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食品油脂类废水的处理工艺

 

食品加工废水处理

由于食品种类繁多,原料来源广泛,食品加工污水具有悬浮物、油脂含量高,重金属离子多,CODBOD数值大,水量变化幅度大,、磷化合物含量高,某些情况下水温也较高等特点。

 

一、食品工业废水分类及水质特性

 

食品加工废水主要来自三个生产工段。

 

1)原料清洗工段。大量砂土杂物、叶、皮、鳞、肉、羽、毛等进入废水中,使废水中含大量悬浮物。

 

2)生产工段。原料中很多成分在加工过程中不能全部利用,未利用部分进入废水,使废水含大量有机物。

 

3)成形工段。为增加食品色、香、味,延长保存期,使用了各种食品添加剂,一部分流失进入废水,使废水化学成分复杂。

 

食品废水的水量水质特性主要体现在6个方面:

 

1)废水量大小不一,食品工业从家庭工业的小规模到各种大型工厂,产品品种繁多,其原料、工艺、规模等差别很大,废水量从数m3/d到数千m3/d不等。

 

2)生产随季节变化,废水水质水量也随季节变化。

 

3)食品工业废水中可降解成分多,对于一般食品工业,由于原料来源于自然界有机物质,其废水中的成分也以自然有机物质为主,不含有毒物质,故可生物降解性好,其BOD5/COD高达0.84

 

4)废水中含各种微生物,包含致病微生物,废水易腐败发臭。

 

5)高浓度废水多。

 

6)废水中氮、磷含量高。

 

二、食品加工废水处理方法

 

1  物理处理法

 

物理处理法是指应用物理作用改变废水成分的处理方法。用于食品工业废水处理的物理处理法有筛滤、撇除、调节、沉淀、气浮、离心分离、过滤、微滤等。前五种工艺多用于预处理或一级处理,后三种主要用于深度处理。

 

1)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物。所用的设备有格栅和格筛。格栅拦截较粗的悬浮固体,其作用是保护水泵和后续处理设备。食品工业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1040目。

 

2)撇除

某些食品工业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。此外,油脂除去并回收又有较大的经济价值。

 

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。通常隔油池除去漂浮状油脂。隔油池对漂浮状油脂的去处率可达90%以上。如果处理流程中设有调节池或沉淀池,则隔油池可与调节池或初沉池合用统一构筑物,可节省投资和占地。对小型处理系统,可设油水分离器撇油。

 

3)调节

 

对于水质水量变化幅度大的食品工业废水,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624h,多为612h左右。调节池容量为日处理废水量的15%50%

 

4)沉淀

 

沉淀是用来除去原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。用沉砂池除去原废水中的无机固体物;用初沉池除去原废水中的有机固体物;用二沉池分离生物处理工艺中的生物相和液相,沉砂池一般设在格栅和格筛之后。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。采用初沉池可降低后续工艺的负荷。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为平流沉淀池、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1.52.0h

 

5)气浮

 

气浮主要用于除去食品工业废水中的乳化油、表面活性物质和其他悬浮固体。有真空式气浮、加压溶气气浮和散气管(板)式气浮。当废水进入容器气浮池之前,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90%以上的油脂和40%80%BOD5SS。气浮池HRT一般30min

 

6)其他处理工艺

 

对二级处理出水进行深度处理,常用的方法是过滤,可采用砂滤池或复合滤料滤池。按滤速大小分慢速砂滤池和快滤池。一般单层砂滤池的滤速为812m/h

 

2  化学处理法

 

化学处理法是指应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质,使废水得到净化。污染物在经过化学处理过程后改变了化学本性,处理过程中总是伴随着化学变化。用于食品工业废水的化学处理法有中和、混凝、电解、氧化还原、离子交换、膜分离法等。

 

1)混凝法

 

食品工业废水处理中所用的化学处理工艺主要是混凝法。混凝法不能单独使用,必须与物理处理工艺的沉淀、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。

 

混凝沉淀法是水处理的一个重要方法。对于一些胶体颗粒较小、或是一些胶体溶液,难以或不能发生沉降的废水加入化学混凝剂,使其形成易于沉降的大颗粒而去除。废水中呈胶体状态的蛋白质和多糖类物质,经加药混凝沉淀即有较好的去除效果。

 

常用的药剂有:石灰、硫酸亚铁、三氯化铁和硫酸铝等。石灰一般不单独使用,常与其他药剂配合使用,最佳投药量和pH值宜通过试验确定。

 

2)氧化还原

 

化学氧化还原是转化废水中污染物的有效方法。废水中呈溶解状态的无机物和有机物,通过化学反应被氧化或还原为微毒或无毒的物质,或者转化成容易与水分离的形态,从而达到处理的目的

 

3)离子交换

 

离子交换主要是利用离子交换剂对水中存在的有害离子(包括有机的及无机的)进行交换去除的方法。

 

3  生物处理法

 

生物化学处理法是有机废水处理系统中最重要的过程之一。在食品工业的废水处理中,生物处理工艺可分为好氧工艺、厌氧工艺、稳定塘、土地处理以及由上述工艺的结合而形成的各种各样的组合工艺。食品废水是有机废水,生物法是主要的二级处理工艺,目的在于降解CODBOD5

 

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(SBR)等。后者包括生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、活性生物滤池、生物接触氧化法、好氧流化床等。一般好氧处理对低浓度废水效果较好。

 

厌氧生物处理工艺适用于食品工业废水,主要原因是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,生成的剩余污泥量少,厌氧处理系统全部密闭,利于改善环境卫生,可以季节性或间歇性运转,污泥可长期储存。

 

三、食品加工废水处理工程

(一)隔油—高效气浮—活性污泥工艺处理食品加工废水

某大型食品企业,主要生产方便面、饮料及配套产品。其生产废水主要来源于饮料生产废水300t/d,方便面生产废水100t/d以及员工生活污水:150t/d。该企业建有一座废水处理站,设计处理废水水量为600t/d,设计进水水质为PH:6.5-6.8;CODcr:4000mg/L;BOD5:1800mg/L;SS:850mg/L;动植物油:250mg/L,处理后的水质要求达到GB8978-1996《污水综合排放标准》表4中三级标准。

目前,对食品生产废水处理通常采用厌氧法、好氧法、厌氧-好氧法等多种处理方法,这些方法对CODcr、BOD5均有不同程度的削减,但对动植物油的处理效果不好。针对该企业生产废水中动植物油含量高的实际情况,通过采用隔油-高效气浮的预处理措施,将污水中大部分动植物油去除后再进行好氧生化处理。通过调试和试运行,废水处理系统运行稳定,废水经处理后达到了排放标准的要求。目前,该工程已经通过了达标验收。现将设计及试运转情况作一介绍。

废水处理工艺

1、废水水量

废水来源为:方便面生产废水:100 m3/d;饮料(PET)生产废水300 m3/d;员工生活污水:150 m3/d。设计废水水量为600m3/d。

2、废水水质

生产工艺中产生的废水水质为:

生产废水与员工生活污水混合后,混合废水的水质为(设计水质):

3、处理后的水质要求

该企业废水处理后排入市政污水处理厂,必须达到污水排入城市下水道的水质标准,即GB8978-1996《污水综合排放标准》表4中三级标准,主要污染物最高允许排放浓度如下:

4、工艺流程

废水治理采用隔油-高效气浮-活性污泥处理工艺,工艺流程见附图。

5、主要构筑物及工艺参数

隔油池

有效容积100 m3,平面尺寸8.5m×4.0m,有效水深3.0m,水力停留时间6小时,采用人力定期捞除浮油。

调节池

有效容积600m3,平面尺寸14.4m×8.0m,有效水深5.2m,水力停留时间24小时。为加强水质调节和避免悬浮物沉积,调节池中设曝气搅拌措施,曝气量为3.0m3/(m2.h)。

物化处理单元

①快混中和槽

快混中和池有效容积为4.5 m3,平面尺寸1.5m×1.5m,有效水深2.0m,快混时间为10min,采用机械混合方式。

②慢混池

慢混池有效容积为8.55m3,平面尺寸3.0m×1.5m,有效水深1.9m,慢混时间为20min,采用机械混合方式。

③气浮系统

选用CF30型成套浅池高效气浮设备,接液部分为不锈钢,废水处理量为30m3/h,配用功率22kw。

活性污泥池

活性污泥池有效容积为720 m3,共三格,每格有效容积为240 m3,平面尺寸12.0m×4.0m,有效水深5.0m。设计采用容积负荷为0.45kgBOD/m3.d,污泥负荷为0.15kgBOD/kgMLVSS.d。

沉淀池

沉淀池直径为6.0m,池深3.50m。设计沉淀池的表面负荷为1.0 m3/ m2.h

污泥贮池

污泥贮池有效容积73.5 m3,平面尺寸3.5m×3.5m,有效水深3.0m,分成2格,各设搅拌机1台。

6、废水处理系统运行情况

气浮系统运行情况

物化处理单元采用气浮工艺,通过投加絮凝剂(PAC)和助凝剂(PAM)使废水中动植物油等有机污染物形成絮体,并使废水中产生大量的微细气泡,促其粘附于杂质絮体颗粒上,形成比重小于水的浮体上浮水面,从而去除相当一部分动植物油等有机污染物,降低后续生化处理的负荷。

气浮PAC投加量为300PPM,PAM投加量为10PPM,此段CODcr的平均去除率为50%,SS的平均去除率为80%,动植物油的平均去除率为80%。

生化段的运行情况

废水中相当一部分溶解性有机污染物是无法被物化法去除的,必须采用生化处理工艺来降解。目前采用的生化处理工艺是以活性污泥法生物处理技术为主体,该方法处理工艺成熟,对污水中有机污染物去除率高。

污泥接种

以城市污水处理厂活性污泥为菌种,其活性污泥SV30为15~20%,污泥浓度MLSS为2.5~3g/L,投入活性污泥曝气池中进行污泥接种。曝气池中先灌满经物化处理后的污水,控制曝气池中污水CODcr浓度在500mg/L左右进行闷曝。闷曝3~5天后开始小水量连续进水,每天检测曝气池出水的CODcr浓度和污泥SV30。曝气池混合液经沉淀后,上清液排入集水井中,污泥不外排,这样,经过一段时间的培养和驯化后,污泥的活性增强,凝聚、沉降性能良好,曝气池混合液经30分钟沉淀后,污泥沉降比有30%左右,上清液清澈透明,这表明活性污泥已经培养成熟,即可投入正常运转。

影响生化段的环境因素

1)pH范围: 各种微生物都有它们适宜的pH范围,酸性太强(pH<6),真菌与细菌竟争并

占优势,处理效果降低;碱性太强(pH>9),微生物的生长繁殖将受到阻碍。通过调试运行期间的观察和检测,生化段进水的pH范围控制在7.0~7.5最为适宜。

2)溶解氧(DO):溶解氧的控制是生化段调试运行成败的关键环节。调试期间,由于废水

按一定比例递增进水,开始微生物繁殖量少,营养不足,DO始终偏高,曝气池中的溶解氧有时高达4~6mg/L。针对此情况,每天采用间隔曝气,调节气水比5~8:1,经过不断调整、检测,正常运行的DO值趋于稳定,正常运行时,活性污泥曝气池中的溶解氧为1~2 mg/L,气水比控制在15~20:1。

3)活性污泥回流量和回流比:活性污泥回流量是从二沉池补充到曝气池的污泥量,用Qr表示,回流比用r表示。Qr是活性污泥系统的一个重要参数。通过有效调节Qr可改变工艺运行状态,以保证运行的正常。实际运行中,Q=25m3/h,Qr=10 m3/h,r=40%。

(二)SBR—气浮工艺处理某食品生产废水

某食品公司生产过程中产生了一定的生产废水。废水的排放量旺季(9月~2月)达80m3/d,淡季(3月~8月)约40m3/d废水排入横穿市区的古运河,对古运河水体带来了一定的污染。根据厂方提供的资料,结合实验室测定数据,得到废水水质见表1。

表1 废水水质         mg.L-1

项目

CODcr

BOD5

SS

动植物油

变化范围

500-3000

210-1080

120-3200

50-105

平均值

1400

600

800

41.0

1 废水处理工艺

1.1 工程特点
  ①废水主要来自半成品加工车间的食品原料清洗废水。废水的主要成分为糖、淀粉、纤维素、动植物油等,属于可生物降解有机物,对微生物无毒害与抑制作用[1]
  ②可用地面积小。本工程位于厂区东北角,在仓库后的一狭长区域,可用地面积约300m2
  ③该公司被市环保局列人长江流域限期达标排放单位,要求的工期紧,投资少。

1.2 工艺流程

废水的BOD5CODcr为0.4左右,可生化性较好。传统活性污泥法一般需设置二沉池、污泥回流设施,其用地及投资均比采用SBR法高。考虑到废水水质的不均匀性和季节性水量差异较大、可用地面积小等因数,本工程选用工艺简单、操作灵活的SBR工艺

2 主要处理构筑物及其工艺参数

2.1 格栅 设粗、细格栅各一道。平面尺寸1000mm×600mm,粗格栅栅条间隙30mm,细格秘栅条间隙5mm。

2.2 调节池 该公司废水排放变化较大,调节池需有足够的贮水容积。调节池水力停留时间取10h,总容积70.0m3,有效贮水容积50.0m3,平面尺寸为5.5m×4.0m有效水深2.3m。选用1台WQ40-15-4潜水将废水提升至SBR池。

2.3 SBR池 SBR池采用两组池,单地总容积70.0m3,有效容积600m3,每池平面尺寸为3.5mx4.0m,有效高度为4.5m。排水采用软滗水器排水。设有罗茨风机2台,型号为SSR100型,1用1备,空气经膜片式微孔曝气头进入水中,气水比15:1。底部设有污泥,排放剩余污泥至污泥地。SBR池运行周期:淡季为24h,进水1.0h,曝气5.0h,沉淀2h,排水0.5h,闲置15.5h;旺季为12h,进水1.0h,曝气 5.0h,沉淀2h用排水0.5h,闲置3.5h。

2.4 贮水池 贮水池总容积60.0m3,贮存SBR的出水,平面尺寸4.0m×5.3m,深2.8m。

2.5 气浮器 气浮器为加压回流气浮方式,回流比30%,水力停留时间40min,有效贮水容积4.3m3,有效水深2.0m,总容积为5.5m3

2.6 污泥处置 SBR池和气浮器浮渣一并排至污泥池,污泥池有效容积为18.0m3。污泥池污泥由污泥提升至压滤机压成泥饼,泥饼外运处置。

3 工程调试

3.1 SBR池调试

工程调试先从SBR池开始。曝气时间为8h,污泥浓度控制在4000-6000mg/L,污泥负荷采用0.1-0.2kg[BOD]/(kg[MLSS]·d)。经过一个星期的试运行,SBR池中污泥变多,沉降性好,泥水界面清晰,通过镜检,发现优势菌种已形成[3]SBR池可维持较高的污泥浓度,因而反应时间相对较短。由于泥水分离通过静沉进行,可避免短路、异重流影响泥水分离效果,出水水质优于一般二沉池[4]SBR艺的每一周期经历进水期、反应期、沉淀期等不同阶段,加速了生物种类的选择与进化,进水(厌氧)-曝气(好氧)-静沉(厌氧)交替运行,可抑制丝状细菌的大量繁殖,防止发生污泥膨胀。经过近1a的运行,至今未发生过污泥膨胀现象。

3.2 气浮调试

先将气浮池中充满清水,等溶气及回流系统正常后,再进废水,空压机始终处于自动开停状态,溶气罐中压力稳定在0.3MPa。根据进水水质及出水水质调整加药量,所选药剂为聚铝,投加量40-60mg/L。

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