CASS活性污泥法治理廢水具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

表3 2018年廢水CODcr處理效率統(tǒng)計(jì)表

2.2 多余污泥的壓濾技術(shù)效果

在未使用壓濾技術(shù)前制糖廢水活性污泥法產(chǎn)生的污泥很難處理，多余污泥的壓濾技術(shù)主要是輔助水處理穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)污泥含量實(shí)時(shí)地進(jìn)行處理，可以防止污泥膨脹，保證污泥質(zhì)量。但未使用壓濾加蔗渣技術(shù)之前，污泥進(jìn)壓濾機(jī)后附著在濾布上，無法正常壓濾，濾汁SS濃度和BOD5濃度也很難測(cè)量。壓濾后污泥水分基本在95%以上(表4)，污泥脫水效果不好，處于稀泥狀態(tài)，要有足夠場(chǎng)地進(jìn)行污泥自然蒸發(fā)曬干，方可作生物有機(jī)肥原料。使用壓濾加蔗渣技術(shù)后，濾汁 CODcr濃度下降至 40～80 mg/L，濾汁SS濃度和BOD5濃度分別為700 mg/L和200 mg/L，壓濾泥水分降低至50%～70%(表4)。壓濾加蔗渣技術(shù)處理后的污泥可以不用二次晾曬，直接供生物有機(jī)肥作原料或作綠化用肥，減少了場(chǎng)地的使用面積以及二次污染。

表4 壓濾機(jī)加蔗渣與不加蔗渣效果對(duì)比表

3 結(jié)論與展望

本文利用CASS活性污泥法治理甘蔗制糖末端廢水以及廢水處理后利用壓濾技術(shù)處理多余污泥。截止到2018年可以實(shí)現(xiàn)噸糖平均排水量1.26 m3/t，噸糖主要污染物 CODcr平均排放量 24.95 mg/L，CODcr去除效率達(dá)95%以上，氨氮、SS、總氮、BOD5排放量也有不同程度的下降，各項(xiàng)指標(biāo)執(zhí)行《制糖工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的標(biāo)準(zhǔn)限值。但 CASS活性污泥法產(chǎn)生的污泥稀、濕、滑，壓濾效果不好，本文使用壓濾加蔗渣技術(shù)后，濾汁CODcr濃度顯著下降，壓濾泥水分由原來的95%以上降低至50%～70%，可以不用二次晾曬，直接供生物有機(jī)肥或作綠化用肥，減少了場(chǎng)地的使用面積以及二次污染。