近年來大健康概念逐漸成為飲料行業(yè)的主流趨勢，消費(fèi)者對于高含糖量、高熱量飲料的偏好度持續(xù)走低。含乳飲料和植物蛋白飲料等蛋白質(zhì)飲料因其在健康需求上能夠提供補(bǔ)腦、補(bǔ)鈣、促消化、促進(jìn)睡眠等一系列相關(guān)功能，逐漸成為更多人的選擇。乳酸菌飲料是指以乳或乳制品為原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵制得的乳液中加入水、食糖或甜味劑、酸味劑、果汁、茶、咖啡、植物提取液等的一種或幾種調(diào)制而成的飲料。飲料廢水主要來自殺菌廢水、CIP設(shè)備清洗廢水、生產(chǎn)車間地面沖洗廢水以及殘次品、不合格產(chǎn)品的廢液。
浙江某飲料企業(yè)主要生產(chǎn)乳酸菌飲料及乳酸菌水飲料，產(chǎn)生的廢水量大，其中有機(jī)物濃度高、pH值波動(dòng)大。為保證廢水達(dá)標(biāo)排放，企業(yè)配套一套處理能力為1200m3/d的污水處理系統(tǒng)，出水水質(zhì)要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處理系統(tǒng)的核心工藝是復(fù)合式水解酸化器和生物接觸氧化法組合處理工藝。
近年來針對如酒糟廢液、乳制品廢水和畜禽糞便廢水等可生化性好、有機(jī)物濃度較高的廢水，可利用水解酸化法去除其中的高濃度懸浮物，水解酸化反應(yīng)器亦可替代初沉池，在將污水中不易生物降解的大分子有機(jī)物降解為易生物降解的小分子有機(jī)物同時(shí)也可以在一定程度上降低有機(jī)物總量。生物接觸氧化法是以生物膜為凈化主體的一種高效水處理工藝，兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，因其具有高效節(jié)能、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)被廣泛用于各行業(yè)的污水處理。基于以上特點(diǎn)，水解酸化+生物接觸氧化組合工藝被廣泛用于印染、電鍍、食品加工等多個(gè)行業(yè)的污水處理。文章以浙江某飲料企業(yè)廢水處理工程為例，對其污水處理工藝流程、主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)、運(yùn)行效果和運(yùn)行成本進(jìn)行介紹。
1、廢水 >
廢水處理規(guī)模為1200m3/d，包括殺菌廢水、CIP設(shè)備清洗廢水、地面沖洗廢水及生活污水，尤以殺菌廢水和CIP清洗廢水的水量和污染物濃度較高。乳酸菌飲料產(chǎn)品采用熱水噴淋殺菌，殺菌過程中熱水與飲料包裝物接觸，并不與飲料直接接觸，但在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)有少量飲料包裝物會(huì)出現(xiàn)破損導(dǎo)致殺菌水受到污染，作為污水排放。CIP清洗系統(tǒng)會(huì)先后使用堿性清潔劑與酸洗清潔劑及輕松清洗生產(chǎn)設(shè)備管道，調(diào)配及灌裝時(shí)會(huì)有微量奶粉、檸檬酸、糖類殘留在設(shè)備上，隨CIP設(shè)備清洗時(shí)進(jìn)入廢水中。各類廢水水量及水質(zhì)情況詳見表1。
2、廢水處理工藝流程
車間生產(chǎn)廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后進(jìn)入集水井，在集水井前設(shè)置粗細(xì)格柵隔除雜物，然后廢水經(jīng)泵抽入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)均量，在調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)空氣攪拌系統(tǒng)，可以起到攪拌作用，防止有機(jī)物沉淀。廢水經(jīng)泵提升至中和池將pH值調(diào)整至中性后流入水解酸化池，水解酸化池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)以保證泥水充分混合，通過水解-酸化反應(yīng)，水中大分子有機(jī)物(如蛋白質(zhì))轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，在降解部分有機(jī)物的同時(shí)提高了廢水可生化性。之后廢水流入接觸氧化池，有機(jī)物在微生物凝聚、吸附、氧化等作用下降解，氨氮?jiǎng)t通過硝化作用轉(zhuǎn)化為(亞)硝酸鹽。接觸氧化池出水進(jìn)入二沉池，污泥經(jīng)污泥泵回流入接觸氧化池(部分補(bǔ)充至水解酸化池)，二沉池出水流入混凝反應(yīng)池加入絮凝劑后進(jìn)入終沉池沉淀，出水達(dá)標(biāo)排放。
污泥處理：污泥主要為生化剩余污泥及部分終沉物化污泥，定期污泥泵排入污泥池。污泥池內(nèi)的污泥經(jīng)壓濾機(jī)脫水處理，濾液流入調(diào)節(jié)池，泥餅定期由環(huán)衛(wèi)部門外運(yùn)進(jìn)行安全處置。
3、主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)
各主要構(gòu)筑物尺寸見表2。
3.1 格柵井及調(diào)節(jié)池
在格柵井設(shè)置粗、細(xì)格柵裝置，用以攔截廢水中混有的瓶蓋﹑錫紙等細(xì)小雜物，避免潛污提升泵被堵塞，從而降低維修頻率。粗格柵建議選用10.0~15.0mm的柵距，細(xì)格柵選用柵距為3.0~5.0mm的柵距。
考慮車間排水的周期性及排水濃度、水質(zhì)的變化，設(shè)置有足夠停留時(shí)間的調(diào)節(jié)池，HRT=20h。池底設(shè)置穿孔曝氣管道，進(jìn)行間歇曝氣攪拌(汽水比3∶1)，以更充分的均質(zhì)、均量。
3.2 中和池
CIP設(shè)備管道清洗因清洗劑不同，清洗廢水在不同時(shí)段pH可為強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性，排入調(diào)節(jié)池后雖充分?jǐn)嚢杌旌?，但無法做到完全酸堿中和，加之廢水中的蛋白質(zhì)極易酸化，造成調(diào)節(jié)池廢水通常呈酸性(pH<5)。 因此設(shè)置中和反應(yīng)池,通過投 加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH,保證進(jìn)入生化系統(tǒng)的廢 水 pH 為 6~7。 3.3 水解酸化池 乳酸菌飲料廢水基本沒有有毒物質(zhì)或抑制 劑,可生化性好,雖然有機(jī)物濃度較高,但主要由 些大分子有機(jī)物組成(如增稠劑、蛋白質(zhì)等),大分 子有機(jī)物因相對分子量巨大,不能透過細(xì)胞膜,因 此不可能為細(xì)菌直接利用。 它們在水解階段被細(xì) 菌胞外酶分解為小分子。 例如,纖維素被纖維素 酶水解為纖維二糖與葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解 為麥芽糖和葡萄糖,蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為短 肽與氨基酸等。 這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解 于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。 在酸化階段, 上述小分子的化合物在酸化菌的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更 為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外,從而更利于后 續(xù)好氧生物降解。 厭(缺)氧微生物為異養(yǎng)型微生 物細(xì)菌,必須從環(huán)境中汲取養(yǎng)分,將部分有機(jī)物降 解用于合成自身細(xì)胞,而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物濃度下降。><5)。因此設(shè)置中和反應(yīng)池，通過投加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH，保證進(jìn)入生化系統(tǒng)的廢水pH為6~7。
3.3 水解酸化池
乳酸菌飲料廢水基本沒有有毒物質(zhì)或抑制劑，可生化性好，雖然有機(jī)物濃度較高，但主要由些大分子有機(jī)物組成(如增稠劑、蛋白質(zhì)等)，大分子有機(jī)物因相對分子量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。它們在水解階段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如，纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。在酸化階段，上述小分子的化合物在酸化菌的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外，從而更利于后續(xù)好氧生物降解。厭(缺)氧微生物為異養(yǎng)型微生物細(xì)菌，必須從環(huán)境中汲取養(yǎng)分，將部分有機(jī)物降解用于合成自身細(xì)胞，而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物濃度下降。
采用完全混合式水解反應(yīng)器，在池內(nèi)填充Ø180×80H型組合填料，其結(jié)構(gòu)是將塑料圓片壓扣改成雙圈大塑料環(huán)，并將醛化纖維或滌綸絲壓在環(huán)的環(huán)圈上，使纖維束均勻分布，以利于微生物掛膜并提高膜面積。內(nèi)圈是雪花狀塑料枝條，既能掛膜，又能有效切割氣泡，提高氧的轉(zhuǎn)移速率和利用率。每個(gè)水解酸化池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，推流方向呈對角，并與廢水過流方向交叉，從而維持污泥和廢水處于一個(gè)穩(wěn)定的混合狀態(tài)。水解池的水力停留時(shí)間為12h，容積負(fù)荷取1.5~2.5kg[CODCr]∕(m3·d)，溶解氧的質(zhì)量濃度控制在0.1~0.5mg/L之間。
3.4 接觸氧化池
好氧階段采用生物接觸氧化工藝。該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、無污泥膨脹、能耗節(jié)約，且操作簡單、管理方便等特點(diǎn)。接觸氧化池分四格串聯(lián)布置，池內(nèi)填充Ø180×80H組合填料，可大大增加單位容積的生物膜面積，強(qiáng)化污染物的傳遞和生物膜的脫落，組合填料填充率約70%。池底上方20cm設(shè)置Ø215型盤式微孔曝氣器，氧氣利用率為20%~25%，選用低噪音、節(jié)能型三葉羅茨風(fēng)機(jī)供氧，并配置重載型變頻器，可通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率以控制溶解氧濃度，四格好氧池內(nèi)溶解氧濃度依次控制為1~2mg/L、2~3mg/L、3~4mg/L、4~5mg/L。接觸氧化池的水力停留時(shí)間為12.0h，容積負(fù)荷取0.8~1.5kg[BOD5]/(m3·d)，污泥濃度控制在3000~4000mg/L，污泥齡12~14d。
3.5 二沉池
二沉池采用輻流式沉淀池，設(shè)置中心傳動(dòng)刮泥機(jī)。沉淀池表面負(fù)荷取1.0m3/(m2·h)，二沉池設(shè)置污泥回流泵，回流比50%~100%。二沉池污泥同時(shí)回流至水解酸化池進(jìn)水端和接觸氧化池進(jìn)水端，回流量比值1∶4。
3.6 終沉池及污泥脫水系統(tǒng)
終沉池采用輻流式沉淀池，設(shè)置中心傳動(dòng)刮泥機(jī)。沉淀池表面負(fù)荷取1.0m3/(m2·h)，二沉池設(shè)置污泥回流泵，回流比50%~100%，終沉池前端設(shè)置混凝反應(yīng)池，視二沉池出水水質(zhì)投加混凝、絮凝劑，以保證出水SS正常。該項(xiàng)目所產(chǎn)生污泥主要為生化剩余污泥及部分終沉混凝反應(yīng)產(chǎn)生的物化污泥，污泥脫水采用廂式壓濾機(jī)脫水，即污泥池中的污泥通過氣動(dòng)隔膜泵打入壓濾系統(tǒng)，壓濾機(jī)采用XMZ100/1000-UB一臺(tái)，過濾面積100m2。
4、工程運(yùn)行效果與分析
4.1 運(yùn)行情況
該廢水處理系統(tǒng)于2019年2月份開始調(diào)試運(yùn)行，經(jīng)過三個(gè)月的運(yùn)行，處理效果較好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，生化系統(tǒng)處理效果詳見圖2、圖3。
由圖2可見，生化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，在28天的運(yùn)行過程中，在進(jìn)水CODCr為872~1389mg/L條件下，水解酸化池出水CODCr在430~902mg/L，平均去除率40.13%。再經(jīng)生物接觸氧化處理后，出水CODCr保持在52~137mg/L。最后經(jīng)混凝沉淀處理，最終外排出水CODCr為29~94mg/L，低于排放標(biāo)準(zhǔn)要求100mg/L。
在乳制品廢水中，氨氮的濃度并不高，氮元素主要以有機(jī)氮，如蛋白質(zhì)的形式存在。在厭氧或者缺氧狀態(tài)下，蛋白質(zhì)分解，有機(jī)氮轉(zhuǎn)換為氨氮。如圖3所示，生化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，在28天的運(yùn)行過程中，進(jìn)水NH+4-N濃度為5.8~15.0mg/L，而水解酸化池出水NH+4-N濃度達(dá)到13.0~28.0mg/L。經(jīng)生物接觸氧化處理后，大部分NH+4-N經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮，最終外排出水NH+4-N濃度在0.8~3.8mg/L左右，低于排放標(biāo)準(zhǔn)要求15mg/L。
水解酸化+生物接觸氧化工藝能有效降解去除乳酸菌飲料生產(chǎn)廢水的污染物，其中CODCr的平均去除率達(dá)到94.23%，NH+4-N的平均去除率達(dá)到79.40%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
4.2 直接運(yùn)行成本分析
該項(xiàng)目總投資355萬元，正常生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用為1.19元/噸水，主要費(fèi)用組成詳見表3。
5、結(jié)論與建議
(1)采用水解酸化+生物接觸氧化工藝處理乳酸菌飲料生產(chǎn)廢水，CODCr平均去除率達(dá)94.23%，NH+4-N的平均去除率達(dá)到79.40%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)針對運(yùn)行期間存在的問題及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：
a.對于CIP清洗廢水濃度高、pH波動(dòng)大的特點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置單獨(dú)收集池及收集管路，避免生產(chǎn)高峰期間對生化系統(tǒng)形成沖擊負(fù)荷，同時(shí)可以避免酸堿性廢水對格柵井、集水池設(shè)備的腐蝕。
b.該類廢水極易水解酸化，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注生化前端pH調(diào)節(jié)反應(yīng)效果。在調(diào)節(jié)池內(nèi)可選擇潛水?dāng)嚢杵魈娲┛灼貧夤苈?，提供缺氧環(huán)境以利于“預(yù)酸化”更充分。
c.水解酸化池出水帶有部分污泥進(jìn)入接觸氧化池，建議在水解酸化池末端設(shè)置沉淀池以截留缺氧污泥，可以減輕對前端好氧池的沖擊，也有利于調(diào)試期間缺氧污泥的培養(yǎng)。
d.污泥脫水濾布容易堵塞，應(yīng)注意及時(shí)清洗更換濾布，在不計(jì)較投資成本的前提下可選用帶式壓濾機(jī)替代廂式壓濾機(jī)。( >
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