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甘蔗制糖废水处理及污泥压滤技术

发布时间:2021-10-14 11:04:29  中国污水处理工程网

  甘蔗制糖工艺废水排放量大,化学需氧量(CODcr)浓度高,成分复杂,废水处理具有一定的难度。废水若不经处理直接排入水体,将会对水资源造成严重污染,同时又向环境排放大量的废水和有机污染物,破坏生态环境。制糖废水的综合治理一直都是工业废水处理研究的重点,目前我国用水短缺,严峻的形势要求制糖废水污染物排放总量达到控制要求和达标排放。因此企业要发展,环保工作必须要先落实,节能减排、达标排放成了制糖生产企业需要研究的重点。为此,各个制糖企业越来越重视环境保护和污水综合治理,并投入了大量的人力、物力和财力用于环境污染治理技术的研究与开发。

  本文以云南沧源南华勐省糖业有限公司为例,探讨利用CASS(Cyclic Activated Sludge System)活性污泥法工艺处理制糖末端废水和废水处理后多余污泥的压滤技术,根据GB21909-2008《制糖工业水污染物排放标准》减排污染物,达到稳定的达标排放,以便为甘蔗制糖行业对今后污泥处理工艺技术提供参考依据。

  1、材料与方法

  1.1 主要材料及设施

  1.1.1 主要原料

  ⑴活性污泥:污水长时间曝气产生的污泥,形状为絮状污泥,在显微镜下可以见到大量的细菌、真菌、原生动物和后生动物,它们组成了一个特有的生态系统。可通过其它污水处理厂购进培养好的污泥,也可自行培养。

  ⑵废水:制糖过程的中、低浓度废水,其中低浓度废水主要是设备冷却水以及抽真空用冷凝水;中浓度废水主要是冲洗箱罐、冲洗地板等污染较严重的水。

  1.1.2 主要设施

  以废水处理量3000m3/d的企业为例,主要有以下设施:

  ⑴格栅池:需配置5m3左右水池,主要作用是隔离大颗粒的物质以及沉淀砂粒等物质,制糖污水比较特殊,大颗粒物质比较少,对格栅池的要求不高。

  ⑵冷却塔:主要作用是控制进曝气池水的温度,CASS活性污泥对水温有一定的要求,因此必须配置冷却塔,面积100~200m2即可。

  ⑶调节池:废水在处理前进行适合处理条件的水质调节,主要调节污水浓度、pH值等,调节池原则上和曝气池同样容积,也可比曝气池小(边调节边进水)。

  ⑷曝气设施:①曝气池:CASS活性污泥法处理废水的主要反应池,从经济耐用角度考虑用普通的钢筋混凝土浇铸而成,根据需要处理的水量来设计,设计的容积通常要比实际需要的容积大8%~10%,以方便操作管理,日处理3000m3的厂,配置3个1150m3曝气池。②曝气器:常用的有鼓风曝气和机械曝气2种,从经济运行角度考虑,鼓风曝气更适合于CASS活性污泥法废水处理工艺。风机采用罗茨风机,每天处理3000m3水量,配置4台HSR175型45kW的罗茨风机(一台备用)则能满足生产要求。③曝气装置:从制糖行业废水特点以及经济运行角度出发,最佳选择是弹性曝气软管,采用化学纤维增强塑料制成,直径为65mm,长度可以根据实际需要确定,软管上均匀分布微型小孔,曝气量在2~7m3/(m·h)。

  ⑸滗水器:从经济实用角度出发采用浮筒式滗水器。

  ⑹清水池:配置1个300~500m3左右的暂贮池,在实际运行过程如果水质量处理不达标,可返回调节池重新处理,检测达标直接排放或者回用。

  ⑺污泥浓缩罐:多余的活性污泥在进行压滤处理前进行浓缩的一个过程,污泥浓缩罐配备2个40~55m3的普通圆柱体容器即可,可用压缩空气或者机械装置作为搅拌装置,压缩空气搅拌优于机械搅拌。

  ⑻污泥压滤机:压滤机过滤面积70~100m2即可满足生产要求。

  ⑼污染物检测设备:根据HJ860.1-2017《排污许可证申请与核发技术规范农副食品加工加工工业—制糖工业》中规定,制糖企业废水排放执行GB21909-2008《制糖工业水污染物排放标准》,其中的COD、pH、氨氮、流量需要安装在线监测,其它指标每个月做1次自行监测。企业按要求配置有相应的检测设备,并根据水处理工艺需要制定监测污染因子以及频次。

  1.2 试验方法

  1.2.1 CASS活性污泥法处理甘蔗制糖废水

  甘蔗制糖废水主要污染物来自于甘蔗处理过程,经过物理化学反应后产生的以COD、NH3-N、BOD为主的非持久性有机污染物。因此从投资成本、运营管理方面考虑,采用CASS活性污泥法好氧工艺处理,其具有较低的单位基础投资费用、较高的去除效果、操作管理简单等优势。

  1.2.1.1 CASS活性污泥法工艺流程

  废水送至污水处理站,先通过格栅池拦截粗大悬浮物,如来水水质异常,则进入事故池储存另行处理;如来水满足进污水站要求,则进入调节池中调节水质,调节池出水由提升泵送至冷却塔中,使废水温度降低至30℃±1℃,冷却塔出水自流入CASS池中进行好氧生物处理,好氧处理后的澄清废水通过滗水器排至清水池,回用或达标排放。工艺流程见图1。

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  1.2.1.2 CASS活性污泥法的控制要点

  活性污泥系统在实际运行中,污水的水质及水量在不断的变化,环境条件也在不断的变化,需要按照活性污泥中微生物的代谢规律进行调节控制,使系统处在最佳运行状态,发挥最大的效益,进一步提高出水水质。

  废水在处理前需要进行水质调节,调节时要控制好表1的参数。CASS活性污泥法处理工艺要达到各污染物的去除率95%以上,必须要按时对水质进行化验分析,用分析数据作为工艺控制的依据。水处理过程要均衡,工艺控制过程要稳定,主要工艺控制要点有:水温、进水pH、进水CODcr浓度、曝气时间和曝气量、污泥比率等。

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  ⑴进水水温要控制在25~35℃,低于25℃或者高于35℃污泥中的活菌不容量生长,水处理效果不佳,水温控制在30℃±1℃效果最佳。

  ⑵进水pH控制在7~8之间,不能高于9,如果pH值连续24h高于9,大部分活性污泥中的微生物会死亡,水质会变黑、变臭,比处理前更恶劣。

  ⑶进水CODcr浓度300~800mg/L,进入CASS池的废水CODcr浓度不能超过800mg/L,如调节池废水CODcr浓度大于800mg/L时,应使用清水调节或减少进水量。经调节后的CODcr浓度仍然超过800mg/L时,进水量的确定应依据系统正常运行时的CODcr负荷核算,采取减少滗水和进水方式确保CASS池免受冲击。CODcr浓度低于300mg/L,水中的养分不够,不利于微生物成长,需要加氮肥、磷肥等营养物质,所需的氮、磷等营养比例为COD︰N︰P=100︰5︰1。

  ⑷曝气时间以及曝气量:曝气时间可以根据污泥中的微生物含量、污泥量等指标进行调整,一个2000m3的曝气池,曝气时间不得低于3~5h。最终的曝气量用水中的溶解氧来判定,溶解氧含量通常在2~4mg/L,不得低于2mg/L。

  ⑸污泥比率用简单的物理沉降方法直观比较,取曝气过程中500mL的水样放入量筒,静置1h,查看污泥所占的比率。污泥比率在35%±2%时效果最佳,可根据进水CODcr浓度进行适当调整。进水CODcr浓度高,污泥比率相应提高,污泥高于40%需要抽走多余污泥,低于25%时需要调节水质、增加曝气时间来培养污泥。

  1.2.2 废水处理后多余污泥的压滤技术研究

  CASS使用的是微生物法,产生的多余污泥如何处理是制糖企业废水处理需要研究的重点,废水处理后的污泥含大量微生物菌株,其性能为浓度低、粘度高、有滑性,其吸附性、过滤性、沉降性较差,很难用普通的过滤或脱水设备脱水,许多过滤设备的生产企业以及制糖企业进行过多种方法试验,最终也没有达到理想的效果。基于云南沧源南华勐省糖业有限公司的多年研究,压滤技术取得一定效果,主要研究方法如下:

  1.2.2.1 多余污泥的处理工艺流程

  将多余污泥排放至浓缩池进行二次浓缩,浓缩后的清水直接排放,剩余的浓液泵至带有搅拌装置的搅拌池加植物纤维(蔗渣)混合搅拌,混合均匀后的污泥送到压滤机进行压滤过滤。过滤出来的清水直接排放(符合排放标准),压滤泥则用作生物有机肥的生产原料。工艺流程见图2。

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  1.2.2.2污泥处理工艺控制要求

  ⑴需将污泥泵送至储存罐进行搅拌混合均匀。

  ⑵添加的植物纤维即蔗渣颗粒大小、数量要适中,颗粒太大、太小均影响过滤效果甚至无法过滤,最好是搅拌均匀的蔗渣糠,污泥︰蔗渣体积比例为10︰1左右。

  ⑶当污水处理工艺波动导致压滤困难时,需添加适当的污水处理使用的絮泥剂,以确保压滤效果。

  ⑷压滤机的配置为:每处理1500m3的污水用10m2的压滤机。

  2、结果与分析

  2.1 末端废水CASS活性污泥法处理废水效果

  根据云南沧源南华勐省糖业有限公司的生产实践表明(见表2),2010年和2011年未使用CASS活性污泥法处理废水,CODcr排放量分别为210、101mg/L,吨糖排水量分别为26.51、25.58m3/t,超出了《制糖工业水污染物排放标准》水污染物排放限值。2012年开始利用CASS活性污泥法处理废水后,CODcr排放量和吨糖排水量大幅度下降,氨氮、SS、总氮、BOD5排放量也有不同程度的下降,pH值和总磷浓度变化不大。截止到2018年,CODcr排放量和吨糖排水量分别为24.95mg/L和1.26m3/t,pH值为7.7,氨氮、SS、总磷、总氮、BOD5浓度分别为1.03、13、0.06、0.86、3mg/L,各项指标执行《制糖工业水污染物排放标准》中的标准限值。

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  表3是2018年1~5月云南沧源南华勐省糖业有限公司CODcr的处理效果,从该公司生产实践来看,2018年CASS活性污泥法处理废水的主要污染物CODcr平均去除量为40.17t,平均去除效率95.42%,是制糖废水处理比较理想的工艺技术。

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  除了CODcr去除率达95%以上,2018年云南沧源南华勐省糖业有限公司废水处理的负荷率为1.37%,能耗约2kW·h/m3,处理成本约2.5元/m3,这些数据表明采用CASS活性污泥法治理废水具有良好的环境效益和社会经济效益。

  2.2 多余污泥的压滤技术效果

  在未使用压滤技术前制糖废水活性污泥法产生的污泥很难处理,多余污泥的压滤技术主要是辅助水处理稳定运行,根据污泥含量实时地进行处理,可以防止污泥膨胀,保证污泥质量。但未使用压滤加蔗渣技术之前,污泥进压滤机后附着在滤布上,无法正常压滤,滤汁SS浓度和BOD5浓度也很难测量。压滤后污泥水分基本在95%以上(表4),污泥脱水效果不好,处于稀泥状态,要有足够场地进行污泥自然蒸发晒干,方可作生物有机肥原料。使用压滤加蔗渣技术后,滤汁CODcr浓度下降至40~80mg/L,滤汁SS浓度和BOD5浓度分别为700mg/L和200mg/L,压滤泥水分降低至50%~70%(表4)。压滤加蔗渣技术处理后的污泥可以不用二次晾晒,直接供生物有机肥作原料或作绿化用肥,减少了场地的使用面积以及二次污染。

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  3、结论与展望

  本文利用CASS活性污泥法治理甘蔗制糖末端废水以及废水处理后利用压滤技术处理多余污泥。截止到2018年可以实现吨糖平均排水量1.26m3/t,吨糖主要污染物CODcr平均排放量24.95mg/L,CODcr去除效率达95%以上,氨氮、SS、总氮、BOD5排放量也有不同程度的下降,各项指标执行《制糖工业水污染物排放标准》中的标准限值。但CASS活性污泥法产生的污泥稀、湿、滑,压滤效果不好,本文使用压滤加蔗渣技术后,滤汁CODcr浓度显著下降,压滤泥水分由原来的95%以上降低至50%~70%,可以不用二次晾晒,直接供生物有机肥或作绿化用肥,减少了场地的使用面积以及二次污染。(来源:云南沧源南华勐省糖业有限公司)

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