明膠生產污水處理工藝探討
摘 要:明膠生產污水由于其污泥量極高且污泥本身的特點，所以處理技術一直是一大難題。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冬季的明膠污水生化處理問題。
關鍵詞:明膠生產污水,沉淀,轉基因微生物
1 明膠生產污水的特點
明膠生產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→板式蒸發器→長網干燥機→粉碎包裝。其中浸酸工序產生的浸酸水中含有大量的磷，與石灰中和后產生副產品磷化鈣，中和后的污水排往污水處理車間。
明膠生產污水具有以下特點：
（1）污水中主要含有骨粒中的動物油脂和蛋白質，這是構成污水中COD的主要物質，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1300mg/L；污水中還含有少量的磷酸根，其與鈣質容易產生磷化鈣沉淀，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。生化系統很難對油降解，如不進行分離就會增加后續生化處理的難度。
（4）污水排放水質水量波動性大，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，其中的污染物質以動物膠為主，較難降解。
2 青海明膠公司污水處理工藝設計
青海明膠股份有限公司位于青海省西寧市，年產 4500噸明膠。該公司的污水處理設施原設計為處理3000 噸/年排放污水，2008年進行擴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。其廢水水質及設計標準見表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）預沉集水池
明膠生產污水含渣量大，預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，其主要為生產過程流失的半成品，可進行回收。預沉集水池尺寸為 16×21×4.5（m），有效容積為448m3。配套泵吸式行車吸泥機。經預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，鋼混結構，水力停留時間為4小時。新配套1臺橋式行車雙邊驅動刮泥機。
（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）。配套全橋式雙邊驅動刮泥機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。
（5）2#二沉池
輻流沉淀池尺寸為φ17×4m。配套全橋式雙邊驅動刮泥機一臺，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，保證后續生化處理單元的處理效果。氣浮采用渦凹氣浮，氣浮池尺寸為 14×2×3（m）。污泥排放至干化場。氣浮系統投加硫酸、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物；2）通過活性污泥吸附沉降污水中絕大部分鈣質，使后續IBAF系統載體不產生結垢，保證IBAF系統的穩定運行。
（8）終沉池
輻流沉淀池尺寸為φ22×4（m）。污泥部分進行回流，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池內填充網狀載體，通過IBAF獨特的工藝特點不僅進一步除去污水中的有機物，而且其對氨氮有很高的去除率，保證出水達標排放。
（10）干化場
干化場尺寸為40×20×2（m），共3個，底部設盲溝排水。污泥經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
由于明膠行業的特殊性，及其生產污水的特點，其污泥具有以下特性：
（1）污泥中以鈣質為主，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。
所以明膠生產的污泥處理是其污水處理系統的關鍵，直接影響到整個處理系統的運行。青海明膠公司污水處理工程對污泥的分離主要采用：
（1）預沉處理。主要沉降比較大的污泥及骨素，通過預沉減少后續沉淀系統的負擔；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。經預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池。
各沉淀池沉降的污泥含固率均達到5%左右，由于該污泥量大并且pH均在11以上，通過機械脫水如帶式壓濾機，污泥處理的運行費用核算如下：
（1）藥耗：該廠每天產生絕干泥在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，每天藥費為2400元。
（2）脫水機電耗：采用帶式壓濾機至少要6臺2m帶寬，另外要配相應加藥機與脫水機房，其中每套脫水機每小時運行電耗為6度，每天運行8小時，總電耗為288 度；電價按0.5元/度計，每天電費約144元。
（3）人工費：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，其運行費用約為2904元/天。
目前該公司采用兩輛運輸車拉泥，運輸由該公司負責，裝載費用由化肥廠家支付，其運輸費不超過300元/天。
5 生物處理
明膠生產污水生化處理存在很多難點。首先，明膠生產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，載體將慢慢結垢，運行2～3個月后系統將會完全癱瘓；如采用活性污泥法，大量的鈣質將會大大降低活性污泥的活性；另外，明膠生產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重影響生化處理效果。
針對明膠生產污水的特點，青海明膠股份有限公司污水廠在進入生化池前設置了氣浮工藝，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，不太現實，所以該生化系統采用了活性污泥法結合生物膜法（IBAF工藝），通過活性污泥結合吸附絕大部分的鈣質，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進行保溫，將會增加污水處理設施的基建投資。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，所以冬季整個處理系統的污水溫度基本在零度以上。由于傳統微生物在60℃以下的降解速率極其緩慢，在低溫下的生化處理能否達到理想效果至關重要。
該公司的明膠生產污水處理采用進口轉基因微生物接菌，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（IM）基礎上，結合曝氣生物濾池（BAF）發展而成的污水處理新工藝。與傳統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，通過分子設計，在載體引入大量的活性和強極性基團并通過固定化技術，將大量專性菌牢牢固定在載體上，通過固定化技術將該菌種進行固定繁殖。
6 經濟分析
該公司污水處理工程總投資約1400萬元，其中土建約600萬元，設備費約650萬元，設計安裝調試等技術服務費約150萬，噸水投資1000元。
運行費用：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，加酸費為0.24 元/噸；PAC投加量約為80ppm，噸價1500元計，PAC藥費為0.12元/噸；PAM投加量約為2ppm，噸價以3萬元計，PAM藥費為0.06元/噸。合計藥劑費為0.42元/噸。氣浮段處理量為5000噸/天，折合到15,000噸水中，噸水加藥費為0.14元/噸。青海西寧市屬高寒地區，其采用轉基因微生物后，生化系統無需加溫，也可節省大量費用。
該項目目前運行良好并申請了國家環保減排專項補助。
7 結論
（1）明膠生產污水處理重點在于污泥的處理，通過有效的污泥分離設施，能保證后續生化處理；針對該污水硬度極高的特點，在生化處理單元，應避免直接采用生物膜法而采用活性污泥與生物膜法相結合的工藝，可保證有效的處理效果。
（2）磷化車間生產污水的pH值在3左右，其直接排入調節池可中和pH值，減少了后續生化進水前的加酸量。
（3）該工程采用轉基因微生物，解決了高寒地區在沒有加溫保溫設施情況下的生化處理問題。
（4）明膠生產過程中產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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