高COD废水处理

第1页共39页第一章文献综述1.1设计背景豆制品是我国主要的蛋白质食品之一，其有着丰富的营养并且受大家喜爱，我国豆制品的产量也在不断的增加。随着豆制品产量的增长，豆制品在生产过程中所产生的废水对生态环境造成了严重污染，因此良好有效的豆制品废水处理工艺十分重要。通常豆制品生产分为发酵类和非发酵类，其中废水的主要来源于洗豆水、泡豆水、浆渣分离水、压滤水、各生产工艺容器的洗涤水、地面冲洗水等，这种废水是一种高浓度有机废水，其COD、BOD5高达上万毫克每升。现在豆制品行业不断扩大，其对环境的污染也越来越严重，人们对其也越来越重视，但是若不妥善处理达标排放，对环境造成的破坏不可估量。生物处理方法对豆制品污水十分有效，水中的高浓度有机物和集中排放都适用于生物处理，水中所含的大量可降解有机物为微生物提供了良好的食物来源，除PH比较低之外，豆制品废水中有毒有害物质很少。而根据实际处理经验，在豆制品废水处理中有以下不足：（1）废水在厌氧过程中容易酸化让处理效果不好；（2）豆制品为间歇式生产排水较集中，水质水量不均匀，增加处理难度；（3）固体颗粒物高达1000至1500毫克每升，厌氧中易形成浮渣层；（4）若采用活性污泥易产生污泥膨胀[1]。随着废水污染增加，传统处理工艺渐渐跟不上，所以采用适合的处理工艺对豆制品废水进行处理十分迫切。1.2豆制品废水的资源化处理随着科学技术的发展，废物回收利用，污染物资源化已经成为环保的发展趋势，豆制品废水中含有大量蛋白质，大豆乳清蛋白豆制品废水中含有的主要蛋白质，豆制品废水中乳清蛋白主要成分为2S成分和β-淀粉酶，相对分子质量主要分布在10000~30000之间，并且在pH2至10都有良好的溶解性和起泡性。其中2S成分中的胰蛋白酶抑制剂对人体有着特殊的功效，胰蛋白酶抑制剂在传统上被认为是抗营养因子，是在进行豆制品加工中要除掉的成分，但是低浓度的胰蛋白酶抑制剂有一定抑制癌症发生的效果，还有降低血胆固醇的功效[4]。国内外专家有着许多提取豆制品废水中蛋白质的研究，提取废水中蛋白质是经济可行的发展方向。现在主要有的提取技术有：超滤法分离蛋白质、絮凝法分离蛋白质、泡沫法分离蛋白质[2]。豆制品废水中不仅有丰富蛋白质，还有大豆异黄酮，这是存在于大豆中的生物活性成分，其有着许多生理功能：预防癌症、对雌性激素的调节、预防骨质疏松、抗氧化等。大豆异黄酮不易溶于水但是在热水中有一定溶解性，所以豆制品废水中含有一部分大豆异黄酮，其浓度大约为0.1~0.2毫克每毫升。从豆制品废水中回收异黄酮的方法主要有大孔树脂吸附法和有机溶剂萃取法，袁其朋等通过使用大孔树脂吸附大豆乳清废水中的异黄酮，通过选取优化的吸附和第2页共39页解吸条件，最终每吨乳清废水中可回收130g纯度为40%的大豆异黄酮。大豆中含有的可溶性寡糖的总称叫大豆低聚糖，棉籽糖、水苏糖和蔗糖是其主要成分。人体不能直接消化利用大豆低聚糖，因为棉籽糖和水苏糖不能被人体中的消化酶分解，但是人体肠道中的双歧杆菌可以利用大豆低聚糖，从而引起双歧杆菌的增值，而且对有害细菌的增殖作用很小[14]。双歧杆菌可以降低肠道PH抑制有害细菌的生产，所以大豆低聚糖可以间接改善人体肠道环境。大豆低聚糖水溶性非常好，豆制品废水中含有一定量的大豆低聚糖，因为其分子量比较小，所以大部分都进入到超滤的透过液中，透过液经过活性炭脱色和离子交换脱盐后可得到比较纯净的糖液，再通过真空浓缩和干燥得到低聚糖成品[3]。豆制品废水可以进行生物培养。豆制品废水中营养含量高，而且有毒有害物质很少。可以通过处理之后用来培养微生物。刘平等的研究，使用大豆黄浆为原料，菌种是谢氏丙酸杆菌进行实验，考察了不同培养条件对其维生素的产量的影响，确定了最佳豆制品废水发酵条件：初始PH6.0、温度37度、接种量6%、时间为48小时，这种条件下最佳产酸量可以达到0.5514g/100ml。利用废水培养微生物不仅利用了废水还减少了微生物培养成本，实现了废物再利用[13]。1.3豆制品废水的处理工艺豆制品废水在经过再利用后，剩下的废水有机物含量还是很高，所以采用适合的处理工艺十分重要。1.3.1酸化水解-厌氧消化处理工艺杭州最大的豆制品生产企业之一红光豆制品厂，其日产量为10吨。该企业产生的豆制品废水COD含量高达24000毫克每升BOD5高达上万毫克每升，固体颗粒物为12000毫克每升，PH为5，水量80立方米每天，其他废水及生活废水COD、BOD5含量较低，COD为400毫克每升，BOD5为180毫克每升，SS为550毫克每升，PH为6，水量为250立方米每天[4]。根据豆制品废水的特点和当地处理废物的排放要求，对高浓度有机物废水采用酸化水解-厌氧消化处理工艺，利用了其处理效率高、能耗低、耐负荷而且产生沼气等特点。豆制品废水经过此项工艺处理狗出水与低浓度废水混合，达到标准排入城市污水管网。酸化水解池把复杂的难降解大颗粒的有机物水解成小颗粒易降解的简单有机物使废水中的SS含量大大降低，而且同时让PH提高减少冲击力。处理工程经过实践，处理效果稳定而且可以到达处理标准[1]。1.3.2UASB-SBR-砂滤-生物活性炭过滤工艺UASB反应器是近年来国内外快速发展的一种厌氧处理技术，因为其容易形成颗粒污泥让反应器的污泥浓度大大提高从而让水力停留时间大大缩短，所以为国内外废水处理常用工艺。三相分离器的合理设计和反应器里一定比例的颗粒污泥可以让UASB高效稳定的运行。洪育才等研究开发了一种新型UASB反应器，其特点是它的新型第3页共39页三相分离器可以保证反应器内维持高的微生物量，因此进一步缩短了水力停留时间和提高了有机负荷。UASB中颗粒污泥的形成也进行了广泛研究。UASB反应器对废水处理的效果可见一斑。UASB-SBR-砂滤-生物活性炭过滤工艺针对豆制品废水特点，水质水量变化大、SS含量高、容易酸化、容易产生污泥膨胀等，可以产生良好的处理效果。北京某豆制品公司[9]年产2000吨豆制品、1.5吨各类豆腐和10000吨豆浆，生产过程中产生的高浓度有机废水量十分多，而他们所建造的废水处理厂就是采用UASB-SBR-砂滤-生物活性炭过滤工艺。该公司废水COD为12000毫克每升，BOD5为6000毫克每升，固体颗粒物为1500毫克每升，PH为5到6，水量为160立方米每天；低浓度废水COD为2500毫克每升，BOD5为1200毫克每升，SS为1000毫克每升，PH为6到7，水量为740立方米每天。经过实践证明，该工艺效果良好，最终出水水质COD小于60毫克每升，BOD5小于20毫克每升，SS小于50毫克每升，PH为6到8.5，达到了《北京市水污染排放标准》中排入地表水体及其汇水范围的二级标准[3]。1.3.3UASB-A/O工艺A/O是常用的废水好氧处理工艺。通过缺氧和好氧工艺处理的结合，不仅使废水中的有机物得到降解，还使废水中的氮磷得到去除，这是传统的处理工艺不能做到的。A/O工艺将缺氧处理和好氧处理串联在一起，A段的溶解氧不大于0.2毫克每升，O段溶解氧为2~4毫克每升。在缺氧段异养菌将废水中的纤维淀粉碳水化合物等SS和溶解有机物水解为有机酸，让大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的转化为可溶性的，然后将这些A段产物排入O段进行好氧处理。在好氧阶段时，缺氧段的产物可提高污水的可生化性，提高氧的效率，在缺氧段被氨化的蛋白质、脂肪等污染物游离出氨，在充足的供氧条件下，自养菌的消化作用将氨氮氧化为HO3-，通过回流返回缺氧段，在缺氧下，异养菌通过反硝化作用将硝酸根离子还原为分子态的氨，从而完成了C、N、O在环境中的循环，达到废水处理的目的[4]。针对豆制品废水排水时间集中，水质水量不均匀，颗粒悬浮物浓度较高，厌氧下容易产生浮渣层，车间出水温度较高且废水极易酸化腐败等特点，预处理可以增加气浮池和调节池来缓冲水质水量，采用UASB-A/O工艺可以有效去除氨氮和有机物，出水的各项指标都可以达标排放。根据以上特点采取相对应得措施：SS高，则在废水进入生化处理系统前，采用相应的工艺去除大部分悬浮物；原水挥发性酸含量高，在入水前调节PH和碱度；为了更好的适应水温可以采用内循环的UASB反应器。从实践中看，河南省规模较大的豆制品生产企业三色鸽豆业有限公司，豆制品加工中产生大量泡豆残余水、豆渣漂白水，质量浓度高达2万至3万毫克每升，水量较小。废水处理工艺采用UASB-A/O法，入水水质COD为8850毫克每升，BOD5为4880毫克每升，氨氮含量600毫克每升，PH为4~5，处理过后的出水水质为出水水质COD≤150mg/L，BOD5≤30mg/L，NH3-N≤25mg/L，pH为6~9，执行污水综合排放标准(GB8978-1996)中二级排放第4页共39页标准[9]。1.3.4折流式厌氧反应器(ABR)-改良序批式活性污泥(MSBR)工艺湖南娄底某生物食品工厂以豆制品深加工为主，主要生产新型速冻腐竹、腐乳、腊八豆、豆豆鲜等大豆系列产品，废水中的主要污染物为高浓度的碳水化合物、蛋白质、脂肪等，还有少量的食用油、辣椒、食盐和食品添加剂等。加工过程中产生的生产废水一部分浓度很高，COD高达2万~3万mg/L，水量较小；另一部分废水来自大豆浸泡、洗涤及工作人员的生活污水，COD只有400mg/L左右，水量却占整个废水排放量的大部分。该厂结合试验研究和工程经验设计了一套以ABR-MSBR为主体的废水处理站，其设计处理能力为220m3/d。原水综合水质COD1500~3000mg/L，BOD5为850~2000mg/L，SS为200~800mg/L，NH3-N为25~40mg/L，TP为4~10mg/L，pH为4.5~6.5；出水水质COD≤100mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤70mg/L，NH3-N≤15mg/L，TP≤0.5mg/L，pH为6~9，达《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准[9]。MSBR池属于改良型SBR工艺，实质是由A2/O工艺与SBR系统串联而成，具有生物除磷脱氮和连续进水、出水的功能，与传统的SBR有着本质的区别。豆制品加工废水污染物浓度高，可生化性好。在优化与处理阶段的除渣以及臭气处理的基础上，通过采用ABR-MSBR好氧生化处理工艺处理，出水可以稳定达到并优于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准，具有处理效果好、运行稳定、投资和运行费用低的特点，有较高的行业推广价值[10]。1.4结论(1)豆制品废水的排放相对集中，水量和水质不均匀，有机物浓度高，成分复杂，较难处理。废水的产生量一般是大豆重的5倍以上，COD及BOD5值达上万毫克每升，SS的质量浓度高达1000~1500mg/L，pH较低，有毒有害物质很少，可生化性好，适用于生物法处理。(2)豆制品废水是一种高浓度有机废水，对于这类废水的处理，厌氧生物处理与好氧生物处理相比，具有剩余污泥量少、设施所占空间小的优点；但只通过厌氧处理，很难达标排放，因此一般都会采用厌氧+好氧处理的方法。二者结合，既可取得较好的经济效益，又使出水达到排放标准。（3）本设计采用UASB加A/O工艺，不仅可以去除有机物还可以除磷去氮，十分适合本设计豆制品废水水质。