天然橡胶加工废水深度处理回用工程实例

张恺扬

（沈阳化工研究院设计工程有限公司，沈阳　110021）

天然橡胶加工废水深度处理回用工程实例

张恺扬

（沈阳化工研究院设计工程有限公司，沈阳110021）

针对天然橡胶加工废水污染物浓度高、富含营养物质、可生化性好的特点，选用中和-沉淀-UASB-AO生化-混凝沉淀-砂滤-消毒的工艺进行处理，出水水质达到GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工业用水水质》中工艺与产品用水标准与GB 20922—2007《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》中露地蔬菜标准的要求，可作为生产工艺用水或胶林灌溉水。介绍了处理工艺流程及其设计特点，给出了主要构筑物设计参数及运行成本。

天然橡胶加工废水；UASB；AO工艺；深度处理；回用

天然橡胶是世界性战略物资和工业原料，其在国民经济中占有特殊而又重要的地位［1］。与人工合成橡胶相比，天然橡胶具有加工性能好、产品综合性能优良以及价格低廉等优点，是我国南方热带地区的重要产业，为我国国民经济的稳步发展作出了巨大贡献［2-3］。

天然橡胶加工废水是指以天然胶乳或胶园凝胶为原料生产天然生胶，以及以天然胶乳为原料生产浓缩胶乳和胶清橡胶的过程中所排放的废水，其主要污染物为可溶性有机物、氨氮、硫酸根以及泥沙、树叶等杂质［4］。天然橡胶加工废水具有水量大、偏酸性、污染物浓度高的特点，如果处理不当会对周围环境造成污染，使水体富营养化，甚至危害人类健康［1］；同时生产过程中大量的水资源消耗也严重影响了橡胶产业的持续健康发展。目前废水造成的污染已经成为制约橡胶产业发展的一大瓶颈［5］，而随着国家环保标准的日趋严格，以及清洁生产与循环经济的进一步推广，将橡胶废水处理达标并有效回用，势必关系到我国天然橡胶产业的良性发展和环境保护事业的进步。

1　工程概况

某天然橡胶加工厂产能为4.5万t/a，其中包含TSR5标准胶0.75万t/a、TSR9710标准胶0.75 万t/a、TSR20标准胶1.5万t/a和乳胶级标准胶1.5万t/a。生产废水主要来自胶乳凝固、压薄、造粒、杂胶洗涤等工艺环节。废水经中和-沉淀-UASB-AO生化-混凝沉淀-砂滤-消毒工艺处理后，作为生产工艺用水的补充水及胶林浇灌用水，无废水外排。

2　设计规模及进、出水水质

2.1设计规模

废水处理及回用设计规模为5 200 m3/d。其中高浓度的乳标胶生产废水处理量为900 m3/d，低浓度的凝标胶生产废水处理量为4 300 m3/d。

2.2设计进、出水水质

工程进水主要为乳标胶及凝标胶加工过程中排放的生产废水，处理后出水90%回用于生产，其余10%用于浇灌橡胶林，水质要求同时满足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工业用水水质》中工艺与产品用水标准以及GB 20922—2007《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》中露地蔬菜标准的要求。进、出水水质指标如表1所示。

表1　天然橡胶加工废水设计进、出水水质Tab.1　Design inf1uent and eff1uent water qua1ity of natura1 rubber processing

3　废水处理工艺

天然橡胶加工废水中的主要污染物为蛋白质、糖类、白坚木糖醇、有机酸、脂类化合物以及少量的无机盐［6］，其中含有大量的N、P、K、Ca、Mg、蛋白质等营养性物质，而不含重金属等有毒物质［1］，因此，废水的可生化性很好，m（BOD5）/m（CODCr）值通常大于0.7，非常适合采用生化处理［3］。

传统的天然橡胶加工废水处理工艺主要包括厌氧-氧化塘自然曝气氧化法、厌氧-活性污泥机械强制曝气氧化法、氧化塘-活性污泥机械强制曝气氧化法、氧化塘自然曝气氧化法、好氧段连续曝气法、乳清循环厌氧法以及水生生物法等，但这些方法分别具有占地面积大，处理时间长，臭味较大或者NH3-N脱除效率低等缺点［1，5］。根据本工程进水水质及回用水水质要求，同时考虑节约占地、资源利用和恶臭控制，选用UASB-AO生化-混凝沉淀过滤为主的处理工艺。本工程废水处理及回用工艺流程如图1所示。

凝标胶废水首先经过沉淀池前端的栅网拦截碎胶块和漂浮物，栅格间隙为8 mm，采用人工清理并定期收集回收碎胶，碎胶经清洗后可回用于生产。凝胶废水沉淀池采用平流式沉淀池，通过重力沉降分离出废水中剩余的悬浮颗粒，出水再自流进入调节池，进一步均衡水质水量后由泵提升进入配水池。

图1　天然橡胶加工废水处理回用工艺流程Fig.1　F1ow of natura1 rubber processing wastewater treatment and reuse

乳标胶废水首先进入中和池，投加石灰乳调节废水pH值至8左右后进入平流式沉淀池，在沉淀池入口投加高分子助凝药剂以使悬浮杂质及胶体充分沉淀。经过初沉的乳标胶废水通过调节池进一步均衡水质水量后，由泵提升进入厌氧生化处理单元。厌氧处理采用UASB工艺，UASB是一种高负荷的厌氧反应器［7］，能迅速降解有机污染物，对BOD5去除率很高，较相对传统的厌氧塘占地更小、效率更高，降解废水中有机污染物的同时，可回收利用生物质能——沼气作为烘胶炉的燃料。UASB出水重力自流进入配水池。

配水池通过鼓风曝气促进乳标胶废水与凝标胶废水的混合。好氧生化处理采用AO前置反硝化生物脱氮工艺，利用微生物在缺氧/好氧环境下的自身新陈代谢作用对废水进行处理，是本工程处理工艺的核心。其中反硝化反应器在前，去除有机物、硝化的综合反应器在后，通过将出水端含有大量硝酸盐的硝化液回流至反硝化反应器前端，同时以进水中的有机物为碳源进行反硝化脱氮反应，达到同时去除废水中有机物和氮的目的。

AO生化池出水进入二沉池进行泥水分离后，进入混凝沉淀池，通过投加无机混凝药剂和有机高分子助凝剂，使水中难以沉淀的胶体颗粒聚合成大块絮体，并通过斜管沉淀池去除。在混凝沉淀后设置砂滤单元，进一步拦截去除SS及胶体物质，大幅度降低废水中的SS浓度。砂滤出水经消毒后进入回用水池，大部分作为工艺用水回用于析胶、洗胶、冷却塔、设备清洗等，少量用于胶林灌溉。

4　主要构筑物及设计参数

（1）凝标胶废水沉淀池。尺寸为15.0 m×6.0 m×4.5 m，有效水深为4.0 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为2 h。设行车式刮泥机1台，功率为1.5 kW；污泥螺杆泵2台，流量为12 m3/h，扬程为60 m，功率为4 kW。

（2）凝标胶废水调节池。尺寸为54.0 m×15.0 m×4.5 m，有效水深为4.0 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为18 h。设提升泵2台，流量为200 m3/h，扬程为16 m，功率为15 kW。

（3）乳标胶废水中和池。分2格，单格尺寸为2.0 m×2.0 m×4.0 m，有效水深为3.5 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间约为40 min。设混合搅拌机2台，功率为4 kW。

（4）乳标胶废水沉淀池。尺寸为16.0 m×4.0 m×4.0 m，有效水深为3.5 m，钢筋混凝土结构。水力停留时间为6 h。设行车式刮泥机1台，功率为1.5 kW；污泥螺杆泵2台，流量为12 m3/h，扬程为60 m，功率为4 kW。

（5）乳标胶废水调节池。尺寸为18.0 m×12.0 m×4.0 m，有效水深为3.5 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为20 h。设提升泵3台，流量为25 m3/h，扬程为20 m，功率为3 kW。

（6）UASB厌氧反应器。共2台，尺寸为Ф10.0 m×12.0 m，有效水深为10.5 m，水力停留时间为44 h，碳钢结构防腐。容积负荷为5.0 kg［CODCr］/ （m3·d）；上升流速为0.25 m/h；污泥龄为20～30 d；沼气产率为0.40 m3/kg［CODCr］。

（7）配水池。尺寸为12.0 m×6.0 m×6.5 m，有效水深为6.0 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为2 h。预曝气风量为5 m3/min，曝气引自生化池风机供风管。

（8）AO生化池。尺寸为Ф 36.0 m×6.0 m，有效水深为5.5 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间26 h，其中A段8 h，O段18 h。温度为20～25℃；pH值为7～8；污泥负荷为0.18 kg［BOD5］/ （kg［MLSS］·d）；污泥龄为10～15 d；污泥回流比为100%；硝化液回流比为200%；A段、O段溶解氧质量浓度分别为0.5、2.0 mg/L。设低速推流机2台，功率为1.5 kW；推流搅拌机8台，其中4台功率为1.5 kW，4台功率为3 kW；液下回流泵2台，流量为220m3/h，扬程为2m；鼓风机4台，风量为26.6m3/min，风压为58.8kPa，功率为45kW。

（9）二沉池。尺寸为Ф 18.0 m×4.0 m，周边水深为3.5 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为4 h。设周边传动刮泥机1台，功率为0.75 kW；污泥回流泵2台，流量为230 m3/h，扬程为14 m，功率为15 kW。

（10）混凝沉淀池。尺寸为14.0 m×4.0 m×5.5 m，有效水深为5.0 m，钢筋混凝土结构。反应时间约25 min；斜管沉淀池水力停留时间为40 min，上升流速为2 mm/s。设混合搅拌机2台，功率为5.5 kW。

（11）砂滤。设砂滤罐4台，尺寸为Ф 3.4 m× 4.6 m，采用石英砂单层滤料，滤层高度为1.2 m，粒径分布为0.5～1.2 mm，不均匀系数为2.0；滤速为6 m/h，强制滤速为8 m/h。设进水泵4台，流量为60 m3/h，扬程为12 m，功率为4 kW；反冲洗风机2台，风量为8.4 m3/min，风压为49.0 kPa，功率为15 kW；反冲洗水泵2台，流量为150 m3/ h，扬程为20 m，功率为15 kW。

（12）消毒池。尺寸为14.0 m×3.5 m×5.5 m，有效水深为5.0 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为1 h。设二氧化氯发生器2套，制备能力为2 kg［有效氯］/h，投加量为8 mg/L，功率为2.5 kW。

（13）回用水池。尺寸为25.0 m×14.0 m×5.5 m，有效水深为5.0 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为8 h。设回用水泵3台，流量为130 m3/h，扬程为24 m，功率为15 kW。

5　工程设计特点

（1）采用UASB-AO生化工艺处理天然橡胶加工废水，具有工艺成熟可靠、出水水质稳定、运行成本较低、可回收利用生物质能源等特点，可有效解决传统处理工艺占地面积大、处理时间长、NH3-N脱除效率低等问题。

（2）AO生化工艺采用先进的圆形池体设计，内圈呈完全混合式，外圈采用推流式，兼具了二者的优点，可以有效改善污泥的流态和性状，具有脱氮效率高、污泥产率低、运行工况稳定、抗冲击负荷能力强等特点。

6　工程运行效果

本工程调试完成后，乳标胶废水、凝标胶废水及处理后出水的CODCr、NH3-N浓度如图2、图3所示，其中去除率是采用各股废水水质按水量加权平均后数值计算得出的总去除率。

图2进、出水CODCr浓度及其去除率Fig.2　Mass concentrations of CODCrin inf1uent and eff1uent water and remova1 rate thereof

图3　进、出水NH3-N浓度及其去除率Fig.3　Mass concentrations of NH3-N in inf1uent and eff1uent water and remova1 rate thereof

由图2、图3可以看出，虽然两股生产废水的进水CODCr及NH3-N浓度波动很大，但在系统调试成功后，在乳标胶废水和凝标胶废水的CODCr质量浓度分别为8 200～9 600 mg/L和320～580 mg/L时，出水CODCr质量浓度稳定在30～50 mg/L；乳标胶废水和凝标胶废水的NH3-N质量浓度分别为330～440 mg/L和20～50 mg/L时，出水NH3-N质量浓度稳定在0.5～1.6 mg/L。系统对CODCr的去除率在96%以上，对NH3-N的去除率在98%以上，出水水质均达到设计指标，满足工艺用水补充水及胶林灌溉回用水的水质要求，且系统处理效果稳定，抗冲击负荷能力较强。

7　投资及运行费用

本工程总投资约1 700万元，总处理成本为1.42元/t，运行成本为1.21元/t。

8　结论

（1）采用UASB-AO生化-混凝沉淀过滤为主的工艺处理天然橡胶加工废水可取得良好的处理效果，出水水质可同时满足GB/T 19923—2005中工艺与产品用水标准和GB 20922—2007中露地蔬菜标准的要求。处理后出水10%用于浇灌橡胶林和绿化，其余可全部回用于析胶、洗胶、设备清洗、冷却塔等生产流程，无废水外排，降低环境污染的同时可有效节约宝贵的水资源。

（2）高浓度的乳标胶废水采用UASB工艺处理，降解废水中有机污染物的同时，可以回收利用生物质能——沼气作为烘胶炉的燃料。

［1］王旭婷，邢巧，吴晓晨，等.海南天然橡胶加工废水生态资源化利用探讨［J］.安徽农业科学，2012，40（16）：9051-9053.

［2］丁丽，陈美.天然橡胶加工废水处理及综合利用［J］.热带农业科学，2005，25（6）：64-67.

［3］汪慧贞，吴俊奇.天然橡胶加工废水处理工艺设计［J］.环境工程，2003，21（2）：24-25.

［4］李宗良，蒋一帆，黎燕飞.天然橡胶加工废水处理工艺设计探讨［J］.广东化工，2010，37（11）：160-162.

［5］李宗辉，唐文浩.天然橡胶加工废水处理的研究现状与前景［J］.能源与环境，2007，（1）：34-35.

［6］周跃光，冯勇.厌氧-好氧（SBR）工艺治理天然橡胶生产废水工程实例［J］.四川环境，2004，23（4）：51-53.

［7］徐鹏，何争光，唐彦杰.蒸发结晶-UASB-SBR工艺处理制药废水［J］.工业用水与废水，2011，42（2）：76-77.

Project example of advanced treatment of wastewater from nature rubber processing

ZHANG Kai-yang
（Shenyang Research Institute of Chemical Industry Design and Engineering Co.，Ltd.，Shenyang 110021，China）

In view of the characteristics of the wastewater from nature rubber processing which are main1y manifested as high concentrations of po11utants and nutrient substance，good biodegradabi1ity and so on，a combined process of neutra1ization-sedimentation-UASB-AO biochemica1-coagu1ation sedimentation-sand fi1trationsteri1ization was used for its treatment.The resu1ts showed that，the eff1uent water qua1ity not on1y met the requirement of techno1ogica1 and productive uses water specified in GB/T 19923—2005 The Reuse of Urban Recycling Water—Water Quality Standard for Industrial Uses，but a1so met the specification for outdoor vegetab1es irrigating required by GB 20922—2007 The Reuse of Urban Recycling Water—Quality of Farmland Irrigation Water，therefore，it cou1d be used as industria1 water for rubber processing and irrigation water of rubber p1antation.The process f1ow and its design characteristics were introduced with the design parameters of main structures and running cost provided as we11.

natura1 rubber processing wastewater；UASB；AO process；advanced treatment；reuse

X703.1；X783.3

B

1009-2455（2016）02-0062-04

张恺扬（1980-），男，辽宁沈阳人，工程师，硕士，主要从事水处理工程设计，（电话）024-85869269（电子信箱）zhangkaiyang@sinochem.com。

2015-11-20