制糖生产零取水零排放的技术方案.pdf

制糖生产零取水零排放的技术方案 * 钮德明 李耀熙 广西工业职业技术学院, 南宁 530003 摘要 针对制糖生产用水存在的问题, 提出了制糖生产零取水零排放的技术方案及工艺组成。其核心技术经试验和工 程实践证明是合理、 有效的, 具有技术先进性和推广性。 关键词 制糖业; 高耗水高污染; 零取水零排放; 可行性 THE TECHNICAL SCHEME OF ZERO -WATER -INTAKING AND ZERO -DISCHARGING IN THE PROCESS WATER OF THE SUGAR INDUSTRY Niu Deming Li Yaoxi Guangxi Industrial Vocational Technical College, Nanning 530003, China Abstract According to the existing problems inthe process water of the sugar industry, this paper puts forward a technical scheme of zero -water -intaking and zero -discharging in the process water and its process composition. The core technology has been proven to be rational and effective through experimental study and engineering practice, it has the characteristics of advanced technique and generalization. Keywords sugar industry; high -water -consumption and high -pollution; zero -water -intake and zero -discharge; feasibility * 广西科学研究与技术开发计划项目 桂科攻0815004 -2 -2 。 甘蔗制糖业是高耗水、 高污染行业, 据 2006 年的 数据显示 制糖企业每处理 1 t 甘蔗耗用新鲜水约 6 m 3, 排放污水约612 m3。制糖生产具有季节性的特 点, 其/ 榨季0刚好集中于江河的枯水期间, 大量取水, 大量排污, 给江河造成极大的工农业用水和环境压 力。因此, 在制糖企业推行清污分流, 分类治理, 实行 分类闭合循环用水和废水的/ 资源化0, 实现制糖生产 零取水零排放的新技术, 是开创制糖业节能、 节水、 防 治污染新局面的一项重要的战略措施。 1 制糖生产用水存在的问题 111 大量抽取原水轮换循环水 循环水池内循环水大部分是将蒸发站和煮糖罐 的低温汁汽冷凝的冷却水, 由于循环水的温升得不到 有效控制, 使得蒸发站和煮糖罐不能获得所需的真空 度, 难以维持糖厂正常生产; 另一方面, 蒸发和煮糖的 汁汽冷凝水含有微量 SO2 溶于水形成亚硫酸 和微 量糖分, 多次循环后浓度增高, 致使循环水发酸发臭。 基于上述原因, 部分糖厂抽取大量河水, 轮换循环水 池内循环水, 使其获得能维持糖厂正常生产的温度和 降低污染物浓度。 112 抽取原水补充锅炉给水 目前, 大多数糖厂对用于加热的乏汽汽凝水管理 不善, 仅有 70 回用锅炉, 而二效汽凝水又难以达到 锅炉给水标准, 一般都要抽取河水经处理后补充锅炉 给水。 113 清污不分流, 水重复利用率低 目前, 大多数糖厂的循环水没有清污分流, 分类 处理, 也没有做到从源头治理, 合理利用水资源, 仅依 靠传统的末端生化治理方式。这种模式需要增加大 量的投资和运行成本, 还常常出现生化系统因高负荷 冲击而失效, 难以维持正常运行。 2 制糖生产零取水零排放的可行性 该技术方案的总体目标是 一是糖厂的生产用水 全部来自甘蔗中含的水分, 不取原水, 实现零取水; 二 是因为水重复利用率达到 98 以上5清洁生产标 准 甘蔗制糖业6一级水平水重复利用率为 90 以上 ; 三是极少量外排水 QW[ 0102 m 3P t 作为当地 工农业生产用水, 水质达到 GB8978 -19965污水综合排 放标准6一级标准, 实现零排放。 60 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 从甘蔗的化学成分分析可知, 甘蔗一般含有 12 的纤维分、 14 的蔗糖分、 4 的非糖分及夹带 物, 约 70 为水分。甘蔗中水分在制糖生产工艺过 程中产品及副产品含水分分配如表 1。补充各类用 水见表2。 表 1 100 t 甘蔗中水分在制糖生产亚硫酸法 中分配 项目名称 对比甘蔗 质量分数 P 水分 质量分数P 含水 量 P t 蔗渣30501510 滤泥475310 白糖120110 1012 赤砂糖10110 1001 糖蜜450210 小计20 1013 表 2 补充各类用水t 循环冷 却水 锅炉系统 水和汽损 生产过程 水及汽损 合计 36 168164154917 从表 1、 表 2 可以看出, 除产品及副产品带走部 分水分外, 100 t甘蔗还剩余50 t水, 可用这些水补充 各类冷却水及其他用水 补充汁汽冷凝的冷却水。蒸发末效的汁汽量为 5 t 对蔗比质量分数 5 , 煮糖罐蒸发的汁汽量为 24 t 对蔗比质量分数 24 , 进入冷凝器的汁汽为 50 e , 其热焓为2 58714 kJP kg, 冷凝器进出水温度分 别为 30, 42 e , 取 30 42 e水 的 比 热 焓 为 41174 kJP kge , 所需冷却水量如式 1 W1 D I - CT1PC T2- T1 1 经计算每 100 t 甘蔗所需冷却水为1 396 t。 在冷却水循环系统中有部分水损失, 据资料介 绍 冷却塔中的蒸发损失约为循环量的 2116 , 雾沫 夹带损失约为循环量的 012, 其他损失每100 t甘蔗 约为3 t, 故此, 汁汽冷凝的冷却水循环系统每100 t甘 蔗所需补充的水量为 1 396 29 010236 3 3616 t 补充锅炉系统水和汽的损失。锅炉系统由于泄 漏、 安全阀动作、 排污等, 造成入大气的蒸汽损失估算 每100 t甘蔗为3 t。锅炉烟道水的蒸发损失估算每 100 t甘蔗为3 t, 灰渣对蔗比质量分数约 4, 含水为 65 , 故灰渣带走水每100 t甘蔗为216 t。因而, 补充 锅炉系统水和汽的损失每100 t甘蔗为 3 3 216 816 t 补充生产工艺过程中水和汽的损失。在生产工艺 过程中, 由于泄漏、 清扫、 排放等, 造成入大气的蒸汽损 失估计每100 t甘蔗为3 t。压榨机、 汽轮机等冷却水单 独循环系统的水损失估计每100 t甘蔗为115 t。因而, 每100 t甘蔗补充生产工艺过程中水和汽损失为 3 115 415 t 从表1、 表 2 分析可知, 甘蔗中的水分补充各类 水和汽的损失后, 每100 t甘蔗还剩余013 t。从广西隆 安南华糖业有限责任公司南圩糖厂 日榨3 500 t 榨 季的生产实践来看, 仅在开榨启动期从江河中抽取一 定的河水保证正常生产后, 就封闭了河边泵, 实现了 零取水。在整个榨季里, 干燥的晴天, 循环水池水位 稍有下降, 阴湿雨天, 循环水池水位稍有上升, 实现了 污水的零排放。由此可见, 表 1、 表 2 分析的数据与 生产实践较为吻合, 进一步验证了制糖生产零取水零 排放的可行性。 3 制糖生产零取水零排放的技术方案 该技术方案的设计思路是 一是将制糖废水清污 分流, 分类治理; 二是从源头上治理污染, 降低循环冷 却水中的污染物含量; 三是将废水/ 资源化0, 分类 回用。 311 汽凝水分类处理 蒸发和煮糖的各类汽凝水是糖厂的洁净水源, 应 分类处理, 合理利用。下面以日榨3 500 t的糖厂为 例, 介绍具体措施。 1 加强乏汽汽凝水的管理。来自背压式汽轮机 出口的乏汽是用于制糖工艺加热过程的主要热源, 流 量为70 tP h, 洁净无污染, 争取做到 80 以上的乏汽汽 凝水直接回用锅炉。 2 将部分二效汽凝水除糖除杂后作为锅炉补充 给水。蒸发站二效汽凝水含有微量糖分 质量分数 2 10 - 4 , 温度达110 e 左右, 流量为50 tP h, 是锅炉给 水的良好补充水源。采用反渗透设备处理二效汽凝 水, 去除二效汽凝水所含的糖分及其它有害杂质, 经 处理后的水中糖分质量分数为 011 10 - 4以下, 电导 率在10 L sP cm以下, 完全达到锅炉给水标准。若能做 到80 以上的乏汽汽凝水回用锅炉, 则需 14 tP h二效 汽凝水补充锅炉给水。解决好这个问题, 既节能, 也 为/ 零取水0打下了坚实的基础。 3 合理使用混合汽凝水。部分二效汽凝水和各 种汽凝水混合而成混合汽凝水 80 tP h , 其含有微量 糖分 质量分数为3 10 - 4 , 水温80 e 左右。部分不 61 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 用另行处理, 可直接作为工艺用水, 如压榨渗透水 25 tP h 、 煮炼用水 25 tP h 、 石灰消和用水 8 tP h 。 剩余22 tP h采用冷却塔降温, 部分作为洗涤用水, 其余 补充循环冷却水。详见表 3。 表 3 各类汽凝水应用平衡表 来源用途及消耗途径 数量 Pth- 1 备注 乏汽汽凝水回用锅炉给水56蒸馏水 乏汽汽凝水未回收14蒸发、 其他 二效汽凝水补充锅炉给水14达标后 混合汽凝水工艺用水58 混合汽凝水补充循环冷却水及其他22冷却后 合计164 312 综合治理循环冷却水 经过清污分流后, 循环水池内的循环冷却水主要 为蒸发和煮糖的汁汽冷凝冷却水, 在生产过程中汁汽 冷凝水增加了 SO2和微量糖分, 要解决这些微量污染 物及温度升高 2 个问题, 才有利于循环利用。为此, 提出以下处理措施 1 减少循环水池内循环水量。将制糖废水清污分 流, 分类处理, 只让蒸发、 煮糖、 真空过滤的汁汽冷凝冷 却水进循环水池, 以降低循环水池内水的处理压力。 2 降低循环冷却水内微量污染物。a. 采用汁汽洗 涤净化器, 可降低蒸发和煮糖的汁汽冷凝水中的含糖 量;b. 用石灰乳调节循环冷却水的 pH 值, 蒸发和煮糖 的汁汽冷凝水中含有微量 SO2成分和糖, 经多次循环 后, 酸性加大很快, 易变质腐败而发臭, 需加石灰乳以 中和, 从而使循环冷却水不变质、 不变色、 不发臭。 3 高效的降低循环冷却水温度。采用新型喷雾 推进通风冷却塔取代喷射自然降温, 汁汽冷却水温度 为42 e , 经冷却塔降温后为32 e , 再经水塘自然降 温, 冷却水温可降至30 e 以下, 另一方面, 因冷却塔 降温而自然蒸发和雾沫夹带等原因引起的循环冷却 水的损失量约为 3 。 4 部分循环冷却水采用生物膜反应器处理, 达标 的水 Q COD [ 100 mgP L, 大部分回流至冷却循环水 池置换部分循环冷却水, 控制循环冷却水的水质; 大 型糖厂若有必要, 极少部分向外排放。 313 含悬浮物废水的处理 含悬浮物的锅炉冲灰水的处理, 各糖厂做得较 好。按清污分流, 分类处理的原则, 将含悬浮物的洗 地板水、 化验室排出废水等与锅炉冲灰水一并处理, 这样可利用灰渣的吸附能力吸附废水中的COD, 另一 方面, 也作为锅炉冲灰水的补充水源。含悬浮物废水 做到闭合循环利用, 实现/ 零排放0。 314 机器及设备冷却水的处理 机器及设备冷却水做到闭合循环利用, 不外排。 汽轮机等不含油污的冷却水, 采用冷却塔降温, 自成 独立循环使用; 而压榨机冷却水则必须经多级滤油池 除去油污, 可复用。 315 该技术方案的预期目标 生产用水实现零取水零排放的水平衡见图 1。 注 图中的数字为水量,t。 图1 日榨 3 500 t 的糖厂的供排水平衡 下转第 67 页 62 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 参考文献 [ 1 ] 张兴文, 王芳, 杨凤林, 等. 好氧颗粒污泥的特点及其研究进展 [ J] . 环境污染治理技术与设备, 2004, 5 11 27 -30. [ 2 ] Beun J J, Hendriks A, Van Loosdrecht M C M, et al. Aerobic granulation in a sequencing bath reactor[ J] . Water Res, 1999, 33 2283 -2290. [ 3 ] 汪善金, 孔云华, 原媛, 等. 好氧颗粒污泥中丝状微生物生长研 究[J]. 环境科学, 2008,29 696 -702. [ 4 ] Sclwarzenbeck N, Borges J M, Wilderer P A. Treatment of dairy effluents in an aerobic granular sludge sequencing bath reactor[ J] . Appl Microbiol Biotechnol,2005, 66 711 -718. [ 5 ] 吴大付, 徐化, 王新云. 好氧颗粒污泥的研究新进展[ J] . 土壤, 2008, 40 2 181 - 187. [ 6 ] Liu Yu, XuHui, Yang Shufang, et al. A general model forbiosorption of Cd2,Cu2and Zn2by aerobic granules [ J] . Journal of Biotechnology, 2003, 102 233 - 239. [ 7 ] Xu Hui, Liu Yu. Mechanisms of Cd2, Cu2and Ni2biosorption by aerobic guanules[ J] . Separation and Purification Technology, 2008, 58 400 -411. [ 8 ] Cassidy D P, Belia E.Nitrogen and phosphorus removal from an abattoir wastewater in a SBR with aerobic granular sludge[ J] . Water Research, 2005, 39 4817 -4823. [ 9 ] 王海磊, 魏丽莉, 李宗义. 好氧颗粒污泥的形成过程、 形成机理 及相关研究[ J] . 环境污染与防治, 2005, 27 7 485 -488. [ 10] 李艳娜, 周青. 丝状菌污泥膨胀的生态解析[ J] . 中国生态农业 学报,2008, 16 3 794 -798. [ 11] Wang Q, DuG C, Chen J.Aerobic granularsludge cultivatedunder the selective pressure as a driving force[ J] . Process Biochemistry, 2004, 39 557 -563. [ 12] Yu Liu,Liu Q S. Causes and control of filamentous growth in aerobic granular sludge sequencing bath reactors[ J] . Biotechnology Advances, 2006, 24 115 -127. [ 13] 王芳, 杨凤林, 张兴文, 等. SBAR 中培养条件对好氧颗粒污泥特 性影响[ J] . 大连理工大学学报, 2005, 45 6 808 -813. [ 14] Tay J H,Liu Q S,Liu Y.Microscopic observation of aerobic granulation in sequential aerobic sludge blanket reactor[ J] . J Appl Mirobiol, 2001, 91 168 -175. [ 15] 王芳. SBAR 中好氧颗粒污泥的培养及其特性研究[ D] . 大连 大 连理工大学, 2004. [ 16] 竺建荣, 刘纯新. 好氧颗粒污泥的培养及理化特性研究[ J] . 环 境科学, 1999, 20 2 38 -41. [ 17] 张鉴达. 好氧颗粒污泥的培养及其工艺研究[ D] . 济南 山东大 学,2005. [ 18] EttererT, Wilderer P A. Generation and properties of aerobic granular sludge[ J] . Water Sci Technol,2001, 43 3 19 -26. 作者通信处 濮文虹 430074 湖北武汉市 华中科技大学环境科 学与工程学院 E -mail wenhongpu yahoo. cn 2008- 09- 27 收稿 上接第 62页 以汽凝水补充锅炉给水和循环冷却水, 确保锅炉 给水不抽取河水和不抽取河水轮换循环冷却水, 实现 制糖生产的/ 零取水0。 改善循环水池内的水质, 降低循环冷却水温度, 确保循环水长久循环; 按清污分流, 分类处理的原则, 锅炉冲灰水、 机器及设备冷却水做到闭合循环利用, 不外排; 实现制糖生产的污水/ 零排放0。 4 结论 1 提出和建立甘蔗制糖生产零取水零排放的技 术方案, 成功地解决了甘蔗制糖企业/ 高耗水、 高污 染0的问题。本方案实施后, 不抽取江河水, 不与当地 工农业生产争水, 支持了地方经济的发展; 不向江河 排放污水, 消除对周围河流的水体污染与破坏。实现 制糖生产闭合循环用水, 极大地减少水资源的耗用和 污染物的排放。 2 制糖生产零取水零排放的工程项目在我国尚 属首例, 对引导和推动广西乃至全国制糖业在/ 节水 减排0方面具有良好的示范效应, 有助于节水减排新 技术在制糖业综合推广应用。 3 提出了较完整的制糖生产零取水零排放的工 艺流程。该工艺集成了反渗透技术、 生物膜技术等高 新技术, 形成了技术核心与关键, 具有技术先进性和 推广性。该工艺从根源上减少糖厂水耗, 最大限度地 减少废水的外排量, 降低糖厂取水费、 排污费、 耗电 量, 降低制糖生产成本, 提高了企业的经济效益。改 善了周边环境生态平衡, 社会效益显著。 参考文献 [ 1 ] 李方, 扬波, 田晴, 等. 大型纺织染整企业综合废水处理工程设 计[ J] . 环境工程, 2008,26 5 77 -79. [ 2 ] 王红梅, 王东辉, 赵宝国. 味精废水的清洁生产治理技术[ J] . 环 境工程,2007, 25 1 80 -81. 作者通信处 钮德明 530003 广西南宁市秀灵路 37 号 广西工业 职业技术学院 电话 07713849270 E -mail leeyaoxi 163. com 2008- 11- 18 收稿 67 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期