天然橡胶加工废水处理技术_废水治理

天然橡胶加工过程中排放出来的废水是COD、氨氮和总磷浓度很高的有机废水，COD 平均8 g/L 以上，BOD5/COD 高达0.6～0.7。国内天然橡胶加工厂的废水基本没有得到有效治理，尤其对于总磷的去除更是不重视。氮、磷污染是造成水体富营养化的主要原因，对污水中氮磷的去除已成为水处理领域研究的热点和难点。一般采用厌氧-好氧方式处理橡胶加工废水，其中好氧多采用多级氧化塘、单一氧化沟等简单工艺，不仅占用了大片的土地，而且总氮、总磷去除率不高，出水水质无法达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准。

污水处理工艺的选择是污水处理厂建设的关键，它影响污水处理厂的投资额、运行费用和处理效果，具体工艺选择应坚持技术合理、经济节能、易于管理等原则。海南农垦某橡胶加工厂采用“UASB+氧化塘+氧化沟”工艺处理其浓乳加工、标准胶加工和凝标胶加工废水，占地面积大，处理出水氮、磷含量严重超标，水质无法达标排放。笔者以UASB+两级A/O+沉淀组合工艺对橡胶加工废水进行处理，利用正交试验的方法对影响两级A/O 工艺处理天然橡胶加工废水的各因素进行研究，获得了最佳工艺控制条件，达到较高的氮、磷去除率，既节省投资，又节约土地，最终达到废水达标排放和环境保护的目的。

1 材料与方法

1.1 试验用水

试验所用废水取自海南农垦某橡胶加工厂的浓乳加工废水和标准胶加工废水分别经过UASB 厌氧消化后与凝标胶加工废水（COD 较低）的混合液，取该混合液进行实验，采用前置反硝化技术处理，即在好氧池前设置厌氧池和污泥回流系统，使沉淀池的部分污泥回流到厌氧池。实验中微生物的脱氮能力主要来源于厌氧池的反硝化作用，除磷能力主要来自于厌氧池的充分释磷和好氧池的有效吸磷。混合液COD 为2 196～2 261 mg/L，氨氮为190～219 mg/L，总磷质量浓度为53～59 mg/L。

1.2 接种污泥

为了快速启动试验装置，接种活性污泥取自海南农垦某橡胶加工厂废水处理一体化氧化沟内，易于接种和驯化。

1.3 工艺流程

本实验采用的前置反硝化生物处理系统主要以PVC 桶加工制成，2 个容积300 L 的桶用于制作好氧池，2 个容积150 L 的桶用于制作厌氧池，2 个容积50 L 的桶用于制作沉淀池。每个厌氧池内放1 台潜水泵作循环搅拌使用；每个好氧池由1 台小型的曝气机提供氧气；沉淀池底部连接污泥回流管道。进水流量20 L/h，出水沉淀时间约为1 h。前置反硝化生物处理系统主要由两级A/O 及污泥沉淀部分组成，其流程如图 1 所示。

混合液进入初级厌氧池，部分回流污泥也进入初级厌氧池，搅拌，混合废水在此进行反硝化作用，聚磷菌释磷。污水经过初级厌氧池处理后进入初级好氧池，经好氧硝化处理过程降解有机物、转化氨氮，聚磷菌吸磷，吸磷污泥及时排出。监测出水水质。

1.4 试验方法

1.4.1 单因素试验

在天然橡胶加工废水处理中，HRT、DO、MLSS均是影响污染物去除效果的主要因素，因此，本研究先通过3 个独立的单因素试验初步确定各因素的考察范围，每组实验均重复3 次。DO 分别为2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0 mg/L；MLSS 分别为1 540、2 560、3 560、4 520 mg/L；HRT 分别为24、28、32、36、40、44 h。

1.4.2 正交试验

根据单因素试验结果进行正交试验，对两级A/O 工艺参数进行优化。

1.4.3 验证试验

按照正交试验优化的工艺参数，对天然橡胶加工废水进行处理，测定其COD、NH3-N、TP 的去除率。

1.5 测试项目及方法

参照《水和废水监测分析方法》（4 版）中的标准方法，测试COD、NH3-N、TP、HRT、DO、MLSS，其中COD、NH3-N、HRT 每隔4 h 检测1 次，TP 每隔2 h检测1 次，DO 每隔1 h 检测1 次，MLSS 每隔1 d 检测1 次，每次平行检测3 个样。

2 结果与分析

2.1 HRT 对污染物去除效果的影响

固定两级好氧池DO 在3.5 mg/L、MLSS 为3 300mg/L，改变两级A/O 装置中HRT，考察HRT 对废水中COD、NH3-N、TP 去除率的影响，结果见图 2。

从图 2 可知，用两级A/O 工艺处理天然橡胶加工废水厌氧消化液，COD、NH3-N、TP 去除率随HRT增加而提高，在HRT=36 h 时变化趋势开始变缓，此时出水的COD、NH3-N 达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级排放标准，即COD≤100 mg/L，NH3-N≤15 mg/L，TP 虽然未达标，但也大幅度降低。故将正交试验中HRT 范围确定为28～40 h。

2.2 曝气量对污染物去除效果的影响

2.2.1 初级好氧池曝气量对污染物去除的影响

固定HRT=36 h，MLSS 为3 300 mg/L，次级好氧池DO 在3.5 mg/L，改变初级好氧池DO，考察初级好氧池DO 对COD、NH3-N、TP 去除率的影响，结果见图 3。

由图 3 可以确定，初级好氧池DO 的适合范围为3.2～4.0 mg/L。

2.2.2 次级好氧池曝气量对污染物去除的影响

固定HRT=36 h，MLSS 为3 300 mg/L，初级好氧池DO 在3.5 mg/L，改变次级好氧池DO，考察次级好氧池DO 对COD、NH3-N、TP 去除率的影响，结果见图 4。

由图 4 可以确定，次级好氧池DO 合适范围为3.0～3.8 mg/L。

2.3 好氧池MLSS 对污染物去除效果的影响

MLSS 间接反映了污水处理细菌的数量，曝气池污泥浓度是影响有机物从污水中去除效果的重要因素，直接影响污水中COD、氨氮、TP 等污染物的去除情况。固定两级好氧池DO 为3.5 mg/L、HRT=36 h，改变MLSS，考察曝气池内MLSS 对COD、NH3-N、TP 去除率的影响，结果见图 5。

由图 5 可以确定，曝气池内MLSS 合适范围为3 560～4 520 mg/L。

2.4 正交试验分析

根据单因素试验结果，采用L16（45）正交表进行正交试验选优，结果见表 1。

表 1 正交试验结果

	序号	A（HRT）/h	B（初级好氧池DO）/（mg·L -1 ）	C（次级好氧池DO）/（mg·L -1 ）	D（MLSS）/（mg·L -1 ）	COD去除率/%	NH 3 -N去除率/%	TP去除率/%
	1	28	3.2	3.0	1540	74.2	72.0	60.5
	2	28	3.5	3.2	2560	84.3	83.4	81.4
	3	28	3.8	3.5	3560	93.5	89.3	88.2
	4	28	4.0	3.8	4520	89.2	86.1	87.6
	5	32	3.2	3.5	4520	92.7	90.1	89.8
	6	32	3.5	3.8	3560	91.5	90.6	88.3
	7	32	3.8	3.0	2560	86.1	86.2	83.5
	8	32	4.0	3.2	1540	81.1	79.5	72.3
	9	36	3.2	3.8	2560	89.2	86.5	86.4
	10	36	3.5	3.5	1540	80.7	81.7	70.1
	11	36	3.8	3.0	4520	93.4	89.9	90.3
	12	36	4.0	3.2	3560	92.8	92.6	92.4
	13	40	3.2	3.2	3560	92.5	89.6	89.2
	14	40	3.5	3.0	4520	93.2	89.2	88.2
	15	40	3.8	3.8	1540	79.7	83.2	71.2
	16	40	4.0	3.5	2560	90.9	90.3	87.5
COD去除率	k1	85.30	87.15	86.73	78.93
	k2	87.85	87.43	87.68	87.63
	k3	89.03	88.18	89.45	92.58
	k4	89.08	88.50	87.40	92.13
	R	3.77	1.35	2.72	13.65
NH 3 -N去除率	k1	82.70	84.55	84.33	79.10
	k2	86.60	86.23	86.28	86.60
	k3	87.68	87.15	87.85	90.53
	k4	88.08	87.13	86.60	88.83
	R	5.38	2.60	3.52	11.43
TP去除率	k1	79.43	81.48	80.63	68.53
	k2	83.48	82.00	83.83	84.70
	k3	84.80	83.30	83.90	89.53
	k4	84.03	84.95	83.38	88.98
	R	5.38	3.47	3.28	21.00

从表 1 可以看出，以COD 去除率为检测指标最佳组合工艺为A4B4C3D3，以NH3-N 去除率为检测指标最佳组合工艺为A4B3C3D3，以TP 去除率为检测指标最佳组合工艺为A3B4C3D3。因COD、NH3-N 的A3、A4相差较小，而A4会增加不少投资，所以与TP 去除率结合选择A3；COD、TP 选B4，而NH3-N 的B3、B4相差很小，因此取B4。根据正交试验分析可知，最佳工艺参数选择为A3B4C3D3，即：HRT=36 h、初级好氧池DO 为4.0 mg/L、次级好氧池DO 为3.5 mg/L、MLSS 为3 560 mg/L。

2.5 验证试验

按正交试验分析结果，在HRT=36 h、初级好氧池DO 为4.0 mg/L、次级好氧池DO 为3.5 mg/L、MLSS 为3 560 mg/L 条件下用试验装置处理废水COD、氨氮、TP 的去除率分别为97.5% 、93.6% 、91.5%。

2.6 前置反硝化技术经济指标分析

采用前置反硝化技术处理混合液，处理水量2 400 m3/d，占地1 500 m2，工程投资450 万元，耗电量108 kW·h，运行费用约0.9 元/m3，COD、氨氮可达排放标准，总磷可降至较低浓度，经进一步化学处理后可达标排放。虽然从单纯的污染物处理成本来看，该方法运行成本略微偏高，但对天然橡胶加工企业而言，可通过以下方式降低成本：（1）废水资源化利用。将处理后的废水回用至橡胶加工车间，或用于橡胶林、农田种植和园林绿化苗木灌溉，尽量资源化利用，实现废水零排放。（2）沼气资源化利用。本工艺采用污泥回流系统，可提高厌氧池的污泥数量和活性，保证沼气产量持续稳定，将沼气用于干燥胶片，经济效益显著，可大幅度降低燃料成本。（3）污泥资源化利用。在废水处理站增设1 台污泥压滤机，将产生的污泥作为农业生产肥料转移，可减轻废水治理工艺后续处理的难度，减少耗电及化学除磷费用，同时又能回收利用资源。。

3 结论

（1）采用前置反硝化技术处理天然橡胶加工废水厌氧消化液可行，可取得很好的脱氮除磷效果，出水COD、氨氮能达到排放标准，TP 也大幅度降低。

（2）运用单因素试验缩小影响因素范围，以正交试验优化工艺参数，工艺参数优化选择HRT=36 h、初级好氧池DO 为4.0 mg/L、次级好氧池DO 为3.5mg/L、MLSS 为3 560 mg/L，此时COD、氨氮、总磷去除率分别高达97.5%、93.6%、91.5%。

（3）比较分析后认为前置反硝化技术（两级A/O工艺）在技术、投资和运行费用上优于传统处理技术（氧化塘+两级好氧池组合工艺）。

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