果汁废水处理研究进展梅拥军

广东化工2010年第7期·214·期果汁废水处理研究进展梅拥军(东莞市恒信建设工程咨询有限公司，广东东莞523000)[摘要]果汁废水产量巨大，对环境的污染日趋加重。文章概述了果汁废水的来源及特点，介绍了果汁废水的处理工艺及国内外处理的研究进展，为废水处理工作者提供借鉴。[关键词]果汁废水；废水处理；排放标准[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)07-0214-03ResearchDevelopmentofJuiceWastewaterTreatmentMeiYongjun(DongguanHengxinConstructionEngineeringConsultationCo.,Ltd.,Dongguan523000,China)Abstract:Theamountofjuicewastewaterbecomehuge,caseseriouslyenvironmentalpollution.Theoriginandnatureofjuicewastewaterweresummarizedinthepaper,thetreatmenttechnologyofjuicewastewateranditsresearchdevelopmentinhomeandabroadwereintroduced,supplyreferencetowastewatertreatmentworkers.Keywords:juicewastewater；wastewatertreatment；dischargestandard果汁是以新鲜水果或干果为原料采用压榨或其他方法取得的汁液，果汁含有水果中最有营养价值的成分，对人体健康大有裨益，因此果汁已成为许多国家的主流饮料。果汁饮料始于19世纪末20世纪初，作为一种新兴的营养饮料，发展速度很快，将成为世界饮料工业的发展方向。我国苹果资源丰富，苹果产量位居世界第一位，现已成为世界苹果生产基地。目前已形成渤海湾、西北黄土高原、黄河故道和西南冷凉高地等四大苹果主产区。近年来苹果种植面积已经超过3000万亩，年产苹果2500多万t，占世界苹果总产量的50%，资源优势十分明显。果汁行业在我国起步较晚，但却发展迅速，1980年年产还不到30万t，但2000年年产迅速增为1490万t，20年时间增长了50倍之多。目前，我国果汁行业年销售收入己超过600多亿元，年创利税60多亿元。浓缩苹果汁营养丰富、口味温和且价格低廉，因此在很短的时间内迅速成了全球销量增长最快的果汁。巨大的社会需求促进了我国苹果汁行业的迅速崛起，目前我国浓缩苹果汁年生产能力75万t以上，位居世界首位。果汁生产过程中用水量相当大，不少果汁生产企业的用水量都突破了行业用水定额。同时，生产过程中产生大量的生产废水，果汁加工厂每加工1t原材料，就产生2.3m3左右的废水。果汁废水直接排放将造成接纳水体水质的严重恶化，甚至会影响到地下水。可以说，在过去相当长一段时间里，果汁生产企业所取得的经济效益实际上是以牺牲环境作为代价的，这种损失不仅造成当前的水体污染，还会影响到子孙后代的生存环境，后果是非常严重的。目前，果汁废水对环境的污染己成为突出问题，引起了各有关部门的重视，解决果汁废水的污染问题势在必行。1果汁废水来源及特点目前浓缩果汁生产工艺主要产污环节如图1所示：清洗分拣原料榨汁粗滤清洗废水浓缩果汁超滤巴氏灭菌设备清洗废水罐底物废水图1浓缩苹果汁生产工艺产污环节Fig.1Pollutionproducestageinapplejuiceconcentration根据浓缩果汁的生产工艺，分析产污节点，浓缩果汁的废水来源具体归纳为以下四个方面：(1)清洗原料废水；(2)二生产车间废水，主要来自粉碎、榨汁、罐底物冲洗、地面冲洗及化验废水；(3)公用辅助设施排水，锅炉房排水等；(4)生活污水。其中清洗原料和生产车间废水量较大，公用辅助设施和生活污水量较小。该类废水主要有以下特点：(1)水温：废水水温变化范围较大，一般为15～5℃。(2)悬浮物含量高：废水中含有大量小果、烂果、果屑、果肉、果胶等物质，SS一般都在4000mg/L以上。(3)pH偏低：废水中含有大量果酸，因此pH较低，一般在5～6之间，最低时可达4.0左右。(4)有机物浓度高：超滤浊液的COD浓度可达10多万mg/L，混合废水COD通常在6000mg/L以上。(5)废水可生化性好：BOD5/COD一般在0.4～0.5。(6)营养元素：含有大量糖类、醇类等碳水化合物，碳源丰富、氮磷缺乏。(7)水质水量变化大：生产和排水具有间歇和周期性，各工序排水所含的成分不同，因此废水水量和水质波动大，不均匀程度较高。(8)废水排放量大：吨浓缩果汁产生废水量约为：16～18m3。(9)其它：废水中含有果肉、果胶等胶体，废水粘性大。受苹果收购季节及储存条件影响，果汁加工一般在7月到12月份，其它时间处于停产或深加工状态，几乎不排放废水。总之，果汁废水具有排放量大、水质差、污染种类复杂、易降解、间歇性等特点，特别是废水COD、SS和酸度均较高;若污水不经处理直接排入水体，将会造成水体内生态系统受到影响，严重时将会出现水体酸化、缺氧发臭，最终导致水生生物死亡等，从而使周围水体环境质量下降，破坏生态平衡。2果汁废水处理工艺概述2.1物化法物化法一般作为高浓度果汁废水处理的预处理单元和后[收稿日期]2010-03-09[作者简介]梅拥军(1979-)，男，湖北武汉人，本科，助理工程师，主要从事工程监理方面的工作。2010年第7期广东化工第37卷总第207期·215·期处理单元，主要去除果汁废水中的SS和部分难溶解性的物质。果汁废水处理中常用的物化法包括过滤法、沉淀法、气浮法、吸附法、絮凝法等，简述如下。2.1.1过滤法果汁废水在排入处理系统时，首先经过格栅和滤网等过滤装置，这样可以去除废水中较大的悬浮物，如烂果、果渣等，对SS去除率较高，从而大大减轻后续处理单元的污染负荷。2.1.2沉淀法用该方法一般可以去除50%～80%的悬浮物，悬浮物沉淀时，可以带走一些色素和胶体物质，使废水的负荷有所降低，沉淀法作为一级处理的较多。2.1.3气浮法气浮法在处理废水时，向废水中通入空气，产生大量细微气泡，细微气泡带着污染物一起向水面运动，最后气泡和污染物悬浮在水面上，从而把污染物从废水中去除。气浮方式可分为散气气浮、溶气气浮和电解气浮三种。2.1.4吸附法吸附法是利用吸附剂去除水中微量溶解性杂质的一种处理工艺，在果汁废水处理中可利用活性硅藻土、炉渣处理，运行费用较低，效果较好，但缺点是维护费用较高，泥渣产生量大。劳动强度大，占地面积大。2.1.5絮凝法果汁废水处理中也有使用絮凝法的报道。该方法通过加入化学絮凝剂，如碱式氯化铝(PAC)和聚丙烯酸胺(PAM)等，将有机污染物絮凝沉淀，从而达到去除废水中有机污染物的目的。但用该方法对果汁生产废水处理后，将产生大量粘稠性污泥，很难再处理。另外，加入化学药剂可能会对后续生物处理的微生物造成毒害作用，如铝盐对微生物生长有毒害作用。2.2生化法果汁废水的生化性较好，因此生化法是目前果汁废水处理普遍采用的一种方法。目前采用的好氧生化法主要有活性污泥法，生物接触氧化法等：厌氧生化法有UASB法，水解酸化法等。另外，为了达到更好的去除效果，工程实际中还采用厌氧+好氧的组合工艺，水解酸化+接触氧化，UASB+接触氧化法等。2.2.1活性污泥法该方法处理有机废水，主要是依靠悬浮于水中的多孔性胶状絮状污泥。该污泥活性较好，微生物丰富，菌种在50种以上。其净化过程可分为两部分，首先，活性污泥的表面吸附作用，包括物理吸附、电吸附和化学吸附作用，能吸附微小悬浮物、有机胶体和溶解性有机物，该过程主要是污染物在细菌体内氧化分解，排出二氧化碳、水和氨，并繁殖细菌本体，使污泥保持良好的活性。其次，在曝气池中，还存在有多种原生动物，他们不仅食掉有机物，还以细菌为食料，以抑制过多污泥产生。2.2.2生物接触氧化法生物接触氧化法是生物膜法中的一种典型工艺，生物膜法是使细菌、菌类等微生物和原生动物、后生生物等微型动物在滤料或某些载体上生长繁育，形成膜状生物污泥——生物膜。通过废水与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取水中的有机物作为营养，从而使废水得到净化。从生物接触氧化工艺的特性而言，该法对废水水质、水量的变动具有较强的适应性，这已为多数工程实例所证实;在低温条件下，生物接触氧化法仍能保持较为良好的净化功能;而对低浓度的有机废水，该法也能够取得较好的处理效果。并具有动力费用低，污泥产量少、运行管理简单等优点。鉴于以上优点，生物接触氧化在果汁废水处理中得到了广泛的应用。2.2.3膜生物反应器(MBR)膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，基本原理是通过膜分离装置代替普通活性污泥法中的二沉池，不仅能高效的进行固液分离，取得较好的出水水质；膜的截留作用有利于提高反应器内的微生物浓度，从而提高容积负荷。与传统的生化处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好;设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。目前，该技术己成为水处理技术研究的一个热点。但膜技术需要专用设备，投资高，且膜易结垢堵塞，使用寿命短，因此该方法没有广泛应用。2.2.4水解酸化法水解酸化工艺与厌氧全过程工艺相比有很多优点，第一水解酸化反应可以在常温下进行，不需另外加温，能耗低。第二反应可以在敞开的反应器中进行，不需密闭，不需搅拌器及三相分离器，从而降低造价且便于维护。第三由于水解反应控制在第二阶段完成以前，所以出水没有不良气味，第四由于水解酸化反应速度快，因此所需反应器容积较小，节约基建费用，因此该方法在处理果汁废水中也得到了一定程度的利用。2.2.5UASB法该方法处理能力强，占地少，但工艺运行条件高，不适合SS较高的水质，该方法在国外果汁废水处理中有较好的运行效果，处理能力高达l0kgCOD/m3·d，但UASB需要较长的启动时间和较大的生物量，出水水质不能稳定在较低浓度，操作条件要求也比较高。目前有部分果汁废水处理厂采用该工艺。3国外果汁废水处理研究现状目前，果汁生产废水的处理主要是生物处理。用生物法处理这类废水时通常需要先调整它的营养成分及酸碱度，从而适应微生物的生长需求。国外同类废水处理多以厌氧处理工艺为主，如升流式厌氧污泥反应器(UASB)，升流式厌氧滤池，中温、高温厌氧过滤器，生物转盘等。并取得了显著的成果。国外比较成功的工程实例是德国采用厌氧消化系统处理果汁加工废水，整个流程由一个粗滤系统，两个缓冲池，一个UASB和一个好氧池组成。粗滤系统用来去除果皮、砂子等沉淀物，缓冲池用来调节pH及氮磷等营养物质，在UASB反应器中微声物最终将废水中的有机物降解为甲烷及二氧化碳气体，使废水得到净化。UASB反应器的有机负荷为10～17kgCOD/(m3·d)，COD去除率达50%～90%。再经好氧工艺处理后，废水可以达到排放标准。4国内果汁废水处理研究现状目前，由于果汁废水所带来的环境污染日趋严重，国内许多科研单位都把研究目光投向了果汁废水的处理研究，并取得了一定的成效。果汁废水中大多数的有机物可进行生化降解，废水可生化性好，有机物在微生物作用下，最终降解为CO2和H2O及微生物原生质等。另外生化处理工艺比较经济，所以目前国内果汁废水处理的主体仍是生化处理法，生化处理一般采用厌氧+好氧组合工艺。近几年的果汁废水处理工程实例主要有：林晓葱等利用SBR工艺处理果汁灌装生产废水，使出水达到广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26一2001)二时段一级标准，水质稳定;郑志伟等采用水解酸化一SBR工艺对浓缩果汁生产废水处理进行了试验研究，当进水COD浓度为3500～5000mg/L，pH为6.5～7.5，在水解酸化池水力停留时间为8h，SBR反应池MLSS浓度3500～4000mg/L，进水15min，