橡胶厂废水处理

海南某天然橡胶加工厂胶乳废水处理工程

一、项目背景与概况

该企业位于海南省，是当地规模较大的天然橡胶加工企业，主要从事鲜胶乳的凝固、压片、造粒和干燥等加工工序。天然橡胶加工过程中，鲜胶乳经加酸凝固后，产生大量含有乳清蛋白、糖类、脂类及高浓度氨氮的废水。企业日排放废水约五百吨，原有处理设施仅为简单的沉淀池，几乎无生化处理能力，废水直接排入附近河流，对水环境造成严重污染。随着环保监管力度加大，企业被责令停产整改，必须建设完善的废水处理设施。

项目团队对废水进行了为期一个月的连续监测和分析，发现天然橡胶加工废水具有独特的水质特征：有机物浓度极高，化学需氧量在八千至一万五千毫克每升之间；氨氮浓度高，在一千至两千毫克每升之间；含有较多乳清蛋白和糖类物质；悬浮物以细小橡胶颗粒和蛋白质絮体为主；废水呈酸性，酸碱度在四至五之间；水温在二十五至三十摄氏度之间。这种高浓度有机废水如果直接进入常规活性污泥法处理，会导致污泥膨胀和处理系统崩溃。

经过技术比选，最终确定采用"格栅—调节池—混凝沉淀—膨胀颗粒污泥床反应器—生物膜反应器—混凝沉淀"的组合工艺。其中膨胀颗粒污泥床反应器是核心处理单元，该技术通过提升上升流速使污泥床处于膨胀状态，强化传质效率，特别适合处理天然橡胶加工中高浓度有机和水质波动大的废水。

二、废水来源与特性分析

天然橡胶加工废水主要来源于以下几个环节：鲜胶乳凝固工序产生的凝固废水，含有乳清、蛋白质、糖类、脂类等，是废水的主要来源，约占废水总量的百分之六十；凝块洗涤工序产生的洗涤废水，含有细小橡胶颗粒和残留乳清；设备清洗废水，含有油脂和清洗剂；压片机和造粒机冷却水，温度较高，含有少量橡胶碎屑。各股废水混合后的综合水质如下：化学需氧量平均为一万毫克每升，最高可达一万五千毫克每升；生化需氧量约四千毫克每升；氨氮平均为一千五百毫克每升；总磷约三十毫克每升；悬浮物约一千毫克每升；油类约八十毫克每升；酸碱度在四至五之间；色度约五百倍。

废水处理面临的主要挑战包括：有机物浓度极高，属于典型的高浓度有机废水，需要高效的厌氧处理技术；氨氮浓度高，需要专门的脱氮工艺；含有乳清蛋白，在厌氧条件下容易发泡，影响反应器正常运行；水质水量随加工季节波动大，鲜胶乳加工集中在每年六至十月份，需要处理系统具有较强的抗冲击能力；废水呈酸性，需要中和处理。

三、工艺流程详细设计

预处理阶段

废水首先进入格栅池，设置粗细两道格栅，去除鲜胶乳凝块、橡胶碎片、树枝树叶等杂物。格栅出水进入调节池，调节池有效容积为六百立方米，按二十八小时水量设计。由于废水呈酸性，在调节池内投加石灰乳进行中和，将酸碱度调节至六点五至七点五之间。同时设置曝气搅拌系统，使水质均匀，并起到预氧化作用。调节池出水进入混凝沉淀池。

混凝沉淀池采用机械搅拌絮凝池加斜管沉淀池的组合形式。投加聚合氯化铝作为混凝剂，投加量为五百毫克每升；投加聚丙烯酰胺作为助凝剂，投加量为五毫克每升。通过快速搅拌、慢速搅拌和静置沉淀，使废水中的蛋白质絮体、细小橡胶颗粒、悬浮物等形成大絮体沉淀去除。沉淀池表面负荷为一点零立方米每平方米每小时，沉淀时间为两小时。混凝沉淀出水悬浮物降至三百毫克每升以下，化学需氧量降至七千毫克每升以下，为后续厌氧处理减轻负荷。沉淀污泥排入污泥浓缩池，经板框压滤机脱水后外运。

厌氧处理阶段

厌氧处理采用膨胀颗粒污泥床反应器，这是本工程的核心技术。反应器为圆柱形钢结构，直径六米，高十六米，有效容积为四百立方米。反应器底部设置布水器和循环泵，通过回流使上升流速控制在二至四米每小时，使污泥床处于膨胀状态，但又不至于流失。反应器内设置三相分离器，实现沼气、出水和污泥的分离。产生的沼气经水封罐和脱硫塔处理后，用于锅炉燃烧。

膨胀颗粒污泥床反应器内温度控制在三十五至三十七摄氏度，酸碱度控制在六点八至七点二之间。由于废水氨氮浓度高，需要控制进水碱度，防止反应器内酸碱度下降。反应器内接种颗粒污泥，污泥浓度控制在三十至四十克每升。通过高水力负荷和高产气负荷使污泥与有机物充分混合，传质效率高，大大提高了厌氧反应速率和有机负荷。反应器有机负荷控制在八至十二千克化学需氧量每立方米每天，水力停留时间为二十小时。

膨胀颗粒污泥床反应器对化学需氧量的去除率达到百分之八十五至百分之九十，出水化学需氧量降至一千至一千五百毫克每升。同时，部分有机氮在厌氧条件下氨化，出水氨氮浓度略有升高，达到一千六百毫克每升左右。厌氧出水进入好氧生物膜反应器。

好氧处理阶段

好氧处理采用生物膜反应器，也称为生物滤池。反应器为圆形池体，直径八米，有效水深四点五米，填料层高三米，填料为轻质多孔陶粒，比表面积大，生物附着量多。废水从反应器底部进入，向上流经填料层，与附着在填料表面的生物膜充分接触，有机物被氧化降解，氨氮被硝化。

生物膜反应器采用自然通风和机械曝气相结合的供氧方式，溶解氧浓度控制在二至四毫克每升。由于填料上生物膜较厚，内部形成厌氧微环境，外部形成好氧环境，可同时实现有机物的降解和氨氮的硝化。生物膜反应器对化学需氧量的去除率达到百分之七十至百分之八十，出水化学需氧量降至三百毫克每升以下；对氨氮的去除率达到百分之六十至百分之七十，出水氨氮降至五百毫克每升以下。

由于生物膜反应器出水氨氮仍较高，后续设置两级硝化池进行深度硝化。硝化池采用活性污泥法，水力停留时间为二十四小时，通过充分曝气使氨氮完全硝化为硝态氮。硝化液回流至前面的反硝化区，与厌氧出水混合，在缺氧条件下进行反硝化脱氮。通过硝化反硝化组合工艺，总氮去除率达到百分之七十五以上。

深度处理阶段

生化出水进入二次混凝沉淀池，进一步去除悬浮物和残余有机物。投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，沉淀池表面负荷为零点八立方米每平方米每小时。二沉池出水化学需氧量降至一百毫克每升以下，悬浮物降至三十毫克每升以下，氨氮降至二十五毫克每升以下，总氮降至四十毫克每升以下，总磷降至一点五毫克每升以下。

最终出水经紫外线消毒后达标排放。出水各项指标均满足《天然橡胶加工废水污染物排放标准》的要求，化学需氧量低于一百毫克每升，氨氮低于二十五毫克每升，总氮低于四十毫克每升，悬浮物低于三十毫克每升，油类低于五毫克每升。

四、处理效果与运行经验

工程投运后，经过两个月的调试，系统运行稳定，处理效果显著。膨胀颗粒污泥床反应器内颗粒污泥生长良好，沉降性能优异，没有出现污泥流失现象。生物膜反应器填料上生物膜均匀，没有出现堵塞和短流现象。

出水监测数据显示：化学需氧量平均值为八十五毫克每升，去除率达到百分之九十九以上；氨氮平均值为二十毫克每升，去除率达到百分之九十八以上；总氮平均值为三十五毫克每升，去除率达到百分之九十七以上；总磷平均值为一点二毫克每升，去除率达到百分之九十六以上；悬浮物平均值为二十五毫克每升，去除率达到百分之九十七以上；色度小于三十倍。各项指标均稳定达标。

运行经验总结：一是膨胀颗粒污泥床反应器的上升流速控制是关键，过高会导致污泥流失，过低则传质效果不佳，需要根据污泥性状及时调整；二是高氨氮废水厌氧处理需要充足的碱度，应定期监测并及时补充；三是生物膜反应器需要定期反冲洗，防止填料堵塞，反冲洗周期根据水头损失增长情况确定；四是冬季水温较低时，需要适当降低有机负荷，保证处理效果。