蛋白生产废水处理工艺概述

摘要：本次设计是对某蛋白有限责任公司生产废水进行处理，其生产废水主要有蛋白车间生产废水、油脂化学厂生产废水和锅炉车间生产废水。工厂废水输送管线共分为两种类型废水，即高浓度蛋白废水和低浓度油化厂废水及锅炉生产废水。所排废水均为连续排放。进水pH=4.8、COD=12500mg/L、SS=1350mg/L、NH3#8212;N=370mg/L。通过采用格栅集水池 酸析装置 气浮 Asup2;O工艺，消毒采用二氧化氯发生器的过程，使出水水质达到国家二级排放标准。本篇文章首先对工程概况进行了说明，解释了污水处理的必要性。阐述了设计依据，设计原则，设计范围，对整个处理污水工程进行工艺设计，比较了不同工艺之间的差别，确定工艺选择。通过对主要构建筑物和设备进行计算，得出计算结果。说明污水与污泥处理工艺构筑物及设施，各种管线、管道及渠道，各种辅助建筑物与设施的平面布置与高程布置。进行初步经济预算，确定基本建设投资费用。并对整个项目进行总结和展望。

关键词：蛋白废水 预处理 废水处理

文 献 综 述

1.前言

近年来，食品工业的环境污染问题日益突出，本文对某蛋白生产公司污水处理现状及存在的环境污染问题进行了分析，并提出规污水污染防治的措施与对策，以期为全面推动我国食品工业污水防治工作提供参考^[1]。

我国的大豆蛋白生产与国外相比，起步较晚，起步规模也较小。进入20世纪90年代后，大豆蛋白在全国范围内得到发展。随着我国经济的发展、人民生活水平与健康养生意识的提高，蛋白产品消费数量逐年上升，我国大豆蛋白年需求量将达30万吨，市场容量惊人^[2]。但是在其发展的过程中，仍然采取粗放型的发展方式，以数量扩张为主，产品多为初级产品，且产生的环境污染非常严重，尽管食品工业产业已经建立了相应的污水处理公司，但稳定运行比较差，污水处理不符合要求，对此，本文重点研究了蛋白生产车间一系列污水的综合处理技术。目前，我国的大豆蛋白生产企业已有上百家之多，数十家企业具有较大规模。我国目前的大豆蛋白生产水平是生产1吨大豆分离蛋白排放30-35吨蛋白废水。在已经建成的大豆分离蛋白废水处理工程中，由于废水处理工艺选型的不合理造成最终处理的废水不能达标排放。大豆蛋白废水是一种较难处理的高浓度有机废水，含有大量的蛋白质和糖类等有机物。未经处理或处理不达标的污水进入山川河道等自然水体，会造成水体的富营养化，影响自然景观与水生生物的生存环境，甚至影响到人类饮用水的健康安全。所以随着大豆蛋白加工行业的飞速发展，大豆蛋白废水的污染问题越来越引起人们的关注。

大豆分离蛋白生产废水主要来源于碱浸泡、酸沉淀乳清离心分离和水洗涤等工序，还有冲洗设备、清洗地面及其他工序和杂排水，蛋白生产高浓度废水主要成分为糖类、蛋白质和残渣等有机物，具有有机污染物浓度高、易生化、悬浮物高、易变性、气味大、无毒等特点。因此，必须做好充分的预处理，防止对后续的处理单元造成不利影响。为了提升食品工业产业废水处理的有效性，需要加强对综合处理技术的研究。^[4]食品工业废水处理方法目前有物理处理法、化学处理法、生物处理法。物化处理技术和生物处理技术是目前处理高浓度有机废水最常用的两种技术。其中，生物处理是废水处理中最主要的工艺方法，一般采用几种处理技术联合使用的方法进行处理。在污水处理系统中，预处理技术为沉降池，将废水中的悬浮物去除，但在进行预处理设计时，废水降温措施并未设置，导致夏季时无法有效开展预处理；采用沉淀池去除悬浮物时，由于蛋白废水和淀粉废水的悬浮物沉淀性比较差，因此去除效果不理想^[5]。

高浓度有机废水的处理宜采用厌氧法。在厌氧系统中，主要包含三个区域，污泥床区、污泥悬浮区、沉降区。食品工业废水中，溶解性有机物及部分非溶解性有机物在颗粒污泥的作用下，可以实现有效降解。但是在当前的厌氧系统中，耐负荷冲击能力弱、运行成本高、厌氧颗粒污泥流失严重等问题比较突出，影响了废水处理中的降解效果。蛋白废水中，悬浮物及大分子物质含量比较多，温度高，pH值低，在进行废水处理时，将NaOH投入现有的预处理沉淀池中，将pH调整至恰当范围，降温处理之后，在气浮系统中进行处理。综上，在选择预处理工艺时，可选择格栅＋气浮＋中和调节＋水解酸化工艺，提升处理效果。

2.气浮处理技术

水处理中的气浮法，是在水中形成高度分散的微小气泡，粘附废水中疏水基的固体或液体颗粒，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附气泡后，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面，形成浮渣层被刮除，从而实现固液或者液液分离的过程。气浮法使用的设备，包括完成分离过程的气浮法和产生气泡的附属设备。水处理中，气浮法可用于沉淀法不适用的场合，以分离比重接近于水和难以沉淀的悬浮物，例如油脂、纤维、藻类等，也可用以浓缩活性污泥。

2.1.原理：悬浮物表面有亲水和憎水之分。憎水性颗粒表面容易附着气泡，因而可用气浮法。亲水性颗粒用适当的化学药品处理后可以转为憎水性。水处理中的气浮法，常用混凝剂使胶体颗粒结成为絮体，絮体具有网络结构，容易截留气泡，从而提高气浮效率。再者，水中如有表面活性剂（如洗涤剂）可形成泡沫，也有附着悬浮颗粒一起上升的作用。

2.2气泡产生方法：产生微气泡的方法，常用的有曝气气浮法和溶气气浮法两种。另外还有电解法但不常用。

曝气气浮法：曝气气浮法又称分散空气法，是在气浮池的底部设置微孔扩散板或扩散管，压缩空气从板面或管面以微小气泡形式逸出于水中。也有在池底处安装叶轮，轮轴垂直于水面，而压缩空气通到叶轮下方，借叶轮高速转动时的搅拌作用，将大气泡切割成为小气泡。

溶气气浮法：溶解在水中的气体，在水面气压降低时就可以从水中逸出。有两种方法：①使气浮池上的空间呈为真空状态，处在常压下的水流进池后即释出微气泡，称真空溶气法；②空气加压溶入水中达到饱和，溶气水流减压进入气浮池时即释出微气泡，称加压溶气法。后者较为常用。加压溶气水可以是所处理水的全部或一部分，也可以是气浮池出水的回流水，回流水量占所处理水量的百分比称回流比，是影响气浮效率的重要因素，须由试验确定。加压溶气法的设备有加压泵、溶气罐和空气压缩机等。溶气罐为承压钢筒，内部常设置导流板或放置填料。溶气罐出水通过减压阀或释放器进入气浮池。

加压溶气气浮除油工艺加压溶气法是将污水(或清水)和压缩空气导入溶气罐，在压力为196-392kPa的条件下，使空气溶解于水变成溶气水，并达到饱和状态。然后将溶气水减压引至气浮池，在常压下，溶解的空气便从水中逸出，形成水-气-粒三相混合体系，细小气泡的直径为10-100μm。微小气泡成为载体，气泡从水中析出粘附水中的污染物质形成气-粒浮选体浮出水面成为浮渣，浮渣由刮沫机刮去，则系统水被净化排出。由于空气的密度仅为水的密度的1/755，粘附了一定数量污染杂质的气泡体系整体密度远比水的密度小，则体系的上浮速度也就增大，即带气絮粒上浮的原理。
药剂池中，此类药剂比较繁多，鉴于气浮工艺要求特点，常用药剂有碱式氯化铝、无铝混凝剂、铁盐以及有机高分子凝聚剂(季胺化聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺等)。该流程只将需要处理的一部分污水加压溶气，然后同未加压的污水在气浮池混合，产生的气泡分离全部污水中的污染物质。用于加压溶气的水量通常只占总水量的30-50%，这样，在与部分回流水加压电耗相同的情况下，溶气压力可大大提高。因而，形成的气泡分散度更高、更均匀。
与全流加压式溶气气浮法类似，比较适合处理含油量低的油田污水，但比全部污水加压节约能耗50%左右，且污水系统不憋压、不阻流、设备运行平稳；因释放器内部为清水，释放器的堵塞现象得到根除；部分回流还能使混凝剂得到充分利用，减少20%-30%投药量，并使絮凝体不遭破坏。当处理的污水中乳化油含量高时，可以考虑该流程，如图二所示。在这种系统中，用于加压回流的水量通常只是处理水量的30%-40%，这样可以减少电耗，使水中的微细气泡得到充分利用；同时，控制比较灵活，可以视水质情况来调节运行工况。一般认为这种流程效果较好，不会打碎絮凝体，出水水质较好，加压泵及溶气罐容量和能耗也较小，但气浮池的体积增大。目前，国内较多采用这种流程。

优势总的来讲，工程上常采用部分污水加压溶气法，这种方法省电、设备容积小、混凝剂耗量少、运行方便、不堵塞，种方法的处理效率可达90%以上。在加压情况下，空气的溶解量增加，供气浮用的气泡数量能得到很大程度的满足，从而确保了气浮净水的效果。溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅尺寸微细、均匀，而且上浮稳定，对液体扰动小，因此，能适用于疏松絮粒、细小颗粒的固液分离。工艺设备比较简单、管理、维修也方便。因此，加压溶气气浮法的应用范围较广，采用的单位最多，且大、中、小规模给水与废水处理均能适应。因此，对其基本原理及技术性能的研究也较深入和有系统性。
但气浮技术也还有不完善待改进的地方，如释放器堵塞问题。尽管现有的释放器设计了许多防堵措施，但仍不理想，还不时会出现堵塞。又如刮渣机的设计不能很好的解决浮渣上升堆积的问题。

3. A² O工艺的基本原理与特点

A² O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。 A² O工艺处理效率一般能达到：BOD₅和SS为90%-95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。但 A² O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才采用该工艺)^[11] 。

A² O工艺流程图如下：

图一 A² O工艺流程图

A² O工艺的优点：

（1）污染物去除效率高，运行稳定，有较好的耐冲击负荷。　

（2）污泥沉降性能好。

(3）厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。

（4）脱氮效果受混合液回流比大小的影响,除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。

（5）在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺。

（6）在厌氧#8212;缺氧#8212;好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI（污泥体积指数）一般小于100，不会发生污泥膨胀。

（7）污泥中磷含量高，一般为2.5％以上。

A² O工艺的缺点：

（1）反应池容积比A/O脱氮工艺还要大；

（2）污泥内回流量大，能耗较高；

（3）用于中小型污水厂费用偏高；

（4）沼气回收利用经济效益差；

（5）污泥渗出液需化学除磷^[12]。

针对该 A² O工艺污泥回流中携带的硝态氮对除磷效果的影响，许多研究者在工艺形式和工艺流程上进行了一些列革新，新工艺层出不穷，尤其是除磷机理研究在微生物学领域，反硝化除磷菌DPB的发展使该工艺有了更广关阔的发展前景。
　 UCT工艺：是南非开普敦大学开发类似于 A² O工艺的一种脱氮除磷工艺^[13]。工艺流程如下图：

图二UCT工艺流程图

UCT工艺与 A² O工艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池，这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷率。增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流，由缺氧池向厌氧池回流的混合液中含有较多的溶解性BOD，而硝酸盐很少，为厌氧段内所进行的有机物水解反应提供了最优的条件。在实际运行过程中，当进水中总凯氏氮TKN与COD的比值高时，需要降低混合液的回流比以防止NO₃-进入厌氧池。但是如果回流比太小，会增加缺氧反应池的实际停留时间，而实验观测证明，如果缺氧反应池的实际停留时间超过1h，在某些单元中污泥的沉降性能会恶化。 　
回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化,去除硝态氧,在进入厌氧段,保证了厌氧池的厌氧状态,强化除磷效果^[15].由于污泥回流至缺氧段,缺氧段 污泥浓度可较好氧段

高出 50% .单位池容的反硝化速率明显提高,反硝化作 用能够得到有效保证.再根据不同进水水质,不同季节情况下,生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化,调节分 配至缺氧段和厌氧段的进水比例,反硝化作用能够得到有效保证,系统中的除磷效果也有保证,因此,本工艺与其他 除磷脱氮工艺相比,具有明显优点。分点进水倒置 A² O 工艺采用矩形的生物池,设置氧段、厌氧段及好氧段,用隔墙分开,水流为推流式.缺氧段、厌氧段设置水下搅拌器,好氧段设微孔曝气系统.为能达到硝化阶段,选择合理的污泥龄.为使出水磷 酸盐(以 P 计) ≤ 0.5mg/l ,在生物除磷的基础上,另外投加化学除磷药剂.由于投加除磷剂,剩余污泥及时排至脱水机房进行浓缩脱水,也能防止污泥中磷的厌氧释放重新回到系统内. 　

河源市污水处理厂A² O人工湿地组合工艺对污水中油类物质的去除研究试验地点位于河源市高新技术开发区，，占地面积8万m² ( 其中厂区占地5万m² ，湿地公园占地3万m² ) 。该污水处理厂采用A²O人工湿地组合工艺，污水经市政污水管网进入污水厂经过4个运转管理单位进行处理: 一级处理: 粗格栅#8212;提升泵房#8212;细格栅#8212;旋沉池; 二级生物处理单元: 氧化沟( 含厌氧池#8212;缺氧池#8212;好氧池) ; 污泥处理( 含污泥浓缩池和污泥脱水间) 及终沉池; 深度处理单元: 砾石床#8212;生态氧化池#8212;湿植物池( 香根草、美人蕉、花叶芦荻、风车草、再力花) #8212;液氯消毒间#8212;景观池。河源城南污水处理厂7月和8月进出水 pH 变化，7月进水 pH 平均值为6.91，最小值6.68，最大值为7.17; 8月份进水pH 平均值7.07，最小值为6.83，最大值为7.35，出水 pH 平均值为6.88，最小值为6.62，最大值7.03，最小值为6.17，最大值为7.14。pH 值超出6～9 时，会对人、畜造成危害，并对污水的物理、化学及生物处理产生不利影响，尤其是当 pH 值＜6 的酸性污水，对管渠、污水处理构筑物以及设备产生腐蚀作用。污水处理厂7月和8月进出水 pH 变化在6～9，所以有利于污水的物理、化学及生物处理。对动植物油类物质的去除效果河源市城南污水处理厂采用 A²O 人工湿地组合工艺对动植物油类物质的去除效果。7月进水动植物油类物质平均值为4.6 mg / L，最小值为3.4 mg / L，最小值为6.2 mg / L，出水动植物油类物质小于0.1 mg/ L，其去除率达到97.1%～98.4% ，8月进水动植物油类物质平均值为4.0mg / L，最小值为3.2 mg / L，最大值为5.4 mg/ L，出水动植物油类物质于0.1 mg /L，对其去除率达到96.9%～98.1% 。7月进水石油类物质平均值为 3.3 mg/ L，最小值为2.1 mg / L，最大值为4.5 mg / L，出水石油类物质小于0.1 mg / L，其去除率达95.2%～97 8% ; 8月进水石油类物质平均值为3.3 mg / L，最小值为2.4 mg / L，最大值为4.7 mg / L，出水石油类物质小于0.1 mg / L，去除率达95.8%～97.9%，去除途径主要是填料的吸附作用和微生物的降解作用; 人工湿地植物对石油类的去除所起的作用主要是通过改善系统内的微环境来实现的 。

四、 总结

在该工艺流程内，BOD₅、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。A²O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。

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