4種精制糖廢鹵水處理方法的對比淺析

鄧先勇　楊文?！＄娂矣馈∨嵝液馈×枋蕾F　陳彪

摘 要：精制糖生產使用離子交換樹脂脫是目前國內外最為普遍的生產工藝。樹脂再生過程中需要排出廢鹵水，該廢鹵水中含有大量的有機色素、氯化鈉、糖分等，成分復雜，處理難度很大，探索、研究其深度處理技術迫在眉睫。文章通過總結近10幾年來在廢鹵水處理方面的研究和應用，根據在使用中的問題和使用效果，對比作為蔗渣爐煙氣洗滌水再利用處理、反參透膜過濾處理、蒸發(fā)濃縮與再生處理、化學+物理+生物綜合處理等4種處理精制糖廢鹵水的方法，為處理類似廢水提供參考。

關鍵詞：精制糖；廢鹵水；廢水處理

中圖分類號：S566.1；TS244? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-820X（2023）01-0026-05

0 引言

隨著人民生活水平的不斷提高，市場對高質量白砂糖的需求越來越大，精制糖是質量和純度最高的食糖產品，由原糖經過清凈提純后再結晶煮煉制成。我國的精糖質量標準GB/T 317—2018 《中華人民共和國國家標準 白砂糖》規(guī)定的理化指標：蔗糖分≥99.8%，還原糖分≤0.03%，電導灰分≤0.02%，干燥失重≤0.05%，色值≤25 IU，混濁度≤30 MAU，不溶于水雜質≤10 mg/kg。通過離子交換樹脂對糖液進行脫色是目前國內外普遍使用的精制糖生產工藝［1］，精制糖廠的離子交換樹脂在生產一定的周期之后，其吸附了糖漿中較多的色素雜質，無法達最佳性能，需要用一定量的鹽水、燒堿及鹽酸混合成鹵水對該樹脂進行清洗再生，使其達到最佳性能。通常為最大限度地回收再生鹵水，離子交換樹脂脫色系統(tǒng)一般自帶有再生鹵水的制備回收系統(tǒng)［1］，但該系統(tǒng)一般只能回收一定比例的排出鹵水，經再生鹵水回收系統(tǒng)后不能再回收排出的部分，稱為廢鹵水。廢鹵水具有較高濃度，是一種含有糖分、NaCl、多種礦物質分子及大量多酚類色素的成分復雜的廢水［1］，無回收價值，且按糖廠現有的生化污水處理系統(tǒng)很難處理，存在著較大的環(huán)境污染隱患，增加糖廠處理環(huán)保壓力。

廢鹵水處理技術屬于制糖行業(yè)的一項全新技術，國內精制糖生產起步晚，可借鑒的廢鹵水處理成功應用案例較少，隨著國家對環(huán)保要求的不斷提高，精制糖廢鹵水深度處理技術的探索、研究迫在眉睫。根據作者近10幾年來在廢鹵水處理上的探索、研究及應用，總結對比4種處理廢鹵水方法在使用中的問題和使用效果，分析其在應用上的合理性、經濟性及運行效率等，為處理類似廢水提供參考。

1 作為蔗渣爐煙氣洗滌水再利用處理技術

蔗渣鍋爐是糖廠的一種專用鍋爐，蔗渣鍋爐燃燒蔗渣，產生的煙氣中含有大量蔗渣灰，這些含有蔗渣灰的煙氣排入空氣會污染環(huán)境，危害工作人員的身體健康，通常會用大量水來洗滌煙氣，減少煙氣中的蔗渣灰，該工藝的沖灰水一般經過深沉淀后，閉路循環(huán)使用［2］，但因水分損耗（煙氣帶走水分和蒸發(fā)）需要補充。因此，可設計一種廢鹵水再利用系統(tǒng)，運用廢鹵水來洗滌含有蔗渣灰的煙氣，不僅可幫助去除煙氣中蔗渣灰，還可節(jié)約新鮮水用量，更重要的是用一種合理可行的方法解決了糖廠處理廢鹵水的技術難題，消除生產存在的環(huán)保壓力。廣西糖業(yè)集團防城精制糖有限公司楊華、楊宇格等發(fā)明的廢鹵水再利用系統(tǒng)［3］，在榨季期間，通過使用精制糖廢鹵水作為蔗渣爐煙氣洗滌水進行再利用處理，可在煙氣達標排放的情況下有效處理部分精制糖廢鹵水。由于蔗渣灰具有較大的表面積，對廢鹵水中污染成分具有一定程度的吸附固化作用，雖然在循環(huán)使用中因煙氣帶走部分水縮量而不斷補充廢鹵水，但從檢測結果上看，經洗滌煙氣后的廢鹵水其主要污染指標均有不同程度下降，循環(huán)使用的廢鹵水的污染物不會產生積累，可有效處理廢水中污染物。

作為蔗渣爐煙氣洗滌水再利用處理精制糖廢鹵水，設備投入費用低，流程和控制過程簡單，運行過程基本不增加原洗滌系統(tǒng)外的其他費用。但其僅適用于榨蔗線和精制糖生產線均具備的制糖企業(yè)，處理能力與榨蔗線能產規(guī)模成正比關系。

榨蔗生產季節(jié)性強，一般榨季為當年的11月底到次年的4月，煉糖則為常年生產，在非榨季時期產生產廢鹵水需要其他方法進行處理。如榨季期間鍋爐處理廢鹵水的能力大于產廢鹵水的量，則可部分存儲至榨季處理。因此，需要煉糖企業(yè)有較大的廢鹵水存儲能，為了更大發(fā)揮榨蔗線的廢水處理能力，廢水存儲池和沖灰循環(huán)水池等應做好防雨水工作。

2 反參透膜過濾處理技術

反滲透技術在工業(yè)污水處理中也是一種常用的處理技術［4］。在進行工業(yè)廢水處理的過程中，由于混合體由不同的物質構成，這樣便能利用膜對其進行選擇性滲透，同時結合化學位差作為推動力，讓混合物中氣體、液體分離及提純。作為一種新型的技術，反滲透膜法不僅可有效凈化廢水，還能高效地祛除污染物。

利用反滲透膜過濾處理廢鹵水，是利用壓力把水通過反滲透膜從高濃度溶液中分離出來的一種水處理技術。反滲透水處理的原理：當水分子受到一定的壓力時，可通過半透膜的孔徑，而水中的離子和大分子則不能通過。因此，反滲透水處理利用半透膜來實現對水中雜質的過濾和分離。半透膜只允許水分子通過，而其他離子和雜質則被攔截在膜的另一側［2］。污水被分離成兩部分，一部分是含有大量污染物和鹽類的濃縮污廢鹵水，另一部分是含有極少量鹽類的淡水，該部分水可達到合格排放的要求。精制糖廢鹵水可通過該技術進行減量處理，但由于其僅僅是通過物理分離，雖然可減少廢鹵水的總體積，卻無法減少廢鹵水中污染物的總量，反滲透膜在使用過程中還要經常性地加入化學藥劑進行清洗，會增加污染物的總量，含有污染物的濃排廢水目前仍需要用其他辦法才能徹底解決。對于精制糖企業(yè)來說，該處理技術處理設備投入大、運行費用較高且無法徹底解決污水問題。例如某精制糖公司原存儲的廢鹵水較多，在沒有合適的辦法解決前曾通過外包，采用集裝箱式高壓蝶管式反參透膜技術在現場對廢鹵水進行減量化處理，處理費用高達400元/m3，費用高主要是因為廢鹵水成分復雜且固溶物含量較高，反滲透膜在使用過程中需要清洗的頻次高，膜的使用壽命短。通過反滲透技術處理出的清液可達標排放，但約40%的濃縮液因無法處理仍需排回廢水池內存放，為徹底解決存下來的廢鹵水，又需將該廢水進行稀釋，即該技術只能做暫時的應急減量處理，最終沒有達到處理的目的。

3 蒸發(fā)濃縮與再生處理技術

蒸發(fā)濃縮與再生處理的主要技術為通過蒸汽加熱、蒸發(fā)濃縮廢鹵水及改進后的納濾膜系統(tǒng)進一步回收氯化鈉［5］，再進一步濃縮使氯化鈉結晶析出，經過分離機分離出部分氯化鈉等可結晶的有機物，濃縮液再經過濃縮鍋濃縮減量處理［6］，濃縮物最后混入濾泥進行填埋或混入原煤中進入鍋爐燃燒。

如圖1所示，該技術在原有離子交換系統(tǒng)基礎上進行技術改造，主要包含脫色系統(tǒng)改造、膜系統(tǒng)改造、新增廢鹵水蒸發(fā)系統(tǒng)一套和新增納濾濃縮廢液蒸發(fā)系統(tǒng)一套，新增設備主要包括一效、二效、三效蒸發(fā)器，汽水分離器、冷卻塔，冷凝器，結晶器及流程中所需的儲箱等。工藝具體流程為：先用蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮樹脂罐排出的廢鹵水，NaCl濃度達到約9%；然后將其送至改造后的納濾系統(tǒng)處理［4］，主要目的是除去大量的色素，得到的較清的NaCl溶液作再生樹脂使用，剩余的少量濃液則進入單獨三效蒸發(fā)系統(tǒng)，蒸發(fā)系統(tǒng)采用連續(xù)進料、連續(xù)出料的生產方式。廢鹵水不斷地被蒸發(fā)，水中鹽的濃度越來越高，當水中鹽分超過飽和狀態(tài)時，鹽分就會不斷地析出，將含鹽的廢鹵水送至旋渦鹽分離器，在旋渦鹽分離器內，固態(tài)的鹽被分離，分離出來的固態(tài)鹽按相關規(guī)定填埋、焚燒或回收處理，分離后的液態(tài)廢鹵水此時已經具有較高的濃度，含水量較低，通過濃縮鍋進一步蒸濃，最終可混入濾泥中進行填埋或混入原煤中進入鍋爐摻燒處理。

該技術雖然可進一步回收利用部分鹵水，且能較徹底地解決廢鹵水問題，但由于處理工藝較復雜，設備設入大，處理過程中能源動力消耗較大（綜合能耗約0.11 tce/t），近年由于煤價的上漲，每噸廢鹵水的處理費用高達200元以上，同時，由于處理過程回收的部分結日氯化鈉附著較多色素，再利用價值不高，最終濃縮液雖然比單純的反滲透處理技術濃度高得多，混入鍋爐中燃燒產生產熱量并未能抵消水分帶走的熱量，且處理設備使用過程中，各設備容易積垢，納濾系統(tǒng)使用效果不理想，設備效能下降較快，最終處理結果與衡算量偏差較大，排出濃縮廢液較衡算要多得多，三效結晶后能結晶析出的也僅為部分NaCl和吸附少量色素，大部分色素及酚類物質等則仍以廢液形式排出，雖可按一定比例混入原煤進行摻燒，但由于水分較高，摻燒比例有限，混合難度較大，其操作性和經濟性不佳。

4 化學+物理+生物綜合處理技術

精制糖廢鹵水中化學需氧量（COD）主要為糖分，新產生的廢鹵水COD約為10000 mg/kg，廢鹵水中糖分可在自然條件下氧化分解，根據試驗，通過50 d左右的存放（陳化），廢鹵水COD由可原來的10000 mg/kg左右下降到2500 mg/kg左右，總氮由約270 mg/kg下降到250 mg/kg左右，廢水色度也有所下降，存放后的廢水能給處理創(chuàng)造更有利的條件。

廢鹵水中NaCl的含量一般不超過2%，該條件下可滿足耐鹽菌的生長條件［7］，通過設計合適的化學、物理及生物綜合方式處理廢鹵水是可行的。取存放約2個月后的廢鹵水水樣，按一定比例投加脫色劑，通過5～6次試驗，水樣由黑褐色變成淡黃色，COD、總氮和氨氮等指標均有較大幅度的下降，上清液可達到進入生化污水處理系統(tǒng)的要求，且經生化處理后可滿足達標排放。

根據試驗結果，利于化學藥劑進行脫色和降解廢鹵水污染物具有明顯的效果，為后續(xù)的生物處理提供了條件。結合制糖企業(yè)現在廢水處理系統(tǒng)情況，廢鹵水解決思路如下：原廢鹵水→投加脫色劑（聚合硫酸鐵［8］）、絮凝劑（物理吸附）→氣浮設備（固液分離）→pH調節(jié)→小生化系統(tǒng)（硝化與反硝化系統(tǒng)）→大生化處理系統(tǒng)（生接觸氧化）中端→達標排放，其中氣浮設備排出浮渣、污泥→綜合利用處理。

通過投加脫色劑、混凝劑與陳化后的廢鹵水水進行充分混合反應，脫色劑具有強氧化作用可氧化污水中污染物質，再通過混凝及氣浮溶氣和釋放系統(tǒng)在水中產生大量的微細氣泡作用，使其粘附于污水中密度與水接近的污染物固體或液體上，使絮凝物整體密度小于水的狀態(tài)，并依靠浮力作用使其上升至水面，形成浮渣的形式，通過刮渣機刮去水面的浮渣排出。該過程主要起氧化反應、固—液分離作用，去除原水色度、懸浮物（SS）、COD、總氮、氨氮等污染物［8］。通過投加脫色劑處理后再經過小生化處理系統(tǒng)處理，加入復合菌種，利用有氧和無氧過程進行硝化和反硝化降解總氮、氨氮等污染物，同時降解廢水中的COD等，經過沉淀后清水排往原循環(huán)水生化循環(huán)系統(tǒng)進行進一步處理，可達到達標排放的目的。主要流程如圖2所示。

根據廢鹵水產量設計該綜合處理系統(tǒng)和一定容積和廢鹵水陳化池，處理能力完全可滿足處理新生產的廢鹵水需求，解決反滲透處理和蒸濃再生處理費用高且濃液無法徹底處理的問題，通過該系統(tǒng)處理廢鹵水每噸費用（藥劑、電費及設備拆舊）約45元，處理費用較蒸發(fā)濃縮與再生處理和反滲透膜過濾處理大幅度降低。分離出來的固體具有較高的穩(wěn)定性，雨水沖刷不易滲出污染物造成二次污染，可用作生產生物肥的原料，進行資源化利用。

5 小結

綜上所述，在以上4種處理精制糖廢鹵水的方法中，作為蔗渣爐煙氣洗滌水再利用的處理方法，設備投入和運行費用最低，但其受限于企業(yè)所具備的條件，不具備普及的通用性；蒸發(fā)濃縮與再生處理和反參透膜過濾處理費用設備投入大且運行費用過高，處理不徹底；化學+物理+生物綜合處理技術更適于煉糖企業(yè)的普遍條件，是今后精制糖廢鹵水處理的主要研究方向。

參考文獻

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收稿日期：2022-12-06

第一作者：鄧先勇（1983-），男，工程師，主要從事制糖技術研究工作， E-mail：229042128@qq.com