申請(qǐng)日2016.07.20

　　公開(公告)日2016.10.12

　　IPC分類號(hào)C02F9/14; C02F103/32

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種植物蛋白廢水高效處理方法，屬于蛋白類廢水處理領(lǐng)域。本發(fā)明采用“多級(jí)預(yù)處理+高效厭氧+缺氧+好氧”聯(lián)合工藝，實(shí)現(xiàn)植物蛋白廢水的高效厭氧處理、穩(wěn)定運(yùn)行及資源化。所述的“多級(jí)預(yù)處理技術(shù)”主要包括物化預(yù)處理和生化預(yù)處理兩個(gè)部分：物化預(yù)處理實(shí)現(xiàn)了蛋白廢水中懸浮顆粒的高效截留和豆粕資源回收;生化預(yù)處理實(shí)現(xiàn)了蛋白的破壞、鈣離子及磷酸根的截留，消除了對(duì)厭氧產(chǎn)生干擾的影響因素;高效厭氧單元通過(guò)合理控制進(jìn)水的pH、溫度，保證了厭氧系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，容積負(fù)荷可以高達(dá)25kg/(m3.d);與該類廢水的傳統(tǒng)工藝技術(shù)相比，本技術(shù)方法具有高效、穩(wěn)定、資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)植物蛋白廢水的高效處理。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種植物蛋白廢水高效處理方法，其步驟為：

　　(A)廢水進(jìn)入氣浮池，氣浮池內(nèi)投加聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺，進(jìn)行曝氣攪拌，氣浮池中的浮渣經(jīng)過(guò)壓濾裝置進(jìn)行回收，濾液返回至氣浮池;

　　(B)步驟(A)中氣浮池的出水進(jìn)入混凝單元，混凝單元包括混凝反應(yīng)池和混凝沉淀池，混凝反應(yīng)池內(nèi)投加聚合氯化鐵和聚丙烯酰胺，混凝反應(yīng)池出水進(jìn)入混凝沉淀池，沉淀物回流至氣浮池內(nèi)，混凝沉淀池出水進(jìn)入下一處理單元;

　　(C)步驟(B)中混凝單元沉淀池出水經(jīng)過(guò)生化預(yù)處理反應(yīng)單元進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)處理，使廢水更利于厭氧單元的高效處理;

　　(D)將步驟(C)中生化預(yù)處理反應(yīng)單元的出水引至厭氧單元進(jìn)行厭氧反應(yīng);厭氧進(jìn)水的pH調(diào)節(jié)一方面通過(guò)厭氧出水回流，另一方面通過(guò)投加氫氧化鈉或鹽酸;

　　(E)將步驟(D)中厭氧單元出水引至“缺氧+好氧”單元，通過(guò)回流來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高效脫氮反硝化和COD的去除。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(A)中氣浮池的回流比設(shè)置為80%。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(A)中氣浮池內(nèi)聚合氯化鋁的投加量為50～1000mg/L，聚丙烯酰胺的投加量為1～20mg/L。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(B)中混凝單元反應(yīng)池內(nèi)聚合氯化鐵的投加量為50～300mg/L，聚丙烯酰胺的投加量為1～20mg/L。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(B)中的混凝出水部分回流至氣浮單元，回流量為0～80%。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(C)中提及的生化預(yù)處理的具體方法為采用水解污泥將廢水中的蛋白進(jìn)行水解，實(shí)現(xiàn)了蛋白的破壞，同時(shí)通過(guò)污泥吸附作用實(shí)現(xiàn)鈣離子及磷酸根的截留，該單元停留時(shí)間為2～24h，通過(guò)水力攪拌控制溶解氧在0.5mg/L以下。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(D)中采用的厭氧單元的填料為顆粒污泥，厭氧出水回流比例為2～10倍，厭氧進(jìn)水pH調(diào)節(jié)至5～7。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(D)中用于調(diào)節(jié)pH的氫氧化鈉為1%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的溶液，所述的鹽酸為1%～36%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鹽酸。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種植物蛋白廢水高效處理方法，其特征在于：步驟(E)中所用的好氧單元為A/O工藝。

　　說(shuō)明書

　　一種植物蛋白廢水高效處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于蛋白類廢水處理領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種植物蛋白廢水高效處理方法。

　　背景技術(shù)

　　大豆蛋白是一種重要的植物蛋白，由于其含有豐富的蛋白營(yíng)養(yǎng)成分，目前在各種食品加工行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)大豆分離蛋白生產(chǎn)起步較晚，現(xiàn)已建成投產(chǎn)的分離蛋白生產(chǎn)廠家60余家，主要分布在山東、河南、河北和東北三省等地區(qū)，我國(guó)大豆蛋白年產(chǎn)量約為100萬(wàn)噸，出口量占國(guó)際貿(mào)易額的一半以上。目前，國(guó)內(nèi)大豆蛋白生產(chǎn)工藝主要為“堿溶酸沉法”，如附圖2所示，大豆蛋白生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，主要是包括原料的處理用水、豆清水、設(shè)備清洗水和產(chǎn)品溢流液等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1噸大豆蛋白會(huì)產(chǎn)生40噸乳清廢水。

　　大豆蛋白廢水中主要污染物為高濃度的有機(jī)物、低聚糖、碳水化合物和無(wú)機(jī)鹽類，通常水質(zhì)中CODcr高達(dá)20000mg/L以上，懸浮物高達(dá)5000mg/L以上。從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和廢水水質(zhì)分析可知，大豆蛋白廢水的特點(diǎn)是有機(jī)物含量高，水質(zhì)水量變化大，對(duì)廢水處理設(shè)施沖擊性大等。但其廢水可生化性較好(B/C>0.4)，廢水中營(yíng)養(yǎng)元素(N、P)含量高。植物蛋白廢水有以下特點(diǎn)：(1)蛋白含量高：這是蛋白工藝自身導(dǎo)致的，常規(guī)的大豆蛋白生產(chǎn)工藝中“堿溶酸沉”之后，水中仍殘余大量的蛋白物質(zhì)，這種情況不僅浪費(fèi)了大量的原料，而且給后續(xù)廢水處理增加了難度。(2)pH緩沖性能強(qiáng)：大豆蛋白生產(chǎn)工藝中“堿溶酸沉”之后，水中殘余的蛋白物質(zhì)酸堿緩沖性能較強(qiáng)，在酸性溶液可以得電子、堿性條件可以失電子，因此，如果在沒(méi)有去除這部分蛋白的前提下，僅依靠投加酸或堿，想把水質(zhì)pH調(diào)至中性是非常困難的，不僅需要消耗大量的酸或堿，而且調(diào)勻后的水質(zhì)pH不穩(wěn)定，隨著時(shí)間的變化pH仍然會(huì)隨之變化。(3)SS含量高：蛋白廢水中殘留大量的豆粕殘?jiān)�，如果沒(méi)有在物化單元得到有效的去除，那么這些懸浮物在生化單元內(nèi)難以被微生物降解，同時(shí)這些懸浮物在生化系統(tǒng)內(nèi)會(huì)附著在顆粒污泥表面，堵塞顆粒污泥傳質(zhì)孔道，導(dǎo)致污泥死亡或空心化，或者在水利條件下，懸浮顆粒對(duì)顆粒污泥可能產(chǎn)生一定程度的剪切作用，導(dǎo)致污泥解體或破碎。蛋白廢水由于蛋白含量較高，水質(zhì)自酸化比較明顯，在自酸化的過(guò)程中容易導(dǎo)致pH的變化，進(jìn)而影響蛋白的水溶性，因此蛋白廢水隨著時(shí)間的變化，其SS含量也在不斷波動(dòng)，常規(guī)的物化工藝沒(méi)有考慮水質(zhì)自變化，因此SS去除率往往不高。(4)消泡劑：蛋白廢水的特殊性造成離心過(guò)程中產(chǎn)生大量的泡沫，生產(chǎn)過(guò)程中往往需要投加大量的消泡劑。

　　大豆蛋白企業(yè)通常采用“混凝氣浮+厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理”工藝進(jìn)行廢水處理。但行業(yè)內(nèi)普遍存在厭氧系統(tǒng)難以高效穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)難題，現(xiàn)行的厭氧單元顆粒污泥解體現(xiàn)象嚴(yán)重，出水中帶有大量細(xì)小顆粒污泥，厭氧系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)顆粒污泥增殖，周期性補(bǔ)加顆粒污泥，給蛋白生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)巨大的污水處理成本，甚至抑制了生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。山東大學(xué)、清華大學(xué)等其他許多高校院所均曾對(duì)蛋白廢水的處理展開過(guò)研究工作，但在理論發(fā)現(xiàn)和工程實(shí)踐領(lǐng)域尚沒(méi)有取得關(guān)鍵性技術(shù)突破，針對(duì)行業(yè)內(nèi)大豆蛋白廢水處理過(guò)程中普遍存在的氣浮效果不佳、厭氧系統(tǒng)容積負(fù)荷較低、顆粒污泥需要周期性補(bǔ)加等問(wèn)題，以及行業(yè)內(nèi)面臨提標(biāo)、改造的技術(shù)難題，目前該領(lǐng)域技術(shù)人員雖知道當(dāng)前的技術(shù)問(wèn)題，但是沒(méi)有完全認(rèn)清造成這種技術(shù)問(wèn)題的根本原因，因此也沒(méi)有辦法找到針對(duì)性的解決措施，目前常見的蛋白廢水處理專利技術(shù)主要集中在厭氧反應(yīng)裝置本身的優(yōu)化改造(大豆蛋白廢水處理裝置及其處理方法，CN201510095066.8;厭氧產(chǎn)甲烷厭氧氨氧化聯(lián)合處理大豆蛋白廢水裝置及方法，CN201410454215.0;一種新型的大豆蛋白廢水高效厭氧處理器，CN201110444751.9)，這些專利技術(shù)都只是停留在厭氧反應(yīng)器如何改造方面，沒(méi)有涉及到根本問(wèn)題的解決措施，因此不可能解決行業(yè)內(nèi)的實(shí)際問(wèn)題，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員缺少對(duì)蛋白廢水處理工藝的整體把握和重點(diǎn)攻克，尚沒(méi)有相應(yīng)的專利技術(shù)通過(guò)選擇合理的方法解決目前蛋白行業(yè)廢水處理領(lǐng)域普遍存在的技術(shù)難題。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　1.要解決的問(wèn)題

　　針對(duì)現(xiàn)有植物蛋白廢水處理過(guò)程中存在的：1)氣浮單元的表面負(fù)荷不能符合要求，常會(huì)受到來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)影響大，出水SS嚴(yán)重偏高;2)厭氧系統(tǒng)受到氣浮出水水質(zhì)波動(dòng)影響較大，特別是高濃度的SS;3)厭氧系統(tǒng)總水力停留時(shí)間嚴(yán)重偏長(zhǎng)，有機(jī)容積負(fù)荷和單位容積產(chǎn)氣率偏低;4)厭氧單元顆粒污泥解體現(xiàn)象嚴(yán)重，出水中帶有大量細(xì)小顆粒污泥，厭氧系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)顆粒污泥增殖等技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種植物蛋白廢水高效處理方法，采用“多級(jí)預(yù)處理+高效厭氧+缺氧+好氧”聯(lián)合工藝，實(shí)現(xiàn)植物蛋白廢水的高效厭氧處理、穩(wěn)定運(yùn)行及資源化。

　　2.技術(shù)方案

　　為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

　　一種植物蛋白廢水高效處理方法，其步驟為：

　　(A)廢水進(jìn)入氣浮池，氣浮池內(nèi)投加聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺，進(jìn)行曝氣攪拌，氣浮池中的浮渣經(jīng)過(guò)壓濾裝置進(jìn)行回收，濾液返回至氣浮池;

　　(B)步驟(A)中氣浮池的出水進(jìn)入混凝單元，混凝單元包括混凝反應(yīng)池和混凝沉淀池，混凝反應(yīng)池內(nèi)投加聚合氯化鐵和聚丙烯酰胺，混凝反應(yīng)池出水進(jìn)入混凝沉淀池，沉淀物回流至氣浮池內(nèi)，混凝沉淀池出水進(jìn)入下一處理單元;

　　(C)步驟(B)中混凝單元沉淀池出水經(jīng)過(guò)生化預(yù)處理反應(yīng)單元進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)處理，使廢水更利于厭氧單元的高效處理;

　　(D)將步驟(C)中生化預(yù)處理反應(yīng)單元的出水引至厭氧單元進(jìn)行厭氧反應(yīng);厭氧進(jìn)水的pH調(diào)節(jié)一方面通過(guò)厭氧出水回流，另一方面通過(guò)投加氫氧化鈉或鹽酸;

　　(E)將步驟(D)中厭氧單元出水引至“缺氧+好氧”單元，通過(guò)回流來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高效脫氮反硝化和COD的去除。

　　優(yōu)選地，步驟(A)中氣浮池的回流比設(shè)置為80%，氣浮池內(nèi)聚合氯化鋁的投加量為50～1000mg/L，聚丙烯酰胺的投加量為1～20mg/L。

　　優(yōu)選地，步驟(B)中混凝單元反應(yīng)池內(nèi)聚合氯化鐵的投加量為50～300mg/L，聚丙烯酰胺的投加量為1～20mg/L，混凝出水部分回流至氣浮單元，回流量為0～80%。。

　　優(yōu)選地，步驟(C)中提及的生化預(yù)處理的具體方法為采用水解污泥將廢水中的蛋白進(jìn)行水解，實(shí)現(xiàn)了蛋白的破壞，同時(shí)通過(guò)污泥吸附作用實(shí)現(xiàn)鈣離子及磷酸根的截留，該單元停留時(shí)間為2～24h，通過(guò)水力攪拌控制溶解氧在0.5mg/L以下，生化預(yù)處理消除了對(duì)厭氧產(chǎn)生干擾的影響因素，使生化預(yù)處理后的出水更易于后續(xù)的厭氧單元。

　　優(yōu)選地，步驟(D)中采用的厭氧單元為公開化的EGSB反應(yīng)器，填料為顆粒污泥，厭氧出水回流比例為2～10倍，厭氧進(jìn)水pH調(diào)節(jié)至5～7。

　　優(yōu)選地，步驟(D)中用于調(diào)節(jié)pH的氫氧化鈉為1%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的溶液，所述的鹽酸為1%～36%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鹽酸。

　　優(yōu)選地，步驟(E)中所用的好氧單元為A/O工藝。

　　本發(fā)明首先通過(guò)分析造成厭氧系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行的根本原因，然后通過(guò)創(chuàng)造性單元設(shè)計(jì)及工藝組合優(yōu)化，通過(guò)“物化預(yù)處理+生化強(qiáng)化預(yù)處理+高效厭氧+好氧”聯(lián)合工藝，實(shí)現(xiàn)了植物蛋白廢水的穩(wěn)定、高效處理，為科學(xué)理論研究和項(xiàng)目工程化應(yīng)用提供了依據(jù)。業(yè)內(nèi)技術(shù)人員沒(méi)有意識(shí)到技術(shù)問(wèn)題的關(guān)鍵原因，因此其操作手段沒(méi)有針對(duì)性，無(wú)法解決根本問(wèn)題，也沒(méi)辦法有動(dòng)機(jī)的選擇類似的工藝組合來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)效果;另外，即便通過(guò)隨機(jī)組合采取類似的組合工藝的應(yīng)用，也無(wú)法通過(guò)關(guān)鍵的工藝參數(shù)選擇，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所能獲得的有益效果，并且，我們認(rèn)為本專利提及的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵參數(shù)均需要在充分理解技術(shù)難題的根本原因的基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)的分析和充分實(shí)踐才能獲得。

　　通過(guò)以上分析有幾點(diǎn)結(jié)論：(1)植物蛋白廢水處理領(lǐng)域存在厭氧系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)難題;(2)當(dāng)前技術(shù)人員沒(méi)有完全清楚該技術(shù)問(wèn)題的根本原因;(3)當(dāng)前的技術(shù)手段多為厭氧反應(yīng)器設(shè)計(jì)，沒(méi)有通過(guò)整體考慮，沒(méi)有解決該技術(shù)難題;(4)本發(fā)明技術(shù)提及的組合工藝是在充分掌握技術(shù)難題的根本原因的基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)分析和多次試驗(yàn)測(cè)試才能得到的，本發(fā)明的聯(lián)合工藝不是現(xiàn)有工藝的簡(jiǎn)單組合，而是從根本原因出發(fā)，重點(diǎn)在預(yù)處理與厭氧段實(shí)現(xiàn)整體協(xié)同效果，是專門針對(duì)植物蛋白廢水設(shè)計(jì)的處理工藝，不是常規(guī)廢水處理思路能夠?qū)崿F(xiàn)的，本發(fā)明的工藝也不是按照常規(guī)處理思路能夠想到的;(5)本發(fā)明提及的技術(shù)方法中，許多關(guān)鍵參數(shù)的選擇與常規(guī)處理工藝的參數(shù)選擇具有較大差別，這主要是由于參數(shù)選擇的思路和方法不同，業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員是難以簡(jiǎn)單獲得的，并且這些工藝組合關(guān)鍵參數(shù)的選擇設(shè)定解決當(dāng)前的技術(shù)難題，取得了意想不到效果，實(shí)現(xiàn)了各工藝段、各工藝參數(shù)的整體協(xié)同作用，具有顯著的有益效果。

　　3.有益效果

　　相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

　　(1)本發(fā)明的一種植物蛋白廢水高效處理方法，三級(jí)預(yù)處理中的混凝工藝回流，減少了氣浮單元的處理負(fù)荷，提高了SS去除率，另外生化預(yù)處理也能通過(guò)水解作用改變廢水pH條件，促進(jìn)懸浮蛋白的溶解和破壞，進(jìn)一步減少SS含量，有效解決氣浮單元SS去除不徹底的技術(shù)難點(diǎn)，可將物化出水SS含量降低至1000mg/L以下，強(qiáng)化了物化預(yù)處理的效率;

　　(2)本發(fā)明的一種植物蛋白廢水高效處理方法，通過(guò)生化預(yù)處理，將蛋白進(jìn)行充分的水解成氨氮，實(shí)現(xiàn)了蛋白的破壞、鈣離子及磷酸根的截留，緩解了厭氧單元的進(jìn)水波動(dòng)，將厭氧過(guò)程的不利因素都控制在生化預(yù)處理單元;

　　(3)本發(fā)明的一種植物蛋白廢水高效處理方法，增大厭氧出水回流比，調(diào)節(jié)厭氧進(jìn)水pH，克服了傳統(tǒng)的厭氧系統(tǒng)在蛋白廢水處理過(guò)程中存在的容積負(fù)荷不高，COD降解率偏低的技術(shù)難題;

　　(4)本發(fā)明的一種植物蛋白廢水高效處理方法，采用系列的預(yù)處理，包括物化預(yù)處理、生化預(yù)處理，克服了厭氧單元顆粒污泥解體現(xiàn)象嚴(yán)重，出水中帶有大量細(xì)小顆粒污泥，厭氧系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)顆粒污泥增殖的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了該類廢水治理過(guò)程中厭氧顆粒污泥的增殖，保證厭氧系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行;

　　(5)本發(fā)明的“多級(jí)預(yù)處理技術(shù)”主要包括物化預(yù)處理和生化預(yù)處理兩個(gè)部分：物化預(yù)處理實(shí)現(xiàn)了蛋白廢水中懸浮顆粒的高效截留和豆粕資源回收;生化預(yù)處理實(shí)現(xiàn)了蛋白的破壞、鈣離子及磷酸根的截留，消除了對(duì)厭氧產(chǎn)生干擾的影響因素;高效厭氧單元通過(guò)合理控制進(jìn)水的pH、溫度，保證了厭氧系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，容積負(fù)荷可以高達(dá)25kg/(m3.d);與該類廢水的傳統(tǒng)工藝技術(shù)相比，本技術(shù)方法具有高效、穩(wěn)定、資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)。