（化学工程专业论文）柑橘罐头加工废水处理研究.pdf

摘要 我国是世界上柑橘罐头生产量最大的国家。由于柑橘罐头加工废水具有水量 大、悬浮物多，含果胶难以降解等特点，一般的生化处理工艺难以适应实际运行 需要。因此，开展柑橘罐头加工废水的研究具有很好的实际意义，推广以后可以 有效解决柑橘罐头加工行业9 0 0 万吨废水的处理难题。 本文通过对柑橘罐头生产企业的调查，以及柑橘罐头生产废水的特点分析， 提出了清洁生产的方法；针对现有处理工艺存在的缺点，结合实际，提出采用酸 化水解+ 接触氧化处理工艺；通过测试、比较不同处理工序、不同反应条件下的 处理效果，实验结果表明，当进水c o d = 一 8 0 。表明本试验污泥驯化挂膜阶段结束，从此进入研究内容的正式试验 阶段。 4 柑橘罐头加工废水处理试验结果与讨论 在确定试验方案以后，在实验室里按照小试的要求，搭建了实验平台，通过 单因素试验，考察了不同影响因素对处理效果的影响；根据比较不同处理工序、 不同反应条件下的处理效果，确定了水解和接触氧化反应器的几种不同水力停留 时间组合试验，找到了合适的运行参数。 4 1 废水厌氧水解工艺研究 水解酸化反应器内挂膜成功后，在停留时间为6 4 , 时的条件下，对水解酸化 反应器进出水持续监测，进出水c o d 的数据记录如表4 1 ： 表4 1 厌氧水解酸化实验结果 运行 原水( r a g l )水解酸化出水( m g l ) 时间( d )c o d ,b o d ss s p h c o d hb o d s s s p h 28 5 04 2 02 1 26 27 0 45 5 6 8 96 0 47 9 0 3 8 22 3 4 6 8 6 8 05 4 09 56 o 66 8 43 0 01 7 16 56 0 24 9 8s 06 1 88 9 7 4 0 2 2 8 6 7 2 7 1 l5 2 35 06 4 l o1 1 9 53 2 0 3 5 0 5 4 9 0 05 7 67 25 o 1 21 1 8 04 5 03 2 05 7 7 7 85 3 44 55 2 1 41 0 8 64 3 02 5 66 97 6 54 4 56 55 8 1 69 5 73 4 42 9 87 37 3 24 5 65 26 2 1 88 4 54 4 12 5 56 17 1 25 5 45 76 5 2 08 9 63 6 02 1 36 67 2 15 0 1 7 46 6 由表4 1 可以看出，在本实验中水解酸化过程对c o d 的去除率不是太高，而 出水中b o d 反而升高，这表明原水中难以被微生物降解的果胶等物，在酸化水解 作用下已被分解成小分子物质。 4 1 1 进水浓度的影响 水质浓度的变化对水中杂质的去除率有较大影响。图4 一l 、表4 2 是进水浓 2 3 度与去除率的关系从图可见，随进水浓度的提高，去除率也在增加，去除率维 持在1 0 5 0 之间这说明水解池对进水的冲击负荷有很大适应潜力。 在当投加废水浓度的c o d 达到1 2 0 0 m g l 时，处理后出水仍能维持在8 0 0 左右， 但是污泥性状变差，出水悬浮物增多，负荷接近临界点这主要是进水浓度高时， 进水水质中的悬浮颗粒固体多的原因，在水解酸化反应器中大量贮存分解成细小 颗粒的结果，如能即时排出水解反应器中底部污泥，该现象基本可以得到克服。 表4 2c o d 去除率与进水浓度的关系 进水浓 度 2 0 02 5 03 0 03 5 08 0 08 5 09 0 09 5 01 0 0 01 2 0 0 m g l c o d 去 除率 l o 1 31 6 1 8 3 53 9 4 4 4 54 65 0 4 1 2 进水温度的影晌 水解池即使在最低水温1 2 c 时仍可稳定运行。曾在最低水温月份，平均水温 1 6 ( 2 ，水力停留时间为6 小时的条件下，进水c o d l 0 8 9 m g l ，s s 2 5 0 m g l ，c o d 去除率为3 8 8 ，s s 去除率为7 5 ，并不低于温度高时的处理效果。 4 1 3 水解酸化对废水可生化的影晌 水解反应器是一种新型的厌氧反应器，它利用水解产酸菌可以迅速降解水中 有机物的特点，形成以水解产酸为主的厌氧工艺。由于水解反应器集生物降解、 物理沉降和吸附为一体，并且能将污水中的难降解的大分子降解为小分子有机 物，可提高难降解工业废水的可生化性，使得后续的好氧工艺所需的停留时间缩 图4 2 水解时间与出水效果关系 短，能耗降低合成柑橘废水b c 值约0 3 ，属于可生化性不高的工业废水。经 水解酸化预处理后，运行结果表明，出水b c 值增加，提高到接近5 0 。这证 明在厌氧水解池中，废水中悬浮固体水解成可溶性物质而提高了废水的可生化 性，水解产酸菌具有把大分子难降解有机物转化为小分于易降解有机物的能力， 使废水的可生化性得到了改善，有利于好氧处理的高效运行。 从图4 2 可以看出，水解酸化池有机物去除率并不是很高，其出水c o d 。也 并不能达标。这是酸化发酵过程的特点所致。水解酸化对有机物的降解在一定程 度上是一个预处理工艺，在对易生化有机物发生截留、降解的同时，对于难生化 或大分子有机物，只是将有机物的形态加以改变，使之降解为易生化或小分子物 质，这样原先以c o d 。形式存在而b o d 5 不易检出的有机物，就在水解酸化反应过 程中分解形成一些可以被b o d 5 测出的有机物，从而使b c 值有所增加，甚至出 现酸化出水的b o d 5 高于进水的现象。 4 1 4 水解停留时间与处理效果的关系 厌氧过程中，微生物将有机物分解的过程分为三个阶段，本研究将厌氧反应 控制在水解酸化阶段。由于产甲烷菌的增殖速度慢，繁殖世代长，而水解产酸 菌的世代期短，往往以分钟和小时计，因此水解酸化阶段过程十分迅速，可通过 控制废水在反应器中的停留时间将厌氧反应控制在水解酸化阶段。为了考察水力 停留时间与处理效果和可生化性的关系，本试验在进水水质基本不变的情况下， 逐渐增大酸化水解反应器的进水量，来考察不同的水力停留时间的酸化水解反应 器的出水效果，表4 - 3 是酸化水解反应时间在2 1 4 h 之间，不同水力停留时间内 的污染物去除效果情况。 表4 3 水力停留时问与去除率的关系 停留时间( h ) 24681 01 21 4 c o d o 去除率( ) 1 01 62 02 22 52 62 6 b o d 5 去除率( ) 8 1 21 52 02 l- 2 0- 2 0 s s 去除率( )6 56 97 58 08 18 38 5 从表4 - 3 中结果可见，处于水解和产酸阶段的反应，停留时间在2 1 4 h 之间， c o d 、s s 的去除率都随停留时间的增长而增大，停留时间越长，c o d 去除率增 大幅度变化不大，即使再增加停留时间到1 4 h 以上，去除率的提高也是有限的； b o d 5 不但没有被去除，反而出水浓度比进水浓度高，且出水浓度随停留时间的 增加而增加，停留时间到一定时间后，b o d 增加也同样受到限制。以上结果证明， 水解反应在一定程度上不受时间的控制，这与水解酸化阶段的去除机理有关 由表4 - 3 可见，水解反应池中的停留时间对水解反应的影响较小，但可以明 显看出水力停留时间越长对c o d 、s s 的去除效果越好，但是与c o d 去除率的增 长并非呈线性关系，而是随着停留时间的延长，去除率的增长幅度降低；酸化水 解出水中的b o d 随停留时间在增加，可生化性在不断提高。综合进水情况和后继 处理负荷要求，选定水解酸化停留时间为8 h 较为合适 4 2 接触氧化工艺研究 t 4 2 1 接触氧化反应器的水力停留时间的确定 水力停留时间对任何生物处理装置都是一个关键的运行参数，它的大小决定 t - r 程的造价高低【协1 。本实验直接取未经酸化水解过的原水进行实验，在进 水水质为c o d 。r 6 0 0 6 6 0 m g ，l 、b o d 5 3 0 0 3 7 0 m g l 、s s 8 0 1 2 0 m g l 条件下， 对不同的水力停留时间的接触氧化反应器的处理效果进行了试验，试验结果如图 4 3 图4 3接触氧化反应器的水力停留时间与去除效果的关系 由图4 3n - - j 知：在进水水质为c o d 拍0 0 6 6 0 m g ，l 、b o d 5 3 0 0 3 7 0 m g l 、 s s 5 0 1 2 0 m g l 条件下，接触氧化反应器的水力停留时间越长，经接触氧化生化 反应器处理后出水中的c o d 、b o d 、s s 值越低；当水力停留时间大于1 2 h 时，经 该接触氧化处理后出水中c o d 、b o d 、s s 等均达到综合污水排放一级标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 因此，在未经酸化水解处理，而直接采用接触生化氧化处理 工艺，当进水c o d 。一 7 0 0 m g l 、b o d s 4 0 0 m g l 、s 8 1 2 0 m g l 时，要求经接 触氧化处理后出水中c o d 、b o d 、s s 等均达到综合污水排放一级标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。选择水力停留时间1 2 h 作为设计参数是最佳的。 4 2 2 接触氧化反应器的有机容积负荷的确定 实际工程中，进水水质因生产工艺的不同而差别较大，这对设计参数的选择 带来麻烦，为此，有机容积负荷作为不同进水浓度的水质的设计参数是最佳的选 择。c o d 容积负荷的高低直接影响工程设计中各构筑物的水力停留时间，决定了 最终的基建费用，并直接影响污染物去除效果。实验过程中直接取未经酸化水解 过的原水，在一定接触氧化反应器的水力停留时间条件下，进入不同浓度的废水 来考察接触氧化反应器的处理效果以及有机容积负荷的确定，并维持接触氧化器 中溶解氧含量为3 o m g l 。试验结果如图4 - 4 图4 - 4h r t = 6 h 时不同进水浓度与处理后出水水质的关系 由图4 4 可知；当进水c o d = 浓度从2 1 5 m g ，l 增加到9 0 4 m g l ，经接触氧化生 物处理后出水中的c o d 。从6 2 m g 几增加到2 6 0 m g l 、b o d 5 从1 5 m g l 增加到 9 0 m g l ，s s 从4 0 m g l 增加到1 8 0 m g l ：这表明在一定的水力停留时间下，接触氧 化反应器的出水水质随迸水浓度的增加而增加。当水力停留时间为6 h ，进水c o d 。 4 0 0 m g l 时，经接触生物氧化处理后出水水质中的c o d 。、b o d 5 都不能达到综 合污水排放一级标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ，因此，在未经酸化水解处理，而直接采 用接触生化氧化处理工艺，当水力停留时间为6 h 时，要求经接触氧化处理后出水 q a c o d 、b o d 、s s 等均达到综合污水排放一级标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ，进水c o d = 不得大 t 4 0 0 m g l 。 有机容积负荷( k g c o d m 3 d ) 图4 5 有机容积负荷( k g c o d m 3 d ) 与c o d 去除率的关系 a 图4 5 可知：当有机容积负荷从o 8 7k g c o d m 3 d 增大到3 6 2k g c o d m 3 d ， 出水中水质指标也随之增高。当有机容积负荷大于1 3k g c o d m 3 d 时，处理后出 水水质超过综合污水排放一级标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。因此，在未经酸化水解处 理，而直接采用接触生化氧化处理工艺，处理后出水水质达到综合污水排放一级 标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ，选择有机容积负荷为1 3k g c o d m 3 d 作为设计参数是最 佳的 4 2 3 曝气量对处理效果的影响 控制生物接触氧化池的进水c o d e r 浓度为8 0 0 m g l ，c o d c ，容积负荷 1 3 k g m 3 d ，温度2 0 c ，填料挂接密度为8 0 个m 2 待整个系统运行稳定后，通 过改变鼓风机的曝气量，在不同气水比条件下测试出水c o d c r 值，结果见表4 - 4 。 由表4 - 4 可见，最佳曝气量的气水比为1 5 ：l ，此时c o d o 去除率最高。当曝气量 小于该值时，c o d o 去除率随曝气量增大而增大；当曝气量大于该值时，c o d c ， 去除率随曝气量的增大而减小同时发现，当气水比在6 ：1 1 0 ：l 范围内处理 $ _ _ lt f , t 1 ”v 效果变化不大，出水溶解氧含量也几乎相同，实际工程中可以在此范围内适当调 整降低能耗。出水溶解氧含量的变化情况，可以作为工程运行中接触氧化阶段曝 气情况是否正常的检测标准，从而简化操作。 表4 _ 4 曝气量对处理效果的影响 气水比 3 ：16 ：l1 0 ：l1 5 ：l2 5 ：1 好氧进水c o d 口含量，m g l - 8 5 88 2 38 3 78 8 38 7 0 好氧出水c o d c r 台 t m g l - 2 7 4 61 6 4 61 5 9 07 9 51 3 0 5 c o d 。去除率， 6 88 08 l9 18 5 出水溶解氧含量 n g l - 2 t3 23 54 85 1 4 2 4 水体营养物比例对处理效果的影响 由于柑橘废水中含有大量难降解的果肉、果胶，同时缺少n 源和p 源，极易 造成微生物的生长失衡，从而表现为生物膜更新困难、出水水质不稳定等 2 0 - 2 2 。 实验通过改变进水中c 、n 、p 的比例，比较不同营养物比例下c o d c ，的去除率， 确定c 、n 、p 的最佳值，各项营养物指标依次按进水的c o d o 、尿素和k h 2 p 0 4 浓度计算，结果如表4 5 所示。 表4 5 营养物比例对处理效果的影响 c ：n ：p2 0 0 ：5 ：14 0 0 ：5 ：12 0 0 ：o ：l2 0 0 ：5 ：0 酸化水解进水c o d 臼含量m g l “ 1 1 8 51 1 1 91 1 7 11 1 8 2 好氧进水c o d 臼含量m g l 8 4 28 5 38 7 l8 8 8 好氧出水c o d c f 含量，m g l 1 1 81 4 5 52 3 4 22 6 0 c o d o 总去除率瞄 9 08 78 07 8 由表4 5 可见：当n 、p 减少时，生化系统c o d c , 去除率降低，出水水质变差， 不能满足出水要求。同时看出，单一缺乏n 或p ，出水水质均较差。一般认为， 厌氧法中c ：n ：p 控制在( 2 0 0 3 0 0 ) ：5 ：l 为宜。此值高于好氧法中的1 0 0 ：5 ：1 ， 这与厌氧微生物对c 养分的利用率比好氧微生物低有关。在c 、n 、p 比例中，c 、n 比例对厌氧消化的影响更为重要。在厌氧处理时提供n 源，除满足合成菌体1 2 2 粕l 所需之外，还有利于提高反应器的缓冲能力。若n 源不足，e p c 、n 比太高，则不 仅厌氧菌增殖缓慢，而且消化液的缓冲能力降低，p h 值容易下降，实际工程中 应尽快加大回流污泥量，稳定微生物的生长环境。最终确定生化系统最佳营养物 比例为c ：n ：p = 2 0 0 ：5 ：1 。 4 3 酸化水解一生物接触氧化组合工艺处理试验结果与讨论 根据前面水解酸化和接触氧化的试验结果分析，从技术和经济两方面考虑， 酸化水解的停留时间不宜太长为了考察酸化水解一接触氧化组合工艺对柑橘罐 头加工废水的处理效果以及最佳运行参数的选择，本组合工艺试验废水水质为 c o d 。9 0 01 0 0 0 m g l ，b o d s 2 0 0 4 8 6 m g l ，s s l 5 0 2 5 0 m g l ，分别选择不同 酸化水解停留时间+ 接触氧化停留时间组合进行了试验，试验结果如表4 6 。 从表4 - 6 可以看出：当进水c o d c r 9 0 0 m g l 1 0 0 0 m g l 之间，在出水水质相同 的情况下，酸化水解停留时间越短，后续的接触氧化的时间就越长；随着酸化水 解停留时问的增加，后续接触氧化的时间就越短。如果采用酸化水解+ 接触氧化 的处理工艺流程，柑橘罐头加工废水的水质为c o d = 1 0 0 0 m g l 、b o d s 4 8 6 m g l 、 s s 。 2 5 0 m g l 时，处理后最终出水水质达到综合污水排放一级标( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ， 其该工艺的最佳组合停留时间为酸化水解8 小时，接触氧化反应器的水力停留时 间1 0 4 , 时。 表4 6 不同酸化水解和接触氧化时间的组合与处理后出水水质关系 实验 酸化水解h r t + 接平均迸水浓度 最后出水水质( m g l ，p h 除外) 组号触氧化h r t ( h ) ( c o d m g l ) c o d = b o d ， s s p h ( 1 )6 + 1 09 5 81 3 14 88 26 8 ( 2 )6 + 1 29 2 01 2 74 48 46 8 ( 3 ) 6 + 1 49 0 01 0 43 28 66 8 ( 4 )8 + 89 5 51 1 24 17 96 8 ( 5 )8 + l o9 4 58 42 04 66 8 ( 6 )8 + 1 29 0 87 01 53 66 8 ( 7 )l o + 89 1 51 0 62 44 46 8 ( 8 )l o + l o9 0 6 8 0 1 22 86 8 3 l 5 生物接触氧化动力学 5 1 生物接触氧化动力学 小试所采用的氧化池体积为2 升，填料体积为1 5 5 升经测定反应器内流体 的c o d 。的沿深度方向分布基本相同，由此可知反应器内接近完全混合型。因此， 可以认为反应器内各点的底物浓度相同，出水浓度即池中浓度，附着在填料表面 的生物膜也是均匀分布的，以反应器为独立体系2 4 1 ，可得如下物料平衡式 ( - d s d o v = q s o - ( d s i d t ) , , v o + ( - d s d o , v , + q s 】 ( 1 ) 式中，- d s d t 为氧化池中基质变化的速率( m e g l s ) ( - d s d o o 为附着生物膜去除基质的速率( m g l s ) ( - d s d t ) , 为悬浮的生物体去除基质的速率( mg l s ) 、；j ，、， 助氧化池的容积0 l ) v 。为附着的生物膜的体积( l ) 圪为悬浮生物体体积( 即氧化池液体体积) ( l ) s o 为进水基质的浓度( m e g t , ) s 为出水基质的浓度( me g l ) 忽略维持反应所需的能量与生物的内源衰减，则生物增长与基质利用有如下 关系 ( - d x d 啦g = y a ( - d s 蛾 ( 2 ) ( - d r d t ) s g = j ，s ( - d s d f ) i ( 3 ) 式中，( - d x d 为附着生物膜的绝对生长速率( m g l s ) ( d z d f k 为悬浮生物体的绝对生长速率( m g l s ) 为附着生物膜的产生系数 b 为悬浮生物体的产生系数 式( 2 ) 和式( 3 ) 两边分别乘以匕x o 和以：砭，并改写成 ( “d z d f k l 畅) = 乃= ( 嘏奶 ( 4 ) ( 【( d x d t ) s g x s 】墨r s ) = 珥墨y s = ( - d s d 啦 ( 5 ) 式中，咒为附着生物膜的活性生物量( r a g l ) 五为悬浮生物体的活性生物量( r a g l ) 配为附着生物膜的比增大速率( l s ) u l 为悬浮生物体的比增大速率皿s ) 把式( 4 ) 和式( 5 ) 代a o ) 式得 ( - d s d t ) v = q s o - q s u 。五虼场- u ；墨圪y s ( 6 ) 设填料的比表面积为4 ( n 1 2 ，i n 3 ) ，活性生物膜的平均厚度为d ，池内填料体积为 n ( m 3 ) ，则附着在填料表面积上的生物膜总体积为v a = n a d 。在稳态条件下，低底 物浓度时，微生物的比增大速率遵循m o n a d 式，则( 6 ) 式可写成 q 谬沁户半熹+ ( u ，矿y s ) ( 娜) 】 ( 7 ) 接触氧化池中的生物膜量多且活性高，当主要的有机物被微生物解体时，脱 落的生物膜悬浮体量少且趋于老化，代谢能力差。故池内悬浮生物代谢可忽略不 计。于是式( 7 ) 可表示为： q o - s 产( 叫啊d y , d s ( 娜) 】 ( 8 ) 式中，m 。为附着生物膜最大比增大速率( l s ) 当进水基质负荷达到一定值以后，在溶解氧保持一定值以及其它环境条件，如水 温、p h 值等因素均保持不变时，附着在填料上生长的生物膜平均厚度可以认为 是不变的。因此，附着在单位填料表面积上的活性生物量是一定的，因而式( 研 中 “。z 以一d s d t ) o 一 式中，( - d s d t ) o = 赶为附着生物膜最大去除基质的速率( m g r l s ) 上式两边同乘以n ad = ，即为氧化池附着膜总的最大去除基质的速率。上式 两边同乘填料表面积n a ，可得单位填料表面积上附着生物膜最大利用基质的速 蛊 碥。砭4 仍= - ( d s d t ) 。雠a ( 9 ) 由于基质利用率在数值上等于基质的去除率，用，。代表单位填料表面积上附着 的生物膜最大去除基质的速率，由式( 9 ) 表示为= 剐乃d 。由此，氧化池 附着生物膜总的最大去除基质的速率可表示为 q 岱o - s ) n a = s ( 墨心) ( 1 0 ) 式左边即单位填料面积基质去除速率，也是单位填料面积的基质去除负荷率。令 w = a 岱o - s ) n a ，并代入式( 1 0 ) ，得 【，= ( 厨心) ( 1 1 ) 式中，u 为填料表面基质去除速率( m g ，m 2 s ) ， 为饱和浓度时填料表面附着的生物膜最大基质去除速率( m 耐s ) 墨为饱和常数 5 2 动力学常数玛、，与反应速率 经测定，氧化池填料总体积为1 5 5 0 r a l ，填料的比表面积为1 4 5 s m 2 m 3 ，填料 总表面积为2 2 6 r n 2 ，试验结果列于表5 1 。 表5 1 实验结果平均值 试验进水号 进水浓( 基 出水浓度去除 组合 q质) s o ( c o d a _ )( 基质) 窒 q ( s o - s )u l ，( ，l 昭 m 3 ，d m g ls ( c 0 蚴( )g m 2 dm 2 d ，gl r a g m g 几 10 2 4 07 4 45 08 9 11 6 6 5 67 3 7 00 0 1 3 6o 0 2 0 20 2 4 07 2 54 58 9 01 6 3 27 2 2 l0 0 1 3 8o 0 2 2 30 2 4 07 5 25 l8 9 41 6 8 2 47 4 4 40 0 1 3 40 0 2 0 40 2 4 07 2 24 48 8 81 6 2 7 27 2 o o0 0 1 3 90 0 2 3 5 o 2 4 07 0 04 28 8 91 5 7 9 26 9 8 70 0 1 4 3o 0 2 4 对( 1 1 ) 式两边取倒数得下式 l l u = 1 + ( 纠) ( i s ) 据表中所得数据，做i u 1 俗的直线图( 图5 - 1 ) ，其回归直线方程为 l 【卢1 0 1 8 1 x 1 0 2 + 0 1 6 8 7 s 可以确定“。= 9 8 2 9 m 2 d ，k , = 1 6 6 t o g a , ( 相关系数r = o 9 7 9 8 = o 9 8 9 8 ) 。 图解值代入式( 1 1 ) 可得柑橘罐头加工废水的反应速率方程为 u - - - 9 8 2 s ( 1 6 针s 1 图5 1 直线回归图 m l 6 柑橘罐头的清洁生产与废水的资源化处理 清洁生产强调预防为主，从污染物产生的源头进行控制，鼓励采用清洁工艺， 使用清洁的原辅材料和能源，提高资源和能源的转化率，减少使用有毒、有害原 辅材料，在生产经营服务过程中全面削减污染物的产生，少排或不排废弃物，辅 之以必要的末端治理和废物回收，资源综合利用。清洁生产是有效控制环境污染， 转变经济增长方式，提高经济效益，实现可持续发展战略的最佳模式。积极推行 清洁生产是现代工业发展和现代工业文明的重要标志，也是企业树立良好社会形 象的内在要求。 我国是在1 9 9 2 年开始引入清洁生产思维模式的2 0 0 2 年6 月2 9 日第九届全国 人大第2 8 次会议通过了中华人民共和国清洁生产促进法，并于2 0 0 3 年1 月1 日起 正式实施【2 宁波市从2 0 0 4 年开始启动该项工作的。目前，我国已经开始试行的 清洁生产方案有2 7 种，但食品罐头加工企业的清洁生产方案尚未制订【2 6 】 柑橘罐头加工企业一般都是劳动密集型企业，设备简单，大多采用手工劳作。 耗电并不突出。因此，柑橘罐头加工企业清洁生产的重点应该是节水，这也是和 污染治理密切相关的。 根据对柑橘罐头加工工艺和废水水量水质的了解，可以知道尽管已经采用了 流槽工艺，但耗水量仍然很大，基本上没有综合利用或一水多用，长流水现象比 较普遍，清污分流不彻底，节水的余地还是比较大的。 6 1 节水措施 6 1 1 节水教育 长期以来，食品行业都是用水的大户。由于柑橘罐头企业一般位于农村，水 资源相对来说不很紧张，员工也大多数是一些临时的农民工，普遍节水意识淡薄。 为扭转这个不良倾向，首先就要加强节水教育，强调水资源是一种十分宝贵的自 然资源，是万物的生命之源。在当今水资源日益紧缺、水环境污染严重的情况下， 水资源不再是“取之不尽，用之不竭”节约用水可以减少纯水的生产成本，减 少排污，对企业而言是一举多得的好事。员工必须时刻树立节水意识，随时关紧 水龙头。企业应该增加节水设备的改造，设法一水多用。必要时，企业可以对员 工用水情况进行考核，将用水列入成本核算。 6 1 2 节水设备改造 目前，柑橘罐头加工企业普遍采用长流水，每个操作台面上都有数量不等的 水龙头，不停地流淌着宝贵的水资源。如果将分瓣、检验、洗罐的水龙头全部换 成莲蓬头式，大约可以节约这些工序1 3 的用水。车间每天的清洁卫生也是必不 可少的，假如用高压水冲洗，不但可以节约用水，还可以大大提高工效。 6 2 一水多用 分瓣后的果囊依靠长流水来输送到流槽，自来水浪费很大。其实这些水仅仅 起到一个传输的作用，对水质的要求并不高。完全可以考虑将这部分水收集起来， 循环使用，代价最多也就是循环泵所消耗的电力。此外低温杀菌的废水也可以考 虑用于烫桔，即节水又节能。 6 3 清污分流 空罐清洗废水的污染物浓度不高，可以考虑直接排放。如果有条件的话，也 可以通过氧化塘处理后排放。这对于位于广大农村的柑橘罐头加工企业来说，并 非难事。如果在罐头封口以后增加一道淋洗或逆流漂洗工序，就完全可以减少污 染物外逸，那么接下来的低温杀菌废水就可以做到直接排放或重复利用。 通过上述措施，预计可以节水2 5 以上。需要处理的废水可以减少3 5 以上。 6 4 废物的综合利用 柑橘的利用价值很高。桔皮是一种常用的中药材料，烘干或晒干即可。目前 桔皮已经普遍得到利用。在这里，主要介绍果胶的综合利用。 果胶别名是可溶性果胶，为白色至淡黄色粉末，稍有果胶特有香气，味微甜 且略带酸味其组分是多缩半乳糖醛酸甲酯和半乳糖醛酸，相对分子质量为 5 0 - - 1 5 0 万，结构式为 簿堪辱o - - 3 7 相对密度约为0 7 ，无固定熔点能溶于水，不溶予乙醇和其他有机溶剂。水溶 液呈酸性，溶于2 0 倍的水成粘稠状液体。果胶一般存在于柑桔皮、苹果皮、葡萄 皮、蚕砂和甜菜渣等植物细胞中。果胶的提取有酸解法、酶解法和离子交换法， 目前比较成熟的是酸解法。果胶可以作增稠剂，我国规定可用于各类食品，按生 产需要适量使用。果胶还可作乳化稳定剂。 柑橘罐头加工废水预处理中产生大量的果胶，通过沉淀可以分离出来。由 于污泥的含水率高且粘稠，普通的脱水工艺难以干化，所以可以考虑这部分污泥 单独离心，然后再设法从中提取果胶。据悉，浙江省环境科学研究院已经对此立 项研究，目前已经完成小试，并开始了中试。可以预计，在不远的将来，从污泥 中提取果胶将成为现实 7 柑橘罐头加工废水处理的工程设计 根据以上研究结果，结合现有工程的经验积累，以一家中型柑橘罐头加工企 业( 年产5 0 0 0 吨柑橘罐头) 为例，按照清洁生产和废物综合利用的思路，模拟设 计一套处理工艺。 7 1 水质、水量 表7 - - 1 废水水质及处理要求 项目 进水水质( m f l ) 排放标准( m g l ) p h 值 3 5 6 9 c o d 1 2 0 0 1 0 0 b o d s 8 0 02 0 s s6 5 07 0 废水排放标准执行g b 8 9 7 8 - - - 1 9 9 6 污水综合排放标准中的一级标准。日 处理量3 0 0 0 m 3 ，每小时处理量为1 2 5 m 3 ，该进水水质已经考虑清洁生产以后，可 能引起废水浓度升高的问题。 7 2 工艺流程图和工艺说明 本工艺根据废水特点，特别强调了废水的预处理，并考虑果胶的理化特性， 提前调整p h 值，保证果胶充分析出，最终通过沉淀处理分离了大部分果胶。后 续生化处理工序则按照本研究的成果进行处理( 详见图7 m 1 ) 。本设计有较强的 实用性，能满足各类食品罐头加工废水处理的要求，具备很强的抗负荷冲击能力 7 2 1 机械格栅( 集水井) 设j c 1 0 0 0 不锈钢机械格栅、旋转细格栅各一台，用于拦截呈悬浮或漂浮状 态的污染物( 如桔皮、橘络等) ，以保护后续构筑物及水泵机组正常运行。 机械格栅：1 0 0 0 m m倾角：6 0 。 栅条间隙：2 o ( o 5 ) r a m格栅井容积：l o m 3 图7 一l 柑橘罐头加工废水处理工艺流程图 7 2 2 中和池( 钢混结构) 在此投2 n a o h 调整p h 值至7 左右，池内设不锈钢低速潜水推流器一台。由 于果胶溶解于酸性水体，在此调节p h 值，有利用于果胶在调节池中缓慢析出。 中和池有效容积：4 2 m 3 停留时间：2 0 i i l i n 7 2 3 调节池( 钢混结构) 因柑橘罐头n t 的多道工序产生的废水浓度和水量不一样，且班产之间出水 不同，故在此设调节池，用以进行水量的调节和水质的均合池内加设不锈钢低 速潜水推流器二台，主要不使悬浮物沉淀在池中 有效容积：1 0 0 0 m 3停留时间：8 h r 7 2 4 混凝初沉池( 钢混结构) 该废水中含有果胶，故在此设高效混凝沉淀池，投力i p a c ，去除部分c o d c r 及s s ，并可回收果胶。 高效沉淀池是集混凝反应、布水、集水、排泥于一体的污水处理设施。池内 设刮泥机。 尺寸：e 1 6 0 0 0 x 4 8 0 0 m m 表面负荷为：1 2 2m 3 ( m 2 m ： 固体负荷为：4 8 9m 3 ( m 2 d ) ；堰负荷为：2 2l ( m s ) ； 沉淀时间为：4 h 7 2 5 水解酸化池( 钢混结构) 本池溶解氧为零。使好氧细菌得不到发展。池中设1 2 高度的填料层，由于 水流相对稳定，可采用弹性填料。水的流态应保证从下而上穿透填料层。填料层 上生长着厌氧水解和酸化膜状细菌，同时在填料下部和中部也存在悬浮状厌氧水 解酸化细菌和其它适宜微生物。成熟的酸化水解污泥呈黑色，在原污水穿透这一 污泥层时，大量微生物将水中颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附在污泥表面， 进行分解和代谢，在水解菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性物质；在产酸菌 作用下，将大分子物质、难于降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质，重 新释放于污水中。由于水解和产酸菌代谢周期较短，这一过程是迅速发生的。 池底设穿孔布水器及水流反射体。保证污泥悬浮向上流，池底穿孔布水管应 有向池外排泥功能，以防止堵塞和定期排泥。 容积：1 1 0 0 m 3有效停留时间：8 h r 水力负荷：1 5 m 3 m 2 h 布水孔负荷：2 m 2 1 - 个孔 7 2 6 生物接触氧化池( 钢混结构) 生物接触氧化属生物膜法就是在池内设置生化填料，经过充氧的污水以一 定的速度流经填料，使填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触。在生物膜微生 物作用下，污染物得到分解，污水得到净化 生物接触氧化池内全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，有利于维 4 i 护生物膜的净化功能，且能提高充氧能力和氧的利用率，有利于维护高浓度的生 物量。 本生化系统有以下特点； ( 1 ) 体积负荷高，处理时间短，节约占地面积。 ( 2 ) 生物活性高。生化池曝气管设在填料下，不仅供气充分而且对生物膜起到 搅拌作用，加速生物膜的更新，使生物膜的活性提高。 ( 3 ) 有较高的微生物浓度，该生化池中绝大多数微生物附着在填料上，浓度高， 有利于提高容积负荷。 ( 4 ) 污泥产生量低，不需要污泥回流，操作方便。 ( 5 ) 出水水质好且稳定耐冲击负荷。短时间内毒性物质和p h 值的冲击下，对 生物膜影响小，且恢复快。 ( 6 ) 挂膜方便，可以间隙运行，不存在污泥膨胀问题。 该池活性污泥与生物膜形成共生系统。生化池内设生化填料利于挂膜，填料 表面积大，不会堵塞。 本生化池充氧采用罗茨鼓风机，共二台，一用一各。曝气装置采用可变微 孔曝气器。材料为a b s ，不易堵塞。 有效容积：1 6 6 6 m 3气水比为：1 5 ：1 填料停留时间：l o h r填料容积负荷：1 3k g c o d m 3 d 水力停留时间：1 3 h r ( 根据泥龄法设计) 7 2 7 二沉池( 钢混结构) 该设施主要去除生化出水中衰老的生物膜和部分胶体，采用辐流式沉淀池。 池内设刮泥机。 尺寸：e 1 8 0 0 0 x 4 8 0 0 m m 表面负荷为：1 2 2m = ( i n 2 d ) ； 固体负荷为：4 8 9m 3 ( m 2 d ) ；堰负荷为：2 2l ( m s ) ； 沉淀时间为：4 h 7 2 8 污泥浓缩池、板框压滤机、离心脱水机 污泥浓缩池l 作为混凝初沉池贮存污泥( 果胶污泥) ，浓缩后利用离心脱水机 回收果胶。 污泥浓缩池2 为水解酸化池、二沉池贮存污泥，污泥在池中进行浓缩，上清 液回流至调节池，浓缩污泥用污泥泵抽至板框压滤机进行脱水干化。 污泥浓缩池l 容积：1 0 0 m 3k w l - 3 5 0 离心脱水机：l 台 污泥浓缩池2 容积：2 0 0 m 31 2 0 m 2 板框压滤机：2 台 7 1 3 工艺设备、构筑物投资估算 工艺设备的选用遵循实用、可靠的原则，按照市场询价进行估价；构筑物的建设 按照一般基础条件考虑，按浙江省建筑定额进行估算，其估算结果分别见表7 2 、7 3 、 7 4 。 表7 - 2 处理构筑物一览表 单位：万元 项目容积面积数量 价格结构 格栅井 1 0 m 3 i 座0 _ 3 5 钢混 中和池 4 2 m 3 i 座1 5 钢混 调节池 1 0 0 0 m 3 1 座3 5 钢混 混凝初沉池8 0 0 m 3l 座2 4 钢混 水解酸化池 1 1 0 0 m 3 l 座 3 8 5 钢混 生物接触氧化池 1 6 6 6 m 3 l 座 5 8 3 钢混 二沉池 1 0 0 0 m 3 1 座3 5 钢混 污泥浓缩池 3 0 0 m 3 l 座 1 0 5 钢混 水泵，风机房 4 6 m 2 1 座2砖混 综合房 4 0 m 2 1 问l 8 砖混 排水沟基础等 o 3 小计2 0 6 7 5 表7 3 废水处理设备一览表单位：万元 序 型号及名称技术参数 功率数单价总价 号( k w )量 ( 元) ( 万元) 备注 l 机械格栅 b = 5 0 0 0 7 5l88 全不锈钢 2 旋转细格栅 b = 5 0 0o 7 5ll o1 0 全不锈钢 1 5 0 z w l 8 0 - 1 4 自 q ：1 8 0 m 3 h r二备二用 31 54 1 24 8 吸无堵塞污水泵 h ：1 4 m 长泉泵业 q ：1 5 m 3 h r 二备二用 4 螺杆泵8 0 i 5 540 8 3 2 h ：6 0 m 长泉泵业 s s r 2 0 0 q ；4 7 4 9m 3 m i n 一备一用 55 524 89 6 三叶罗茨风机p ：4 5 0 0 m m h 2 0 山东章晃 q j b 0 8 5 8 - 2 6 0 3 7 4 1 不锈钢 6低速潜水推流器o 8 51 21 2 q l c 鸭 ( 中和池) q m 5 5 8 - 6 4 0 3 - 2 3 2 不锈钢 7低速潜水推流器5 522 55 0 c ，s ( 调节池) g w l 5 0 8 0 - 2 0 q ；8 0 m ，i l r一备二用 85 5 20 61 2 污泥回流泵 h ：2 0 m 长泉泵业 9混凝初沉系统中1 6 0 0 0 m m1 5l1 6 1 6刮泥系统 1 1 弹性填料 l o 水解酸化系统 1 8 1 8 2 填料支架 套 3 布水装置 1 组合填料 1 2 填料支架 1 l 生化系统4 8 4 8 套 3 布水装置 及曝气系统 1 2 二沉系统e 1 8 0 0 0 m m1 5l1 8 1 8 刮泥系统 1 3 投药系统0 7 432 5 7 5 玻璃铜 1 4 离心脱水机k w l 3 5 01 1l8 8 1 5 板框压滤 1 2 0 m 2 329 51 9 1 6 配电系统21 53 o 1 7 管道、配件、仪表1 21 2 1 8 小计1 9 2 5 表7 _ 4 总投资估算表单位：万元 编号项目计算方法 合计 l 土建费用2 0 6 7 5 2 电气、设备，管道及安装费1 9 2 5 3 利税( 1 0 )( 1 + 2 ) x 1 0 3 9 9 2 5 4 总计1 + 2 + 34 3 9 1 7 5 7 4 效益分析 7 4 1 运转费用 ( 1 ) 电耗：总动力2 3 7 8 3 k w ；运转动力为1 2 4 0 9 k w ，实际消耗功率为使用容 量的8 0 电费按o 8 元度计，贝1 j ( 1 2 4 0 9 x 8 0 ) x 2 4 x o 8 3 0 0 0 = 0 6 4 元吨水 ( 2 ) 药剂费： a ) n a o h 投加量( p h 为3 调至p h 为7 ) l 酽x 4 0 3 0 0 0 = 1 2 0 k g ，n a o h 价格为 2 4 0 0 元，吨，则：n a o h 每吨水投加费用：0 1 2 x 2 4 0 0 3 0 0 0 = o 0 9 6 元吨冰 b ) 产生干污泥量为1 2 0 7k g 天，p a m 投加量为o 3 ，p a m 价格为2 万元吨( 即 2 0 元，k g ) ，则：污泥脱水投药p a m 费用为：1 2 0 7 x 0 3 x 2 0 3 0 0 0 = 0 0 2 4 元吨水， c ) p a c 投加量为1 5 0 m g l ，p a c 价格为2 0 0 0 元吨，则：p a c 投加费用为2 x 0 1 5 = 0 3 元吨冰 ( 3 ) 人工费：污水站设每班二人，共四班，设负责人一人，共计九人，月工资按 1 0 0 0 元计。则： 人工费= ( 9 1 0 0 0 ) - - ( 3 0 0 0 x 3 0 ) = o 1 元吨水 故处理每吨废水直接费用为：o 6 4 + 0 0 9 6 + 0 0 2 4 + 0 3 十0 1 = 1 1 6 元 7 4 2 环境效益 根据处理前后各污染指标进行计算，得出年减少排污量如表7 5 表7 5 处理前后污染物削减量 污染物指标 处理前( r a g l 3 处理后( m g l )年减少量( x 1 0 0 0 k g ) c o d 。 1 2 0 01 0 01 1 8 8 b o d s 6 5 02 06 8 0 ，4 s s8 0 07 07 8 8 4 7 4 3 投资、处理成本、处理效果综合分析 该工艺的投资估算、处理成本以及处理效果预测如表7 6 根据实际工艺的运行成本调查，目前该类废水的处理设施投资费在1 0 0 0 元左 右m 3 ，实际处理成本在1 5 2 o y r dm 3 。从表7 6 可以看出，物化+ 酸化水解+ 接触 氧化工艺的单位投资成本高于目前处理工艺，这是由于在传统工艺的基础上增加 了酸化水解段，从而增加了投资；但该工艺的运行成本低于传统工艺，按单位运 行成本减