干酪素廢水處理方法的適用性探究

崔廣智 李亞萍 尹蘭 羅麗 蘇德亮 宋禮

摘要：曲拉干酪素生產(chǎn)工業(yè)廢水結(jié)構(gòu)特點為廢水量大，大分子有機(jī)物及懸浮物質(zhì)較多，COD及BOD含量均較高，在其廢水處理中勢必需要選擇不同方法對其處理，本論述綜述了多種廢水處理方法工藝，并對應(yīng)用較為廣泛的氣浮-CASS及UASB廢水處理方法進(jìn)行介紹，提出曲拉干酪素廢水處理采用混凝氣浮+水解酸化+CAST的處理方法，其優(yōu)點在于廢水處理效果好、循環(huán)利用率高、投資建設(shè)及運行費用低、操作便捷。

關(guān)鍵詞：曲拉；干酪素；廢水處理；處理方法

中圖分類號：X783文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項目：甘肅省科技重大專項計劃項目（項目編號：17ZD2NP025）。

0引言

干酪素又稱酪蛋白，是存在于牛乳中的蛋白質(zhì)，曲拉干酪素是指將牦牛乳離心脫脂后經(jīng)自然發(fā)酵凝結(jié)風(fēng)干制成曲拉，再以曲拉為原料經(jīng)粉碎、堿溶解、離心脫脂、酸沉、脫水干燥等過程制成的干酪素[1-2]。干酪素營養(yǎng)價值豐富，并以其優(yōu)良的產(chǎn)品特性作為天然的食品添加劑、營養(yǎng)物質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)地改良劑廣泛應(yīng)用于食品、皮革、造紙、建筑、輕紡、醫(yī)藥、包裝等行業(yè)[3]。

近年來，隨著曲拉干酪素研究的深入，如生物活性肽的研究制備，曲拉干酪素的高附加值逐漸體現(xiàn)，某些特定品質(zhì)和功能也不斷提升，其用途也不斷擴(kuò)展，可見干酪素的市場前景非常廣闊[4]。此外，干酪素加工技術(shù)越來越成熟，自動化程度也越來越高，以甘肅華羚乳品股份有限公司為例，其于2015年新建的干酪素生產(chǎn)基地引進(jìn)國際先進(jìn)生產(chǎn)線后極大提高了干酪素的自動化生產(chǎn)水平，生產(chǎn)效率得到極大提升，達(dá)到年生產(chǎn)曲拉干酪素5 000 t。然而隨著龐大的市場需求及產(chǎn)量的不斷遞增，干酪素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水總量也隨之增加，若廢水不經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)會直接污染地下水或河流，將會造成水生植物及水生物大量減少，甚至滅亡，這對生態(tài)環(huán)境的影響和破壞是巨大的。

因此，干酪素生產(chǎn)廢水的處理顯得尤為重要，有效處理干酷素生產(chǎn)廢水對環(huán)境保護(hù)及人與自然的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。本論述對工業(yè)廢水處理的不同方法進(jìn)行淺析，并針對干酪素生產(chǎn)廢水處理的適用性方法提出建議。

1曲拉干酪素工業(yè)廢水的組成結(jié)構(gòu)及特點

1.1曲拉干酪素工業(yè)廢水的組成結(jié)構(gòu)

曲拉干酪素生產(chǎn)產(chǎn)生的工業(yè)廢水組成結(jié)構(gòu)主要是清洗廢水和生產(chǎn)加工廢水兩個方面[5]。清洗廢水主要指生產(chǎn)車間地面、設(shè)備外表面、器皿及工器具的洗滌水，生產(chǎn)清場對生產(chǎn)線CIP清洗時酸水和堿水，設(shè)備內(nèi)部及生產(chǎn)管線的洗滌水，人員、車間衛(wèi)生消毒劑沖洗廢水及人員工服、工裝、鞋帽清洗廢水等[6-7]。此類廢水通常非全天持續(xù)排出，主要集中在生產(chǎn)結(jié)束或生產(chǎn)換班清場時產(chǎn)生，每天排放1～2次。

生產(chǎn)加工廢水在生產(chǎn)時持續(xù)性排出，主要組成為生產(chǎn)原料曲拉洗滌、浸泡、研磨工序產(chǎn)生的廢水[8]；其次是在生產(chǎn)過程中酸沉洗滌及板框過濾工序排出的濾液，這部分濾液為生產(chǎn)加工廢水的主要來源。

1.2曲拉干酪素工業(yè)廢水的特點

清洗廢水主要是酸堿等化學(xué)清洗劑、洗滌劑或消毒劑等，有機(jī)物含量相對較少，清洗時水的用量也隨著清洗程度波動較大，所以污染物濃度變化不均一。干酪素生產(chǎn)加工廢水主要特點是有機(jī)物濃度高，其中廢水排出量較小的曲拉洗滌、浸泡產(chǎn)生的廢水中含有一定量的污泥、草屑、毛發(fā)及少量油脂等；生產(chǎn)過程中酸沉洗滌及板框過濾后排出的廢水中含有機(jī)物最多，通常固形物含量在1%左右，這些固形物包括酪蛋白、乳清蛋白、乳糖及鈉、鈣、氯及磷酸鹽等無機(jī)鹽類，其中酪蛋白含量在0.15～0.2%之間，廢水中這些污染物以溶解態(tài)或以懸浮態(tài)等多種形式存在[6]。

但無論清洗廢水還是生產(chǎn)加工廢水，它們均具有COD、BOD含量高的共性，尤其生產(chǎn)加工廢水中COD含量可達(dá)到5 000-6 000 ml/L，這說明廢水中含有大量有機(jī)物，可被微生物利用分解，干酪素生產(chǎn)廢水具有良好的生化性。

2工業(yè)廢水處理方法與工藝技術(shù)特點

2.1工業(yè)廢水處理基本方法

工業(yè)廢水處理基本方法有物理法、化學(xué)法、物化法、生物法。

其中物理法是通過天然或機(jī)械的分離過程，通常采用過濾、沉淀、離心分離等形式，此方法主要去除污水中懸浮狀的固體顆粒物質(zhì)，通常作為污水處理的預(yù)處理。

化學(xué)法采用向污水中加入化學(xué)試劑與某些污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如中和、氧化還原、氧化分解、混凝、沉淀等，產(chǎn)生無污染或更易處理的物質(zhì)的方法。

物化處理技術(shù)主要有氣浮、吸附、萃取、電解及離子交換等，是物理和化學(xué)方法的結(jié)合，對廢水中膠體及乳濁液的處理能力較強(qiáng)，具有設(shè)備簡單、占地面積小的特點，但費用較高[9]。

生物法是利用微生物特性及其生長代謝特點對廢水中有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，微生物處理廢水是目前采用的最為廣泛的方法，也是食品行業(yè)處理生產(chǎn)廢水的主要方法，其技術(shù)較為成熟，處理程度高，處理效果也較好，處理過程分為好氧處理及厭氧處理，采用的工藝方法通常為活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤、水解酸化、生物膜、氧化塘等。

工業(yè)廢水通常含有較多不同種類的污染物質(zhì)，在進(jìn)行污水處理時僅采用單一處理方法往往局限性很大，無法達(dá)到預(yù)期效果及排放要求。通過對廢水的組成特點分析，結(jié)合經(jīng)濟(jì)條件等因素，通常將多種處理方法按適宜的技術(shù)合理組合協(xié)調(diào)形成一個完善的凈化處理系統(tǒng)[10]，乳制品廢水處理中主要采用物化法進(jìn)行預(yù)處理，以生物法為主進(jìn)行處理，例如目前應(yīng)用較廣泛的氣浮+CASS工藝、CAST法、UASB工藝、生物膜法等，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2氣浮+CASS工藝處理方法

此工藝為好氧生物處理方法，適用于有機(jī)物較為豐富的廢水，是廢水通過格柵進(jìn)入集水池后進(jìn)行氣浮處理，氣浮工藝是物化法，是在廢水中加入混凝劑將廢水中的懸浮顆粒凝聚，再通過制造水中微小氣泡，使氣泡上升過程中粘附廢水中的懸浮顆粒，由于密度小于水故而上浮于水面達(dá)到固液分離的目的，此工藝步驟可將部分乳脂肪及乳蛋白等高分子化合物去除[11-12]。然后引入CASS循環(huán)式曝氣活性污泥系統(tǒng)進(jìn)行生物處理，CASS反應(yīng)池中由鼓風(fēng)機(jī)提供曝氣過程中所需要的氧氣，廢水中的溶解性有機(jī)物通過微生物及酶的反應(yīng)而迅速被降解去除，再通過回流污泥中再經(jīng)過反硝化處理氨氮及磷，而后通過沉淀實現(xiàn)水與污泥的分離，排出清水，系統(tǒng)中回流污泥硝化-反硝化多次交替進(jìn)行，氨氮及磷的脫除效果較好[13]。

氣浮+CASS工藝其優(yōu)點是設(shè)備安裝、操作、控制運行參數(shù)調(diào)整方便，設(shè)備使用壽命長，抗沖擊性好，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)較好等。與CASS相似的處理工藝為CAST系統(tǒng)，它與CASS的區(qū)別是除組成結(jié)構(gòu)有差別外，進(jìn)水方式CAST采用間歇式進(jìn)水，且在沉淀階段不進(jìn)水，這使得沉淀時泥水分離效果更好。劉恒明等通過采用CAST工藝處理乳制品廢水的研究表明CODCr的去除率可達(dá)95%以上，SS的去除率可達(dá)90%以上，其他污染物指標(biāo)也均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[14]。此工藝可替換CASS進(jìn)行廢水處理，在工業(yè)廢水處理上選用CAST處理工藝也較為廣泛。

2.3UASB工藝處理方法

在厭氧處理工藝中UASB應(yīng)用最為廣泛，上流式厭氧污泥床（UASB）工藝?yán)梅磻?yīng)器中微生物在厭氧條件下與污染物接觸，將廢水中的有機(jī)物酸化分解并產(chǎn)生甲烷從而達(dá)到廢水凈化的目的。它具有結(jié)構(gòu)簡單、處理量大、停留時間短、低能耗、無需設(shè)置污泥循環(huán)裝置和機(jī)械攪拌系統(tǒng)、以及處理產(chǎn)物可利用等優(yōu)點[15]。

UASB反應(yīng)器運行的特點是將預(yù)處理后的廢水由底部進(jìn)入反應(yīng)器，在進(jìn)水?dāng)噭酉屡c反應(yīng)器中的污泥顆粒充分接觸，污泥中微生物開始降解有機(jī)物并不斷產(chǎn)生微小甲烷氣泡，甲烷氣泡在上升的過程中逐漸合并成大氣泡向上翻滾，反應(yīng)器上部安裝有三相分離器，在此將甲烷氣體導(dǎo)出收集，污泥和處理水經(jīng)過沉淀區(qū)在凝絮及重力作用下分離開來，處理水澄清后排出反應(yīng)器。馬三劍等采用UASB-TF工藝處理乳制品有機(jī)廢水，CODCr、BOD5、SS去除率分別達(dá)到94%、98%、84%，其中UASB工藝過程CODCr去除率達(dá)到88%[16]。溫燕等采用UASB-CASS工藝處理乳制品綜合廢水的研究中，CODCr、BOD5、SS去除率分別達(dá)到96.4%、98.8%和83%，處理水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）二級要求[17]?？梢娺\用UASB工藝處理廢水效果明顯。

3曲拉干酪素工業(yè)廢水處理方法探究

根據(jù)曲拉干酪素工業(yè)廢水的組成結(jié)構(gòu)及特點，廢水的預(yù)處理階段，由于生產(chǎn)加工過程產(chǎn)生的廢水中含有一定量的污泥、草屑、毛發(fā)及少量油脂等懸浮物，廢水預(yù)處理時設(shè)置格柵井阻擋較大漂浮物后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，采用混凝氣浮的物化方法凝聚懸浮顆粒，在此去除部分COD、BOD及SS，完成預(yù)處理操作。

經(jīng)檢測生產(chǎn)加工廢水中COD含量在5000～6000ml/L，BOD含量在2000 ml/L左右，從整個廢水情況看COD、BOD都較高，然而可生化性不足，所以適宜采用厭氧處理，去除較少COD含量以提高好氧的可生化性，再經(jīng)過好氧處理方法的組合來去除絕大部分污染物。

在厭氧處理方法的選擇方面，干酪素酸沉洗滌及板框過濾排出的廢水為偏酸性且污染物大多為大分子有機(jī)物，所以采用水解酸化進(jìn)行處理一方面無需調(diào)節(jié)PH，同時能夠充分利用水解酸化菌有效降解大分子有機(jī)物，另一方面可減少后續(xù)好氧處理時的曝氣量及處理難度，降低能耗節(jié)約成本[18-20]。

好氧處理設(shè)計采用間歇循環(huán)式活性污泥工藝CAST進(jìn)行后續(xù)處理，CAST處理工藝設(shè)有吸附選擇器，可有效防止污泥膨脹造成水質(zhì)污染，在生物選擇區(qū)可充分利用活性污泥的快速吸附作用對溶解性有機(jī)物進(jìn)行有效去除，反應(yīng)體系中硝化及反硝化作用可去除廢水中的氨氮，使出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠有效達(dá)到廢水凈化處理的效果。

4結(jié)束語

曲拉干酪素的生產(chǎn)工藝性質(zhì)決定了其工業(yè)廢水的特殊性，與一般食品及其他乳制品工業(yè)生產(chǎn)中的廢水相比廢水量大，大分子有機(jī)物及懸浮物質(zhì)較多，COD及BOD含量均較高，在其廢水處理中勢必需要選擇不同方法對其處理，處理方法的選擇和工藝設(shè)計時也需要根據(jù)實際既要考慮處理效果好壞還要考慮經(jīng)濟(jì)投入、占用場地大小、后期運行維護(hù)成本以及處理系統(tǒng)可操作性及便捷性等多方面因素。

本論述通過對曲拉干酪素生產(chǎn)工業(yè)廢水結(jié)構(gòu)特點的分析，同時對不同處理方法工藝進(jìn)行介紹，提出曲拉干酪素廢水處理采用混凝氣浮+水解酸化+CAST的處理方法，其優(yōu)點在于廢水處理效果好、循環(huán)利用率高、投資建設(shè)及場地占用較少、運行費用低、操作便捷、管理方便等。目前針對干酪素生產(chǎn)工業(yè)廢水處理方法的研究較少，本論述目的也是針對不同處理方法對干酪素生產(chǎn)廢水處理方法的選取及適用性提出建議，以供干酪素生產(chǎn)企業(yè)參考選擇。

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