糖精生产废水的处理工艺选择和设计优化

程玉红 杨恩慧 黄仁刚

（中平能化集团天成环保工程有限公司，河南 平顶山467000）

1 前言

在糖精的生产过程中添加的原料种类繁多、工艺复杂[1]，而且糖精的生产非连续生产而是按批次生产，因而其排出的废水成分复杂，CODCr高、色度深，水质水量波动大，且生产废水排放量大。该生产废水中不仅含有大量的有机物如邻氨基苯甲酸甲酯、邻氨基苯甲酸钠、甲醇、邻氯苯甲酸甲酯、苯酐等，而且还含有大量Cu2+、NH-3、H+、Cl-、SO2-4、ClO-、S2-、NO-等无机物。由于废水中的有机污染物多为芳香类化合物和有毒的有机溶剂，同时还有高浓度的无机盐，特别是Cu2+、Na+、Cl-，SO2-4等，废水成分非常复杂，废水排放量大，因此处理难度大，不有效处理既浪费资源又污染环境，给水体造成极大的危害。

2 水质分析

通过对糖精的生产工艺和流程的分析，并对生产废水进行取样监测分析，该类生产废水主要有以下特征：

2.1 废水盐分极高

糖精生产废水的盐分高达119g/L，有时高达130g/L，盐分浓度波动较大、不稳定。该废水的盐度远高于生物处理可承受的极限，据国内外的大量研究[2]及工程实践表明，普通的生物处理方法（如生物膜法），可以承受约10g/L的盐分。并且在高浓度盐分环境下，微生物的活性降低，处理效率下降。而在生物处理过程中，盐分得不到任何降解，最终随废水一起排放。

2.2 难降解有机物高

生产废水中含有大量难降解的苯类芳香烃族有机化合物，有机污染物主要为醇、甲苯、苯系物（邻氨基苯甲酸钠、苯酐、邻氨基苯甲酸甲酯、邻甲酰苯黄酰亚胺）等物质[1]，这些物质中的苯系物为难生物降解有机物，对微生物产生抑制作用，且这些苯系物的含量和种类也会有较大的波动。这些大分子的化合物对生物处理而言，是很难降解的，需要较长的停留时间或较低的有机处理负荷才能降解。

2.3 含铜、pH值低

糖精生产废水含铜量高达260mg/L，且该值在100-260mg/L区间进行随机大范围波动；废水pH值在2-4之间波动。因此，需对废水调节pH值并进行除铜预处理方可进行下一阶段的处理。

3 废水处理工艺的选择探讨

通过对该类生产废水的水质进行分析可知，制约该废水处理的难点在于：如何去除水中的盐分或降低盐分对废水处理的影响、去除废水中的难降解有机物和提高废水的可生化性及如何去除废水中的铜离子。

3.1 盐分对废水处理影响的消除

目前对于化工废水的处理工艺主要还是以前端预处理+生化处理为主要方法。而针对高盐度废水对生化工艺的限制，常用的的处理方法有：加大量稀释水进行稀释降低废水盐分，或采用膜技术除盐，电渗析除盐，蒸发除盐等工艺除盐。

3.1.1 加水稀释：即加入大量淡水将高盐废水稀释至宜于生化处理的低盐度废水，该方法的缺点是需要大量的稀释水，生化系统的池容及配套设备需要增大，占地面积增大。优点是该方法简单易行，投资省，操作管理简单方便，运行费用低；通过对废水进行稀释，降低废水中的盐度至2%左右，再通过培养驯化嗜盐菌群，可有效的降低盐分对微生物的影响，实现生化去除废水中的污染物，从而达到排水水质要求。

3.1.2 膜技术除盐是通过膜将盐分去除后，除盐后的废水再进行生化处理，该方法优点是通过除盐处理后进入生化段的废水水量小，生化段的投资和占地面积小；缺点是不仅前端的除盐设施投资费用大，操作复杂，运行费用高，而且因为废水中含有大量种类复杂的有机物，会严重影响膜除盐的效果，缩短分离膜的使用寿命，该方法不宜于有机废水的除盐。

3.1.3 电渗析和蒸发除盐虽然去除效果好，但都存在着投资大，运行费用非常高，操作管理复杂，除盐处理后产生的浓液或废渣处理亦是一个难题。

3.2 提高废水的可生化性

该企业的生产废水中含有大量苯类芳香烃族有机化合物（邻氨基苯甲酸钠、苯酐、邻氨基苯甲酸甲酯、邻甲酰苯黄酰亚胺），这些物质中的苯系物为生物难降解有机物，对微生物产生抑制作用。这些大分子的化合物对生物处理而言，是很难降解的。因此，如何将其通过预处理进行去除，从而提高废水的可生化性，减少其对后端生化处理系统的影响尤为关键。常用的方法有氧化分解法、萃取法等，通过铁碳微电解或Fenton氧化-絮凝法[5]可以对苯环类难降解物开环断链，可提高废水可生化性，但该方法具有处理效果不稳定，易板结等缺点；通过萃取预处理，将苯系物萃取浓缩并进行回收，通过萃取预处理可有效降低废水中难降解物的浓度，提高废水可生化性。

3.3 处理工艺的选择

通过分析可知制约该公司的废水有效处理的瓶颈在于：高盐、难降解有机物含量高。因为该公司有大量清洁的生产循环用水外排，可用于将生产废水进行稀释降低盐分。针对企业的实际情况，我们采取如下工艺：

废水经过萃取预处理回收邻氨基苯甲酸钠等难降解物，降低废水中的COD和难降解有机物含量，提高废水可生化性，确保生化处理效果。

萃取后废水进入除铜工艺，通过投加石灰、烧碱、硫化钠及絮凝剂等[5-7]，调节废水pH至7左右，并使铜离子形成铜盐沉淀而从水中去除。

用厂区大量外排的清洁的冷却循环水对生产废水进行稀释，稀释至盐分2%左右，降低废水盐分对生化系统的影响，废水进入生化系统进行处理。

4 工艺设计优化的探讨

4.1 加强废水的预处理

对废水中难降解有机物进行预处理是废水能否有效处理的关键，通过萃取预处理将生产废水中的难降解、对微生物有抑制作用的有机物去除并回收，不仅具有可观的经济价值，而且能降低废水污染物浓度特别是难降解物浓度，提高废水可生化性，降低后端生化系统的负荷，提高生化系统处理的效果。在萃取预处理过程中，加强监测分析，控制好萃取的各项反应条件，以保证萃取效果。

4.2 强化除铜

废水中大量的铜离子对微生物会造成毒害，废水中的铜离子若不能有效去除，会导致大量铜离子在污泥中富集，从而导致污泥铜中毒，使污泥解体，处理效果降低，出水水质变差，严重的导致生化系统崩溃。因此强化除铜并调节废水的pH值至中性，有效的去除废水中铜离子，并进一步降低废水中的COD，调整废水的pH值至合适的区间，确保生化系统的稳定运行。

4.3 增大生产废水贮池

因糖精生产废水的COD和盐分波动较大，而盐度的变化对稳定的生化系统产生极大的影响，表现为处理效率的急剧下降和污泥的大量流失。因此，在前端设立足够容积的废水贮池，提高废水在废水贮池的停留时间，使废水的COD和盐度相对稳定。并在废水贮池进出口设立电导率仪等监测装置，加强盐度的在线监测控制与反馈，防止盐度大幅波动对生化处理系统的冲击影响。

4.4 降低污泥负荷

废水中的盐度会降低生物降解的速率，因此设计时污泥负荷要相对减少。很多研究已经证明[8-9]，在高盐环境下污泥指数降低，因此，设计运行时选取较低的污泥负荷，扩大生化池的池容，提高废水在生化池的停留时间，不必担心过低负荷造成的生化池内污泥膨胀。

4.5 增加污泥浓度

高盐生化处理系统的生化污泥的絮凝性差[10-13]，污泥流失严重。因此，在设计时，应保证生化池内较高的污泥浓度，这也是提高处理效率的一种手段。并且在设计污泥浓缩池时，保证额外的污泥储量，当污泥大量流失时，从污泥浓缩池迅速补给，以保持生化池内的污泥浓度，从而保证处理效果。

4.6 加大二沉池停留时间

高盐分会影响活性污泥的絮凝性，因此高盐废水的生化污泥沉降性差，若二沉池采取常规的表面负荷，活性污泥在二沉池内不能有效沉淀就随水外排，会降低生化池内的污泥浓度，从而影响处理效果和出水水质。因此在设计二沉池时，需要提高二沉池的池容，降低表面负荷，提高废水在二沉池内的停留时间。

4.7 加大曝气量

微生物在高盐环境的适应表现为好氧呼吸速率加大，因此呼吸会造成额外的氧耗量。因此，在曝气风机选型设计时，加大曝气风量，以提高水中溶解氧浓度利于微生物的新陈代谢作用，提供其适应高盐环境的生理要求。

4.8 采用大孔曝气器

生化池的曝气系统也应选用气泡较大、提升力较强的散流曝气器等曝气方式或大孔曝气器。不可采用气泡较小的微孔曝气器和可变孔曝气器,防止曝气孔被无机盐堵塞,不利于曝气池的搅动。

4.9 严格控制进水盐度

进水盐浓度的变化对废水处理生化处理系统的冲击影响非常大，进水盐度过低会导致污泥的耐盐能力消失，需要重新驯化培养；进水盐度过高会导致污泥死亡上浮，去除效率降低。因此需对进水的盐度进行监测，控制进水的盐度波动范围，避免对生化处理系统造成大的冲击，保证出水水质。

4.10 投加其它营养物质

因生产废水中基本不含N、P等营养物质，因此，为保证生化系统的正常运行，根据废水的BOD进行计算，按比例配置N、P等营养物质，均匀稳定的投加到生化处理系统中。

5 总结

糖精生产废水处理难度大，水量大，废水成分复杂，CODCr高、色度高，选择合适的处理工艺并对工艺进行优化设计是关系到能否彻底解决废水处理难题，化解企业的生存和发展瓶颈的关键。实践表明，通过上述手段，有效的解决了该废水处理的难题，处理效果良好，运行稳定可靠。

［1］李美菊，蒲帅天，张万青.糖精钠生产工艺评述［J］.广东化工，2007（1）.

［2］冉敬文，王从俊，肇巍，刘锐可，王德全.萃取车间化工废水的简易高效处理广州化工［J］.2012（18）：57-58.

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