明膠生產(chǎn)污水處理工藝探討
摘 要:明膠生產(chǎn)污水由于其污泥量極高且污泥本身的特點(diǎn)，所以處理技術(shù)一直是一大難題。本文以青海明膠股份有限公司污水處理工程的成功實例，探討了高SS污泥處理的問題，以及在高海拔高寒地區(qū)冬季的明膠污水生化處理問題。
關(guān)鍵詞:明膠生產(chǎn)污水,沉淀,轉(zhuǎn)基因微生物
1 明膠生產(chǎn)污水的特點(diǎn)
明膠生產(chǎn)是以動物骨骼為主要原料，其工藝可簡述為：骨粒→浸酸→退酸水洗→脫脂→浸灰→退灰水洗→ 中和→退酸水洗→提膠→清膠→板式蒸發(fā)器→長網(wǎng)干燥機(jī)→粉碎包裝。其中浸酸工序產(chǎn)生的浸酸水中含有大量的磷，與石灰中和后產(chǎn)生副產(chǎn)品磷化鈣，中和后的污水排往污水處理車間。
明膠生產(chǎn)污水具有以下特點(diǎn)：
（1）污水中主要含有骨粒中的動物油脂和蛋白質(zhì)，這是構(gòu)成污水中COD的主要物質(zhì)，其COD大致在 3000mg/L，另外其中氨氮的含量為70mg/L，而實際總氮達(dá)到160mg/L左右，pH值在11左右。
（2）污水中含有大量的石灰渣、骨渣，其SS最高達(dá)1300mg/L；污水中還含有少量的磷酸根，其與鈣質(zhì)容易產(chǎn)生磷化鈣沉淀，污泥的處理難度大。
（3）污水含油量大且多以乳狀油存在，而乳狀油通過隔油及沉淀是很難完全去除的。生化系統(tǒng)很難對油降解，如不進(jìn)行分離就會增加后續(xù)生化處理的難度。
（4）污水排放水質(zhì)水量波動性大，其中浸灰車間排放的污水堿性高，pH值在12左右，COD在2500～4000mg/L，污染物主要以動物蛋白及動物油為主；磷鈣合成車間排放的污水COD為5000～8000mg/L，pH值在3左右；煮膠車間排放的污水呈中性，COD較高，在1.2萬～2.4萬mg/L，其中的污染物質(zhì)以動物膠為主，較難降解。
2 青海明膠公司污水處理工藝設(shè)計
青海明膠股份有限公司位于青海省西寧市，年產(chǎn) 4500噸明膠。該公司的污水處理設(shè)施原設(shè)計為處理3000 噸/年排放污水，2008年進(jìn)行擴(kuò)建及技改后加大了回用水量，目前的排水量在1.5萬噸/天左右，其中經(jīng)初步處理后的回用水量約為1萬噸/天，外排水5000噸/天左右，每天排放的絕干泥在20噸左右。
該工程在初沉池前的設(shè)施的處理量為1.5萬噸/天，后繼1#二沉池、氣浮池、生化池等處理單元處理量為6000 噸/天。其廢水水質(zhì)及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)見表1，工藝流程見下圖。
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（1）格柵
格柵主要是去除少量的生活垃圾以及車間流失的大顆粒骨素等。污水處理廠格柵采用LF-W-LX900，柵片間距5mm。格柵池尺寸為3.0×1.0×1.5（m）。
（2）預(yù)沉集水池
明膠生產(chǎn)污水含渣量大，預(yù)沉所沉淀的污水污泥比重較大，其中有部分顆粒較大的骨素，其主要為生產(chǎn)過程流失的半成品，可進(jìn)行回收。預(yù)沉集水池尺寸為 16×21×4.5（m），有效容積為448m3。配套泵吸式行車吸泥機(jī)。經(jīng)預(yù)沉后污水通過泵提升入初沉池。
（3）初沉池
初沉池尺寸為Ф28×4（m），有效容積為2462m3，鋼混結(jié)構(gòu)，水力停留時間為4小時。新配套1臺橋式行車雙邊驅(qū)動刮泥機(jī)。
（4）1#二沉池
初沉池污水分流，其中9000噸/天左右流入1#沉淀池。輻流沉淀池尺寸為φ20×4（m）。配套全橋式雙邊驅(qū)動刮泥機(jī)1臺。沉淀下來污泥由泵打入污泥干化場。沉淀后污水自流入回用水池，回用于生產(chǎn)。
（5）2#二沉池
輻流沉淀池尺寸為φ17×4m。配套全橋式雙邊驅(qū)動刮泥機(jī)一臺，沉淀下來污泥由泵打入污泥干化場。
（6）氣浮池
氣浮池主要去除污水中的油，保證后續(xù)生化處理單元的處理效果。氣浮采用渦凹?xì)飧。瑲飧〕爻叽鐬?14×2×3（m）。污泥排放至干化場。氣浮系統(tǒng)投加硫酸、PAC、PAM。
（7）A/O池
水解酸化池總有效容積為3600m3，停留時間為9.6小時。其中A段3.6小時，O段為6小時。A/O池的主要作用為：1）去除污水中部分有機(jī)物；2）通過活性污泥吸附沉降污水中絕大部分鈣質(zhì)，使后續(xù)IBAF系統(tǒng)載體不產(chǎn)生結(jié)垢，保證IBAF系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
（8）終沉池
輻流沉淀池尺寸為φ22×4（m）。污泥部分進(jìn)行回流，回流量約50%。
（9）IBAF池（曝氣生物濾池）
IBAF池總有效容積為1800m3，停留時間為15.6小時。IBAF池內(nèi)填充網(wǎng)狀載體，通過IBAF獨(dú)特的工藝特點(diǎn)不僅進(jìn)一步除去污水中的有機(jī)物，而且其對氨氮有很高的去除率，保證出水達(dá)標(biāo)排放。
（10）干化場
干化場尺寸為40×20×2（m），共3個，底部設(shè)盲溝排水。污泥經(jīng)過脫水后由化肥廠自行拉走。
3 處理效果（見表2）
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4 污泥的分離及處理
由于明膠行業(yè)的特殊性，及其生產(chǎn)污水的特點(diǎn)，其污泥具有以下特性：
（1）污泥中以鈣質(zhì)為主，濃度高流動性差，比重大，易沉淀；（2）污泥含有一定量的磷化鈣，時間久易結(jié)塊；（3）污泥量大且含有大量的石灰，pH值很高，油脂量高。
所以明膠生產(chǎn)的污泥處理是其污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接影響到整個處理系統(tǒng)的運(yùn)行。青海明膠公司污水處理工程對污泥的分離主要采用：
（1）預(yù)沉處理。主要沉降比較大的污泥及骨素，通過預(yù)沉減少后續(xù)沉淀系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；采用空氣攪拌，防止污泥沉積堵塞水泵吸入口從而堵塞提升泵。
（2）初沉處理。經(jīng)預(yù)沉處理后污水還含大量的SS，而且該污水中含有大量的磷酸根，其與鈣離子將形成磷酸鈣沉淀，此時的初沉池也兼做反應(yīng)池。
各沉淀池沉降的污泥含固率均達(dá)到5%左右，由于該污泥量大并且pH均在11以上，通過機(jī)械脫水如帶式壓濾機(jī)，污泥處理的運(yùn)行費(fèi)用核算如下：
（1）藥耗：該廠每天產(chǎn)生絕干泥在20噸左右，投加的PAM量按絕干泥量的0.4%計，每天需至少80kgPAM，其中PAM以30元/kg計，每天藥費(fèi)為2400元。
（2）脫水機(jī)電耗：采用帶式壓濾機(jī)至少要6臺2m帶寬，另外要配相應(yīng)加藥機(jī)與脫水機(jī)房，其中每套脫水機(jī)每小時運(yùn)行電耗為6度，每天運(yùn)行8小時，總電耗為288 度；電價按0.5元/度計，每天電費(fèi)約144元。
（3）人工費(fèi)：操作人員6人，每人工資按60元/天計，共計360元/天。
綜上，采用帶式脫水機(jī)，其運(yùn)行費(fèi)用約為2904元/天。
目前該公司采用兩輛運(yùn)輸車?yán)，運(yùn)輸由該公司負(fù)責(zé)，裝載費(fèi)用由化肥廠家支付，其運(yùn)輸費(fèi)不超過300元/天。
5 生物處理
明膠生產(chǎn)污水生化處理存在很多難點(diǎn)。首先，明膠生產(chǎn)污水含有大量的油脂，在低溫下微生物對其降解力極低；其次，明膠污水中含鈣量極高，如直接采用生物膜法，載體將慢慢結(jié)垢，運(yùn)行2～3個月后系統(tǒng)將會完全癱瘓；如采用活性污泥法，大量的鈣質(zhì)將會大大降低活性污泥的活性；另外，明膠生產(chǎn)污水中含有大量的膠原蛋白，其生化性差，而且污水含有的氯根也會嚴(yán)重影響生化處理效果。
針對明膠生產(chǎn)污水的特點(diǎn)，青海明膠股份有限公司污水廠在進(jìn)入生化池前設(shè)置了氣浮工藝，通過氣浮去除大部分的油脂，減少油脂對生化系統(tǒng)的影響；明膠污水鈣含量極高，如果采用物化法將其大部分去除，不太現(xiàn)實，所以該生化系統(tǒng)采用了活性污泥法結(jié)合生物膜法（IBAF工藝），通過活性污泥結(jié)合吸附絕大部分的鈣質(zhì)，所以該活性污泥灰分較高，活性相對較差；而IBAF 具有很高的容積負(fù)荷，保證了污水處理的整體去除率。
青海西寧市最低溫度為-26.60℃，一年有1/3時間的氣溫在攝氏零度以下，如果將污水池建在室內(nèi)進(jìn)行保溫，將會增加污水處理設(shè)施的基建投資。該青海明膠公司污水處理站的生化池體建在室外，為保溫，其池體絕大部分在地下，其污水處理車間排放的污水含有一定的熱量，并且始終處于流動狀態(tài)，所以冬季整個處理系統(tǒng)的污水溫度基本在零度以上。由于傳統(tǒng)微生物在60℃以下的降解速率極其緩慢，在低溫下的生化處理能否達(dá)到理想效果至關(guān)重要。
該公司的明膠生產(chǎn)污水處理采用進(jìn)口轉(zhuǎn)基因微生物接菌，該菌種在零度以上均能保持正常的降解能力。采用的IBAF工藝（固定化微生物-曝氣生物濾池），是在固定化微生物技術(shù)（IM）基礎(chǔ)上，結(jié)合曝氣生物濾池（BAF）發(fā)展而成的污水處理新工藝。與傳統(tǒng)的曝氣生物濾池相比，IBAF采用一類高效懸浮大孔載體，該載體比表面積大（80m2/g），孔隙率高（98%）。同時，通過分子設(shè)計，在載體引入大量的活性和強(qiáng)極性基團(tuán)并通過固定化技術(shù)，將大量專性菌牢牢固定在載體上，通過固定化技術(shù)將該菌種進(jìn)行固定繁殖。
6 經(jīng)濟(jì)分析
該公司污水處理工程總投資約1400萬元，其中土建約600萬元，設(shè)備費(fèi)約650萬元，設(shè)計安裝調(diào)試等技術(shù)服務(wù)費(fèi)約150萬，噸水投資1000元。
運(yùn)行費(fèi)用：其中電耗約0.17元/m3水；所加藥劑為硫酸、PAC、PAM，所用藥劑均在氣浮段，其中硫酸投加量約為600ppm，硫酸噸價以400元計，加酸費(fèi)為0.24 元/噸；PAC投加量約為80ppm，噸價1500元計，PAC藥費(fèi)為0.12元/噸；PAM投加量約為2ppm，噸價以3萬元計，PAM藥費(fèi)為0.06元/噸。合計藥劑費(fèi)為0.42元/噸。氣浮段處理量為5000噸/天，折合到15,000噸水中，噸水加藥費(fèi)為0.14元/噸。青海西寧市屬高寒地區(qū)，其采用轉(zhuǎn)基因微生物后，生化系統(tǒng)無需加溫，也可節(jié)省大量費(fèi)用。
該項目目前運(yùn)行良好并申請了國家環(huán)保減排專項補(bǔ)助。
7 結(jié)論
（1）明膠生產(chǎn)污水處理重點(diǎn)在于污泥的處理，通過有效的污泥分離設(shè)施，能保證后續(xù)生化處理；針對該污水硬度極高的特點(diǎn)，在生化處理單元，應(yīng)避免直接采用生物膜法而采用活性污泥與生物膜法相結(jié)合的工藝，可保證有效的處理效果。
（2）磷化車間生產(chǎn)污水的pH值在3左右，其直接排入調(diào)節(jié)池可中和pH值，減少了后續(xù)生化進(jìn)水前的加酸量。
（3）該工程采用轉(zhuǎn)基因微生物，解決了高寒地區(qū)在沒有加溫保溫設(shè)施情況下的生化處理問題。
（4）明膠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量污泥的去處問題是一直困擾明膠廢水污染治理的難題，該工程中產(chǎn)生的大量污泥直接供給肥料廠，較好地解決了這一問題。
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