蔗糖酯生产废水处理工程实例

王炫栋， 伯绍毅， 郑绍成， 李小忠， 陈寒松

（1.浙江师范大学行知学院， 浙江 金华 321000； 2.中节能万润股份有限公司， 山东 烟台 264006）

蔗糖酯是一种医药辅剂， 又是食品、 日用化学品的一种添加剂， 有广泛的应用前景［1］。 其生产过程排放的废水中含有大量的有机物， COD 和BOD5浓度很高， 包含金刚烷、 醛类、 酮类等难降解有机化合物［2］。 这些污染物具有化学结构稳定、 难降解等特点， 排入环境中会对生态环境和人类健康造成重大危害。 本文以浙江某企业蔗糖酯生产废水为例， 对处理工艺流程及工程参数进行设计介绍， 可为同类企业废水处理提供参考。

1 工程概况

浙江某化工企业是目前国内生产规模较大的蔗糖酯生产厂家之一， 产品主要为蔗糖脂肪酸酯、 蔗糖八乙酸酯、 葡萄糖五乙酸酯、 蔗糖苯甲酸酯等。企业产生的废水包括车间工艺废水、 设备清洗废水、 地面冲洗废水及员工办公生活污水。 按照环保要求， 企业废水经处理后须达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级标准， 经市政污水管网纳入当地城镇污水处理厂。

2 设计规模及进出水水质

根据企业综合用水平衡测算， 并考虑一定设计余量， 本工程处理规模为100 m3／d。 设计进出水水质见表1。

3 废水处理工艺

3.1 废水处理工艺选择

蔗糖酯生产过程中的工艺废水成分复杂， 水质波动大。 废水中含有金刚烷、 醛类、 酮类等难降解有机化合物， 对微生物生长具有抑制作用。 废水COD 浓度很高， m（BOD5）／m（COD）低于0.3， 可生化性较低， 难以生物降解， 使得此类废水在处理中， 直接采用生化法处理效果不好， 需要预处理提高可生化性。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

目前， 工程中多采用臭氧、 光催化、 芬顿（Fenton）氧化等方法对难降解有机物进行预处理。 其中，Fenton 体系因其较高的氧化还原电位而对大多数的有机分子均具有强氧化能力［3－4］。 其主要原理是利用Fe2＋作为H2O2的催化剂， 生成具有很强氧化能力且反应活性很高的·OH。 ·OH 在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏， 最终氧化分解， 提高废水的可生化性［5］。 同时， 为消除残留自由基对微生物菌种的氧化作用， 须通过化学还原调整体系的氧化还原电位至正常范围。

生化法是当前处理易降解有机污染物较为普遍可行的方法。 为进一步提高生化性， 在生化前段增加水解酸化， 使大分子有机物经生物降解形成小分子有机物。 生化后段采用好氧处理进一步把上述有机物进行生物吸收转化， 最终可分解为无机物。 目前常用的好氧生化方法有活性污泥法和生物膜法。 其中移动床生物膜法（MBBR）运用生物膜法的基本原理， 既充分利用了活性污泥法的优点， 又克服了传统活性污泥法及固定式生物膜法的缺点， 容积负荷高， 耐冲击性强［6－7］。

综上， 该工程采用Fenton 氧化－化学还原－水解酸化－MBBR 组合工艺进行蔗糖酯生产废水的达标处理。

3.2 工艺流程

该工程处理工艺流程如图1 所示。

生产废水收集进入调节池进行均质均量， 然后泵提至Fenton 氧化池。 通过pH 在线仪自动加入H2SO4， 调节废水pH 值至3.0 左右， 并加入FeSO4和H2O2形成Fenton 环境， 将难降解有机物分子链打断， 从而提高废水可生化性， 并降低有机物浓度。Fenton 氧化出水进入pH 回调池调节pH 值至8.0~8.5， 使多余的铁离子形成氢氧化物沉淀， 再加入阴离子PAM 通过卷捕等作用快速进行固液分离。

图1 处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

一沉池出水自流进入还原池， 该处设置ORP 在线仪控制还原剂加药量， 去除多余的H2O2和·OH，避免对后续生化菌种活性造成抑制作用。

还原池出水自流进入水解酸化池， 使大分子有机物降解成小分子有机物， 进一步提高废水的可生化性。 好氧生化池采用MBBR 工艺， 通过投加悬浮填料， 增加微生物量， 优化生物相群落结构， 提高生化系统的容积负荷［8］。 由于填料上生物膜自外向内形成“好氧－缺氧－厌氧”微环境， 适宜进行短程硝化反硝化生物脱氮［9］， 可得到较好的脱氮效果。

MBBR 池出水自流入二沉池， 其中老化脱落的生物膜经沉淀分离。 上清液通过标准排污口进行纳管排放。 一沉池、 二沉池污泥依靠液位差自流排入集泥池， 定期用泵打入压滤机过滤。 滤液进入调节池， 压滤后的干泥外运至砖瓦厂进行资源利用。

4 主要构筑物及设计参数

（1） 调节池。 尺寸为3.0 m×5.0 m×3.5 m， 停留时间为12 h， 有效容积为50 m3， 环氧树脂防腐。配置自吸泵2 台（1 用1 备）， 单台流量为5 m3／h，扬程为12 m， 功率为1.5 kW。

（2） 事故排放池。 尺寸为6.0 m × 5.0 m × 3.5 m， 应急反应时间为24 h， 有效容积为100 m3， 环氧树脂防腐。 配置自吸泵1 台， 单台流量为5 m3／h， 扬程为12 m， 功率为1.5 kW。

（3） Fenton 氧化池。 尺寸为2.0 m×2.0 m×2.5 m， 有效容积为8 m3， 反应时间为1.9 h， 环氧树脂防腐。 配置pH 在线仪1 套， ORP 在线仪1 套， 反应搅拌系统1 套， H2SO4、 FeSO4、 H2O2自动加药系统各1 套。

（4） pH 回调池。 尺寸为1.5 m×1.0 m×2.5 m，有效容积为3.3 m3， 反应时间为0.8 h， 环氧树脂防腐。 配置pH 在线仪1 套， 反应搅拌系统1 套，NaOH、 PAM 自动加药系统各1 套。

（5） 一沉池。 尺寸为1.8 m×4.0 m×4.5 m， 沉淀区表面负荷为0.7 m3／（m2·h）， 配置蜂窝斜板6.1 m2。

（6） 还原池。 尺寸为1.5 m×1.0 m×2.5 m， 有效容积为3.3 m3， 反应时间为0.8 h， 环氧树脂防腐。 配置ORP 在线仪1 套， 反应搅拌系统1 套，Na2S2O5自动加药系统1 套。

（7） 水解酸化池。 尺寸为1.8 m × 4.0 m × 4.5 m， 有效容积为30 m3， 停留时间为7.2 h。 配置弹性填料30 m3， 曝气器8 个， 单个充氧量为1.5 ~2.0 m3／h， 服务面积约为0.85~0.95 m2。

（8） MBBR 池。 尺寸为2.2 m×4.0 m×4.5 m， 3格， 有效容积为110 m3， 停留时间为26 h。 配置悬浮填料规格φ25 mm×10 mm， 密度为0.96~1.05 t／m3， 比表面积为500~800 m2／m3， 容积负荷为2.1 kg［COD］／（m3·d）； 风机2 台（1 用1 备）， 单台风量 为1.7 m3／min， 风 压 为39.2 kPa， 功 率 为2.2 kW； 曝气器50 个， 单个充氧量为1.5~2.0 m3／h，服务面积约为0.45~0.55 m2。

（9） 二沉池。 尺寸为1.8 m×4.0 m×4.5 m， 沉淀区表面负荷为0.7 m3／（m2·h）， 配置蜂窝斜板6.1 m2； 污泥回流泵1 台， 单台流量为10 m3／h， 扬程为10 m， 功率为1.5 kW。

（10） 集泥池。 尺寸为2.0 m × 3.0 m × 3.5 m，配置压滤机1 台， 过滤面积为20 m2； 污泥泵1 台，流量为3.2 m3／h， 扬程为40 m， 功率为2.2 kW。

5 工程运行效果

该工程于2017 年4 月竣工并进行运行调试。调试初期由于生产工况不稳导致进水水质波动较大， 最大进水COD 质量浓度约为13 000 mg／L， 对调试造成一定难度， 主要表现为生化单元的挂膜速度缓慢。 经过5 ~ 6 个月的运行优化及菌种驯化， 系统趋于稳定。 目前系统已连续运行2 年多，平均处理水量约为90 m3／d， 出水COD 及氨氮的质量浓度分别为380~430 mg／L 和5~8 mg／L， 运行效果稳定达标。

6 投资及运行成本

该工程总投资为158.19 万元， 其中土建投资52.26 万元， 设备工程投资105.93 万元。 运行费用约为13.5 元／m3， 其中电费2.4 元／m3， 人工费2.9元／m3， 药剂费8.2 元／m3， 其他折旧费等不计。

7 结语

（1） 蔗糖酯生产废水成分复杂， 污染物浓度高， 其中含有金刚烷、 醛类、 酮类等难降解有机化合物， 采用常规处理方法具有较大难度。 本工程选用Fenton 氧化－化学还原－水解酸化－MBBR 组合工艺对该废水进行处理， 出水水质可稳定达到GB 8978—1996 三级标准。

（2） Fenton 氧化－化学还原的工艺联用， 可有效改善高浓度难降解有机污染物的可生化性， 确保后续生化处理单元的正常运行。 水解酸化－MBBR好氧生化法对可生化性较差的有机物具有较强的生化适应能力， 能进一步降低污染物浓度， 保障水质稳定达标。