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工业有机废水处理技术的研究进展

2014年04月11日  点击:[]

食品工业污水排放量多,而且污水中常含有大量的糖类、蛋白质、脂肪、微生物菌体以及氮、磷的化合物等。同时,食品废水的水力负荷和有机负荷都比较高,对环境的污染非常强烈,尤其会造成水体的富营养化,破坏水体的自净能力。因此,这类废水将不能作为一种有害的废弃物加以处理,而应该用现代生物技术有效地利用废水中的有机成分,既可消除污染,保护环境,又可充分开发利用有机资源。

1.物化处理技术及其应用

(1) 膜分离处理技术 日本最早开发膜分离技术回收食品加工废水中的有效物质,并已取得经济与环境效益。综合有关报道,有以下几种膜分离处理技术。一是选用超滤膜从玉米浸渍水中回收植酸钙镁,制得高质量的植酸,回收植酸钙镁的残液中用反渗透膜可分离分子量小的乳酸、氨基酸、蛋白质、无机盐;二是从酱油废水中nj-"用反渗透膜或荷电膜得到含氨基酸的浓缩液;三是采用膜技术从水产加工废水中回收蛋白质,处理后的废水可再利用;四是精制砂糖时的洗糖废水,用功能性膜及生物反应器组合技术可得到高品质的糖蜜,作培养酵母和生产氨基酸的发酵原料。

(2) 高梯度磁分离技术 高梯度磁分离技术适用于具有一定粒度和磁性的固体颗粒的多相分离,被分离的颗粒在磁场中受到其本身的重力、磁场力、流体黏滞力、流体惯性力及分子间引力等力的作用。磁性体表面的醛基靠共价键和废水中的胶体、悬浮物、蛋白质、脂肪、磷酸盐等结合在一起。在进行高梯度磁分离时就能够在过滤器中将带有杂质颗粒的磁粉捕获,从而达到分离的目的。

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比拟的。利用磁体可有效地除去食品废水中氨、磷,而一般用硝化脱氮法或用凝集沉降法除磷,运转管理难,成本高。日本神权建设株式会社研究开发用磁性体除去食品废水中氮、磷法,成本低,氮、磷除去率高。用磁性体处理食品中废水中磷浓度可降到01mgL以下,运行十分稳定。

(3) 利用光催化剂处理技术 用光催化剂除去食品产业废水中的有害物质,在光催化剂上用特定波长范围的紫外线照射,在光催化剂表面能氧化(还原)分解有机物。光催化剂为氧化钛、烘石膏等,比单独的氧化钛的光催化剂活性高,废水中有害物质分解容易。但在废水中直接使用氧化钛、烘石膏等光催化剂,在静水中容易崩坏,除去有害物质后必须回收光催化剂,如提高光催化剂成形体的机械强度和耐水性,特别是添加成分可使光催化剂回收容易,因此可在光催化剂氧化钛、烘石膏等光催化剂表面涂布被覆剂,这样不仅不会降低光催化剂活性,还提高了其耐水性。在气相等中,用氧化钛、烘石膏等光催化剂可分解恶臭气体硫化氢、甲硫醇,还可分解水中挥发性有机物质三氯乙烯。由于气相等中分解有害物质效果比液相好,所以在废水中有害物质曝气后分离到气相、经除湿工程,再用光催化剂反应处理有害物质效果良好。

(4) 利用壳聚糖处理技术壳聚糖是多糖类物质甲壳质脱去乙酰化的物质,在酸溶液中形成的胺盐呈阳离子性,可与废水中阴离子电荷中和,有助于废水中微粒凝集,使食品废水中的大量蛋白质、油脂等胶态粒子悬浊物,经壳聚糖凝聚后可作肥料和饲料。废水处理效果是SS(颗粒悬浮物质)减少70%~98%,COD(化学需氧量)去除47%~92%。壳聚糖与硫酸铝或硫酸铁结合处理含蛋白废水,其效果远比合成聚合物处理的好。

(5) 物理吸附沉降与化学絮凝技术泥沙、黏土、淀粉、纤维素等杂质,在水中呈悬浊、溶胶和高分子状态,都具有一定程度的稳定性,不易沉淀去除。然而通过投加药剂,可使溶胶微粒电中和脱稳而达到聚集效果,易于分离去除。絮凝工艺对高分子有机物有着良好的去除能力,但是淀粉的絮凝效果缺乏足够可供参考的实验数据。因此,目前在充分了解水质的基础上,研究者探索了通过添加药剂既能调节pH值、又有絮凝作用的方法。一是通过压缩双电层絮凝,加入金属盐时,由于水中电解质浓度增大而离子强度升高,压缩扩散层,使颗粒相互吸引结合凝聚;二是通过专属吸附絮凝,胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态,降低表面电位,即产生电中和现象,颗粒脱稳而絮凝。这种絮凝可以出现超负荷状况,使胶体颗粒改变电荷后,又趋于稳定分散,通过实际应用可省去处理淀粉废水时常用的水污染控制状态。

2.生物处理技术及其应用

(1) 水解一好氧处理技术 (HO) HO法是近年来新开发出的一项处理有机污水的新技术。该方法对水量水质变化抗冲击负荷强,工艺先进,流程简捷,运行效果稳定,经济可行,管理方便,具有很好的应用前景。采用水解一好氧处理技术,对污水CODBO95(5天生化需氧量)、悬浮物等具有较高的去除率。水解工艺的研究工作是从厌氧生物处理的试验开始,经过反复实验和理论研究,逐步发展为水解生物处理工艺。

(2) 吸附生物降解法处理技术 (AB) 采用AB法对BOD5CODcr(采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量)SS、磷和氨氮的去除率,一般均高于常规活性污泥法,特别适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水。从运行结果可知,处理后出水CODcrBOD5SS及动植物油的去除率均大于90%,各项污染指标均可达到国家行业排放标准。实践表明,该工艺处理高浓度食品加工有机废水具有抗冲击负荷能力强、处理效果好、运行稳定、处理费用低等特点。

(3) 序批式活性污泥法处理技术 (SBR) SBR工艺是近年来在全球被广泛认同和采用的一种有机污水处理技术,它集初沉、均化、生物降解等功能于一体,无污泥回流系统,因此具有工艺简单、占地面积少、投资省等优点。同时,SBR是典型的非稳态过程,底物和微生物浓度的变化在时间上呈理想的状态,在空间上呈完全混合状态,具有灵活的控制调节能力和较强的抗冲击负荷能力。

对于食品废水的处理,特别是非连续排放的生产废水,采用SBR工艺是成熟、经济、有效的办法。SBR法处理豆制品废水的试验结果表明,该系统具有较好的抗负荷冲击能力,曝气时间和曝气量对处理效果影响很大,最佳曝气时间为8h,适宜的曝气量为800Lh,而污泥浓度控制在4000mg/L左右时,处理效率最高,系统的最佳排水比为35SBR工艺与酸化水解工艺相结合,治理水质好,稳定性强,其CODBOD平均去除率达95%以上,SS去除率为864%,NH3N去除率达781%,污泥产量低,减少固液分离,无需污泥处理设施。

(4) 溶气气浮一序批式活性污泥法处理技术 (DAF-SBR) DAF—SBR法处理工艺是针对肉食制品加工废水采用SBR法处理时存在着反应器表面会产生大量油性泡沫,使污泥松散,污泥指数很高,碳氮、碳磷比高,氮、磷相对不足等问题而设计的。肉食制品加工废水富含油脂和肉屑,污水浓度变化大,有机物含量高,氮、磷偏低,用DAF—SBR法处理该废水,效果良好;溶气气浮除油是进行SBR反应的必要预处理手段,溶气气浮后CODcr可控制在500mgL-800 mgL范围内氮、磷比例适合生化反应要求,破乳剂可采用三氯化铁,不但效果好,而且有利于后续生化处理,添加量根据情况在0mgL40mgL之间;溶气气浮除油后的污水进入SBR反应器中,每个运用周期可控制在8h内污泥沉降性能良好,出水CODcr<60mg /lTNTPSBR反应器应保证供氧充足,控制DO>20mg/L

(5) 升流式厌氧污泥层法处理技术 (UASB) 升流式厌氧污泥层法(UASB)已有20多年的历史,其特点是利用厌氧性微生物群体自身的凝聚性能,在反应器内保持着高浓度微生物量,并以高速甲烷发酵的形式处理产业高浓度有机废水,具有耗能低、剩余污泥发生量少等优点。UASB反应器对可变负荷具有敏感性,需要进行较为细致的管理用UASB法处理食品行业高浓度有机废水处理。

UASB反应器的特点是池子结构紧凑,集厌氧反应、气、液、固三相分离于一体,可以培养出活性及沉降性能良好的颗粒污泥,有机负荷高,处理效果好,停留时间短,池子体积小,节省工程造价;可以回收沼气,剩余污泥量少而且稳定,并有利用价值,运行费用低。但投产期长,须与好氧工艺相结合才能取得很明显的环境效益。该技术较适合高浓度有机废水,如含高浓度的油、SSSO4,及有机氯等废水。

(6) 生态4~-g-处理系统 (ETTS) ETTS是从英国引进的一项处理中低浓度有机废水的生物处理技术,属于生态工程的范畴。该技术利用两级生态系统的生物化学降解作用净化污水,不但对BOD5CODSS、磷、氨氮的去除率高于传统的物化法和生化法,而且美观整洁,操作简便,低能耗,抗冲击负荷能力强。该技术在处理食品废水的应用上已取得了很好的效果。

(7) 厌氧膜生物反应器 目前国外对膜生物反应器技术进行了大量的研究工作,国内对好氧膜生物反应器技术也开展了许多研究。由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对高浓度食品废水进行处理。厌氧膜生物反应器负荷较低时,膜出水COD去除率可达90%以上;当COD负荷在2kg(m·d)-3Kg,(m·d)时,膜出水COD去除率为80%~90%;当COD负荷超过45kg(m·d)时,膜出水COD去除率降至70%;由于膜分离工艺对生物系统的影响,厌氧膜生物反应器内混合液VFA(可挥发性脂肪酸)浓度较高且对进水容积负荷的变化较为敏感;当COD负荷超过45kg(m·时,混合液VFA出现积累;厌氧膜生物反应器的水力停留时间应大于50h,进水容积负荷对产气量有明显的影响,负荷提高,产气量明显提高;厌氧膜生物反应器对SS的去除率可达100%,对色度的去除率可达98%,对细菌的截留率可达999%。

目前解决食品工业废水,更重要的是清洁生产,从根本上扭转当前的粗放型生产模式,为我国经济的可持续发展打下扎实的物质基础。采用源头治理、预防为主的技术路线是最有发展潜力的食品工业污染治理方法。利用现代生物技术及各种先进技术的集成在生产过程中最大限度地利用所有可利用的资源,进行回收、再加工,不仅可降低污染治理的成本,而且可由得到的副产品产生额外的经济效益。

 

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