（化工过程机械专业论文）新型填料式生物转筒处理食品加工废水的试验研究.pdf

摘要 摘要 生物反应器的设计理论是当前废水生物处理技术成功地进行商业化 的瓶颈因素之一。对生物转筒反应器处理餐饮废水和合成洗涤剂废水的 研究表明该反应器处理这些废水相对于其它反应器具有较大的优越性， 然而，目前生物转筒的研究设计工作还很不成熟。本文通过对生物转筒 处理食品加工废水的试验研究工作，对生物转筒的结构特点、处理废水 的特性和动力学迸行分析，寻求生物转简设计和推广应用的理论依据， 探讨食品加工废水处理技术的新途径。 在掌握前人在生物转筒反应器理论和应用研究成果的基础上，设计 出新型填料式生物转筒反应器( n e ws t u f f i n gb i 0 1 0 9 i c e t ld r u mr e a c t o r ， 以下简称n s b d r ) ，利用该反应器处理食品加工废水的试验研究结果表明： 在一定试验条件下，影响n s b d r 废水处理效率的主要因素的影响力由大 到小依次是进水流量、转筒转速、进水c o d 。和环境温度，所对应的最佳 运行参数为0 3 8m3 h 、3 9 1r m i n 、1 0 0 0 m g l 、2 4 ，此时c o d c ，去除 率可达8 5 以上；当n s b d r 进水流量在0 3 8 0 8 6 m3 h 之间时，c o d 。，和 b o d 。去除率分别在7 0 和7 5 以上，而当进水流量大于0 8 6 m 3 h 时，随 着进水流量的增大，c o d 。，和b o d 。的去除率急剧下降，污水浊度的去除率 也呈下降趋势；转筒转速偏离最佳转速时c o d 。，去除率降低。而且转速偏 大对c o d 。去除率的影响程度明显大于转速偏低对c o d 。，去除率的影响程 度；n s b d r 抗冲击负荷能力强，进水水质对污染物去除率的影响不大；在 环境温度为2 2 2 9 时，温度对污染物去除率影响不大，而当环境温度 小于2 2 时，环境温度对污染物去除率影响变大，而且对b o d 。去除率的 影响程度大于对c o d 。去除率的影响程度。对n s b d r 处理食品废水的动力 学分析表明，其降解食品加工废水中的b o d 。属于零级生化反应，这说明 污水b o d 。浓度对b o d 。降解速率影响不明显。 总之，n s b d r 工艺处理食品加工废水的试验研究结果表明：用n s b d r 工艺处理食品加工废水方法可行，它具有抗冲击负荷能力强、运行稳定、 污染物去除率高、处理费用低等优点，是处理食品加工废水的有效方法。 关键词：食品加工废水；废水处理；生物转简 华南理工大学硕士学位论文 a b s tr a c t d e s i g nt h e o r e t icso ft h eb i o r e a c t o r iso n eo ft h ec u r r e n t b o t t l e n e c kd r o b l e m st ot r a n s l a t eb i o t e c h n ic s in t oc o m m o d i t y s u c c e s s f u l l y s t u d ie sa b o u tb i o l o g ic a ld r u mr e a c t o rt r e a t i n g d i e t e t i cw a s te w a t e ra n ds y n t h e t icd e t e r g e n tw a s t e w a t e rh a v ep r o v e d i t ss u d e r i o r i t ie s w h e r e a sw o r k sa b o u tb i o l o g i c a ld r u mr e a c t o ra r e s t i l lv e r yi m m a t u r ea tp r e s e n t t of i n dt h et h e o r e t i c so ft h e b i 0 1 0 9 ic a ld r u mr e a c t o ra n d b l a z ean e wt r a i lt ot r e a tf o o d w a s t e w a t e r ， t e s tu s i n gb i o l o g i c a ld r u mr e a c t o rt ot r e a tf o o d p r o c e ssw a s t e w a t e rw a sd e v e l o p e d ，a n dt h er e a c t o r 7 sc o n f i g u r a t i o n c h a r a c t e r is t ic 、p e c u l i a r i t ie st ot r e a tf o o dp r o c e s sw a s t e w a t e ra n d i ts d y n a m i c sw e r es t u d yi nt h isp a p e r b a s e do np r o p h a s es t u d yw o r k s ，n e ws t u f f i n gb i 0 1 0 9 i c a ld r u m r e a c t o r ( h e r e i n a f t e rc a l li ta sn s b d r ) w a sd e s i g n e d s t u d yo nn s b d r t r e a t in gf o o dp r o c e s sw a s t e w a t e rs h o w e dt h ef o l l o w in gr es u l t s ： u n d e rac e r t a i nc o n d i t i o n s ， t h ef a c t o rt h a ta f f e c t st h ee f f i c i e n c y o fn s b d rm o s t l yist h ei n f l u x ， n e x tist h es p e e do ft h ed r u m ，t h e c o d c ，o fw a s t e w a t e ra n dt h ee n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r ei nt u r n a c o r d i n g l yt h eo p t i m a lr u n p a r a m e t e r sa r et h a tt h ei n f l u x ， t h e s d e e do ft h ed r u m 。t h ec o d c ，o fw a s t e w a t e ra n dt h ee n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r ea r er e s p e c t i v e l y0 3 8 m3 h ， 3 g l r m i n ，1 0 0 0 m g la n d2 4 h e r et h er e m o v a l0 fc o d c ，w i l lr e a c h8 5 w h e nt h ei n f l u x r a n g e sb e t w e e no 3 8 o 8 6 m 3 h ， t h er e m o v a lo fc o d c 。a n db o d5w i l l k e e 口a b o v e7 0 a n d7 5 ，w h e r e a sw h e nt h ei n f l u x o fw a s te w a t e r r e a c h eso re x c e e d s0 8 6 m 3 h 。 t h er e m o v a lo fc o d c ，a n db o d5d e s c e n d s h a r l ya l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ei n f l u x ， a n dt h er e m o v a lo f t u r b i d i t yd e s c e n d sa c c o r d i n g l y t h er e m o v a lo fc o d c ，w i l ld e s c e n d o n c et h eo p t i m a ls p e e do ft h ed r u md e p a r tsf r o mt h ec e r t a i ns p e e d ， f u r t h e r m o r es p e e do nt h eh i g hs i d ew i l lc a u s et h er e m o v a lo fc o d c ， d e s c e n d i n g 狙o r eo b v i o u s l yt h a ns p e e do nt h el o ws id e n s b d risn o t s e n s i t iv et os h o c k1 0 a d i n g s i n f l u e n t r 7 s q u a l i t yi m p a c ts o nt h e e f f i c i e n c yo ft h er e a c t o rv e r y 1 it t l e w h e nt h ee n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r er a n g esb e t w e e n2 2 2 9 ， i th a r d l ya f f e c t st h er e m o v a l o ft h er e a c t o r 。 b u tw h e ni t1 e s st h a n2 2 ，ita f f e c tst h e i i e f f ic i e n c y0 ft h e1 - e a c t o rh l o r eo b v i o u s l y f u r t h e r m o r ei ti m p a c ts 0 nt h er e m o v a l0 f b o d 5m o t eo b v i o u s l yt h a n0 nt h er e m o v a lo fc 0 1 ) c ， t h ed yr l a m i c sa n a l y s i s0 fn s b d rt r e a t ir l gf 0 0 dw a s t e w a t e l 7s h o w e dt h a t t h eb i o d e g r a d a t i 0 1 3r e a c t i 0 r tp r o g r e s s i 0 1 10 fb o d 5isz e r o ，t h l 3 , tis ， t h eb o d50 fw a s t e w a t e l h a r d l ya f f e c tst h er e a c t o r sb i o d e g r a d a t i0r l r 1 9 teo fb o d 5 i nc 0 1 1 c l u s i o r l ，t h es t u d ya b o u tt h en s b d i is y s t e i ns h o w e dt h l 9 t i tisf e a s ib l et 0u s et h er e a c t o rt 0t r e a tf 0 0 d a s te v 8 , t e r 工th a s m e t i tss h c ha sr e s is t ir l gs h o c k1 0 a d i l 3 9 s ，s t a b i l i z a t i 0 1 3 ，h i g h r e m o v a lo fc o r l t a m i n s , t i o n e c 0 1 3 0 m ya n ds 0 0 1 3 i tis e 1 9 0 0 dw a yt 0 t r e a t m e n tf 0 0 dw a s t e w a t e r k e y w or d ： f o o d p r 0 c e s s w s s te w a t e r ： w a s t e v i j , te rt r e a t m e n t b i 0 1 0 9 ic a ld r u m i i l 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：融，匀飘然日期：7 们箩，年g 月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：氍萄蛾日期：娥多月，日 导师签名：f 司夏够 蹶做年月 日 第一章绪论 第一章绪论 水是生命之源，是人类赖以生存的最基本的物质条件，是地球上不 可替代的自然资源。但是，近年来，全球水资源供需矛盾日益突出，水 污染问题日益严重，其根本原因是：一方面随着工业化的进程和人口的 不断增加，以及人类生活水平的不断提高，社会需水量大幅度增加；另 一方面随着人口、经济、技术和城市化的发展，大量生产生活废水未经 处理或虽经处理但未达标直接排入水体，造成水环境污染日益严重。目 前，全球6 5 的水域已经受到污染。水污染问题已经成为全球所面临的 重大问题之一。由此，寻找经济、实用的废水处理方法和废水的资源化 利用方法，是解决水污染闷题、缓解水资源供需矛盾的有效途径之一。 1 1 我国工业废水处理概况 造成水体污染的一个重要原因是工业生产。近年来，政府加大了经 济结构的战略性调整力度，增加了对城市基础设施建设和环境保护的投 入，强化环境综合整治，从而使污染物豹排放总量得到有效控制。根据 2 0 0 3 年中国环境质量状况公报：2 0 0 3 年，全国工业和城镇生活废水排 放总量为4 6 0 0 亿吨，比上年增加4 7 ，其中工业废水排放量2 1 2 4 亿吨，比上年增加2 5 。废水中化学需氧量( c o d ) 排放总量13 3 3 6 万吨，比上年减少2 4 ，其中工业废水中c o d 排放量5 1 1 9 万吨，比上 年减少1 2 3 。废水中氨氮捧放总量1 2 9 7 万吨，比上年增加0 7 ， 其中工业废水中氨氮排放量4 0 4 万吨，比上年减少4 0 。2 0 0 3 年，全 国工业废水排放达标率为8 9 2 ，比上年提高0 9 个百分点。其中重点 企业工业废水排放达标率为9 0 5 ，比上年提高1 1 个百分点；非重点 企业工业废水排放达标率为7 7 7 ，比上年下降2 6 个百分点。可见， 政府加大对工业废水治理已初见成效，各种污染物排放量比上年相对降 低，但从污染物排放总量上看，污染还是相当严重的，特别是非重点企 业工业废水的污染还相当严熏。 表l 一1 列出了从1 9 9 9 年到2 0 0 3 年全国废水及c o d 排放量。从表中 也可以看出，近几年，虽然工业飞速发展，工业生产规模不断扩大，但 是工业废水的排放量和污染物排放量却趋于缓和，其中c o d 排放量甚至 有较明显的下降趋势，可见，近年来，政府加大工业废水的治理力度， 特别是鼓励采用清洁生产工艺，取得了较大成效。但是，工业生产废水 华南理工大学硕士学位论文 中污染物的排放量仍然较大，仍需要采取更为有力的治理措施控制工业 污染物的排放。 表1 一l 中国废水及c o d 排放量年际对比 t a b l e l 1a m o u n to fw a s t e w a t e ra n dc o dc o m p a r in gb yy e a ri nc h ir l a 1 2 食品加工废水的特性及其处理方法 食品加工作为我国经济高速增长中的低投入高效益产业近年来得到 迅速发展。和其它行业相比而言，食品加工的用水量相对较大1 2 1 ，而且食 品加工过程中产生大量的副产品和废弃物，有资料表明，食品加工工业 中大约有3 0 5 0 的原料未进入产品而最终成为副产品和废弃物【3 】， 随着食品加工产品产量的增加，产生的副产品和废弃物量也相应增加， 这些副产品大多可以作为农田化肥或者加工成饲料回收利用，但若不加 以回收，它将成为主要的环境污染源。食品加工用水量很大，废水排放 量也很大，废水本身无毒性，但含有大量可降解的有机物质，废水若不 经处理直接排入水体要消耗水中大量的溶解氧，造成水体缺氧，使鱼类 和水生生物死亡。废水中的悬浮物沉入河底，在厌氧条件下分解，产生 臭气恶化水质，污染环境。若将废水直接引入农田进行灌溉，会影响农 业果实的食用，并污染地下水源。废水中夹带的动物排泄物，含有虫卵 和致病菌，将导致疾病的传播，直接危害人畜健康。因此，食品加工废 水必须进行有效处理后达标排放。 1 2 1 食品加工废水的特性 食品加工包罗许多与食品相关的行业，由于不同的食品加工行业在 2 第一章绪论 原料、工艺、规模等差别较大，因此废水排放量也差别较大，每天从数 立方到数千立方不等，废水的特点差别也较大，但还是具有一定共性， 主要体现在以下几个方面1 3 , 4 ： 废水水质水量季节性变化较大 食品加工行业使用的原料多为农副产品，原料来源随季节变化大， 再加上食品加工行业的产品保质期较短，人类的饮食结构也随着季节变 化，故产品供需将随着季节变化较大，食品生产必然也随季节有较大变 化，因此废水水质水量也随季节变化较大。 生物降解性好 食品加工废水中可生物降解成份多，如蛋白质、脂肪、糖酶、淀粉 等，甚至有的食品废水的b o o c o d 比例高达0 8 4 t , ，且不含有毒物质， 故生物降解性好。 废水中含各种微生物 食品加工废水中一般含有较多微生物，包括致病微生物。这些微生 物的存在使得废水易腐败发臭。 废水浓度高 一般来说，食品加工废水以较高浓度者居多，其b o d 值在5 0 0 m g l 以上的情况很多，有些甚至高达数万m g l 。 废水中氮、磷含量高的情况多 肉类、豆类和动物胶加工行业，加工时易从蛋白质中产生氮。水产 品加工、鱼糕等精制品制作、火腿和腊肠的制作等行业，废水中的氮和 磷含量均较高。 1 2 2 食品加工废水的处理方法 废水的处理方法与废水特点相适应，由于食品加工废水各行业水质 变化大，因此其处理方法也多种多样，从废水处理系统的主要单元来看， 根据废水处理原理，大体可分为物理法、化学法、生物法等。 1 物理法 物理法是利用物理原理和机械作用对废水进行治理。用于食品加工 废水处理的物理法有筛滤、撤除、调节、沉淀、气浮、离心分离、过滤、 微滤、磁分离技术等。前五中工艺多用于预处理或一级处理，后四种主 要用于深度处理。 筛滤筛滤是预处理中使用最广泛的一种方法。主要作用是从废 水中分离出较粗的分散性悬浮固体。所用的设备有格栅和格筛。其中格 栅拦截较粗的体积较大的悬浮固体，其作用是保护水泵和后续处理设备。 3 华南理工大学硕士学位论文 食品加工废水中常用的格筛有固定筛、转动筛和震动筛等，格筛最常用 的孔径是1 0 4 0 目旧l 。 撇除某些食品加工废水中含有大量的油脂，这些油脂必须在进 入生物处理工艺前予以除去，否则会造成管道、水泵和一些设备的堵塞， 还会对生物处理工艺造成一定的影响。而且，油脂回收具有较大的经济 效益。 废水中的油脂根据其物理状态可分为游离漂浮状和乳化状两大类。 通常用隔油池去除漂浮状油脂。隔油池对漂浮状油脂的除去率可达9 0 以上 a l 。如果处理流程中设有调节池或沉淀池。则隔油池可以与调节池或 初沉池合并成同一构筑物，以节省投资和占地。对小型处理系统，可用 油水分离器撇油。 调节对于水质水量变化幅度大的食品加工废水，常设置调节池 对废水的水质和水量进行调节，调节时间一般为6 2 4 h ，多为6 l2 h 左右。调节池容量为日处理废水量的1 5 5 0 i a l 。 沉淀沉淀是用于除去废水中无机固体物和有机固体物，以及分 离生物处理工艺中的固相和液相。沉砂池一般设在格栅和格筛之后，用 于除去废水中的无机固体物，保护后续污水处理设备：初沉池一般设在 生物处理环节前，用于除去废水中的有机固体物，以减轻生物处理环节 或其它处理环节的负荷；二沉池设在生物处理环节之后，用于分离生物 处理工艺中的生物相和液相，使得出水澄清。为了清除废水中无机固体 物表面的有机物，避免废水中有机固体物在沉砂池中产生沉淀，可采用 曝气沉砂池。初沉池除去悬浮固体的效果与加工的原料和产品有关。按 池中的水流方向分平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池。为了提高沉 淀池的沉淀效率，可在沉淀池内设置平行的斜板或斜管而成斜板( 管) 沉淀池。一般沉淀时间1 5 2 0 h i 3 l 。 气浮气浮主要用于除去食品加工废水中的乳化油、表面活性物 质和其它悬浮固体。有真空式气浮、加压式气浮和散气管( 板) 式气浮。 应用最普遍的是加压溶气气浮。当废水进入溶气气浮池之前，往水中投 加化学混凝剂或助凝剂，可提高乳化油脂和胶体悬浮颗粒的去除率。据 资料介绍，气浮可除去9 0 以上的油脂和4 0 8 0 的b o d 。和s s 。气 浮池水力停留时间( h r t ) 一般为3 0 m i n l 3 】。 磁分离技术自8 0 年代以来，有些学者已经将磁分离技术引入 废水处理中，可用于处理城市工业和生活废水、废料，污染的河水、湖 水以及饮用水，并取得了一定的进展。高梯度磁分离技术具有分离效率 高、分离速度快等特点，是生物处理法和其他处理方法所无法相比的【5 1 。 4 第一章绪论 其它物理法对于含油废水的除油，还可以采用投加除油剂的方 法除油，c y 4 ( 棕色无机吸附剂) 是一种较为理想的除油剂，除油能力 可达到原来的9 2 以上，而且该除油剂可以用氟里昂抽提再生，具有成 本低，除油效率高，再生能力强的特点哺】。 冷冻处理是利用溶剂和溶质的冰点不同而将溶剂水从废液中分离出 来，并且使得废液得到浓缩的一种方法。经冷冻处理后的废水残液量大 大减少，对残液再一次处理的成本也相应降低，废水处理过程中所产生 的冰块可作为食品厂冷藏食品的冷源再利用，从而大大降低冷冻处理废 水的运行成本i r , $ l 。 废水的回用是缓解用水紧张问题的一个经济有效的方法，这就必须 对二级处理出水作深度处理。深度处理中常用的方法之一是过滤，一般 采用砂滤池或负荷滤料滤池。按滤速大小分慢速砂滤池和快速滤池( 重 力式、压力式耜多层式) 。一般单层砂滤池的滤速为8 1 2 m h ”。有时 也将过滤作为预处理，王以强在文献 7 中所介绍的膜处理法，就是采用 多次过滤作为预处理的。文献 9 中介绍了采用纤维材料和聚合电解质作 过滤材料处理食品废水以回收废水中的蛋白质和其它可生物降解的物 质，回收物作动物饲料，过滤后出水的t s s 、t k n 、氨、油脂含量大大降 低，其中b o b 去除率可达9 0 。 2 化学法 中和法、氧化还原法( 投加氧化剂、电解、光氧化等) 、混凝法、 离子交换法、膜分离法( 电渗析法、反渗透法等) 都属于化学处理法。 化学处理工艺主要用来除去水中的细微悬浮物和胶体杂质。 混凝法食品加工废水处理中所用的化学处理工艺晟常用的是 混凝法。混凝法不能单独使用，必须与物理法中的沉淀法、澄清法或气 浮法结合使用，构成混凝沉淀或混凝气浮，混凝沉淀可作为生物处理的 预处理，也可作为生物处理后的深度处理。混凝法中采用的混凝剂可分 为无机盐混凝剂、有机高分子混凝剂、和微生物混凝剂( m b f ) 。常用的 无机盐混凝剂有石灰、硫酸铝、三氯化铁，聚合氯化铝、聚合硫酸铁， 无机盐混凝剂存在使用量大，产泥量高，污泥难脱水，部分具毒性等缺 点。有机高分子混凝剂有聚丙烯酰胺，壳聚糖1 10 1 等，有机高分子混凝剂 价格昂贵，且易产生二次污染，经常作为助凝剂使用。微生物混凝剂是 由微生物直接制取或通过提炼其代谢产物而得的一类天然高分子化合 物，它与前两者相比，具有高效、无毒、易生物降解、无二次污染等优 点，而且具有很好的脱色效果”i 。 5 华南理工大学硕士学位论文 膜处理技术与其它废水处理技术相比，膜技术具有高效、节能、 设备简单、操作方便等优点，因而其在工业废水处理领域得到广泛的应 用，并显示了有着广阔的应用前景。采用膜处理技术处理食品加工废水 的主要目的是回收有用物质，降低c o d 值等，它是分离食品废水中的有用 物质最常用的方法，处理后出水水质好，常可以作为回用水使用，因此 该法也是食品废水回用最常用的方法【1 3 - “l 。食品加工中采用的膜处理技术 主要有超滤( u f ) 、反渗透( n o ) 、纳滤( n f ) 或低压反渗透膜处理( l p r 0 2 ) 、 膜生物反应器( m b r ) 等。采用膜处理技术分离回收大豆乳清废水中的 蛋白和低聚糖，是目前最有前途的大豆乳清废水处理方法 15 1 。哈高科大豆 食品有限公司大豆乳清蛋白废水处理工程日处理能力为3 4 0 t d ，采用u f 一二级n f 回收工艺处理车间排放的大豆乳清废水，该工程于2 0 0 0 年投产， 至今运行良好m - ”】。采用u f n f r o 工艺处理大豆乳清废水的处理试验研究 证明u f 处理后的乳清废液，再经n f 浓缩1 0 倍后，浓缩液中总糖约有7 7 被截留，其中功能性低聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达9 0 以上 1 b , t9 1 。 味精废水属于高浓度难降解有机废水，传统生物处理技术很难使其达标 排放。其废水中菌体蛋白占有机成分的3 0 4 0 ，可用来制成饲料或单 细胞蛋白粉。采用超滤膜可去除废水中的菌体和大分子蛋白等成分，并 将其回收制成蛋白再秘用。目前我国采用超滤工艺处理味精废水尚处在 试验研究阶段【1 5 - ”i 。王以强在文献 7 中介绍了一种膜处理技术，采用砂 滤一精滤一膜处理一消毒工艺，处理后的出水各项指标基本可以达到饮 用水标准。文献 2 中研究证实了采用预处理一二级n f 或l p r 0 2 一u v 消毒 的联合工艺回收利用三种食晶加工的低污染废水一牛奶加工工序的蒸汽 冷凝液，肉加工工业的冷却水，瓶子清洗机械的洗涤废水的可行性。文 献 2 1 对采用r o 和n f 技术处理食品废水进行研究，研究证明：r 0 处理后 的废水可以直接排放或回用，而n f 处理后废水的c o d 比r o 处理后的c o d 值 高，出水只能排入下水道或做进一步处理。此外，采用m b r 一二级n f u v 消毒工艺处理食品加工废水，利用膜分离技术、生物工程技术、电子技 术等复合技术处理食品加工废水，采用u f 法处理密糖酒精废水和马铃薯 淀粉废水以及采用n f + u v + 氯处理法回收腊肠生产厂冷凝水的研究均已获 得很大成效1 2 o _ ”，2 2 ，2 3 t ”i 。 m b r 是膜技术和生物技术结合而形成新的污水处理法【2 7 l 。有机污染物 和氮浓度较高的食品加工废水，传统上通常采用厌氧好氧活性污泥法处 理，但采用这种方法处理易发生污泥膨胀，而且占地面积大，因此限制 了它的广泛应用。m b r 法改善了传统方法的缺点，由于引进膜技术，使得 m b r 法生物反应器中微生物浓度较高，适于处理高浓度废水，提高出水水 6 第一章绪论 质，而且占地少。m b r 法污泥停留时间( s r t ) 和h r t 可以分别独立控制， 较长的s r t 有利于生长缓慢的微生物( 比如硝化细菌) 生长，可操作性强。 但目前采用m b r 法处理食品加工废水同时去除有机物和氮的相关研究还 较少。文献 2 8 对m b r 法处理食品加工废水进行试验研究，研究证明m b r 对浊度、悬浮物的去除率和混合液污泥浓度( m l s s ) 有关，当其它条件 相同时，m l s s 为4 3 4 0 5 3 9 0 m g l 时较m l s s 为6 3 3 0 1 0 7 8 0 m g l 时去除效果 好。亦表明在m b r 反应器中超滤膜或者微滤膜所放霆的位置很重要 2 9 , a o l 。 文献 3 1 对采用缺氧好氧m b r 法处理食品加工废水进行小试试验研究， 研究结果表明，在保证缺氧反应器h r t 去除率不变的条件下，h r t 变化对 c o d 、n h 。+ - n 和t n 去除效果影响不大。当m b r 的s r t 减少时，出水c o d 较稳定， 但n h + 一n 含量升高，这可能是由于硝化菌流失导致的结果。采用这种方法 可以处理c o d 和n 的负荷分别为3 4k g m 3 d 和1 2 6k g m 3 d 的食品 加工废水。 采用膜处理技术处理食品加工废水，膜污染的控制仍为首要问题。 张忠波等人对采用m b r 处理食品加工废水的工程效果及离线、在线膜化 学清洗进行研究，研究结果指出离线和在线化学清洗是控制膜污染的有 效手段m l 。 微电解法采用微电解法处理制糖及啤酒等食品加工废水行之有 效。在焦碳粒与铁屑构成的微电池的作用下，废水中难生化的有机污染 物被分解成为容易生化分解的小分子有机物。同时，铁屑腐蚀产生吸附 能力很强的f e ( o h ) 。及f e ( o h ) 。活性胶体絮状物可以将废水中的悬浮 物和微电池反应产生的不溶物及一些有机物质吸附，以共沉淀形式或载 带吸附形式除去。试验证明：当进水p h 为4 5 ，铁屑用量1 2 ，反应时 间为l o m i n 时，静态小试微电解法的除污能力大于7 0 ：而微电解法与 u a s b 组合流程的除污能力可达到9 0 以上f 3 3 i 。 3 生物法 食品加工废水可生化性好，生物法是其主要的二级处理工艺，目的 在于降解c o d 、b o d 。生物处理工艺可分为好氧工艺、厌氧工艺、稳定塘 工艺、土地处理工艺以及上述工艺结合而成的各种各样的组合工艺。 ( 1 ) 好氧生物处理工艺好氧生物处理工艺根据所利用的微生物的 生长形式分为活性污泥工艺和生物膜法工艺。前者包括传统活性污泥法、 阶段曝气法、生物吸附法、完全混合法、延时曝气法、氧化沟、间歇活 性污泥法( s b r ) 等。后者包括生物滤池、生物转盘( 筒) 、生物接触氧 化法、好氧硫化床等。 7 华南理工大学硕士学位论文 活性污泥工艺采用活性污泥工艺处理食品加工废水的有机负 荷范围在0 0 1 0 5 k g b o d ( k gm l v s s d ) 之间，m l s s 的浓度保持在2 5 0 0 m g l ，运行正常的活性污泥系统中b o d 去除率通常超过9 0 1 3 l 。根据食 品加工废水不同的水质，需要设置不同的预处理单元，例如对于含盐量 较高的食品加工废水，通常在进入活性污泥处理单元前采用酸碱中和以 调节p h 值1 3 4 1 。对于非连续捧放的食品加工废水，采用s b r 法处理较为经 济有效 s 5 - s o 。纪荣平等介绍了采用s b r 法处理扬州食品制造总厂生产废水 的工艺和运行情况，并指出当进水c o d 在6 9 3 1 5 3 0m g l 时，经s b r 处 理后的出水可达到国家污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 ) ，主要污染 物c o d 1 0 0m g l1 3 7 l 。氧化沟技术是一种较新并行之有效的食品废水处 理方法。吸附生物降解法( a b ) 是活性污泥法的一种变型，是一种处理 高浓度食品加工废水的好途径。文献 3 8 ，3 9 】中介绍了采用a b 工艺处理 食品加工废水的运行情况，实践证明处理后c o d 。b o ds 、s s 的去除率均 可达到9 0 以上，n h 。、n 及动植物油等其它污染物均可达到国家行业排 放标准。文献 8 中介绍了一种提高食品厂废水处理系统的工艺一在特定 条件下培养高效低成本的土壤菌处理食品加工废水的工艺( 简称b s m 工 艺) ，采用这种方法不易滋生霉菌、不产生恶臭且适应负荷变化能力提 高。 采用活性污泥工艺处理食品加工废水，防止和控制污泥膨胀产生至 为重要。有些食品加工废水，如酿酒废水和乳制品生产废水，采用活性 污泥工艺极易出现污泥膨胀的问题，其原因之一是有机负荷过高( 超过 0 4k g b o d ( k g m l v s s d ) ，或是营养缺乏。而s b r 工艺不易发生污泥膨 胀，主要原因是通过基质控制来抑制丝状菌的过度生长，使菌胶团细菌在 系统中处于竞争优势，但对于处理易生物降解和溶解性有机废水的高负 荷s b r 系统，一定要确保其溶解氧的充足供给，并考虑合理调整运行以降 低负荷，否则也有可能出现污泥膨胀的问题“。 生物膜法工艺采用生物膜法处理食品加工废水，最早的是生物 滤池。生物滤池一般采用两级串连的形式。第一级一般按高负荷生物滤 池设计，水力负荷为8 4 0 m 3 ( m2 d ) ，有机负荷为0 4 4 8 k g b o d ( i n 3 d ) ； 第二级一般按生物滤池设计，水力负荷为1 4 1 1 13 ( m2 d ) ，有机负荷为 0 0 8 0 4 0 k g b o d ( m3 d ) 。用普通生物滤池处理高浓度的肉类加工废水 和啤酒废水时，滤池易堵塞，运行不易正常。此时常采用塔式生物滤池， 其水力负荷可达9 0 15 0 m 3 ( m2 d ) ，有机负荷为1 1 2 4 k g b o d ( m3 d ) ， 耐冲击负荷能力强，不易发生堵塞。文献 4 1 中分别对单级和三级生物 滤池系统处理食品加工废水进行研究，实验研究表面，两个系统对c o d 8 第一章绪论 的去除效率都可以达到9 6 以上，但是系统的性能却有很大差别，它和 生物量的固定性能等因素有关，同时提出，为了避免产生起泡现象，最 好在好氧处理之前先除去大部分油脂污染物。文献 4 2 中针对高油脂食 品废水，采用了一种高效油脂分解菌分解油脂，只需在系统中投入经培 养的高浓度油脂分解菌，系统即可免去除油预处理装置。 生物接触氧化法又称淹没式生物滤池或浸没式生物滤池，它具有活 性污泥法和生物膜法两者的优点，其有机负荷与进水有机物浓度有关。 文献 4 3 中介绍的一种食品有机废水综合治理与资源化利用的方法，采 用生物接触氧化法对废水进行预处理，处理后出水用于作物灌溉，研究 证明对于小型乡镇食品加工厂采用这种方法先对废水进行预处理后用于 作物灌溉，不仅促进了作物生长发育和增产增收，同时也降低了废水的 治理费用，为中小食品企业废水的综合治理开辟了条新的途径。文献 4 4 中研究证明采用生物接触氧化法处理食品加工废水，当进水c o d 负荷 为1 5 0 0 3 0 0 0 m g l 时，废水的浊度和c o d 去除率分别高达9 9 和9 7 。二 段生物接触氧化法处理高浓度有机废水处理效果较好，广州某糖果厂采 用二段生物接触氧化法处理糖果生产废水，日处理量2 5 0 m3 ，小试和工程 实践表明，当废水b o d s 为9 0 0 9 5 0 m g l ，c o d 。，为1 4 0 0 17 0 0 m g l ，s s 为 1 6 0 2 7 0 m g l ，动植物油1 0 3 0 m g l ，处理后总b o d 。和c o d 。，的去除率能够 达到9 7 4 和9 6 0 以上。出水全部指标达到地方污水排放标准1 4 5 1 。 采用生物转盘处理食品加工废水时，有机物去除率与单位盘面负荷 有关，单位盘面负荷愈低，处理效率愈高t3 1 。文献 4 6 中采用生物转盘法 处理甜菜制糖废水，实践证明了采用该法处理食品工业废水具有许多独 特的优点，处理效果好。但目前对生物转盘处理食品加工废水的研究还 很少。 移动床生物膜法( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o t ，简称m b b r ) 是在 硫化床基础上产生的一种灰水处理新技术，是生长生物膜的载体层在废 水中不断流动的生物接触氧化法，即反应器中通过曝气的作用推动填料 随水移动，同时在反应器出口处设置多孔滤筛以防止填料流失。它所使 用的载体一般为聚乙烯中空圆柱体。天津环境工程系采用开发出的新型 移动生物膜填料进行厌氧一好氧m b b r 串联工艺处理冰淇淋食品废水的试 验，研究表明该系统的c o d 去除率高达9 0 ，其中厌氧部分的c o d 去除 率为6 0 9 0 ，好氧部分c o d 去除率为7 0 8 0 】。采用m b b r 法处理 食品加工废水在欧美已广泛应用，许多工程实例表明，该法有很好的处 理效果l 。 ( 2 ) 厌氧生物处理工艺 厌氧生物处理工艺适用于食品加工废水， 9 华南理工大学硕士学位论文 主要原因是食品废水中含易生物降解的高浓度有机物，且无毒性。此外， 厌氧处理动力消耗低，产生的沼气可作为能源，产生的剩余污泥量少， 且厌氧处理系统全部密封，利于改善环境卫生，可以季节性或间歇性运 转，污泥可长期贮存。因此。厌氧生物处理是一项具有经济效益的处理 技术。但是，厌氧生物处理后的出水达不到直接排入水体的要求，它一 般作为好氧工艺的前处理，或者作为排放到城市下水道之前的预处理。 厌氧生物处理工艺也可分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法。前者 包括厌氧接触消化法、升流式厌氧污泥床( u a s b ) 、膨胀颗粒污泥床 ( e g s b ) 、水力循环厌氧接触池等，后者有厌氧生物滤泡( a f ) 、厌氧 生物转盘、厌氧膨胀床、厌氧硫化床等。厌氧生物处理工艺对温度比较 敏感，温度在3 5 或5 5 条件下效果最好。但是，其中u a s b 、a f 法 即使温度低至1 5 3 0 ，容积负荷低于5 。o k g c o d m3 d 时，c o d 去除率 仍可以达到8 0 以上，所以在巴西，采用这两种方法处理食品加工废水 应用最为广泛 4 9 1 。 厌氧接触渭化法厌氧接触消化法是对传统消化池的一种改进。 是将从消化池溢出的混合液脱除溶解气体后，经沉淀池分离固体物，再 将沉淀池的污泥回流入消化池。由于增加了污泥的停留时间，因而提高 了厌氧消化池的负荷能力和处理效率。 a f 工艺a f 属生物膜法，由于填料上附着大量的厌氧微生物，因 而负荷能力较高，具有结构简单，耐冲击负荷，操作简便的优点，但易 堵塞。 u a s b 工艺u a s b 是一种高效厌氧反应器。具有结构紧凑、简单， 无需搅拌装置，负荷能力高、污泥颗粒化，处理效果好，操作管理简便 等优点。其设计关键是布水系统、气液固三相分离和集水系统的设计。 对食品( 豆制品、乳制品、啤酒) 加工过程中产生的中、低浓度有机废水 可采用上流式厌氧污泥床( u a s b ) 与基本无动力消耗的滴滤床( t f ) 相结合 的u a s b - t f 工艺进行处理。当进水c o d 浓度为1 0 0 0 3 0 0 0 m g l 时，出水 c o d 浓度可降至5 0 9 0 m g l ，此工艺对季节性生产废水的处理也非常适 合1 5 “。果汁加工厂废水中含有大量的有机酸，p h 值偏酸性，悬浮固体含 量高，营养成分单一，采用u a s b 单元处理之前先调节它的营养成分和酸 碱度，c o d 去除率可达到8 0 - - 9 0 】。采用u a s b 法处理蔬菜加工厂生 产冷冻食品的废水，当废水温度高达8 0 9 0 ，仍能使c o d 去除率达到 8 0 以上1 5 2 , 5 3 1 。文献 5 4 中对u a s b 处理糖果厂废水进行研究，结果证明， 该法c o d 去除率可达8 0 以上，且抗有机负荷冲击的能力强。实验在不 同的滤池高度进行取样，证明了该法沼气的产生可确保滤池内部废水充 1 0 第一章绪论 分混合，并且证实了即使是进水浓度很低，大部分有机物都是在滤池底 部被降解的。文献 5 5 中对采用u a s b 法处理含有较多挥发性脂肪酸和酒 精的食品废水，试验结果表明，当污水c o d 负荷为1 2 9 9 l 时，采用u a s b 处理该废水，c o d 去除率保持在9 6 以上，而且产甲烷率较高，而当污 水c o d 负荷超过1 5 3 9 l 时，c o d 去除率下降，出水水质变差。 e g s b 工艺e g s b 是一种新型的厌氧处理方法。它使用适当的三 相分离器和布水系统，可使装置在膨胀状态下工作。处理高浓度有机废 水时，因废气产量大，水流在气流的带动作用下上升的速度高达5 6 m h ， 在反应器中部颗粒污泥膨胀率为4 0 左右，这样污泥达到较高的高度可 以使污泥更好地与可生物降解的有机物接触，获得较好的处理效果。采 用这种方法处理酒精厂玉米酒精槽液废水的研究表明，c o d 去除率可达 9 0 5 8 1 。 其它厌氧生物处理工艺文献 5 7 中介绍了一种完全混合的厌 氧生物反应器和板框式超滤膜组件构成的厌氧膜生物反应器，并对采用 该反应器处理上海国福龙风食品有限公司的高浓度食品废水处理进行研 究，所用膜组件装填面积为0 6 4 m2 ，膜材质为聚醚砜( p