食品工業(yè)廢水處理節(jié)能研究
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食品工業(yè)包括制糖、釀造、肉類、乳品加工等，食品工業(yè)的廢水主要來源于原料的處理、洗滌、脫水、過濾、脫酸、脫臭和蒸煮過程中產(chǎn)生的，這些廢水含有大量的有機(jī)物、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸和碳水化合物，具有很強(qiáng)的耗氧性，如果不經(jīng)處理直接排入水體會大量消耗水中的溶解氧，從而造成水體缺氧，造成水生生物的死亡。食品工業(yè)廢水油脂含量高，多伴隨大量懸浮物隨廢水排出，其中動物性食品加工排出的廢水還可能含有病菌，此外，這些廢水還含有銅、錳、鉻等金屬離子。近年來，隨著食品加工業(yè)的快速發(fā)展，每年由此產(chǎn)生的廢水量也呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，許多廢水未經(jīng)有效處理便被直接排放，給環(huán)境產(chǎn)生了十分嚴(yán)重的破壞。因此，探討食品工業(yè)廢水處理對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1食品工業(yè)廢水處理工藝現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)外對于食品工業(yè)廢水的處理過程中主要采用的是生物處理工藝，其中主要包括有好氧生物處理工藝、厭氧生物處理工藝，以及由好氧生物處理工藝與厭氧生物處理工藝相結(jié)合的處理工藝。在好氧生物處理工藝方面，主要有活性污泥法（目前實(shí)際應(yīng)用較為廣泛的主要有SBR法）和生物膜法（具有代表性的是曝氣生物濾池法）。由于厭氧生物處理工藝相較于好氧生物處理工藝無論在后期的運(yùn)行管理費(fèi)用還是前期的基建投資方面的費(fèi)用都有較大優(yōu)勢，其中比較具有典型的處理工藝有厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）工藝、第三代厭氧處理工藝———厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）被廣泛應(yīng)用到了食品工業(yè)廢水處理中。此外，厭氧生物處理工藝在處理食品工業(yè)廢水方面具有良好的處理效果[1]。
2各種工藝特點(diǎn)及應(yīng)用效果分析
目前國內(nèi)外，食品工業(yè)廢水的處理以生物處理[2]為主。在實(shí)際中運(yùn)用較廣，技術(shù)較為成熟的主要有厭氧接觸法、厭氧污泥床法、淺層曝氣、延時(shí)曝氣、曝氣沉淀池法等等。
2.1好氧生物處理工藝
好氧生物處理是在不斷供氧的環(huán)境中，利用好氧微生物來氧化有機(jī)物。在好氧過程中，微生物對復(fù)雜的有機(jī)物進(jìn)行分解，一部分被轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機(jī)物CO2、H2O和NH3，一部分則由微生物合成為新細(xì)胞，最后去除污水中的有機(jī)物。
2.1.1SBR法，即間歇式活性污泥系統(tǒng)（又叫序批式間歇活性污泥法）。SBR法目前在國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛，生物反應(yīng)池中集中了生物降解過程、沉淀過程以及污泥回流功能為一體，這種工藝比較簡單，它是在以前間歇式活性污泥工藝基礎(chǔ)上發(fā)展來的一種新工藝，采用SBR法處理廢水的運(yùn)行過程一般包括了進(jìn)水、充氧曝氣、靜止沉淀、排水和排泥五個步驟。與連續(xù)性活性污泥工藝相比，該工藝具有的有點(diǎn)主要有：曝氣池兼具二沉池的功能，不設(shè)二沉池，也沒有污泥回流設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于管理；耐沖擊負(fù)荷，一般無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；反應(yīng)推動力大，較為簡便的得到優(yōu)質(zhì)出水水質(zhì)；污泥沉淀性能好，SVI值較低，便于自控運(yùn)行，后期維護(hù)管理也較為簡便。居華[3]通過SBR法在醬油、醬菜食品廢水處理中的應(yīng)用研究后得出，原廢水CODcr在2000mg/L～4000mg/L范圍內(nèi)，經(jīng)SBR法處理后出水水質(zhì)得到了二級標(biāo)準(zhǔn)，去除率達(dá)96%以上，沒有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，而且操作管理方便，占地面積小，運(yùn)行的費(fèi)用也低。
2.1.2BAF法，即曝氣生物濾池法。這種工藝最早可以追溯上個世紀(jì)80年代，是由歐美等國家應(yīng)用和發(fā)展起來的，大連馬欄河污水處理廠是我國最早采用BAF工藝。該工藝是在生物接觸工藝基礎(chǔ)上，在濾池中填裝陶粒、石英砂等粒狀填料，以填料及其附著生產(chǎn)生物膜為介質(zhì)，發(fā)揮生物的代謝功能，通過物理過濾功能，發(fā)揮膜和填料的截留吸附作用從而實(shí)現(xiàn)污染物的高效處理。廖艷[4]等采用混凝—ABR與曝氣生物濾池（BAF）聯(lián)合處理工藝，對某市肉聯(lián)廠高濃度廢水化學(xué)需氧量和氨氮的去除研究后發(fā)現(xiàn)，化學(xué)需氧量和氨氮的去除效果從原水時(shí)的1500mg/L～4500mg/L、30mg/L～85mg/L，經(jīng)處理后出水COD＜100mg/L，氨氮＜50mg/L，達(dá)到了國家一、二級排放標(biāo)準(zhǔn)，取得良好的環(huán)境和社會效益。
2.1.3MBR法，即膜生物反應(yīng)器法。是上個世紀(jì)90年代逐漸發(fā)展起來的一種廢水處理技術(shù)，該工藝是將膜組件替代傳統(tǒng)的二沉池，實(shí)現(xiàn)固相和液相分離。其實(shí)質(zhì)是把細(xì)菌和微生物以生物膜的方式附著在固體表面上，以污水中的有機(jī)物為營養(yǎng)物進(jìn)行新陳代謝和生長繁殖，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)凈化污水的效果。該工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊力，對水質(zhì)和水量變化具有較強(qiáng)適應(yīng)性；污泥產(chǎn)量較低且沉降性能優(yōu)，易于固液分離；對于低濃度污水也可以進(jìn)行處理，在正常運(yùn)行時(shí)可以把原水中的BOD5由20mg/L～30mg/L降至5mg/L～10mg/L；運(yùn)行費(fèi)用也不高，管理方便。張亮平，王峰[5]以MBR在湖北某食品廠廢水處理中的應(yīng)用為例進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，采用MBR-活性炭-殺菌聯(lián)合工藝，出水COD和BOD的去除率達(dá)到了99%以上，系統(tǒng)工藝能耗低，運(yùn)行穩(wěn)定。
2.2厭氧生物處理工藝
在食品廢水處理過程中，厭氧處理法與好氧處理法相比由于產(chǎn)生的污泥少，動力流耗小，管理簡便，既能節(jié)能又能降低成本，逐漸在高濃度有機(jī)廢水行業(yè)———食品工業(yè)廣泛推崇。
2.2.1UASB法，即升流式厭氧污泥床法。該種工藝是由高活性厭氧菌體構(gòu)成的粒狀污泥，在UASB裝置內(nèi)隨上升的氣流呈向上流動的狀態(tài)。處理效率高、性能可靠、能耗低，也不需要填料和載體，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，既可以處理高負(fù)荷廢水，也不會產(chǎn)生堵塞等優(yōu)點(diǎn)。也是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的高速反應(yīng)器之一。王煒，何好啟[6]研究發(fā)現(xiàn)，食品廢水經(jīng)由UASB+接觸氧化法工藝處置后，CODcr、BOD5、SS和植物油由原水濃度的1170mg/L、570mg/L、600mg/L、150mg/L，處置后的效果為60.2mg/L、15.5mg/L、40mg/L和3mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)，且工程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益也良好，總運(yùn)行費(fèi)用約為0.54元/m3，工藝占地小，處理成本低，運(yùn)行方式靈活，值得推廣。
2.2.2EGSB反應(yīng)器，即膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器。該工藝是在UASB基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新厭氧工藝，與UASB工藝相比，EGSB增加了出水的回流，提升了反應(yīng)器中水流的速度，其速度可以達(dá)到5m/h～10m/h，比UASB的0.6m/h～0.9m/h高出近10倍。李克勛[7]等以天津某淀粉廠采用EGSB處理淀粉廢水為例，EGSB的厭氧反應(yīng)器對COD的去除率超過了85%，出水水質(zhì)達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，大量有機(jī)物被去除，后續(xù)單元的處理壓力被減輕，此外，厭氧反應(yīng)器的介入使用，可以產(chǎn)生沼氣作為能源進(jìn)行二次利用，降低運(yùn)行費(fèi)用（總運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用為0.73元/m3•d），具有良好的環(huán)境效益和社會效益。
2.2.3ASBR法，即厭氧序批式活性污泥法。ASBR厭氧序批式活性污泥法最早誕生于上世紀(jì)90年代的美國，是在SBR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該工藝的顯著特點(diǎn)是以序批間歇運(yùn)行，按次序分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀和排水四個步驟，與連續(xù)流厭氧反應(yīng)器相比，該工藝由于不需要大阻力的配水系統(tǒng)，因此極大地減少了系統(tǒng)的能耗，也不會產(chǎn)生斷流和短流，運(yùn)行靈活，抗擊能力較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)厭氧功能，也同時(shí)兼有了SBR的優(yōu)點(diǎn)。
3厭氧生物處理工藝優(yōu)勢分析
與好氧生物處理工藝相比，在食品工業(yè)廢水處理方面，厭氧生物處理工藝具有很多優(yōu)勢：工藝運(yùn)行時(shí)污泥的剩余量非常少，由于不需要附加氧源而降低運(yùn)行管理費(fèi)用；食品工業(yè)廢水有機(jī)物濃度高，而厭氧生物處理工藝擁有良好的抗高濃度有機(jī)物的沖擊負(fù)荷力優(yōu)勢，能夠做到間接性排放；另外，厭氧生物處理工藝能夠產(chǎn)生沼氣，實(shí)現(xiàn)資源的二次利用，真正實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，降低能耗，因此，厭氧處理工藝在食品工業(yè)廢水處理中是一種節(jié)能型廢水處理工藝。作為低能耗而且能夠產(chǎn)生二次能源的厭氧生物處理工藝必將成為食品工業(yè)廢水處理的主流方向[8]。
作者：翁新春 方薇 陳祎斐 單位：浙江東天虹環(huán)保工程有限公司
