豆制品废水处理技术综述

我国的豆制品主要是传统豆制品,其生产特点是规模小,基本上以作坊式生产、分布广,所产生的豆制品废水是一种对环境污染严重、影响面较广且较难处理的典型食品废水之一。废水产生量大,有机物浓度高,成分复杂。若未处理或未达到排放标准就排入水体,会造成严重的环境污染。本文综述了豆制品废水的几种典型处理工艺,并对其运行效果进行分析。

豆制品是我国城乡人民重要的蛋白质食品之一,其因蛋白质含量高,氨基酸组成合理,并且有生理活性功能而越来越受广大消费者的欢迎,我国豆制品的消耗也在不断增长。但是,在豆制品加工过程中会产生大量的有机废水。传统豆制品有非发酵类(豆腐、百页、素鸡、豆腐皮等)和发酵类豆制品(腐乳、豆瓣酱、酱油、臭豆腐等)[1]。豆制品废水是一种高浓度有机废水[2],其COD、BOD5 高至上万毫克每升,且水量大,主要有洗豆水、泡豆水、浆渣分离水、压滤水、各生产工艺容器的洗涤水、地面冲洗水等[3]。随着豆制品加工的不断扩大,环境污染问题也越来越引起人们的重视[4],若处理不善,未达标就排入水体,会造成严重的环境污染。

豆制品废水排放相对集中,有机物浓度高,适用于生物方法处理。其污染物大都是可降解的有机物,可生化性达到0.55~0.65;废水的C:N:P 平均为100:4.7:0.2,适合微生物的生长;除pH 较低外,豆制品废水的有毒有害物质很少[5]。根据实际工程经验,豆制品废水处理易出现以下问题:(1)豆制品生产属于间歇生产方式,排水时间较集中,水量和水质很不均匀;(2)SS 高达1000~1500 mg/L,厌氧条件下易在废水表面形成浮渣层;(3)高浓度废水在厌氧处理过程中易酸化,使厌氧单元的处理效果恶化;(4)好氧阶段采用活性污泥法处理,易产生污泥膨胀[6]。以80 年代上海为例,每年排入水体的BOD5 达3000 t 以上,严重污染了受纳水体[7]。此外,豆制品废水的N、P 含量高,未经处理排放会导致水体的富营养化。因此,采用适用的豆制品废水处理工艺是非常必要的。

1、主要处理工艺

对于豆制品废水的处理,国外从60 年代开始研究并应用于工程实践[8];国内70 年代以来也进行了广泛而深入的研究,其中研究和应用最多的是厌氧与好氧相结合的处理工艺。

1.1 UASB-SBR-砂滤-生物活性炭过滤工艺

北京某豆制品食品工业公司年产1.5 t各类豆腐、2000 t豆制品和10000 t豆浆,生产过程中产生大量的高浓度有机废水,决定建设一座处理规模为900 m3/d的废水处理厂。废水主要由泡豆水、黄泔水及洗涤器具的废水组成。其中,高浓度废水的COD为12000mg/L,BOD5为6000 mg/L,SS为1500 mg/L,pH为5~6,水量160m3/d;低浓度废水COD为2500 mg/L,BOD5为1200 mg/L,SS为1000mg/L,pH为6~7,水量740 m3/d。

本工艺针对豆制品生产废水水质水量变化大、SS高、易酸化、易产生污泥膨胀等特点,采用UASB-SBR-砂滤-生物活性炭过滤相结合的方法进行处理,在处理工艺中贯彻了分质分流的原则[6]。工程实践证明,该工艺处理效果良好,最终出水水质COD≤60mg/L,BOD5≤20 mg/L,SS≤50 mg/L,pH为6~8.5,达到《北京市水污染排放标准(试行)》中排入地表水体及其汇水范围的二级标准。

1.2 酸化水解-厌氧消化处理工艺

杭州市红光豆制品厂生产豆制品10 t/d,是杭州市最大的豆制品生产企业之一。其高浓度有机废水系豆制品加工中生产,COD高达24000 mg/L,BOD5为10800 mg/L,SS为12000 mg/L,pH为5,水量80 m3/d;低浓度废水系大豆浸泡、洗涤及卫生冲洗时排出,COD为400 mg/L,BOD5为180 mg/L,SS为550 mg/L,pH为6,水量250 m3/d。

根据豆制品废水的特点及经处理后的废水接入城市污水管网的要求,对高浓度废水采用酸化水解-厌氧消化处理工艺[9],充分利用其能耗低、处理效率高、耐负荷并能产生沼气等特点。高浓度废水经酸化水解-厌氧消化后,出水与低浓度废水混合,泵入城市排污管网。水解酸化池的设置,把复杂且难降解、大颗粒的有机物水解成易降解的简单有机物,大大降低废水中的SS含量,与此同时使pH有所提高,以减少废水对厌氧消化的冲击。处理工程经过近2年的运行,处理效果稳定且达到和超过设计指标,处理设备和装置运行正常,在低投入、低成本下运行。

1.3 UASB-A/O工艺

河南三色鸽豆业有限公司是目前河南省内规模较大的以生产经营豆制品为主的食品企业,日产各类豆制品10t,目前主要产品有豆腐、豆浆等。豆制品加工过程中产生黄泔水、泡豆残余水、豆渣漂白废水,质量浓度高达20×103~30×103 mg/L,水量较小;另一部分废水来自设备清洗工段。废水处理厂设计规模300m3/d,进水综合水质COD为8850 mg/L,BOD5为4880 mg/L,NH3-N为600mg/L,pH为4~5,出水水质COD≤150 mg/L,BOD5≤30 mg/L,NH3-N≤25 mg/L,pH为6~9,执行污水综合排放标准(GB8978-1996)中二级排放标准[11]。

豆制品废水排水时间较集中,水量和水质不均匀;SS质量浓度较高,厌氧条件下易在废水表面形成浮渣层;车间出水温度较高,废水极易腐败酸化,废水pH一般在4~5左右[12]。针对废水上述特点,预处理采用气浮工艺去除浮渣并且设置调节池缓冲水质水量,生化处理采用UASB+A/O工艺去除废水中的有机物和总氮,出水各项指标达标排放[10]。原水悬浮物浓度高,在进入UASB之前必须去除大部分悬浮物,以减轻对其可能产生的冲击;原水pH低、挥发性酸含量较高(VFA为1800~3000mg/L),在进入UASB前调节pH和碱度;采用内循环UASB反应器[13],出水部分回流到废水系统,提高UASB反应器对进水水温和污染物的适应能力,强化进水与厌氧微生物接触,提高厌氧处理效率。该工程各项指标达到并优于污水综合排放标准(GB8978-1996)二级排放标准,具有处理效果好、运行稳定、投资和运行费用低的特点,有较高的行业推广价值。

1.4 折流式厌氧反应器(ABR)-改良序批式活性污泥(MSBR)工艺

湖南娄底某生物食品工厂以豆制品深加工为主,主要生产新型速冻腐竹、腐乳、腊八豆、豆豆鲜等大豆系列产品,废水中的主要污染物为高浓度的碳水化合物、蛋白质、脂肪等,还有少量的食用油、辣椒、食盐和食品添加剂等。加工过程中产生的生产废水一部分浓度很高,COD高达2万~3万mg/L,水量较小;另一部分废水来自大豆浸泡、洗涤及工作人员的生活污水,COD只有400 mg/L左右,水量却占整个废水排放量的大部分。该厂结合试验研究和工程经验设计了一套以ABR-MSBR为主体的废水处理站[14] ,其设计处理能力为220 m3/d。原水综合水质COD为1500~3000 mg/L,BOD5为850~2000 mg/L,SS为200~800 mg/L,NH3-N为25~40 mg/L,TP为4~10 mg/L,pH为4.5~6.5;出水水质COD≤100 mg/L,BOD5≤20 mg/L,SS≤70 mg/L,NH3-N≤15mg/L,TP≤0.5 mg/L,pH为6~9,达《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。

MSBR池属于改良型SBR工艺,实质是由A2/O工艺与SBR系统串联而成,具有生物除磷脱氮和连续进水、出水的功能,与传统的SBR有着本质的区别。MSBR池运行方式为连续进、排水,由于采用恒水位运行,避免了传统SBR变水位操作水头损失大、水池容积利用率低的缺点。豆制品加工废水污染物浓度高,可生化性好。在优化与处理阶段的除渣以及臭气处理的基础上,通过采用ABR-MSBR好氧生化处理工艺处理,出水可以稳定达到并优于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准,具有处理效果好、运行稳定、投资和运行费用低的特点,有较高的行业推广价值。

2、结论

(1)豆制品废水的排放相对集中,水量和水质不均匀,有机物浓度高,成分复杂,较难处理。废水的产生量一般是大豆重的5倍以上,COD 及BOD5 值达上万毫克每升,SS 的质量浓度高达1000~1500 mg/L,pH 较低,有毒有害物质很少,可生化性好,适用于生物法处理。

(2)豆制品废水是一种高浓度有机废水,对于这类废水的处理,厌氧生物处理与好氧生物处理相比,具有剩余污泥量少、设施所占空间小的优点;但只通过厌氧处理,很难达标排放,因此一般都会采用厌氧+好氧处理的方法。二者结合,既可取得较好的经济效益,又使出水达到排放标准。

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