甘蔗制糖廢水末端治理及其污泥壓濾技術研究

楊振仙，李 玲

(云南滄源南華勐省糖業有限公司，云南臨滄677408)

0 引言

中國的制糖業主要集中在廣西、云南等地區，是當地重要支柱產業，也是農民主要收入來源。甘蔗制糖工藝廢水排放量大，化學需氧量(CODcr)濃度高，成分復雜，廢水處理具有一定的難度。廢水若不經處理直接排入水體，將會對水資源造成嚴重污染，同時又向環境排放大量的廢水和有機污染物，破壞生態環境[1-2]。制糖廢水的綜合治理一直都是工業廢水處理研究的重點，目前我國用水短缺，嚴峻的形勢要求制糖廢水污染物排放總量達到控制要求和達標排放。因此企業要發展，環保工作必須要先落實，節能減排、達標排放成了制糖生產企業需要研究的重點。為此，各個制糖企業越來越重視環境保護和污水綜合治理，并投入了大量的人力、物力和財力用于環境污染治理技術的研究與開發。

本文以云南滄源南華勐省糖業有限公司為例，探討利用CASS(Cyclic Activated Sludge System)活性污泥法工藝處理制糖末端廢水和廢水處理后多余污泥的壓濾技術，根據 GB 21909-2008《制糖工業水污染物排放標準》[3]減排污染物，達到穩定的達標排放，以便為甘蔗制糖行業對今后污泥處理工藝技術提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料及設施

1.1.1 主要原料

⑴活性污泥：污水長時間曝氣產生的污泥，形狀為絮狀污泥，在顯微鏡下可以見到大量的細菌、真菌、原生動物和后生動物，它們組成了一個特有的生態系統?？赏ㄟ^其它污水處理廠購進培養好的污泥，也可自行培養。

⑵廢水：制糖過程的中、低濃度廢水，其中低濃度廢水主要是設備冷卻水以及抽真空用冷凝水；中濃度廢水主要是沖洗箱罐、沖洗地板等污染較嚴重的水。

1.1.2 主要設施

以廢水處理量 3000 m3/d的企業為例，主要有以下設施：

⑴格柵池：需配置5 m3左右水池，主要作用是隔離大顆粒的物質以及沉淀砂粒等物質，制糖污水比較特殊，大顆粒物質比較少，對格柵池的要求不高。

⑵冷卻塔：主要作用是控制進曝氣池水的溫度，CASS活性污泥對水溫有一定的要求，因此必須配置冷卻塔，面積100～200 m2即可。

⑶調節池：廢水在處理前進行適合處理條件的水質調節，主要調節污水濃度、pH值等，調節池原則上和曝氣池同樣容積，也可比曝氣池小(邊調節邊進水)。

⑷曝氣設施：①曝氣池：CASS活性污泥法處理廢水的主要反應池，從經濟耐用角度考慮用普通的鋼筋混凝土澆鑄而成，根據需要處理的水量來設計，設計的容積通常要比實際需要的容積大 8%～10%，以方便操作管理，日處理3000 m3的廠，配置3個1150 m3曝氣池。②曝氣器：常用的有鼓風曝氣和機械曝氣2種，從經濟運行角度考慮，鼓風曝氣更適合于CASS活性污泥法廢水處理工藝。風機采用羅茨風機，每天處理 3000 m3水量，配置 4臺HSR175型45 kW的羅茨風機(一臺備用)則能滿足生產要求。③曝氣裝置：從制糖行業廢水特點以及經濟運行角度出發，最佳選擇是彈性曝氣軟管，采用化學纖維增強塑料制成，直徑為65 mm，長度可以根據實際需要確定，軟管上均勻分布微型小孔，曝氣量在 2～7 m3/(m·h)。

⑸潷水器：從經濟實用角度出發采用浮筒式潷水器。

⑹清水池：配置1個300～500 m3左右的暫貯池，在實際運行過程如果水質量處理不達標，可返回調節池重新處理，檢測達標直接排放或者回用。

⑺污泥濃縮罐：多余的活性污泥在進行壓濾處理前進行濃縮的一個過程，污泥濃縮罐配備 2個40～55 m3的普通圓柱體容器即可，可用壓縮空氣或者機械裝置作為攪拌裝置，壓縮空氣攪拌優于機械攪拌。

⑻污泥壓濾機：壓濾機過濾面積70～100 m2即可滿足生產要求。

⑼污染物檢測設備：根據HJ 860.1-2017《排污許可證申請與核發技術規范 農副食品加工加工工業—制糖工業》中規定，制糖企業廢水排放執行GB 21909-2008《制糖工業水污染物排放標準》，其中的COD、pH、氨氮、流量需要安裝在線監測，其它指標每個月做1次自行監測。企業按要求配置有相應的檢測設備，并根據水處理工藝需要制定監測污染因子以及頻次。

1.2 試驗方法

1.2.1 CASS活性污泥法處理甘蔗制糖廢水

甘蔗制糖廢水主要污染物來自于甘蔗處理過程，經過物理化學反應后產生的以COD、NH3-N、BOD為主的非持久性有機污染物。因此從投資成本、運營管理方面考慮，采用CASS活性污泥法好氧工藝處理，其具有較低的單位基礎投資費用、較高的去除效果、操作管理簡單等優勢。

1.2.1.1 CASS活性污泥法工藝流程

廢水送至污水處理站，先通過格柵池攔截粗大懸浮物，如來水水質異常，則進入事故池儲存另行處理；如來水滿足進污水站要求，則進入調節池中調節水質，調節池出水由提升泵送至冷卻塔中，使廢水溫度降低至 30℃±1℃，冷卻塔出水自流入CASS池中進行好氧生物處理，好氧處理后的澄清廢水通過潷水器排至清水池，回用或達標排放。工藝流程見圖1。

1.2.1.2 CASS活性污泥法的控制要點

活性污泥系統在實際運行中，污水的水質及水量在不斷的變化，環境條件也在不斷的變化，需要按照活性污泥中微生物的代謝規律進行調節控制，使系統處在最佳運行狀態，發揮最大的效益，進一步提高出水水質。

廢水在處理前需要進行水質調節，調節時要控制好表 1的參數。CASS活性污泥法處理工藝要達到各污染物的去除率95%以上，必須要按時對水質進行化驗分析，用分析數據作為工藝控制的依據。水處理過程要均衡，工藝控制過程要穩定，主要工藝控制要點有：水溫、進水pH、進水CODcr濃度、曝氣時間和曝氣量、污泥比率等。

⑴進水水溫要控制在25～35℃，低于25℃或者高于35℃污泥中的活菌不容量生長，水處理效果不佳，水溫控制在30℃±1℃效果最佳。

圖1 CASS活性污泥法處理工藝流程圖

表1 調節池水質參數控制條件

⑵進水pH控制在7～8之間，不能高于9，如果pH值連續24 h高于9，大部分活性污泥中的微生物會死亡，水質會變黑、變臭，比處理前更惡劣。

⑶進水CODcr濃度300～800 mg/L，進入CASS池的廢水CODcr濃度不能超過800 mg/L，如調節池廢水CODcr濃度大于800 mg/L時，應使用清水調節或減少進水量。經調節后的CODcr濃度仍然超過800 mg/L時，進水量的確定應依據系統正常運行時的CODcr負荷核算，采取減少潷水和進水方式確保CASS池免受沖擊。CODcr濃度低于300 mg/L，水中的養分不夠，不利于微生物成長，需要加氮肥、磷肥等營養物質，所需的氮、磷等營養比例為COD∶N∶P=100∶5∶1。

⑷曝氣時間以及曝氣量：曝氣時間可以根據污泥中的微生物含量、污泥量等指標進行調整，一個2000 m3的曝氣池，曝氣時間不得低于3～5 h。最終的曝氣量用水中的溶解氧來判定，溶解氧含量通常在2～4 mg/L，不得低于2 mg/L。

⑸污泥比率用簡單的物理沉降方法直觀比較，取曝氣過程中500 mL的水樣放入量筒，靜置1 h，查看污泥所占的比率。污泥比率在35%±2%時效果最佳，可根據進水CODcr濃度進行適當調整。進水CODcr濃度高，污泥比率相應提高，污泥高于40%需要抽走多余污泥，低于25%時需要調節水質、增加曝氣時間來培養污泥。

1.2.2 廢水處理后多余污泥的壓濾技術研究

CASS使用的是微生物法，產生的多余污泥如何處理是制糖企業廢水處理需要研究的重點，廢水處理后的污泥含大量微生物菌株，其性能為濃度低、粘度高、有滑性，其吸附性、過濾性、沉降性較差，很難用普通的過濾或脫水設備脫水，許多過濾設備的生產企業以及制糖企業進行過多種方法試驗，最終也沒有達到理想的效果?；谠颇蠝嬖茨先A勐省糖業有限公司的多年研究，壓濾技術取得一定效果，主要研究方法如下：

1.2.2.1 多余污泥的處理工藝流程

將多余污泥排放至濃縮池進行二次濃縮，濃縮后的清水直接排放，剩余的濃液泵至帶有攪拌裝置的攪拌池加植物纖維(蔗渣)混合攪拌，混合均勻后的污泥送到壓濾機進行壓濾過濾。過濾出來的清水直接排放(符合排放標準)，壓濾泥則用作生物有機肥的生產原料。工藝流程見圖2。

圖2 多余污泥壓濾處理流程圖

1.2.2.2 污泥處理工藝控制要求

⑴需將污泥泵送至儲存罐進行攪拌混合均勻。

⑵添加的植物纖維即蔗渣顆粒大小、數量要適中，顆粒太大、太小均影響過濾效果甚至無法過濾，最好是攪拌均勻的蔗渣糠，污泥∶蔗渣體積比例為10∶1左右。

⑶當污水處理工藝波動導致壓濾困難時，需添加適當的污水處理使用的絮泥劑，以確保壓濾效果。

⑷壓濾機的配置為：每處理1500 m3的污水用10 m2的壓濾機。

2 結果與分析

2.1 末端廢水CASS活性污泥法處理廢水效果

根據云南滄源南華勐省糖業有限公司的生產實踐表明(見表2)，2010年和2011年未使用CASS活性污泥法處理廢水，CODcr排放量分別為210、101 mg/L，噸糖排水量分別為26.51、25.58 m3/t，超出了《制糖工業水污染物排放標準》水污染物排放限值。2012年開始利用CASS活性污泥法處理廢水后，CODcr排放量和噸糖排水量大幅度下降，氨氮、SS、總氮、BOD5排放量也有不同程度的下降，pH值和總磷濃度變化不大。截止到2018年，CODcr排放量和噸糖排水量分別為24.95 mg/L和1.26 m3/t，pH值為7.7，氨氮、SS、總磷、總氮、BOD5濃度分別為1.03、13、0.06、0.86、3 mg/L，各項指標執行《制糖工業水污染物排放標準》中的標準限值。

表2 項目實施前后廢水處理結果統計表

表3是2018年1～5月云南滄源南華勐省糖業有限公司CODcr的處理效果，從該公司生產實踐來看，2018年CASS活性污泥法處理廢水的主要污染物 CODcr平均去除量為 40.17 t，平均去除效率95.42%，是制糖廢水處理比較理想的工藝技術。

除了 CODcr去除率達95%以上，2018年云南滄源南華勐省糖業有限公司廢水處理的負荷率為1.37%，能耗約2 kW·h/m3，處理成本約2.5元/m3，這些數據表明采用CASS活性污泥法治理廢水具有良好的環境效益和社會經濟效益。

表3 2018年廢水CODcr處理效率統計表

2.2 多余污泥的壓濾技術效果

在未使用壓濾技術前制糖廢水活性污泥法產生的污泥很難處理，多余污泥的壓濾技術主要是輔助水處理穩定運行，根據污泥含量實時地進行處理，可以防止污泥膨脹，保證污泥質量。但未使用壓濾加蔗渣技術之前，污泥進壓濾機后附著在濾布上，無法正常壓濾，濾汁SS濃度和BOD5濃度也很難測量。壓濾后污泥水分基本在95%以上(表4)，污泥脫水效果不好，處于稀泥狀態，要有足夠場地進行污泥自然蒸發曬干，方可作生物有機肥原料。使用壓濾加蔗渣技術后，濾汁 CODcr濃度下降至 40～80 mg/L，濾汁SS濃度和BOD5濃度分別為700 mg/L和200 mg/L，壓濾泥水分降低至50%～70%(表4)。壓濾加蔗渣技術處理后的污泥可以不用二次晾曬，直接供生物有機肥作原料或作綠化用肥，減少了場地的使用面積以及二次污染。

表4 壓濾機加蔗渣與不加蔗渣效果對比表

3 結論與展望

本文利用CASS活性污泥法治理甘蔗制糖末端廢水以及廢水處理后利用壓濾技術處理多余污泥。截止到2018年可以實現噸糖平均排水量1.26 m3/t，噸糖主要污染物 CODcr平均排放量 24.95 mg/L，CODcr去除效率達95%以上，氨氮、SS、總氮、BOD5排放量也有不同程度的下降，各項指標執行《制糖工業水污染物排放標準》中的標準限值。但 CASS活性污泥法產生的污泥稀、濕、滑，壓濾效果不好，本文使用壓濾加蔗渣技術后，濾汁CODcr濃度顯著下降，壓濾泥水分由原來的95%以上降低至50%～70%，可以不用二次晾曬，直接供生物有機肥或作綠化用肥，減少了場地的使用面積以及二次污染。