羧甲基纤维素钠生产废水处理工程调试及运行管理.doc

羧甲基纤维素钠生产废水处理工程调试及运行管理余泽强 江葱 蒙钟代 李家祥（南京绿岛环境工程有限公司，江苏南京 210046）摘要 羧甲基纤维素钠（简称CMC）生产废水具有盐分高、COD高的特点，采用“初沉池均质池水解酸化池厌氧池载体流化床絮凝沉淀池”工艺，调试100d后出水达污水综合排放标准（GB8978-1996）中三级标准。调试过程中遇到厌氧跑泥、好氧污泥絮凝性差、好氧池水温过高污泥老化等问题，经过试验研究并调整运行方式，结合精细化的管理，最终保证了系统稳定运行、出水达标。关键词 羧甲基纤维素钠 高盐 高COD 污泥 絮凝 水温Commissioning and operation of wastewater treatmentfrom Sodium carboxymethyl cellulose productionYu Zeqiang，Jiang Cong，Meng Zhongdai，Li Jiangxiang(Nanjing Green Island Environmental Engineering Co.Ltd，Nanjing 210046，China)Abstract: Sodium carboxymethyl cellulose(CMC)industrial wastewaterhas the characteristics ofhigh salinity,high COD. Using the “primary sedimentation tank -homogeneouspool -hydrolysis acidification pool - anaerobic pool -CBR pool -flocculation sedimentation tankprocess, after commissioning 100 days, the effluent can meet the three-level standard ofintegrated wastewater discharge standard(GB8978-1996). The problems of anaerobicsludge run,poor aerobicsludge flocculation, and aerobicpoolwater temperature in the commissioning process shall be tested and studied, after adjusting the mode of operation with refine management, to ensure the stable operation and effluent quality.Key words：Sodium carboxymethyl cellulose；highsalinity；high COD；sludge；flocculation；Water temperature羧甲基纤维素钠（简称CMC）作为一种增稠剂和黏结剂被广泛应用于食品、日化、医药等多个领域，是当今世界上使用范围最广、用量最大的纤维素种类。羧甲基纤维素钠生产废水COD达60-100g/L，NaCl含量达140-160 g/L，总盐200-220g/L（包括氯化钠和其他钠盐）。废水中超高浓度的COD与NaCl含量使其生化处理技术发展缓慢1参考文献1。工程上多采用多效蒸发法处理这类高盐、高COD废水，但多效蒸发技术又有高昂的处理费用和较大的运行管理难度。笔者将羧甲基纤维素钠生产废水与企业其他类型废水按比例混合至总盐含量为35g/L后进行生化处理，达到运行稳定、成本可控的效果。1 工程概况重庆某化工企业日产生羧甲基纤维素钠生产废水100m3/d，循环冷却水300 m3/d，厂内生活污水200 m3/d，共计600 m3/d。各类废水水质见表1。该企业于2013年4月底开始投产，污水站同期开始调试运行根据贵编要求新增内容。表1 各类废水水质参数表中数值这么高？该行业的生产废水中COD、NaCl和总盐含量均很高，表中数据均为标准方法检测的均值。项目水量/m3/dCODcr/mg/LNaCl/mg/L总盐/mg/LNH3-N/mg/LTP/mg/LpH生产废水10080000200001500001000021000010000515-11循环冷却水300100200200517-8生活污水200450200100010001057-8混合后均值600130002500035000515-11根据各类废水水量及水质计算得到混合废水平均水质参数，并以此作为设计进水水质。出水执行污水综合排放标准（GB8978-1996）中三级标准，污水处理达标后排放至园区污水处理站进一步处理。要求标准这么低？，厂区处理后接入园区污水处理厂进一步处理至一级标准后排放，故只需处理至三级标准，此处添加“污水处理达标后排放至园区污水处理站进一步处理”妥否？设计进出水水质参数见表2。表2 设计进出水水质参数项目CODNaCl总盐NH3-NTPSSpH/mg/L/mg/L/mg/L/mg/L/mg/L/mg/L设计进水130002500035000515005-11排放标准500- -规范无要求？-规范无要求？污水综合排放标准（GB8978-1996）该二项指标的三级标准要求为“-”，本污水站所处理污水缺N、P，运行中尚需投加一定量的N、P作为营养元素，出水N、P检测值均0.5，故此照标准中写为“-”不知可否？4006-9本工程主体上采用“两相厌氧+好氧”的组合处理工艺，见图1。生产废水经过初次沉淀池絮凝沉淀后，在均质池与生活污水、循环冷却水混合配水至适宜的浓度，同时在均质池投加酸碱调节pH值，投加必需的N、P元素；配置好的废水由水泵抽至水解酸化池，2个均质池一用一备交替配水、进水因高盐水生化处理系统对盐分稳定要求高，故设两个均质池，比如A均质池先按盐分要求配好水后开始往后续处理单元进水，此时进行B池配水；待A池水处理完后，此时B池刚好配好水，B池开始往系统进水，A池开始配水，如此交替运行。如何操作？；水解酸化出水经水泵抽至厌氧池本工程所采用的厌氧池含有脉冲布水系统、弹性填料和两相分离器，工程上常简称为接触厌氧池，但本质上应属于UASB工艺，此处若改为“厌氧池”不知可否？；厌氧出水自流至载体流化床（CBR池），混合液中污泥在中间沉淀池沉淀并回流至载体流化床载体流化床，上清液自流至絮凝沉淀池加药沉淀；絮凝沉淀池出水达标排放。系统内栅渣、污泥收集脱水后外运处置。污泥回流泵聚合硫酸铁酸碱、营养元素 泵 载体流化床厌氧池均质池1,2絮凝沉淀池中间沉淀池泵水解酸化池格栅生活污水PAC、PAM污泥脱水初沉池格栅生产废水 外运处置 循环冷却水PAC、PAM 达标排放图1 废水处理工艺流程-已补充2 调试过程工程基础设施建成后，将各类废水按一定比例在均质池配制成NaCl含量为3g/L的混合废水，所有设备联动，将该浓度的废水用水泵抽至水解池，装满后依次进入下一单元。所有构筑物装满废水后，往水解池、接触厌氧池、CBR池接种污泥。所选接种污泥为含水率80%的重庆市茶园污水处理厂重庆市茶园污水处理厂脱水生化污泥，其中水解酸化池接种污泥10t，接触厌氧池接种污泥90t，CBR池接种污泥5t，CBR池接种污泥后闷曝12h，然后正式开始进行耐盐生化污泥的驯化。污泥驯化第一周按水量300m/d、NaCl含量3g/L的控制指标进水。因该工程废水中总盐含量与NaCl浓度比值为7:5，故以NaCl作为盐分提升的控制指标，每周提升一次配水NaCl含量，提升量为3g/L；系统NaCl含量达21g/L后，每周盐分提升量改为2g/L，第9周配水NaCl含量达到设计值25g/L。然后每周增加100m3/d的进水量，3周后进水量达到设计值600m3/d。盐分及负荷提升过程共计12周，满负荷运行10d后系统趋于稳定。3 调试中异常现象及解决措施3.1 异常现象（1）厌氧跑泥。参考贵编指导的文章写作参考10-调试问题-解决方法模式，将第三章分为3.1异常现象，3.2解决措施两个板块。两个板块内分别补充（1）厌氧跑泥、（2）好养池SV30过高、（3）好氧污泥难沉降、（4）水温过高污泥老化四部分内容。污泥驯化期间，进水NaCl含量达15g/L时，厌氧池表面逐渐漂起浮泥，其后浮泥量逐渐增多，最终浮泥厚度达200mm，同时池内污泥浓度降低，出水COD逐渐升高。浮泥外形似凝胶，触摸有滑腻感，厌氧池产生浮泥前后池面变化情况见图2。 a 厌氧池正常时 b 厌氧池产生浮泥时图2 厌氧池产生浮泥前后池面变化参考贵编指导的文章写作参考4-硫磺溶剂贫液泄漏对循环水的影响分析模式，此处添加现场正常时与异常时的对比图片。（2）好氧池SV30过高。本系统好氧单元采用CBR工艺，调试初始控制污泥回流比60%。进水调试第1周系统SV30=10%，MLSS=1500mg/L；随着进水盐分及COD浓度的提升，到第4周进水NaCl含量为12g/L，好氧系统SV30=40%，MLSS=4000mg/L；第7周进水NaCl含量为21g/L，好氧系统SV30=95%，MLSS=4500mg/L。系统SV30过高，为降低SV30值，采取降低回流比至30%，但3d后SV30增至100%，出水浑浊，COD值升高。各参数变化情况见表3。表3 污泥性状及出水水质参数变化情况表增加各参数变化情况表。调试阶段SV30/(%)MLSS/mg/L污泥回流比/%出水COD/mg/L第1周1015006025050第4周4040006025050第7周第7周前半周前半周9545005030050第7周后半周100400010100050（3）好氧污泥难沉降。系统进水调试第9周时，进水NaCl含量为25g/L，好氧系统污泥难以沉降，污泥随出水流失，系统内MLSS降低至1500mg/L，出水浑浊，COD值超标。（4）好氧水温过高污泥老化。系统调试第11周时正值7月底已修改，当地气温最高达40，此时系统进水量500m/d。厌氧出水水温35，但CBR池内水温达43。好氧池内有褐色泡沫，污泥沉降速度快，SV30降至15-30%，MLSS=2500-4000mg/L，出水浑浊，但对出水增加絮凝剂投加量絮凝后COD仍达标。3.2 原因分析及解决措施（1）厌氧跑泥 模式同批注1原因分析：污泥上浮是企业车间内羧甲基纤维素钠产品带入废水处理系统所致。表述方式修改羧甲基纤维素钠密度为0.5-0.7g/cm3，预处理时投加PAC、PAM等絮凝剂可去除废水中所带来的该产品，但初次沉淀池内生产废水高盐废水中NaCl含量达140-160 g/L，废水密度约1.116103kg/m3，远大于羧甲基纤维素钠与PAC、PAM所形成的的絮体，絮体无法在初次沉淀池沉淀去除，大量含CMC、PAC、PAM的絮体上浮并进入后续单元。CMC具有增稠、黏结等功能，在厌氧池内积累到一定程度后，与厌氧池内污泥、有机物黏结成凝胶类物质，其密度小于NaCl含量为15g/L的盐水，当系统盐分达到15g/L时，大量凝胶状污泥上浮2参考文献2。解决措施：通过实验确定初沉池PAC最佳投药量1000mg/L、PAM最佳投药量10mg/L，保证对CMC的絮凝效果；在平流沉淀池面增设刮渣板，加强表面浮泥的清理工作，保证含CMC产品的絮体不进入均质池；将厌氧池面浮泥清除出系统，消除已进入系统的CMC对生化污泥的持续影响。按该措施实施2周后厌氧系统恢复正常，其后对生产废水严格执行该预处理方法，污水站再未出现同类现象。（2）好养池SV30过高原因分析：对比MLSS和SV30两个参数，当NaCl含量为21g/L，好氧系统SV30=95%，MLSS=4500mg/L时，污泥SVI=211mL/g，为污泥膨胀的表现3参考文献3。当系统NaCl含量为21g/L时，在高盐环境下形成的菌胶团较普通活性污泥中菌胶团粒径小、分散、絮凝性差，出现SV30值高、SVI指数高等问题，均为高盐、高COD废水好氧系统中正常表现。运行中刻意减小污泥回流比导致污泥流失、MLSS减小、系统缺乏足够成熟的菌胶团处理污染物4参考文献4。污染物浓度高而成熟的菌胶团少，活性污泥能中含有很高的能量水平，负荷过高，活性污泥中含有很高的能量水平（排水工程下“活性污泥法基本原理及反应动力学”）系统内微生物处于对数增殖期。对数增殖期的活性污泥吸附、凝聚能力更差，持续减小回流比则成熟的菌胶团持续减少，处理效率持续降低。解决措施：将污泥回流比增至60%运行，3d后系统SV30降至90%，上清液清澈，出水SS、COD恢复正常。（3）好氧污泥难沉降 原因分析：在NaCl含量为25g/L、总盐35 g/L的高盐环境下，废水密度已接近海水密度1.025103kg/m3，而普通活性污泥的比重约1.0021.006，污泥难以沉降；同时高盐环境下的活性污泥粒径小、絮凝性差，易分散于水中并随出水流失，普通的自然沉降已难以达到泥水分离的目的。解决措施：为强化污泥絮凝性、保持系统内生物量，结合现场实验，对CBR出水投加10mg/L的聚合硫酸铁。一般认为生物处理对Fe的容许浓度为10mg/L引自排水工程下，附录15.生物处理构筑物进水中有害物质容许浓度引自哪里的文献还是规范？，所选聚铁中Fe的含量为20%，该投加量在微生物承受范围内。具有吸附絮凝性能的聚合硫酸铁作为晶核，将分散的微生物吸附并形成较大粒径的菌胶团，增大菌胶团的密度保证沉淀分离效果，在中间沉淀池泥水分离后将污泥回流至CBR池内5参考文献5。污泥及混合液总回流比为60%，整个好氧系统内聚铁浓度增加并逐渐趋于平衡，通过数学归纳法计算得第n次平衡后系统内聚铁浓度公式为：an=3.75+3.75（0.375+0.3752+0.3753+0.375n-1）-这是什么数值？意义？采用数学归纳法推导出的系统内铁浓度公式。an为第n次平衡后系统内Fe的浓度，3.75、0.375为常数，n为第n次平衡。对an求极限得：系统内聚铁最终累积浓度为6mg/L，在生物承受范围内。按该法运行7d后，系统出水逐渐清澈，COD达标，MLSS恢复至3500mg/L。其后持续以该参数投加聚合硫酸铁聚合硫酸铁，系统无其他不良反应。（4）好氧水温过高污泥老化原因分析：由SV30与MLSS指标计算得高温时SVI值为60-75mL/g，此时水温高、污泥沉降性差、出水浑浊、曝气池有深褐色泡沫，是水温过高引起的污泥老化问题。CBR池水温较厌氧池高8，热量来源为：1）系统已接近满负荷运行，好氧单元COD去除负荷达2.5kgCOD/m3d，大量的有机物被微生物通过新陈代谢降解，反应过程释放大量的热量导致水温升高；2）风机出口处空气温度达99，空气与水接触时将空气中热量传递至水中；3）进水水温升高，厌氧出水水温已经达35，与1）、2）所述热量叠加即达40以上。解决措施：短期内增设冷却塔或换热器对好氧池降温并不现实，出水絮凝后水质仍较好，说明可驯化出耐高温的耐盐菌，可加强絮凝单元以保证出水水质。均质池一般调节pH值至7.5左右，废水中大量有机酸在CBR池内被消耗，CBR出水pH值上升至8.5。对CBR池出水进行絮凝试验，添加说明性文字试验发现不同pH值环境下絮凝效果差异显著，见表4。表4 CBR出水在不同pH值环境下絮凝反应的效果1-5#指CBR出水样，见批注20，表头改为“CBR出水在不同pH值环境下絮凝反应的效果”可否？项目1#2#3#4#5#反应pH值-指试验样所进行絮凝反应的pH值环境8.58.07.57.06.5PAC投加量/mg/L500500500500500PAM投加量/mg/L1010101010反应现象沉降分离快、絮体大，但上清液浑浊沉降分离快、絮体大，但上清液浑浊絮体大，反应有气体生成，上清液较清澈絮体大，上清液清澈，反应中生成大量气泡絮体大且多，反应生成大量气泡，污泥随气泡上浮反应后pH值指试验样反应后的pH值7.97.67.17.16.6反应后SS/mg/L6126072296479反应后COD/mg/L542548368251213实验显示当絮凝反应pH值8.0时，大量PAC与水中碱度发生反应，絮凝效果不佳；当调整pH至中性环境，大部分PAC参与絮凝反应，出水水质好。废水中由生物代谢产生的大量CO2在溶于水中，在pH值8.0-8.5时主要以HCO3-形式存在，当加酸调节pH值7.5时，HCO3-与H+反应，产生CO2粘附于絮体上，致使实验中污泥上浮6参考文献6。实践中选择在中间沉淀池出水堰处投加盐酸将pH值调至7.0，再跌水进入絮凝沉淀池投加絮凝剂进行泥水分离，所产气泡在跌水过程中散发。按此参数运行1d出水即达标，其后CBR池水温最高达46时，出水仍稳定达标。5 运行管理高盐、高COD废水生化处理系统的稳定性受多方面因素的影响，精细化管理对保证系统稳定、出水达标至关重要。在该污水站的日常运行中，对配水盐分、MLSS、SV30、pH值、药剂投加量等各单元参数的检测任务落实到人，并由相邻工作组的人员复测确认；建立各单元定时巡检点与操作规程；建立完善的奖励与处罚制度；定期组织污水处理站员工技术培训。通过精细化管理、提升操作管理人员业务水平和责任心以保证系统运行的稳定。6 参数校核系统稳定运行后，选取9月份30天已修改内厌氧、好氧系统运行参数，见图3，厌氧、好氧系统去除负荷见图4。该月份厌氧进水COD均值为13209mg/L，厌氧出水COD均值为5608mg/L，厌氧系统平均COD去除负荷为2.53kgCOD/m3d，超过原设计的2.5kgCOD/m3d容积去除负荷；好氧出水COD均值为309mg/L，好氧系统平均COD去除负荷为3.12kgCOD/m3d，超过原设计的3.0kgCOD/m3d容积去除负荷。图3 9月份30天内厌氧、好氧系统进出水COD值图4 9月份30天内厌氧、好氧系统去除负荷7 运行费用分析请重新核对数值，1832.5开始有误。已修正系统满负荷稳定运行后，经测算得：日耗电3331.5度/d，电费0.55元/度，即电费1832.33/d；各类药剂费合计1715.00元/d；污泥处置费合计1260.00元/d；污水站7名操作管理人员，月工资合计30800元/月，即人工费1026.67元/d。各类费用合计5834.00元/d。满负荷时处理水量600m3/d（含100 m3/d的高浓度生产废水），即该污水站运行总成本为9.72元/m3，折合成高浓度生产废水处理成本为58.34元/m3，每吨高盐废水的处理成本低于多效蒸发技术的100元/吨以上运行费用请说明此费用多少和数据来源数值已修改，但该数值为大概数据，不同水质和设备的运行费用、设备维护费用差异很大，我所做过的多效蒸发运行费用均在一百元/吨高盐废水以上。此处如有不严谨之嫌疑，可去掉。8 总结（1）将企业生产废水与其他废水按比例配水，采用初沉池均质池水解酸化池接触厌氧池CBR池絮凝沉淀池工艺处理NaCl含量25g/L、总盐35 g/L、进水COD值13000mg/L的羧甲基纤维素钠废水是可行的，可以做到稳定运行，出水达标。（2）系统稳定运行后，厌氧进水COD均值为13209mg/L，厌氧出水COD均值为5608mg/L，厌氧系统平均COD去除负荷为2.53kgCOD/m3d，超过原设计的2.5kgCOD/m3d容积去除负荷；好氧出水COD均值为309mg/L，好氧系统平均COD去除负荷为3.12kgCOD/m3d，超过原设计的3.0kgCOD/m3d容积去除负荷。（3）污水站运行中，保证预处理效果、尽量减少进入生化系统的CMC产品、控制合适的好氧污泥回流比、投加聚铁保证污泥沉降性、调节絮凝反应的pH值环境等是确保出水水质达标的关键。（4）高盐分、高COD废水生化处理系统的精细化管理对于污水站的稳定运行和达标排放至关重要。（5）采用生化法处理高盐分、高COD的羧甲基纤维素钠生产废水的总运行成本为9.72元/m3，折合成高浓度生产废水的处理成本为58.34元/m3，每吨高盐废水的处理成本低于多效蒸发技术的运行费用该句如有不严谨之嫌疑，可去掉。参考文献1 文湘华，占新民，王建龙，等. 含盐废水的生物处理研究进展. 环境科学，1999，20（5），1041062 胡纪萃. 废水厌氧生物处理理论与技术. 北京：中国建筑工业出版社，2002：2472513 李亚新. 活性污泥法理论与技术. 北京：中国建筑工业出版社，2007：2172194 张建峰. 活性污泥法工艺控制. 北京：中国电力出版社，2007：1691715 刘华，张延青. 聚合氯化铝(PAC)和聚合氯化铁(PFC)对活性污泥的影响. 工业安全与环保，2004，30（6）：15176 卢雪华，袁萍. 碳酸盐的存在形态与碱度，pH值的关系. 第二届七省区市机械工程学会科技论坛暨学会改革与发展研讨会论文集. 2006通讯处：210046 南京市栖霞区恒通大道58号南京绿岛环境工程有限公司电话：[phone]E-mail：wutyuzeqiang收稿日期：2014-06-30