乳制品废水处理技术研究

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摘要:在分析乳制品废水污染现状、水质特点及其环境影响的基础上,介绍国内外对于此种废水的处理技术,旨在为处理乳制品废水提供参考.

关键词:乳制品废水;物化处理技术;生物处理技术

近年来,随着人民生活水平的提高,乳制品已经成为人们生活中的必需品,其种类已经从传统的牛奶、奶粉、奶酪扩展到免疫奶等技术含量较高的乳制品,在乳制品工业迅速发展的同时,其废水的排放量也在逐年增加.据统计,2012年我国乳制品年产量达2289万t,是1995年产量的43倍[12],在乳制品加工生产过程中,尤以生产液态奶的废水产生量居多[3].乳制品废水作为典型的工业废水,若未经处理或处理不当直接排入水体势必对环境造成危害,因此废水须经处理达标排放.

1乳制品废水特点及危害

乳制品种类繁多,生产工艺不尽相同,其废水也来自于不同方面,一般情况下,乳制品废水水量的一半以上来自于生产过程中可循环使用的冷凝和冷却用水,其他则来自于加工容器、管道、地面清洗水以及员工生活污水,其中清洗废水污染程度较重.乳制品废水为典型的工业废水,通常呈乳黄色,COD高达0.8~25g/L,BOD5高达0.6~1.5g/L[4],虽然二者维持在一个较高的水平,但BOD5/COD通常大于0.5,可生化性较好;另外,由于每天上班下班时工人需对设备、加工地面等进行清洗,导致废水水质水量在一天之内波动较大,废水中通常含有蛋白质、乳糖、乳脂肪、洗涤剂等成分,乳制品废水作为高浓度有机废水,如果处置不合理,排入水体后导致水体中的溶解氧的大量消耗,严重影响水生动植物的生长,废水中有机氮在缺氧条件下分解产生氨氮,可使水体发臭,严重情况下导致水生生物死亡.

2乳制品废水处理技术研究进展

乳制品废水虽然有机物含量高,但污染程度较轻,处理难度偏低,国内外对于乳制品废水处理技术主要有物化处理技术、生物处理技术以及二者的结合工艺.

2.1物化处理技术

物化法由物理法和化学法组合而成,此种方法主要用来处理废水中以胶体或悬浮物状态存在的污染物质,物化法处理机理复杂,占地面积较小,所需费用较高,目前国内应用较多的为气浮及混凝沉淀.(1)气浮处理技术.气浮最早应用于选矿业,自20世纪以来气浮技术发展迅速,气浮利用溶解在水中的微气泡在上升过程中粘附污水中的悬浮物质,到达水面形成浮渣从而实现固液分离,气浮在乳制品处理过程中主要去除污水中的乳脂肪和乳蛋白等高分子有机物.周斌彬、帅卿利用气浮-水解酸化-生物接触氧化工艺率为54%,BOD去除率为48%,SS去除率为59%[5];龚为进、段学军采用气浮-ABR-生物接触氧化处理某乳制品废水,COD、BOD去除率分别达到95%和98%[6].(2)混凝沉淀.混凝沉淀利用污水中投加的电解质,使污水中的悬浮颗粒脱稳,进一步去除浮渣.混凝效果通常受到多方面的影响,例如混凝剂种类、性质、投加量以及pH值等,该处理技术的核心是混凝剂的选择使用,无机絮凝剂硫酸铝以及高分子有机聚丙烯酰胺(PAM)由于投加量少,混凝效果显著,费用低而应用广泛,有实验研究表明,二者结合使用较单独使用时的投加量大大降低,并且COD、BOD去除率均在60%以上[7].另有学者研究表明,PAM硫酸路絮凝法的最佳操作条件为PAM用量0.01g/L,硫酸铝用量0.3g/L,pH值处于6~8之间,污水中污染物质去除效果显著[8].

2.2生物处理技术

由于乳制品废水可生化性好,污水中的有机物可以为微生物的生长代谢所用,满足生物处理的条件,并且在工业废水处理领域,生物处理技术应用广泛、技术成熟,该法处理程度高,处理系统具有较强的抗冲击符合能力.(1)好氧处理技术.好氧处理技术在生物处理技术领域应用最为广泛,运行管理经验丰富,处理方法主要包括SBR法、曝气生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等[9].SBR利用间歇运行方式,通过控制不同的反应条件来去除污水中的污染物质,对污染物尤其是氮磷去除率高,更加适用于中小水量污水处理工程.国外应用实践表明,在溶解氧质量浓度在2~3mg/L之间时,COD去除率高达90%[9];在脱氮除磷方面,韩冬妮[10]采用二级SBR处理工艺,达到氨氮的完全氧化,一级反应水利停留时间HRT=4d,二级反应停留时间为一级反应的1/3,可见二级处理工艺在脱氮除磷方面效果显著,因此需要针对不同废水的水质水量情况确定最佳的运行参数.曝气生物滤池作为一种膜处理工艺开始于20世纪70年代,该工艺广泛应用于生活污水和工业废水的处理,最大优势在于生物滤除不仅可以对污水进行生物处理而且可以对活性污泥进行截留,其后节省二沉池,减少污水处理设施的占地面积并且简化处理工艺[11].曝气生物滤池对进水要求严格,通常需要一定程度的预处理,目前该技术在国外应用广泛,在国内处于研究推广阶段.生物接触氧化通过在池内铺设填料,通过对污水进行曝气充氧,污水与填料上的生物膜充分接触,污水中的有机物得以去除.我国在20世纪70年代开始对生物接触氧化工艺的研究,最早应用于处理生活污水.其所需动力消耗大大低于活性污泥法,汽水比通常只为活性污泥的1/4,用电量为活性污泥的1/5,目前该法广泛应用于处理制药废水、燃料废水等工业废水,在乳制品处理领域,谭红艳利用气浮-水解酸化-缺氧-生物基础氧化工艺处理乳品废水,出水水质较好,满足《污水综合排放标准》(GB8978—1996)二级标准[12].(2)厌氧处理技术.在乳制品废水处理过程中,厌氧工艺以无需曝气、产生的剩余污泥量少等特点得以广泛应用.在实际应用中主要有上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧附着膜膨胀床(AAFEB),以及水解酸化等.UASB最早由Lettinga在20世纪70年代研究发明,在厌氧处理技术中,该法的应用达到一半以上,目前国内外对于UASB的研究逐渐深入,通过采用不同的预处理技术、改进UASB反应器以及优化运行参数,以使出水达到更好的效果.研究表明,通过采用改进反应器的手段与传统处理工艺处理乳制品废水进行对比,改进系统减少运行费用,降低运行成本[13];在国内,采用35℃左右的运行温度,0.07kgTSS/L污泥接种浓度,HRT=12h的情况下采用UASB处理某乳制品厂废水,出水稳定,效果良好[14].厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)由Jewell于20世纪70年代研制开发,该反应器采用固体填料的流态化技术,载体膨胀率在15%左右,通过附着在载体上厌氧微生物来实现污水的净化.近年来对于AAFEB的研究逐渐深入并增加,但是实际应用较少,其运行受到温度、微生物载体、污水回流速度等方面的影响.国内有学者对利用AAFEB处理乳制品废水的运行参数进行研究,结果表明,采用中温35℃,在进水COD浓度为2500mg/L、HRT=8h的条件下,COD去除率达到80%,但在反应过程中,需对水体的pH值进行调节,才能保证AAFEB反应器运行稳定[15].由于乳制品废水有机物含量高,采用好氧处理技术很容易出现污泥膨胀,并且好氧处理技术需持续曝气增加运行费用,单独采用厌氧处理技术处理时间较长,因此单独采用厌氧、好氧处理工艺很难实现污染物质的高效去除,诸多研究证实,两种工艺结合使用可以去除乳制品废水中大部分污染物质,对于有机物的去除率达到90%以上.

3结论

国内对于乳制品废水处理技术的研究日益深入,在诸多处理技术中,基于乳制品废水的水质特点,生物处理技术被更多的采用,如UASB、生物滤池、生物接触氧化等.但是每种方法在存在处理优势的同时都存在一定的缺陷,因此工艺的结合使用是乳制品废水处理的研究方向,并且对于乳制品废水进行回收利用也是日后研究的重点,已实现环境效益的同时实现经济效益.

作者:洪和琪 单位:辽宁省城市污水处理管理中心

参考文献：

[1]魏传立,王福林.我国乳制品业的现状和发展研究[J].农机化研究,2010,32(1):241244.

[2]张朔望,范云琳,邵明君,等.2012年11-12月份中国奶业生产情况浅析[J].中国奶牛,2013(2):1115.

[3]晁雷,赵晓光,李晓东,等.国内外乳制品工业废水生物处理技术研究进展[J].江苏农业科学,2014,42(1):14.

[4]蔡晶,张昊喆.乳品工业废水处理[J].世界环境,2002(5):37-38.

[5]周斌彬,帅卿,黄幍,等.气浮-水解酸化-生物接触氧化工艺处理乳制品废水[J].科技信息,2010(34):352-353.

[6]龚为进,段学军.气浮ABR生物接触氧化工艺处理乳制品废水[J].工业水处理,2010,30(8):8385.