乳品行業(yè)廢水處理及中水回用

于容樸 孫迎雪 胡洪營(yíng)

摘 要：本文介紹了乳品行業(yè)生產(chǎn)工藝及排污特點(diǎn)，分析了乳品行業(yè)廢水處理主流工藝的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并對(duì)污水處理站產(chǎn)水進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其排水水質(zhì)優(yōu)于中水回用標(biāo)準(zhǔn)。最后，筆者探討了乳品企業(yè)內(nèi)外中水回用途徑，明確了乳品行業(yè)中水回用的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：乳品行業(yè);廢水處理;中水回用

中圖分類(lèi)號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）23-0099-03

Abstract： This paper introduced the production process and sewage characteristics of the dairy industry， analyzed the key technical parameters of the mainstream wastewater treatment process in the dairy industry， and conducted research on the water produced by the sewage treatment station. It was found that the drainage water quality was better than the standard for reclaimed water. Finally， the author discussed the ways of water reuse inside and outside dairy companies， and clarified the development direction of water reuse in the dairy industry.

Keywords： dairy industry;wastewater treatment;reclaimed water reuse

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)乳制品產(chǎn)量快速增加，1998年的乳制品年產(chǎn)量?jī)H為54.03萬(wàn)t[1]，到2018年，其年產(chǎn)量超過(guò)2 700萬(wàn)t[2]，耗水量也大幅度提升，即使用水定額按最低3.5 t/t產(chǎn)品計(jì)算[3]，年用水量也達(dá)到了近億噸規(guī)模。我國(guó)人均水資源量只有2 000多噸，僅為世界人均水平的25%。如果可以將乳品廢水處理后加以利用，就可以節(jié)約大量淡水資源，緩解部分水資源短缺問(wèn)題。

1 乳品行業(yè)廢水排污特點(diǎn)

1.1 乳制品生產(chǎn)工藝及原料組成

乳制品主要包括純牛奶、酸奶、奶粉、冷飲（冰激淋等），生產(chǎn)工藝單元有高溫滅菌、厭氧發(fā)酵、調(diào)制、包裝、清洗等過(guò)程，生產(chǎn)用水水質(zhì)要求較高，一般為軟化水或脫鹽水。生產(chǎn)的主要原料是鮮牛奶，常用的添加劑有香精、抗氧化劑、增稠劑、甜味劑等成分，個(gè)別產(chǎn)品還需要添加色素、果肉、植物油、植物蛋白等，生產(chǎn)過(guò)程中幾乎不添加無(wú)機(jī)組分以及難降解組分。

1.2 廢水排放來(lái)源

乳品行業(yè)廢水包括四個(gè)方面：一是生產(chǎn)排水和生活排水，生產(chǎn)排水是廢水的主要來(lái)源，其組成包括容器、管道、生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的周期性CIP（Clean in Place，也稱(chēng)原位清洗）排水，這部分廢水濃度高、水量大，占所有水量的70%～80%;二是軟化純水生產(chǎn)車(chē)間的排污;三是鍋爐房排污;四是制冷循環(huán)水系統(tǒng)排污等。

1.3 水體污染物特點(diǎn)

受生產(chǎn)周期影響，乳品廢水為間歇式排放，水質(zhì)水量隨時(shí)間、生產(chǎn)班次有較大的波動(dòng)。另外，廢水中的主要污染物為乳產(chǎn)品組分，含乳蛋白（如酪蛋白、乳清蛋白等）、乳脂肪、乳糖等，另外廢水還含有清洗及軟化等過(guò)程排出的酸、堿和無(wú)機(jī)鹽等。廢水中大部分有機(jī)污染物具有較好的生化性，廢水的B/C約為0.5，生化性能好，適合進(jìn)行生物降解。

2 乳品行業(yè)廢水處理主流工藝

乳品行業(yè)廢水處理主流工藝一般包括四個(gè)過(guò)程，即預(yù)處理、厭氧生物處理、好氧生物處理、深度處理。下面對(duì)四個(gè)過(guò)程工藝參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 預(yù)處理單元設(shè)計(jì)

乳品廢水典型預(yù)處理工藝如下：綜合排放廢水→粗格柵→集水池→提升泵→細(xì)格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→氣浮池（水解池）→中間水池。

車(chē)間排出的廢水含有包裝盒、吸管等雜質(zhì)，為防止堵塞后續(xù)設(shè)備、管線，一般經(jīng)粗、細(xì)兩道格柵過(guò)濾攔截大的顆粒物，粗格柵的柵隙在25 mm以內(nèi)，細(xì)格柵的柵隙為1～2 mm，柵條均需采用304材質(zhì)。

在不同的CIP沖洗周期節(jié)點(diǎn)，排水特性也不相同，包括酸洗水、堿洗水、高濃水、熱水等類(lèi)別，水溫、有機(jī)物濃度以及酸堿對(duì)生化單元的沖擊較大，需要設(shè)置調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量，調(diào)節(jié)池水力停留時(shí)間（HRT）介于8～12 h，池體的停留時(shí)間和企業(yè)排水規(guī)模成反比。

為減小廢水中動(dòng)植物油（主要是乳脂肪）厭氧污泥的沖擊，原水預(yù)處理還需要進(jìn)行隔油處理。原水中的油以乳濁液形態(tài)存在，用普通的隔油池難以分離。當(dāng)進(jìn)水濃度較高（CODCr≥3 000 mg/L）時(shí)，宜采用混凝氣浮除油預(yù)處理工藝;當(dāng)進(jìn)水濃度較低（CODCr≤1 500 mg/L）時(shí)，宜采用水解酸化破乳隔油預(yù)處理工藝，水解酸化時(shí)間應(yīng)大于12 h，另外，池內(nèi)應(yīng)考慮去除浮渣的措施。

2.2 厭氧生物處理單元設(shè)計(jì)

厭氧生物處理工藝如下：預(yù)處理水出水→提升泵→布水系統(tǒng)→厭氧反應(yīng)區(qū)→收水系統(tǒng)→吹脫池。

乳品廢水中有機(jī)物濃度較高，一般原水CODCr為2 000～4 000 mg/L，經(jīng)預(yù)處理的原水CODCr濃度為1 000～2 000 mg/L，預(yù)處理后總氮濃度為50～80 mg/L，BOD5與凱氏氮比值較高。通常，生物單元先采用厭氧生物處理，具有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是可以減少好氧的電費(fèi)，節(jié)約運(yùn)行成本;二是可以減小池體容積，減少工程投資費(fèi)用。

常用的厭氧處理方式有UASB和ABR，當(dāng)最不利季節(jié)的平均水溫可以維持在25 ℃以上時(shí)，厭氧可選用IC工藝。常見(jiàn)的厭氧單元去除率為70%～85%，出水的CODCr為200～500 mg/L，一般不能滿足后續(xù)A2O工藝的脫氮的碳氮比要求，其間需要少量濃水作為反硝化碳源，超越厭氧池，直接進(jìn)入好氧的反硝化池。厭氧池的水力停留時(shí)間多控制在14～24 h，容積負(fù)荷受反應(yīng)溫度、污泥性質(zhì)（絮凝泥/顆粒泥）影響較大。UASB工藝的上升流速一般控制在0.5～1.0 m/h，ABR的升流區(qū)流速為1～2 m/h，IC的上升流速（進(jìn)水+內(nèi)循環(huán)）控制在4～5 m/h。

2.3 好氧處理單元

目前，國(guó)內(nèi)大型乳品廠污染物內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)多為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，好氧采用的工藝有接觸氧化法、活性污泥法、CASS工藝等，應(yīng)用較廣的是ANO工藝。工藝流程如下：進(jìn)水→反硝化AN池→好氧O池（硝化液回流泵）→二沉池（污泥回流泵）。

好氧池的污泥齡一般控制在20 d以上;硝化負(fù)荷控制在0.05 kg左右，并根據(jù)實(shí)際水溫做修正;BOD5污泥負(fù)荷控制在0.1 kg/（kgMLSS·d）左右;缺氧、好氧總停留時(shí)間控制在18～26 h。除TP外，其他指標(biāo)（CODCr、BOD5、SS、TN、NH3-N、pH）一般均能滿足一級(jí)A排放要求。

2.4 深度處理單元

乳品廢水的總磷（TP）含量為10～20 mg/L，通過(guò)微生物的代謝排泥，難以滿足0.5 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)，深度處理方式一般包含化學(xué)除磷、中水回用、消毒處理。常用化學(xué)除磷的工藝有微絮凝過(guò)濾、活性砂連續(xù)過(guò)濾、高密度沉淀池、氣浮除磷等，均可滿足排放要求。氣浮除磷動(dòng)力消耗高，占地小，高密沉淀池結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，效果顯著。

除磷劑一般采用聚合氯化鋁或聚合硫酸鐵，投加藥劑三價(jià)金屬離子和去除總磷的摩爾比控制范圍為1.5～2.5。鋁鹽和鐵鹽水解都需要消耗3倍的氫氧根濃度，以鋁鹽投加計(jì)算，每摩爾鋁離子需要3 mol堿度，折合碳酸鈣堿度50×3/27=5.56 g/g[4]，同理，鐵離子需要碳酸鈣堿度2.68 g/g。由于聚合氯化鋁也稱(chēng)堿式氯化鋁，在水解過(guò)程中會(huì)釋放大量的氫氧根，因此實(shí)際除磷過(guò)程中需要的堿度比聚鐵要小得多。

3 乳品行業(yè)中水回用的方向

3.1 乳品廠處理出水的污染物對(duì)中水回用的影響

《建筑中水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50336—2018）規(guī)定，用作雜用水如沖廁、綠化、洗車(chē)等，出水應(yīng)符合《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（ GBT 18920—2002）要求;用作景觀環(huán)境用水，出水應(yīng)符合《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水》（GBT 18921—2002）要求。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相比較，雜用水對(duì)鐵、錳等顯色離子要求較高，另外對(duì)溶解性總固體要求較為嚴(yán)格（減少結(jié)垢），景觀環(huán)境用水對(duì)總磷指標(biāo)要求更為嚴(yán)格，以控制水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

針對(duì)乳品企業(yè)污水站出水進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一些工廠排水的溶解性總固體達(dá)到近2 000 mg/L，超出雜用水1 500 mg/L的上限要求，其他指標(biāo)均可以滿足中水回用要求。經(jīng)分析，部分工廠排水礦化度（TDS）較高的原因主要有四類(lèi)：一是企業(yè)位于北方地區(qū)，自來(lái)水為深層地下水，背景TDS值較高;二是生產(chǎn)工藝水處理系統(tǒng)（軟化水及鍋爐）的排污帶入鹽分;三是生產(chǎn)過(guò)程中酸、堿清洗將鹽分帶入系統(tǒng);四是污水處理過(guò)程中增加了鹽分（因pH和堿度要求在污水中投加片堿;混凝氣浮除油或混凝除磷過(guò)程中投加有機(jī)絮凝劑）。

對(duì)照中水標(biāo)準(zhǔn)的其他指標(biāo)，包括娛樂(lè)性景觀用水中的BOD5（限值6mg/L），按照本文所述的處理工藝，出水均可達(dá)到相應(yīng)要求。

3.2 乳品企業(yè)廠內(nèi)的中水用途

乳品加工行業(yè)屬于食品領(lǐng)域，車(chē)間做無(wú)塵設(shè)計(jì)，中水不能回用于生產(chǎn)，也不宜沖洗地面。目前，乳品行業(yè)鍋爐基本采用天然氣鍋爐，沒(méi)有脫硫、除塵用水要求。鍋爐熱水用于管道及容器清洗，有接觸食品的風(fēng)險(xiǎn)，鍋爐用水也不能采用中水。一般辦公和生產(chǎn)車(chē)間共建，中水進(jìn)車(chē)間也不能保證生產(chǎn)安全。

目前，乳品廠內(nèi)的中水回用在干旱地區(qū)多集中于綠化澆灑，個(gè)別的用于廠內(nèi)景觀補(bǔ)水。乳品廢水處理產(chǎn)水在水質(zhì)上完全可以滿足消防水池補(bǔ)水要求，但火災(zāi)發(fā)生時(shí)中水的產(chǎn)量一般不能保證，采用中水補(bǔ)水時(shí)消防水池容積應(yīng)按火災(zāi)持續(xù)時(shí)間內(nèi)室內(nèi)外滅火所需全部水量設(shè)計(jì)，池體投資和占地均較大，因此實(shí)際應(yīng)用案例也較少。

以某日產(chǎn)酸奶500 t的乳制品加工廠為例，工廠占地20 hm2，綠化率為30%，工廠綠化面積約為60 000 m2，每次澆灑用水定額取2 L/（m2·d），每天噴灑2次，每天最大綠化用水量為240 m3，該工廠排水量為2 500 m3/d，綠化用水利用率不足10%，到了雨季或冬季，回用水量更是趨近于零。

3.3 出廠后的中水用途

乳品廢水處理產(chǎn)水達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)后，產(chǎn)水清澈透明，沒(méi)有一類(lèi)污染物，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于中水回用標(biāo)準(zhǔn)，有比較大的再生利用價(jià)值，主要用途如下所述。

3.3.1 生產(chǎn)工藝用水。工業(yè)園區(qū)內(nèi)的乳品企業(yè)排水，可以直接作為用水要求不高的相鄰企業(yè)工藝用水，如鋼鐵、造紙、焦化等行業(yè)生產(chǎn)用水。

3.3.2 循環(huán)冷卻用水。當(dāng)出水溶解性總固體濃度較低時(shí)，結(jié)合微濾（超濾）膜工藝，出水經(jīng)處理后可以滿足鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[5]，供給熱電廠等用水大戶回用。

3.3.3 農(nóng)田灌溉用水。按《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005）要求，灌溉用水對(duì)含鹽量、氯化物的要求較為嚴(yán)格。首先，在乳品生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)注意樹(shù)脂再生水、鍋爐濃水等分流排放;其次，在水處理過(guò)程中，尤其需要控制化學(xué)混凝劑的投加量。通過(guò)上述的工藝調(diào)整優(yōu)化，乳品廠排水完全可以滿足灌溉用水要求。

3.3.4 地表環(huán)境補(bǔ)水。《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）規(guī)定，滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的排水可以引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等使用。

4 乳品水中水回用存在的幾個(gè)問(wèn)題

一是乳品行業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)一樣，具有生產(chǎn)的淡季和旺季，排放水量有一定的波動(dòng)性。二是不同地區(qū)自來(lái)水的含鹽量不同，生產(chǎn)制水的工藝不同，CIP清洗酸堿用量不同，污水處理藥劑投加不同，出水含鹽量差異較大。當(dāng)回用水對(duì)含鹽量有要求時(shí)，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)情況及廢水處理工藝做充分調(diào)研。三是乳品加工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)排放事故奶的問(wèn)題，廢奶的COD高達(dá)十多萬(wàn)毫克每升，可能會(huì)對(duì)污水處理單元和最終產(chǎn)水的水質(zhì)有一定沖擊。在中水回用時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)檢測(cè)工作。

5 結(jié)論

因原水營(yíng)養(yǎng)豐富，降解性好，經(jīng)處理后，乳品行業(yè)廢水的排水較為優(yōu)良，一般出水優(yōu)于一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，按2017年全國(guó)工業(yè)廢水排放量181.6億t計(jì)算，行業(yè)排水占比超過(guò)0.5%，具有回收利用的價(jià)值。綜上分析，工廠內(nèi)部的利用率一般不超過(guò)10%，人們需要將其和社會(huì)其他用水需求相結(jié)合，最大限度地發(fā)揮乳品行業(yè)再生水的價(jià)值。

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