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肉类加工废水处理技术

肉类加工废水中含有大量的以固态或溶解态存在的蛋白质、脂肪和碳水化合物等。它们使肉类加工废水表现出很高的BOD、COD、SS、油脂和色度等,对于易于生物降解的有机废水,生物处理工艺是最有效和经济的处理方法之一,特别在废水量大的情况下更是如此。由于肉类加工废水的水量一般都较大,因此,生物处理工艺是肉类加工废水处理采用得最普遍的主体工艺。又由于肉类加工废水中含有大量的非溶解性的蛋白质、脂肪、碳水化合物和其他杂物,同时肉类加工废水的水质和水量在24h内变化较大,为了防止设备的堵塞、回收有用副产品、降低生物处理设施的负荷和稳定生物处理工艺的处理效果,一些物理方法(如格栅、调节、隔油、沉淀、气浮等)和化学方法(如絮凝)也常常与生物处理工艺结合使用,作为生物处理的预处理单元。当废水排放标准很高、处理水需要回用时,对生物处理的出水还需要进一步采用一些物理或化学方法(如絮凝、砂滤、微滤、吸附、反渗透、离子交换、电渗析等)进行深度处理。

物理方法

  1. 筛除
    筛除是分离肉类加工废水中较粗的分散性悬浮固体最广泛的方法,所采用的设备为格栅和格筛。用于肉类加工废水处理的格栅栅条间距为13-50mm,设计流速为0.3-0.9m/s。眼尺寸变化范围是几目到150目,常用的为10-40目的金属布网。肉类内脏废水通常用20目格网,家禽加工含羽毛皮水可用36-40目格网。建议转动格筛的废水负荷率为5-10m3/(m2·h),振动格筛为50-170m3(m2·h)。格筛的效率与废水中颗粒的分布有关,分散性差或胶体悬浮物比例高会大大影响格筛的效率。格筛对BOD的去除率较低,因为格筛不能去除溶解性和胶体性BOD,但废水颗粒物的去除可防止以后的再溶解。据日本报道,20目格筛可去除肉类加工废水中SS的10%,30目格筛可去除20%。
  2. 隔油
    肉类加工废水中含有大量的油脂,这些油脂必须在废水进入主体生物处理工艺前予以去除,否则容易造成管道、水泵和其他设备的堵塞。一些研究还表明,废水中油脂含量过高,会对生物处理工艺造成一定的影响。此外还应认识到,油脂经去除并回收后,有较大
    的经济价值。
    废水中的油脂根据其物理状态可分为两大类,即游离悬浮状油脂和乳化油脂。去除悬浮状油脂所采用的最广泛的方法是隔油,所用设备为隔油池,其水力停留时间为1.0-1.5h,表面负荷为2.4m3/(m2·h)左右。经隔油后。游离性油脂去除率可超过90%。在处理流程设有调节池或初次沉淀池的情况下,隔油池可与调节或初沉池合用同一构筑物以节省投资和占地。
  3. 调节
    肉类加工废水24h内水质和水量的变化幅度都较大。为了使后续连续运行的处理工艺效果稳定,一些处理流程中常设置调节池对废水的水质和水量进行调节,以减弱水质和水量的冲击。调节时间一般为6-24h,多为6-12h。
  4. 沉淀
    沉淀在肉类加工废水处理中被用来去除原废水中的无机固体物和有机固体物,以及分离生物处理工艺中的生物相和液相。用于去除原废水中的有机固体物时称为初次沉淀,所用设备或构筑物为初沉池。用于分离生物处理工艺中的生物相和液相时称为二次沉淀。所用设备或构筑物为二沉池(相对于初沉池而言)。国内外的实践表明,初次沉淀可去除废水BOD5约30%,SS约55%。初沉池HRT一般为1. 5-2.0h,多为1.5h。如采用斜板(管)沉淀池作二沉池,HRT多为1h左右,表面负荷为1.6-5.0m3/(m2·h),多为2.8-5.0m3/(m2·h)。斜板(管)池效果好,但易挂膜和藻类,应定期冲洗,防止堵塞。
  5. 气浮
    气浮是固液分离或液液分离的一种技术,在气浮时常使用混凝剂脱稳。气浮主要用于去除废水中的乳化油(除油率可达95%),同时对COD和BOD5也有较好的去除效果(去除率在40%以上)。一般采用部分处理水回流加压溶气流程。溶气罐工作压力一般为0.3-0. 5MPa;回流比为25-50%;气浮池过流速率一般为2-8m3/(m2·h),HRT为30min。为提高破乳效果,常加破乳剂混凝剂,铝盐或铁盐的用量为15-300mg/L。助凝剂可用高分子聚合物。如聚丙烯酰胺,用量多在2-10mg/L。现有资料表明,气浮可去除95%以上的油脂和40%-80%的BOD和SS。

化学方法

  1. 水解
    该法使用碱性物质或酶水解来减少废水中的脂肪颗粒,常作为肉类加工废水的预处理单元。通常采用石灰、NaOH、胰脂肪酶、细菌酶等。其中采用石灰经济实用,但是会产生大量的废渣。用NaOH进行预处理时,控制NaOH的质量浓度在150-300mg/L。可使脂肪颗粒的平均粒径降到处理前脂肪颗粒粒径的(73±7)%;用胰脂肪酶进行预处理效果最佳,胰脂肪酶PL-250可使脂肪颗粒粒径降到处理前废水中脂肪颗粒粒径的(60±3)%,特别要说明的是,胰脂肪酶尤其适用于水解牛肉脂肪,而如用细菌酶处理,细菌酶的使用量较多时才能达到明显的水解效果。但是用碱性水解法处理肉类加工废水时,会导致废水的pH出现波动,难以控制,影响后续处理工艺的正常运行。
  2. 絮凝
    肉类加工废水处理中所采用的化学处理方法主要为絮凝法,此外还有离子交换、电渗析等。絮凝法不能单独使用,必须和物理处理工艺的沉淀法或是气浮法结合使用,构成絮凝沉淀或絮凝气浮。
    絮凝可通过投加化学药剂来实现,也可通过电解产生离子来实现。后者称为电解絮凝,应用不普遍,实际应用较多的主要还是化学絮凝,国外资料表明,投加86mg/L的硫酸铝和86mg/L的石灰,絮凝沉淀可去除40%的BOD、38%的COD、60%的SS和33%的油脂。国外的一些生产性试验表明,在初沉池中投加无机絮凝剂和有机聚合电解质可显著改善初沉池的处理效果(见表7-6)。所采用的无机絮凝剂为FeCl3,有机聚合电解质为NaLC0675。前者的投加量为51mg/L,后者的投加量为1.1mg/L。
    投加絮凝剂对初沉池处理效果的影响
    项目 投加絮凝剂 不投加絮凝剂
    进水 出水 去除率(%) 进水 出水 去除率(%)
    BOD5(mg/L) 583 269 53.8 505 357 29.2
    SS(mg/L) 356 101 71.7 359 157 55.6
    N(mg/L) 55.7 42.9 23 49.1 43.5 11.4
    P(mg/L) 10.9 5.6 48.4 11.5 9 21.8
    国内采用聚铁絮凝剂和斜板沉淀池所进行的中试研究结果表明,在聚铁絮凝剂投加量为37.5mg/L、斜板沉淀过流速率为0.34m3/(m2·h)的条件下,屠宰废水COD的去除率为77%,BOD的去除率为60%,SS的去除率为91%。
    大连肉联厂废水主要是屠宰废水,其COD为1600-2000mg/L,SS为450-950mg/L。采用聚合氯化硫酸铝铁(PAFCS)、水合氯化硫酸铝(PACS)进行混凝处理。工艺流程见图7-7,运行效果见表7-7。
    混凝、过滤处理肉联厂废水的结果(室温条件下)
    废水样 处理前 处理后
    COD(mg/L) SS(mg/L) pH值 浊度(度) COD(mg/L) SS(mg/L) pH 浊度(度)
    PACS PAFCS PACS PAFCS PACS PAFCS PACS PAFCS
    1 1580 370 7.5 350 89 87 30 27 7.5 7.4 7 6
    2 1470 344 7 325 82 80 29 25 6.9 6.9 6 6
    3 1476 346 7.1 327 83 81 28 25 7 6.9 7 6
    4 1900 478 7.5 445 98 95 40 36 7.4 7.3 7 8

生物方法

肉类加工废水中的污染物主要是易于生物降解的有机物,生物方法最为有效和经济。因此,生物方法是肉类加工废水处理采用得最普遍的处理方法。

  1. 好氧生物处理
    根据曝气形式不同可分为浅层曝气、射流曝气、延时曝气等。另外还有SBR工艺和生物接触氧化工艺。
    (1)浅层曝气工艺
    该工艺又名殷卡曝气法(Inka aeraMon)浅层曝气理论指出,氧传递速率在气泡形成时最大,破裂时次之,上升过程最小。因此,利用气泡形成和破裂时氧传递速率最大(或较大)的特点,在水的浅层处进行曝气,以获得较高的氧传递速率。曝气器多设置在曝气池的一侧,距水面约0.6-0.8m处。为使池内水形成环流,池内设置导流板(见图7-8)。20世纪70、80年代期间,该工艺在肉类加工废水的处理中应用较多。

    浅层曝气工艺可按传统活性污泥法、生物吸附再生法或阶段曝气法等运行方式进行设计。
    浅层曝气法中的曝气器可选用低压鼓风机。在吸氧量相同的条件下,其与传统曝气池相比,可以节省动力费用。另外,由于风压减小,风量增加,故还可以采用一般的离心鼓风机。
    浅层曝气法的优点是动力效率较高,曝气设备简单,维修管理方便,但占地面积较大,较适用于中小规模的废水处理站。
    在应用浅层曝气处理肉类加工废水中所遇到的问题有:因预处理不好所引起的布水管严重堵塞、清理频繁;供气量越来越少,影响提升,部分污泥缺氧上浮;淡季加工量少时,废水浓度低,曝气池经常出现溶解氧偏高现象,导致污泥沉降性能差、结构松散、浓度降低;有些厂未设调节池,水质水量无法调节,构筑物进水浓度变化大,间歇运行,且处理设施规模大,造成浪费;有些设计进水浓度取值偏高、有些设计MLSS取值偏低,以及有些设计规模考虑偏小,造成无法适应污泥负荷变化等问题。表7-8所列为国内一些采用浅层曝气法处理肉类加工废水的实例。
    浅层曝气法处理肉类加工废水应用实例
    建设单位 污水类别 规模/(m3/d) 池深(m) 备注
    上海禽蛋五厂 家禽加工污水 1000 3.0 1975年竣工
    上海北宝兴路家禽批发部 家禽加工污水 500 3.5 1977年竣工
    上海龙华家禽批发部 家禽加工污水 1100 3.0 1980年竣工
    上海川沙县食品公司 屠宰废水 500 3.0 1980年竣工
    江苏扬州外贸冷库 家禽加工污水 500 3.0 1980年竣工
    安徽淮南肉联厂 屠宰废水 2000 3.5 已竣工
    浙江上虞食品厂 屠宰废水 300 3.0 已竣工
    (2)射流曝气工艺
    微生物对废水中底物的代谢可分为底物吸附到细胞表面、底物向细胞内运输和底物在细胞内代谢三步。吸附过程一般进行得很快,活性污泥细胞内酶的作用使细胞内底物的代谢速度远远大于底物从细胞表而向细胞内部输运的速度。因此,底物由水中向细胞内的转移是控制活性污泥代谢有机废物的限速步骤。
    在射流曝气工艺中,废水、污泥和由射流造成的负压所吸入的空气同时通过射流器,废水、污泥和空气同时被剧烈剪切、粉碎,大大增加了它们之间的接触界面。这一方面加速了基质向细胞内的传递,提高了污泥代谢有机物的速率。另一方面活性污泥颗粒既可以吸收溶于废水中的氧,又可以通过与微气泡的接触从微气泡中直接吸氧,大大提高了氧的利用率。
    射流曝气活性污泥法有处理效率高、氧利用率高、噪声低、操作管理简便、投资低、对负荷变化的适应性强等优点。但射流曝气法也有一些缺点,如对温度变化的适应性差,温度低时处理效率明显降低;当废水中存在表面活性剂(如分子量较大的有机酸)时,射流曝气会产生大量泡沫,造成污泥流失,影响设备正常运行和卫生条件;射流曝气装置产生的气泡小,气液分离不易彻底,曝气池出水中可能会夹带一些气泡,影响二沉池中固液分离。
    (3)延时曝气工艺
    延时曝气工艺的特征是有机负荷低,一般在0.2kg BOD5/(kgMLSS·d)以下,曝气时间长(一般在1d以上),微生物生长处于内源代谢阶段。因此,基本上无污泥外排,管理方便,有机物和氮的去除率都较高。
    国内现有用于处理肉类加工废水的延时曝气主要为卡鲁塞尔曝气工艺。该设计中采用污泥负荷为0.2kgBOD5/(kgMLSS·d),MLSS为2400mg/L,容积负荷为0.48kgBOD/(m3·d),HRT为55h。对BOD去除率为98%,总氮去除率为90%左右。
    国外用于肉类加工废水处理的活性污泥工艺中,以延时曝气为多,停留时间一般为30h以上。国外卡兽塞尔的一些实际运行数据为:污泥负荷为0.09kgCOD/(kgMISS·d),MLSS为3000mg/L,容积负荷为0.27kgCOD/(m3·d),HRT为4.63d左右,对COD的去除率为90%-97%,凯氏氮去除率为95%左右。
    延时曝气工艺的主要缺点是曝气时间长,池子容积大。因此,该工艺的基建费和运行费较高,占地面积也较大。一般建议处理水量不超过1000m3/d。
    (4)氧化沟工艺
    氧化沟工艺的有机负荷也多在延时曝气工艺的负荷范围内,只是在曝气池的结构形式上与一般延时曝气池不同,采用沟形曝气池。其曝气时间一般多超过1-2d,氧化沟工艺也称为Pasveer工艺,20世纪50-60年代曾在西欧得到广泛应用。美国和加拿大的氧化沟处理厂超过100个。
    国内采用的卡鲁塞尔氧化沟(见图7-9),其设计污泥负荷为0.2kg(BOD5)/(kg(MLSS)·d),MLSS为2.4g/L;容积负荷为0.48kgBOD5 /(m3·d);HRT为55h,BOD5去除率为98%,总氯去除率为90%左右。表7-9给出了国外采用氧化沟工艺处理肉类加工废水的一些结果。
    氧化沟工艺处理肉类加工废水的参数与效果
    运行参数 处理效率
    项目 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率
    HRT(d) 3.6 COD 2040 260 97.3
    容积负荷[kgBOD5/(m3/d)] 0.4 BOD5 1400 70 94.8
    温度(℃) 17 TSS 724 142 80.4
    MLSS(mg/L) 1425 VSS 636 42 93.4
    DO(mg/L) 0.8 NH3-N 21 18.3 1.1
    SVI(mL/L) 382 油脂 420 21 93.3
    (5)间歇式活性污泥法(SBR工艺)
    该方法又称序批式活性污泥法,与传统活性污泥法相比,具有以下一些明显的特点:砚冲击负荷,运行稳定性较好,去除效率高;一般情况下,不易产生污泥膨胀问题;工艺简单,无需设置二沉池和污泥回流;多数情况下不需设置调节池;通过对运行方式的调节,可在单一的池子内完成除磷脱氮反应;建设费用和运行费用较低。
    SBR工艺一般都采用自动化控制系统。处理肉类加工废水时污泥负荷为0.4kg/m3·d,COD去除率为85%-98%,BOD5去除率为86%-97%。
    (6)生物吸附再生法
    生物吸附再生法又名生物吸附活性污泥法。肉类加工废水中含悬浮物和胶态物质较多,废水在进入曝气池10-30mim后即可基本完成生物吸附过程(第一阶段),使废水中85%-90%的BOD5被去除。第二阶段为再生阶段,主要是由微生物去氧化、分解第一阶段被吸附的有机物。这一阶段所需时间较长。吸附和再生可分别在两个构筑物中进行,也可在一个构筑物中的两个部位完成(见图7-10)。

    生物吸附再生法的主要缺点是处理效果低于传统活性污泥法。国内用于处理肉类加工废水的生物吸附再生工艺,设计总停留时间为4h,其中吸附和再生的时间比为1:3,污泥负荷为0.47kg(BOD5)/(kgMLSS·d),MLSS为3000mg/L,容积负荷为1.4kgBOD5/(m3·d),空气用量为46.4m3/(m3水)(或74m3空气/去除kgBOD),回流比为50%,实际BOD去除率为92.5%。
  2. 厌氧生物处理
    按厌氧微生物的培养形式,厌氧生物处理工艺可分为悬浮生长系统和附着生长系统。根据国内外的实际应用情况来看,前者主要有厌氧接触法、上流式仄氧污泥床等,后者包括厌级滤池和厌氧流化床等。厌氧工艺一般作为好氧工艺处理的前处理单元,或是作为排放到城市下水道之前的预处理使用,很少有单独使用的。
    (1)厌氧接触工艺
    仄氧接触法是在普通厌氧处理法的基础上发展起来的厌氧处理工艺。该工艺通过在消化池后设置沉淀池,用回流沉淀池的污泥来提高厌氧消化池的污泥浓度和有机负荷,以缩短水力停留时间和改善出水水质。在该处理系统中还设置真空脱气装置,厌氧消化池的出水经脱气装置脱除沼气后,再进入沉淀池进行固液分离,国外采用的脱气技术有真空脱气和曝气脱气。真空脱气的真空度一般5kPa,曝气脱气的曝气装置HRT为7-10min,曝气量为2.9m3(空气))/m3(水)。该工艺的出水水质较好,但需设置沉淀池、真空脱气装置和回流污泥系统,流程较复杂。

    图7-11为厌氧接触法处理屠宰废水的工艺流程。根据国外的有关运行数据,温度为7-18℃,HRT为1.5-4.7d,容积负荷为0.18-1.11kgBOD5/(m3·d),BOD5去除率为92.3%-97.2%;温度为32-35℃,HRT为0.6d,容积负荷2.50kgBOD/(m3·d),BOD5去除率为90.8%。
    (2)上流式厌氧污泥床(UASB)
    UASB工艺具有结构简单、无需搅拌、负荷高、操作管理方便等优点,布水系统、气-液-固三相分离系统和集水系统的设计和运行管理,是提高UASB工艺处理效率的技术关键。为了保证UASB工艺具有良好的处理效果,布水系统必须能够均匀地将废水分配到反应器底部,使废水与厌氧污泥充分接触,以利于消化反应,气-液-固三相分离系统必须保证分离完全,防止污泥流失,维持UASB反应器内有高浓度的厌氧污泥;集水系统应能迅速、及时地收集和排除废水,以充分、有效地发挥沉淀区的作用。上流式厌氧污泥床(UASB)工艺应用于生产的历史较短,特别是在处理肉类加工废水方面,相关的生产经验不多,也无较完整的工程设计方法。目前在设计时基本上只能参考一些试验数据。
    根据国内一些经验数据,在温度为20-25℃时采用UASB处理肉类加工废水,HRT为8-10h,容积负荷为4kgCOD/(m3·d),污泥负荷为0.15kgCOD/(kgSS·d),COD和BOD5的去除率大于76%,大肠菌群的去除率大于99.9%。国外实验结果,当温度为20℃时,HRT为6-6.8h,容积负荷为6kgCOD/(m3·d),COD去除率为91%;当温度为30℃为时,HRT为3.6-5.3h,容积负荷为10kgCOD/(m3·d),COD去除率为87%。
    肉类加工废水经厌氧法处理后,出水悬浮物浓度仍较高,必须再经好氧生物处理,才能达标排放。
    (3)厌氧滤池
    厌氧滤池实际上是通过在厌氧反应器中设置可供微生物附着的介质来增加反应器中厌氧微生物的数量,以达到提高装置负荷能力和处理效果的目的。厌氧滤池也可称为厌氧接触池。20世纪60年代,McCarty等人进一步加以发展,从理论和实践上系统地研究了这种用于处理溶解性有机污水的固定膜厌氧生物反应器。20世纪70年代初,厌氧滤池首次在生产上用于处理小麦淀粉废水。厌氧滤池由于在滤料上附着了大量厌氧微生物,因而其负荷能力较高,处理效果也较好。同时,由于厌氧滤池中微生物系附着生长,负荷突然增
    大不会导致厌氧微生物大量流失,因而有较高的耐冲击负荷的能力。此外,厌氧滤池装置结构较简单、运行操作方便。但厌氧滤池中由于使用了填料,易发生堵塞,这是厌氧滤池运行中的一个最大的问题。再者,使用填料也增加了工程的造价。
  3. 稳定塘工艺
    稳定塘工艺可分为好氧塘、兼氧塘、厌氧塘和生物塘(包括养鱼塘、人工植物塘)。厌氧塘、兼性塘较少单独使用,一般多和好氧塘串联使用,或作为其他工艺的前处理。采用厌氧塘、兼性塘和好氧塘串联系统处理肉类加工废水,从建造和运行角度而言是最经济的。并且处理效果令人满意、性能可靠。除了开始运行时有些气味外,不会产生其他问题。氧化塘串级数在初沉池后,不少于4-5级。在生化处理后2-3级。每级面积一般采用1.5-2.5h m2。
    当厌氧塘表面形成油脂浮渣层而覆盖于塘面后,可防止塘中臭气外逸,且能使塘水与大气隔绝,有保温和防止表面臭氧作用,可提高处理效果,因此,稳定塘前隔油池的除油效率不宜太高,以使塘面能形成足够的油脂覆盖层。其主要参数为:厌氧塘容积负荷为0.18-0.26kg(BOD5)/(m3·d),BOD5去除率为65%-80%;兼性塘表面负荷为58.4-589.5kg(BOD5)/(hm2·d),BOD5去除率为46%-71%;好氧塘表面负荷为5-15kg(BOD5)/(hm2·d),BOD5去除率为60%-80%。厌氧塘-兼塘串联系统的BOD5和COD去除率分别可达95%-98%和90%-95%。另外,总氮、氨氮、总磷、醋酸盐的去除率也可达70%-90%。
    我国还进行过采用养鱼塘处理肉类加工废水的试验,结果表明是可行的。投配负荷为22.5kg(BOD5)/(hm2·d),每5d投配一次。

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