糖精生產廢水的處理工藝選擇和設計優化

程玉紅 楊恩慧 黃仁剛

（中平能化集團天成環保工程有限公司，河南 平頂山467000）

1 前言

在糖精的生產過程中添加的原料種類繁多、工藝復雜[1]，而且糖精的生產非連續生產而是按批次生產，因而其排出的廢水成分復雜，CODCr高、色度深，水質水量波動大，且生產廢水排放量大。該生產廢水中不僅含有大量的有機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-等無機物。由于廢水中的有機污染物多為芳香類化合物和有毒的有機溶劑，同時還有高濃度的無機鹽，特別是Cu2+、Na+、Cl-，SO2-4等，廢水成分非常復雜，廢水排放量大，因此處理難度大，不有效處理既浪費資源又污染環境，給水體造成極大的危害。

2 水質分析

通過對糖精的生產工藝和流程的分析，并對生產廢水進行取樣監測分析，該類生產廢水主要有以下特征：

2.1 廢水鹽分極高

糖精生產廢水的鹽分高達119g/L，有時高達130g/L，鹽分濃度波動較大、不穩定。該廢水的鹽度遠高于生物處理可承受的極限，據國內外的大量研究[2]及工程實踐表明，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境下，微生物的活性降低，處理效率下降。而在生物處理過程中，鹽分得不到任何降解，最終隨廢水一起排放。

2.2 難降解有機物高

生產廢水中含有大量難降解的苯類芳香烴族有機化合物，有機污染物主要為醇、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[1]，這些物質中的苯系物為難生物降解有機物，對微生物產生抑制作用，且這些苯系物的含量和種類也會有較大的波動。這些大分子的化合物對生物處理而言，是很難降解的，需要較長的停留時間或較低的有機處理負荷才能降解。

2.3 含銅、pH值低

糖精生產廢水含銅量高達260mg/L，且該值在100-260mg/L區間進行隨機大范圍波動；廢水pH值在2-4之間波動。因此，需對廢水調節pH值并進行除銅預處理方可進行下一階段的處理。

3 廢水處理工藝的選擇探討

通過對該類生產廢水的水質進行分析可知，制約該廢水處理的難點在于：如何去除水中的鹽分或降低鹽分對廢水處理的影響、去除廢水中的難降解有機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 鹽分對廢水處理影響的消除

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

3.1.1 加水稀釋：即加入大量淡水將高鹽廢水稀釋至宜于生化處理的低鹽度廢水，該方法的缺點是需要大量的稀釋水，生化系統的池容及配套設備需要增大，占地面積增大。優點是該方法簡單易行，投資省，操作管理簡單方便，運行費用低；通過對廢水進行稀釋，降低廢水中的鹽度至2%左右，再通過培養馴化嗜鹽菌群，可有效的降低鹽分對微生物的影響，實現生化去除廢水中的污染物，從而達到排水水質要求。

3.1.2 膜技術除鹽是通過膜將鹽分去除后，除鹽后的廢水再進行生化處理，該方法優點是通過除鹽處理后進入生化段的廢水水量小，生化段的投資和占地面積小；缺點是不僅前端的除鹽設施投資費用大，操作復雜，運行費用高，而且因為廢水中含有大量種類復雜的有機物，會嚴重影響膜除鹽的效果，縮短分離膜的使用壽命，該方法不宜于有機廢水的除鹽。

3.1.3 電滲析和蒸發除鹽雖然去除效果好，但都存在著投資大，運行費用非常高，操作管理復雜，除鹽處理后產生的濃液或廢渣處理亦是一個難題。

3.2 提高廢水的可生化性

該企業的生產廢水中含有大量苯類芳香烴族有機化合物（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），這些物質中的苯系物為生物難降解有機物，對微生物產生抑制作用。這些大分子的化合物對生物處理而言，是很難降解的。因此，如何將其通過預處理進行去除，從而提高廢水的可生化性，減少其對后端生化處理系統的影響尤為關鍵。常用的方法有氧化分解法、萃取法等，通過鐵碳微電解或Fenton氧化-絮凝法[5]可以對苯環類難降解物開環斷鏈，可提高廢水可生化性，但該方法具有處理效果不穩定，易板結等缺點；通過萃取預處理，將苯系物萃取濃縮并進行回收，通過萃取預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、難降解有機物含量高。因為該公司有大量清潔的生產循環用水外排，可用于將生產廢水進行稀釋降低鹽分。針對企業的實際情況，我們采取如下工藝：

廢水經過萃取預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。

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

用廠區大量外排的清潔的冷卻循環水對生產廢水進行稀釋，稀釋至鹽分2%左右，降低廢水鹽分對生化系統的影響，廢水進入生化系統進行處理。

4 工藝設計優化的探討

4.1 加強廢水的預處理

對廢水中難降解有機物進行預處理是廢水能否有效處理的關鍵，通過萃取預處理將生產廢水中的難降解、對微生物有抑制作用的有機物去除并回收，不僅具有可觀的經濟價值，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，降低后端生化系統的負荷，提高生化系統處理的效果。在萃取預處理過程中，加強監測分析，控制好萃取的各項反應條件，以保證萃取效果。

4.2 強化除銅

廢水中大量的銅離子對微生物會造成毒害，廢水中的銅離子若不能有效去除，會導致大量銅離子在污泥中富集，從而導致污泥銅中毒，使污泥解體，處理效果降低，出水水質變差，嚴重的導致生化系統崩潰。因此強化除銅并調節廢水的pH值至中性，有效的去除廢水中銅離子，并進一步降低廢水中的COD，調整廢水的pH值至合適的區間，確保生化系統的穩定運行。

4.3 增大生產廢水貯池

因糖精生產廢水的COD和鹽分波動較大，而鹽度的變化對穩定的生化系統產生極大的影響，表現為處理效率的急劇下降和污泥的大量流失。因此，在前端設立足夠容積的廢水貯池，提高廢水在廢水貯池的停留時間，使廢水的COD和鹽度相對穩定。并在廢水貯池進出口設立電導率儀等監測裝置，加強鹽度的在線監測控制與反饋，防止鹽度大幅波動對生化處理系統的沖擊影響。

4.4 降低污泥負荷

廢水中的鹽度會降低生物降解的速率，因此設計時污泥負荷要相對減少。很多研究已經證明[8-9]，在高鹽環境下污泥指數降低，因此，設計運行時選取較低的污泥負荷，擴大生化池的池容，提高廢水在生化池的停留時間，不必擔心過低負荷造成的生化池內污泥膨脹。

4.5 增加污泥濃度

高鹽生化處理系統的生化污泥的絮凝性差[10-13]，污泥流失嚴重。因此，在設計時，應保證生化池內較高的污泥濃度，這也是提高處理效率的一種手段。并且在設計污泥濃縮池時，保證額外的污泥儲量，當污泥大量流失時，從污泥濃縮池迅速補給，以保持生化池內的污泥濃度，從而保證處理效果。

4.6 加大二沉池停留時間

高鹽分會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，若二沉池采取常規的表面負荷，活性污泥在二沉池內不能有效沉淀就隨水外排，會降低生化池內的污泥濃度，從而影響處理效果和出水水質。因此在設計二沉池時，需要提高二沉池的池容，降低表面負荷，提高廢水在二沉池內的停留時間。

4.7 加大曝氣量

微生物在高鹽環境的適應表現為好氧呼吸速率加大，因此呼吸會造成額外的氧耗量。因此，在曝氣風機選型設計時，加大曝氣風量，以提高水中溶解氧濃度利于微生物的新陳代謝作用，提供其適應高鹽環境的生理要求。

4.8 采用大孔曝氣器

生化池的曝氣系統也應選用氣泡較大、提升力較強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,防止曝氣孔被無機鹽堵塞,不利于曝氣池的攪動。

4.9 嚴格控制進水鹽度

進水鹽濃度的變化對廢水處理生化處理系統的沖擊影響非常大，進水鹽度過低會導致污泥的耐鹽能力消失，需要重新馴化培養；進水鹽度過高會導致污泥死亡上浮，去除效率降低。因此需對進水的鹽度進行監測，控制進水的鹽度波動范圍，避免對生化處理系統造成大的沖擊，保證出水水質。

4.10 投加其它營養物質

因生產廢水中基本不含N、P等營養物質，因此，為保證生化系統的正常運行，根據廢水的BOD進行計算，按比例配置N、P等營養物質，均勻穩定的投加到生化處理系統中。

5 總結

糖精生產廢水處理難度大，水量大，廢水成分復雜，CODCr高、色度高，選擇合適的處理工藝并對工藝進行優化設計是關系到能否徹底解決廢水處理難題，化解企業的生存和發展瓶頸的關鍵。實踐表明，通過上述手段，有效的解決了該廢水處理的難題，處理效果良好，運行穩定可靠。

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