明胶生产污水处理工艺探讨
摘 要:明胶生产污水由于其污泥量极高且污泥本身的特点，所以处理技术一直是一大难题。本文以青海明胶股份有限公司污水处理工程的成功实例，探讨了高SS污泥处理的问题，以及在高海拔高寒地区冬季的明胶污水生化处理问题。
关键词:明胶生产污水,沉淀,转基因微生物
1 明胶生产污水的特点
明胶生产是以动物骨骼为主要原料，其工艺可简述为：骨粒→浸酸→退酸水洗→脱脂→浸灰→退灰水洗→ 中和→退酸水洗→提胶→清胶→板式蒸发器→长网干燥机→粉碎包装。其中浸酸工序产生的浸酸水中含有大量的磷，与石灰中和后产生副产品磷化钙，中和后的污水排往污水处理车间。
明胶生产污水具有以下特点：
（1）污水中主要含有骨粒中的动物油脂和蛋白质，这是构成污水中COD的主要物质，其COD大致在 3000mg/L，另外其中氨氮的含量为70mg/L，而实际总氮达到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最高达1300mg/L；污水中还含有少量的磷酸根，其与钙质容易产生磷化钙沉淀，污泥的处理难度大。
（3）污水含油量大且多以乳状油存在，而乳状油通过隔油及沉淀是很难完全去除的。生化系统很难对油降解，如不进行分离就会增加后续生化处理的难度。
（4）污水排放水质水量波动性大，其中浸灰车间排放的污水碱性高，pH值在12左右，COD在2500～4000mg/L，污染物主要以动物蛋白及动物油为主；磷钙合成车间排放的污水COD为5000～8000mg/L，pH值在3左右；煮胶车间排放的污水呈中性，COD较高，在1.2万～2.4万mg/L，其中的污染物质以动物胶为主，较难降解。
2 青海明胶公司污水处理工艺设计
青海明胶股份有限公司位于青海省西宁市，年产 4500吨明胶。该公司的污水处理设施原设计为处理3000 吨/年排放污水，2008年进行扩建及技改后加大了回用水量，目前的排水量在1.5万吨/天左右，其中经初步处理后的回用水量约为1万吨/天，外排水5000吨/天左右，每天排放的绝干泥在20吨左右。
该工程在初沉池前的设施的处理量为1.5万吨/天，后继1#二沉池、气浮池、生化池等处理单元处理量为6000 吨/天。其废水水质及设计标准见表1，工艺流程见下图。
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（1）格栅
格栅主要是去除少量的生活垃圾以及车间流失的大颗粒骨素等。污水处理厂格栅采用LF-W-LX900，栅片间距5mm。格栅池尺寸为3.0×1.0×1.5（m）。
（2）预沉集水池
明胶生产污水含渣量大，预沉所沉淀的污水污泥比重较大，其中有部分颗粒较大的骨素，其主要为生产过程流失的半成品，可进行回收。预沉集水池尺寸为 16×21×4.5（m），有效容积为448m3。配套泵吸式行车吸泥机。经预沉后污水通过泵提升入初沉池。
（3）初沉池
初沉池尺寸为Ф28×4（m），有效容积为2462m3，钢混结构，水力停留时间为4小时。新配套1台桥式行车双边驱动刮泥机。
（4）1#二沉池
初沉池污水分流，其中9000吨/天左右流入1#沉淀池。辐流沉淀池尺寸为φ20×4（m）。配套全桥式双边驱动刮泥机1台。沉淀下来污泥由泵打入污泥干化场。沉淀后污水自流入回用水池，回用于生产。
（5）2#二沉池
辐流沉淀池尺寸为φ17×4m。配套全桥式双边驱动刮泥机一台，沉淀下来污泥由泵打入污泥干化场。
（6）气浮池
气浮池主要去除污水中的油，保证后续生化处理单元的处理效果。气浮采用涡凹气浮，气浮池尺寸为 14×2×3（m）。污泥排放至干化场。气浮系统投加硫酸、PAC、PAM。
（7）A/O池
水解酸化池总有效容积为3600m3，停留时间为9.6小时。其中A段3.6小时，O段为6小时。A/O池的主要作用为：1）去除污水中部分有机物；2）通过活性污泥吸附沉降污水中绝大部分钙质，使后续IBAF系统载体不产生结垢，保证IBAF系统的稳定运行。
（8）终沉池
辐流沉淀池尺寸为φ22×4（m）。污泥部分进行回流，回流量约50%。
（9）IBAF池（曝气生物滤池）
IBAF池总有效容积为1800m3，停留时间为15.6小时。IBAF池内填充网状载体，通过IBAF独特的工艺特点不仅进一步除去污水中的有机物，而且其对氨氮有很高的去除率，保证出水达标排放。
（10）干化场
干化场尺寸为40×20×2（m），共3个，底部设盲沟排水。污泥经过脱水后由化肥厂自行拉走。
3 处理效果（见表2）
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4 污泥的分离及处理
由于明胶行业的特殊性，及其生产污水的特点，其污泥具有以下特性：
（1）污泥中以钙质为主，浓度高流动性差，比重大，易沉淀；（2）污泥含有一定量的磷化钙，时间久易结块；（3）污泥量大且含有大量的石灰，pH值很高，油脂量高。
所以明胶生产的污泥处理是其污水处理系统的关键，直接影响到整个处理系统的运行。青海明胶公司污水处理工程对污泥的分离主要采用：
（1）预沉处理。主要沉降比较大的污泥及骨素，通过预沉减少后续沉淀系统的负担；采用空气搅拌，防止污泥沉积堵塞水泵吸入口从而堵塞提升泵。
（2）初沉处理。经预沉处理后污水还含大量的SS，而且该污水中含有大量的磷酸根，其与钙离子将形成磷酸钙沉淀，此时的初沉池也兼做反应池。
各沉淀池沉降的污泥含固率均达到5%左右，由于该污泥量大并且pH均在11以上，通过机械脱水如带式压滤机，污泥处理的运行费用核算如下：
（1）药耗：该厂每天产生绝干泥在20吨左右，投加的PAM量按绝干泥量的0.4%计，每天需至少80kgPAM，其中PAM以30元/kg计，每天药费为2400元。
（2）脱水机电耗：采用带式压滤机至少要6台2m带宽，另外要配相应加药机与脱水机房，其中每套脱水机每小时运行电耗为6度，每天运行8小时，总电耗为288 度；电价按0.5元/度计，每天电费约144元。
（3）人工费：操作人员6人，每人工资按60元/天计，共计360元/天。
综上，采用带式脱水机，其运行费用约为2904元/天。
目前该公司采用两辆运输车拉泥，运输由该公司负责，装载费用由化肥厂家支付，其运输费不超过300元/天。
5 生物处理
明胶生产污水生化处理存在很多难点。首先，明胶生产污水含有大量的油脂，在低温下微生物对其降解力极低；其次，明胶污水中含钙量极高，如直接采用生物膜法，载体将慢慢结垢，运行2～3个月后系统将会完全瘫痪；如采用活性污泥法，大量的钙质将会大大降低活性污泥的活性；另外，明胶生产污水中含有大量的胶原蛋白，其生化性差，而且污水含有的氯根也会严重影响生化处理效果。
针对明胶生产污水的特点，青海明胶股份有限公司污水厂在进入生化池前设置了气浮工艺，通过气浮去除大部分的油脂，减少油脂对生化系统的影响；明胶污水钙含量极高，如果采用物化法将其大部分去除，不太现实，所以该生化系统采用了活性污泥法结合生物膜法（IBAF工艺），通过活性污泥结合吸附绝大部分的钙质，所以该活性污泥灰分较高，活性相对较差；而IBAF 具有很高的容积负荷，保证了污水处理的整体去除率。
青海西宁市最低温度为-26.60℃，一年有1/3时间的气温在摄氏零度以下，如果将污水池建在室内进行保温，将会增加污水处理设施的基建投资。该青海明胶公司污水处理站的生化池体建在室外，为保温，其池体绝大部分在地下，其污水处理车间排放的污水含有一定的热量，并且始终处于流动状态，所以冬季整个处理系统的污水温度基本在零度以上。由于传统微生物在60℃以下的降解速率极其缓慢，在低温下的生化处理能否达到理想效果至关重要。
该公司的明胶生产污水处理采用进口转基因微生物接菌，该菌种在零度以上均能保持正常的降解能力。采用的IBAF工艺（固定化微生物-曝气生物滤池），是在固定化微生物技术（IM）基础上，结合曝气生物滤池（BAF）发展而成的污水处理新工艺。与传统的曝气生物滤池相比，IBAF采用一类高效悬浮大孔载体，该载体比表面积大（80m2/g），孔隙率高（98%）。同时，通过分子设计，在载体引入大量的活性和强极性基团并通过固定化技术，将大量专性菌牢牢固定在载体上，通过固定化技术将该菌种进行固定繁殖。
6 经济分析
该公司污水处理工程总投资约1400万元，其中土建约600万元，设备费约650万元，设计安装调试等技术服务费约150万，吨水投资1000元。
运行费用：其中电耗约0.17元/m3水；所加药剂为硫酸、PAC、PAM，所用药剂均在气浮段，其中硫酸投加量约为600ppm，硫酸吨价以400元计，加酸费为0.24 元/吨；PAC投加量约为80ppm，吨价1500元计，PAC药费为0.12元/吨；PAM投加量约为2ppm，吨价以3万元计，PAM药费为0.06元/吨。合计药剂费为0.42元/吨。气浮段处理量为5000吨/天，折合到15,000吨水中，吨水加药费为0.14元/吨。青海西宁市属高寒地区，其采用转基因微生物后，生化系统无需加温，也可节省大量费用。
该项目目前运行良好并申请了国家环保减排专项补助。
7 结论
（1）明胶生产污水处理重点在于污泥的处理，通过有效的污泥分离设施，能保证后续生化处理；针对该污水硬度极高的特点，在生化处理单元，应避免直接采用生物膜法而采用活性污泥与生物膜法相结合的工艺，可保证有效的处理效果。
（2）磷化车间生产污水的pH值在3左右，其直接排入调节池可中和pH值，减少了后续生化进水前的加酸量。
（3）该工程采用转基因微生物，解决了高寒地区在没有加温保温设施情况下的生化处理问题。
（4）明胶生产过程中产生的大量污泥的去处问题是一直困扰明胶废水污染治理的难题，该工程中产生的大量污泥直接供给肥料厂，较好地解决了这一问题。
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