申请日2016.07.20
公开(公告)日2016.10.12
IPC分类号C02F9/14; C02F103/32
摘要
本发明公开了一种植物蛋白废水高效处理方法，属于蛋白类废水处理领域。本发明采用“多级预处理+高效厌氧+缺氧+好氧”联合工艺，实现植物蛋白废水的高效厌氧处理、稳定运行及资源化。所述的“多级预处理技术”主要包括物化预处理和生化预处理两个部分：物化预处理实现了蛋白废水中悬浮颗粒的高效截留和豆粕资源回收;生化预处理实现了蛋白的破坏、钙离子及磷酸根的截留，消除了对厌氧产生干扰的影响因素;高效厌氧单元通过合理控制进水的pH、温度，保证了厌氧系统的高效、稳定运行，容积负荷可以高达25kg/(m3.d);与该类废水的传统工艺技术相比，本技术方法具有高效、稳定、资源利用率高等优点，可以实现植物蛋白废水的高效处理。
权利要求书
1.一种植物蛋白废水高效处理方法，其步骤为：
(A)废水进入气浮池，气浮池内投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，进行曝气搅拌，气浮池中的浮渣经过压滤装置进行回收，滤液返回至气浮池;
(B)步骤(A)中气浮池的出水进入混凝单元，混凝单元包括混凝反应池和混凝沉淀池，混凝反应池内投加聚合氯化铁和聚丙烯酰胺，混凝反应池出水进入混凝沉淀池，沉淀物回流至气浮池内，混凝沉淀池出水进入下一处理单元;
(C)步骤(B)中混凝单元沉淀池出水经过生化预处理反应单元进行强化预处理，使废水更利于厌氧单元的高效处理;
(D)将步骤(C)中生化预处理反应单元的出水引至厌氧单元进行厌氧反应;厌氧进水的pH调节一方面通过厌氧出水回流，另一方面通过投加氢氧化钠或盐酸;
(E)将步骤(D)中厌氧单元出水引至“缺氧+好氧”单元，通过回流来调节进水水质，实现高效脱氮反硝化和COD的去除。
2.根据权利要求1所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(A)中气浮池的回流比设置为80%。
3.根据权利要求1或2所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(A)中气浮池内聚合氯化铝的投加量为50～1000mg/L，聚丙烯酰胺的投加量为1～20mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(B)中混凝单元反应池内聚合氯化铁的投加量为50～300mg/L，聚丙烯酰胺的投加量为1～20mg/L。
5.根据权利要求1或4所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(B)中的混凝出水部分回流至气浮单元，回流量为0～80%。
6.根据权利要求3所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(C)中提及的生化预处理的具体方法为采用水解污泥将废水中的蛋白进行水解，实现了蛋白的破坏，同时通过污泥吸附作用实现钙离子及磷酸根的截留，该单元停留时间为2～24h，通过水力搅拌控制溶解氧在0.5mg/L以下。
7.根据权利要求6所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(D)中采用的厌氧单元的填料为颗粒污泥，厌氧出水回流比例为2～10倍，厌氧进水pH调节至5～7。
8.根据权利要求7所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(D)中用于调节pH的氢氧化钠为1%～10%(质量分数)的溶液，所述的盐酸为1%～36%(质量分数)的盐酸。
9.根据权利要求1或6所述的一种植物蛋白废水高效处理方法，其特征在于：步骤(E)中所用的好氧单元为A/O工艺。
说明书
一种植物蛋白废水高效处理方法
技术领域
本发明属于蛋白类废水处理领域，更具体地说，涉及一种植物蛋白废水高效处理方法。
背景技术
大豆蛋白是一种重要的植物蛋白，由于其含有丰富的蛋白营养成分，目前在各种食品加工行业中得到广泛的应用。我国大豆分离蛋白生产起步较晚，现已建成投产的分离蛋白生产厂家60余家，主要分布在山东、河南、河北和东北三省等地区，我国大豆蛋白年产量约为100万吨，出口量占国际贸易额的一半以上。目前，国内大豆蛋白生产工艺主要为“碱溶酸沉法”，如附图2所示，大豆蛋白生产过程中会产生大量的废水，主要是包括原料的处理用水、豆清水、设备清洗水和产品溢流液等。据统计，每生产1吨大豆蛋白会产生40吨乳清废水。
大豆蛋白废水中主要污染物为高浓度的有机物、低聚糖、碳水化合物和无机盐类，通常水质中CODcr高达20000mg/L以上，悬浮物高达5000mg/L以上。从实际运行经验和废水水质分析可知，大豆蛋白废水的特点是有机物含量高，水质水量变化大，对废水处理设施冲击性大等。但其废水可生化性较好(B/C>0.4)，废水中营养元素(N、P)含量高。植物蛋白废水有以下特点：(1)蛋白含量高：这是蛋白工艺自身导致的，常规的大豆蛋白生产工艺中“碱溶酸沉”之后，水中仍残余大量的蛋白物质，这种情况不仅浪费了大量的原料，而且给后续废水处理增加了难度。(2)pH缓冲性能强：大豆蛋白生产工艺中“碱溶酸沉”之后，水中残余的蛋白物质酸碱缓冲性能较强，在酸性溶液可以得电子、碱性条件可以失电子，因此，如果在没有去除这部分蛋白的前提下，仅依靠投加酸或碱，想把水质pH调至中性是非常困难的，不仅需要消耗大量的酸或碱，而且调匀后的水质pH不稳定，随着时间的变化pH仍然会随之变化。(3)SS含量高：蛋白废水中残留大量的豆粕残渣，如果没有在物化单元得到有效的去除，那么这些悬浮物在生化单元内难以被微生物降解，同时这些悬浮物在生化系统内会附着在颗粒污泥表面，堵塞颗粒污泥传质孔道，导致污泥死亡或空心化，或者在水利条件下，悬浮颗粒对颗粒污泥可能产生一定程度的剪切作用，导致污泥解体或破碎。蛋白废水由于蛋白含量较高，水质自酸化比较明显，在自酸化的过程中容易导致pH的变化，进而影响蛋白的水溶性，因此蛋白废水随着时间的变化，其SS含量也在不断波动，常规的物化工艺没有考虑水质自变化，因此SS去除率往往不高。(4)消泡剂：蛋白废水的特殊性造成离心过程中产生大量的泡沫，生产过程中往往需要投加大量的消泡剂。
大豆蛋白企业通常采用“混凝气浮+厌氧生物处理+好氧生物处理+深度处理”工艺进行废水处理。但行业内普遍存在厌氧系统难以高效稳定运行的技术难题，现行的厌氧单元颗粒污泥解体现象严重，出水中带有大量细小颗粒污泥，厌氧系统无法实现颗粒污泥增殖，周期性补加颗粒污泥，给蛋白生产企业带来巨大的污水处理成本，甚至抑制了生产规模的不断扩大。山东大学、清华大学等其他许多高校院所均曾对蛋白废水的处理展开过研究工作，但在理论发现和工程实践领域尚没有取得关键性技术突破，针对行业内大豆蛋白废水处理过程中普遍存在的气浮效果不佳、厌氧系统容积负荷较低、颗粒污泥需要周期性补加等问题，以及行业内面临提标、改造的技术难题，目前该领域技术人员虽知道当前的技术问题，但是没有完全认清造成这种技术问题的根本原因，因此也没有办法找到针对性的解决措施，目前常见的蛋白废水处理专利技术主要集中在厌氧反应装置本身的优化改造(大豆蛋白废水处理装置及其处理方法，CN201510095066.8;厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置及方法，CN201410454215.0;一种新型的大豆蛋白废水高效厌氧处理器，CN201110444751.9)，这些专利技术都只是停留在厌氧反应器如何改造方面，没有涉及到根本问题的解决措施，因此不可能解决行业内的实际问题，业内技术人员缺少对蛋白废水处理工艺的整体把握和重点攻克，尚没有相应的专利技术通过选择合理的方法解决目前蛋白行业废水处理领域普遍存在的技术难题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有植物蛋白废水处理过程中存在的：1)气浮单元的表面负荷不能符合要求，常会受到来水水质波动影响大，出水SS严重偏高;2)厌氧系统受到气浮出水水质波动影响较大，特别是高浓度的SS;3)厌氧系统总水力停留时间严重偏长，有机容积负荷和单位容积产气率偏低;4)厌氧单元颗粒污泥解体现象严重，出水中带有大量细小颗粒污泥，厌氧系统无法实现颗粒污泥增殖等技术难题，本发明提供一种植物蛋白废水高效处理方法，采用“多级预处理+高效厌氧+缺氧+好氧”联合工艺，实现植物蛋白废水的高效厌氧处理、稳定运行及资源化。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种植物蛋白废水高效处理方法，其步骤为：
(A)废水进入气浮池，气浮池内投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，进行曝气搅拌，气浮池中的浮渣经过压滤装置进行回收，滤液返回至气浮池;
(B)步骤(A)中气浮池的出水进入混凝单元，混凝单元包括混凝反应池和混凝沉淀池，混凝反应池内投加聚合氯化铁和聚丙烯酰胺，混凝反应池出水进入混凝沉淀池，沉淀物回流至气浮池内，混凝沉淀池出水进入下一处理单元;
(C)步骤(B)中混凝单元沉淀池出水经过生化预处理反应单元进行强化预处理，使废水更利于厌氧单元的高效处理;
(D)将步骤(C)中生化预处理反应单元的出水引至厌氧单元进行厌氧反应;厌氧进水的pH调节一方面通过厌氧出水回流，另一方面通过投加氢氧化钠或盐酸;
(E)将步骤(D)中厌氧单元出水引至“缺氧+好氧”单元，通过回流来调节进水水质，实现高效脱氮反硝化和COD的去除。
优选地，步骤(A)中气浮池的回流比设置为80%，气浮池内聚合氯化铝的投加量为50～1000mg/L，聚丙烯酰胺的投加量为1～20mg/L。
优选地，步骤(B)中混凝单元反应池内聚合氯化铁的投加量为50～300mg/L，聚丙烯酰胺的投加量为1～20mg/L，混凝出水部分回流至气浮单元，回流量为0～80%。。
优选地，步骤(C)中提及的生化预处理的具体方法为采用水解污泥将废水中的蛋白进行水解，实现了蛋白的破坏，同时通过污泥吸附作用实现钙离子及磷酸根的截留，该单元停留时间为2～24h，通过水力搅拌控制溶解氧在0.5mg/L以下，生化预处理消除了对厌氧产生干扰的影响因素，使生化预处理后的出水更易于后续的厌氧单元。
优选地，步骤(D)中采用的厌氧单元为公开化的EGSB反应器，填料为颗粒污泥，厌氧出水回流比例为2～10倍，厌氧进水pH调节至5～7。
优选地，步骤(D)中用于调节pH的氢氧化钠为1%～10%(质量分数)的溶液，所述的盐酸为1%～36%(质量分数)的盐酸。
优选地，步骤(E)中所用的好氧单元为A/O工艺。
本发明首先通过分析造成厌氧系统难以稳定运行的根本原因，然后通过创造性单元设计及工艺组合优化，通过“物化预处理+生化强化预处理+高效厌氧+好氧”联合工艺，实现了植物蛋白废水的稳定、高效处理，为科学理论研究和项目工程化应用提供了依据。业内技术人员没有意识到技术问题的关键原因，因此其操作手段没有针对性，无法解决根本问题，也没办法有动机的选择类似的工艺组合来实现技术效果;另外，即便通过随机组合采取类似的组合工艺的应用，也无法通过关键的工艺参数选择，来实现本发明所能获得的有益效果，并且，我们认为本专利提及的关键技术和关键参数均需要在充分理解技术难题的根本原因的基础上，通过科学的分析和充分实践才能获得。
通过以上分析有几点结论：(1)植物蛋白废水处理领域存在厌氧系统难以稳定运行的技术难题;(2)当前技术人员没有完全清楚该技术问题的根本原因;(3)当前的技术手段多为厌氧反应器设计，没有通过整体考虑，没有解决该技术难题;(4)本发明技术提及的组合工艺是在充分掌握技术难题的根本原因的基础上，通过科学分析和多次试验测试才能得到的，本发明的联合工艺不是现有工艺的简单组合，而是从根本原因出发，重点在预处理与厌氧段实现整体协同效果，是专门针对植物蛋白废水设计的处理工艺，不是常规废水处理思路能够实现的，本发明的工艺也不是按照常规处理思路能够想到的;(5)本发明提及的技术方法中，许多关键参数的选择与常规处理工艺的参数选择具有较大差别，这主要是由于参数选择的思路和方法不同，业内普通技术人员是难以简单获得的，并且这些工艺组合关键参数的选择设定解决当前的技术难题，取得了意想不到效果，实现了各工艺段、各工艺参数的整体协同作用，具有显著的有益效果。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种植物蛋白废水高效处理方法，三级预处理中的混凝工艺回流，减少了气浮单元的处理负荷，提高了SS去除率，另外生化预处理也能通过水解作用改变废水pH条件，促进悬浮蛋白的溶解和破坏，进一步减少SS含量，有效解决气浮单元SS去除不彻底的技术难点，可将物化出水SS含量降低至1000mg/L以下，强化了物化预处理的效率;
(2)本发明的一种植物蛋白废水高效处理方法，通过生化预处理，将蛋白进行充分的水解成氨氮，实现了蛋白的破坏、钙离子及磷酸根的截留，缓解了厌氧单元的进水波动，将厌氧过程的不利因素都控制在生化预处理单元;
(3)本发明的一种植物蛋白废水高效处理方法，增大厌氧出水回流比，调节厌氧进水pH，克服了传统的厌氧系统在蛋白废水处理过程中存在的容积负荷不高，COD降解率偏低的技术难题;
(4)本发明的一种植物蛋白废水高效处理方法，采用系列的预处理，包括物化预处理、生化预处理，克服了厌氧单元颗粒污泥解体现象严重，出水中带有大量细小颗粒污泥，厌氧系统无法实现颗粒污泥增殖的技术难题，实现了该类废水治理过程中厌氧颗粒污泥的增殖，保证厌氧系统的高效、稳定运行;
(5)本发明的“多级预处理技术”主要包括物化预处理和生化预处理两个部分：物化预处理实现了蛋白废水中悬浮颗粒的高效截留和豆粕资源回收;生化预处理实现了蛋白的破坏、钙离子及磷酸根的截留，消除了对厌氧产生干扰的影响因素;高效厌氧单元通过合理控制进水的pH、温度，保证了厌氧系统的高效、稳定运行，容积负荷可以高达25kg/(m3.d);与该类废水的传统工艺技术相比，本技术方法具有高效、稳定、资源利用率高等优点。