粮油行业废水处理工艺调查研究 5页

'大学专业设计报告题目：粮油行业废水处理工艺调查研究专业：班级：姓名：学号：指导教师：年月日.成绩评定与评语指导教师：日期：独立思考能力专业设计的主动性专业设计与解决问题能力专业设计成绩与平时表现（20）完成情况（40）（40）目录1.背景和现状分析...........................................................41.1粮油行业背景及污水现状..............................................41.2粮油废水特点及分类..................................................42.粮油废水处理方法研究.....................................................52.1物理分离法.........................................................52.1.1重力分离法....................................................52.1.2磁吸附分离法..................................................52.1.3粗粒化法.....................................................52.1.4气浮法.......................................................62.1.5超声波法.....................................................62.2化学方法...........................................................62.2.1混凝法.......................................................62.2.2电化学法.....................................................72.2.3化学氧化法....................................................72.2.4粮油废水的后续处理............................................82.3生物处理方法.......................................................82.3.1SBR法........................................................92.3.2AOS法........................................................92.3.3水解酸化一生物接触氧化工艺....................................92.3.4生物强化技术.................................................102.3.5膜生物反应技术...............................................103.各种工艺存在的问题及发展动向............................................113.1存在问题..........................................................113.2含油废水处理技术发展趋势...........................................114.结论、建议及体会.......................................................12参考文献..................................................................121.背景和现状分析水是大自然赋予人类不可缺少和替代的宝贵资源人类在利用水方面经历了和谐阶段和建设水利工程以达蓄水、引水、提水、调水目的的兴利避害阶段。直至今日水资源的可持续利用和水污染治理问题己成为关系社会稳定、经济和1环境可持续发展的热点问题。1.1粮油行业背景及污水现状中国作为世界上最大的发展中国家近来粮油类产品的消费以惊人的数字增长目前国内具有一定规模的粮油加工企业共4200多家。仅食用植物油2011年总产量达4332万吨，同比增19.6。世界上每年至少有300一500万升的油类通过各种途径进入水体，由此而产生的含油脂污水特别是含高浓度油脂的污水量大幅度增长油脂类物质排入自然水体中漂浮在表面形成一层油膜严重影响水体中溶解氧的含量及其水体的自净功能危害水体生态系统。且油脂与其他固体废渣容易粘附成团引起下水道堵塞严重影响人们的生产和生活。如何经济、快速、合理的处理油脂废水解决环境污染问题已成为一个亟待解决的社会〔2-3〕问题。1.2粮油废水特点及分类含油废水是一种量大而面广的污染源。粮油加工废水的COD和BOD5基本上都在10000mg/L以上，有机污染物浓度高、排放量大、杂质多、pH值不稳定，环境危害较大，处理难度较高，尤其具有代表性的特点是含油量大，因此粮油废水又称高含油污水或油脂废水。污水中不同形态的油有着不同的理化性质在很大程度 4上决定了相应处理方法的选择。通常油类在水中主要以四种状态分布。1上浮油:这种油在水中分散颗粒较大油粒径一般大于100um静置后能较快上浮以连续相的油膜漂浮在水面。2分散油:油在水中分散粒径为10一100um以微小油珠悬浮于水中不稳定静置一定的时间后往往形成浮油。3乳化油:油珠粒径小于10um一般为0.1一2um往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液quot乳化油的稳定性取决于废水的性质及油滴在水中的分散度分散度愈大愈稳定。4溶解油:油以分子状态或化学方式分散于水体中形成稳定的均相体系粒径一般小于几微米。2.粮油废水处理方法研究国内外目前已有的常规油脂废水处理方法主要有物理、化学、生物法及三种方法的联合处理。各种方法都有其独特性，也有局限性。国内外许多著名的学者都在努力尝试研究出一套经济、适宜、成熟且无满足减量化、无害化、资源化的处理工艺。2.1物理分离法2.1.1重力分离法重力分离法是利用油和水的比重差及油和水的不互溶性进行分离，包括上浮分离法、机械分离法和水力分离法。该法历史较长，原理成熟。其典型工艺就是隔油池，目前主要在分离设备上取得了进展。平行板分离器是其中之一。污水从密集安装的平行波纹之间穿过，保持层流状态，以便油粒能平稳上升。波纹板的间隙可调整。根据哈真理论，板间距确定后，降低分离器的处理量可提高除油效率。同时，在这种波纹板拦截器的基础上又发展了螺旋板拦器，在不需泵和电能的情况下，能获得97％的上浮油去除率。2.1.2磁吸附分离法5广东工业大学曾胜、朱又春等的“磁吸附分离法”处理油脂废水的工艺是借助于磁性物质作载体利用油珠的磁化效应将磁性颗粒与含油废水相混和使油分在磁性颗粒上粘附然后再通过磁性分离装置将磁性物质及其吸附的油留在磁场从而达到与水分离的目的。磁性分离技术在污水除油方法中占有一席之地但其技术还有待进一步完善和推广。投加无机混凝剂能够大幅度地提高悬浮物和有机物的去除率处理效果明显。2.1.3粗粒化法80年代后粗粒化技术被引入含油废水的处理中它是根据粗粒化滤料具有亲油疏水的性质设计的。当乳化油脂废水进入除油装置后首先流经水平段的粗粒化床粗粒化后油珠迅速增大然后进入垂直油水分离段凭借油和水的密度差油珠上浮水由下方排出达到油水分离的目的。本法用于预处理乳化油。刘蓉、6张大年等用W型和H型改性聚丙烯酞胺纤维作为粗粒化滤料均能有效处理乳化油脂废水某些指标显示H型比W型具有更好的除油性能。它能有效降低粮油废水的含油量并能大幅度降低CODcr的浓度采用此法作为粮油废水的预处理方法将有利于后续的生化处理。2.1.4气浮法气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒油滴上形成水一气一油粒三相复合体该复合体整体密度小于水从而使悬浮粒子随气泡一起浮升到水面从水中分离的方法。气浮技术常用的有加压溶气气浮、电解气浮以及机械破碎气浮。电解气浮设备简单、操作容易且在不需充气和加混凝剂的情况下去除水中乳化油和浮油效率可高达90然而由于其耗电量较大以及电极材料的原因导致电解气浮多停留在试验研究阶段未能得到大的实际应用。目前国内对于7油脂废水处理系统来说最常用气浮技术是加压溶气气浮技术 该方法主要用于不含表面活性剂的分散油的分离。若在含油废水中加入絮凝剂则加压溶气气浮技术对油的分离效果还会提高，加压溶气气浮还具有其他气浮无法相比的特征如溶气系统的气液两相压力控制极其稳定等。目前该法己广泛应用于食品油生产8-9废水等的处理工艺较为成熟。2.1.5超声波法48超声波是一种高频机械波其频率一般2xl0一5xl0Hz之间具有能量集中、穿透力强等特点。超声波在水中可以发生凝聚效应、空穴或空化效应。当超声波通过含油污水的溶液时造成微小油滴与水一起振动。但由于大小不同的粒子具有不同的相对振动速度油滴将会相互碰撞、粘合使油滴的体积增大。随后由于粒子已变大不能随声波振动只作无规则运动。最后水中小油滴凝聚并上浮油水分离效果良好。超声波处理乳化油污水必须先通过实验以确定最佳的声波1011频率否则可能出现超声粉碎效应影响处理效果。2.2化学方法2.2.1混凝法粮油废水中污染物主要以胶体形式存在。胶体本身既具有巨大的表面自由能有较大的吸附能力又具有布朗运动的特性从而颗粒间有较多的碰撞机会可以粘附聚合成大的颗粒然后受重力作用而下沉。但同类胶体带同性电荷且带电荷的胶粒和反离子与周围的水分子发生水化作用形成一层水化膜所以阻碍胶3粒的聚合。投加A1等无机盐后发生金属离子水解和聚合反应过程被吸附的带正电荷的多核络离子能够压缩双电层、降低ζ电位使胶粒间最大排斥能降低从而使胶粒脱稳。使用无机盐絮凝剂处理的同时有机高分子也常作絮凝剂使用。高分子絮?劣薪虾玫募芮藕臀阶饔糜胛藁跄凉餐褂每梢约涌旆从λ俣忍岣叽硇Ч?、目前使用较多的处理含油脂废水的絮凝剂有硫酸铝、聚合氯化（PAC）聚、聚硫氯化铝（PAGS）明合硫酸铁（PFS）、矾、硫酸亚铁等。其中无机高分子混凝剂PAC具有混凝效果好、用量少、絮体沉降快、适用范围广等优点，是12国际上公认的一种优良净水剂，而PFS成本较低，投药量少，产生浮渣量仅为PAC的70，因此，可相应地节约30污泥处理费。但PFS缺点是值较低，只有2-3，对碳钢有一定腐蚀作用。硫酸亚铁除油效果较好，但使出水色泽呈现较深的黄色。此外，改型的天然高分子絮凝剂和微生物絮凝剂具有无毒、容易生131415物降解等优点，其研究与开发目前也日益受到高度重视。16王乃之等采用复合型混凝剂将粮油废水经过混凝沉淀砂滤以及活性炭吸附深度处理后达到国家二级排放标准GB8978一1996经消毒处理可用于生17活杂用水。尹艳华等研究表明硫酸铝钾聚丙烯酞胺作絮凝剂可明显降低粮油废水的CODcr及其浊度CODcr的去除率可达到83.3浊度去除率可达到76.9但投药量及投药方式、pH值对处理效果都有很大影响。它优于单一微生物絮凝剂的处理效果。用混凝法来处理高含油废水具有流程短、占地面积小、设备简单、操作管理方便等优点。尤其适合用地紧张、小规模的粮油行业生产废水。但是粮油废水浓度变化范围较大虽然混凝处理下COD的去除率很高但出水仍达不到国家二级排放标准，还需与其它处理工艺联合作用。2.2.2电化学法常用的电化学法是电絮凝法。电絮凝法是电浮选和电沉淀的综合过程其特点是使用可溶性阳极如金属铝或铁作牺牲电极通过化学反应既产生气浮分离所需要的气泡也产生使悬浮物絮凝的絮凝剂。电絮凝过程的两个主要反应为吸附电荷中和反应和去除聚结物反应。电絮凝法具有处理效果好、占地面积小、操作简单、浮渣量相对较少等优点但同时也存在阳极金属消耗量大、需要大量盐类作辅助药剂、耗电量高、运行费用较高等缺点。2.2.3化学氧化法1819化学氧化法一般是在催化剂作用下用化学试剂如:臭氧、Fenton 试剂等处理有机废水以提高其可生化性或直接氧化降解废水中的有机物使之稳定化。在化学氧化法中超临界水氧化技术是近年来迅速发展起来的一门废水高级氧化技术其原理是将水体中有机污染物在超临界水中氧化分解成为CO2、H20等无害20的小分子化合物。赵朝成发现超临界水中氧化反应能有效去除污水中的油分21并且反应时间、反应温度是影响油脂去除率的重要因素.陈颖用光催化氧化去除污水中油分也取得了较好的效果。2.2.4粮油废水的后续处理利用物理、化学实现油水分离后排出的液态浴水可用于提炼回收油其理想的用途是用作燃料。经过研究和试验精制浴水油以适当的比例与轻质柴油混合22-25及配制处理成为一种新型的混合燃料即生物柴油这种柴油互溶性、均匀性好、经较长时期的存放不分层不产生沉淀物而且现有的发动机使用生物柴油既不必改动也不必另外添加附属设备同时生物柴油可再生可生物降解具有防止空气质量恶化与地球温室效应的优点。同时，回收油还可以做为橡胶、肥皂、化妆品等产品的重要原料。2.3生物处理方法26磁吸附分离法、粗粒化法、气浮法、化学絮凝法、化学氧化法等物理化学方法对CODcr、BOD5的去除能力较低而且投资大占地广流程复杂又需要特殊设备其结果大都是对污染物的稀释、聚集或在不同环境中的迁移还有产生二次污染的可能而实际应用较少。因此目前最主要的是找到一种简便、快速、高效的方法来处理粮油废水中的油脂以解决这一刻不容缓的环境问题。由于生物学方法处理污水成本低、无二次污染因此广泛受到国内外学者的重视。微生物对降解油脂的机理一般认为是微生物能以油脂作为其生长所需的碳源和能源通过微生物生长过程中产生的脂肪酶等系列降解酶系的作用经过复杂的代谢过程将其彻底氧化分解为H2O、CO2等代谢产物或逆EMP途径生成葡萄糖其反应如下：生物处理技术目前最主要的两钟方法是活性污泥法和生物膜法。根据微生27物的习性又可分为好氧处理与厌氧处理。厌氧处理工艺目前采用较多的是上流282930式厌氧污泥床UASB厌氧混合反应器AHR厌氧膜厌氧滤床和厌氧复合床31等但由于厌氧处理运行周期长操作管理复杂而且不适合规模较小的工业处AOS理工程因此目前含油废水的处理多采用好氧工艺主要的技术有SBR法、法、32-35污泥反应器法、固定化法、膜生物反应器MBR法等并开发了一系列的生物反应器这些反应器能提高处理菌的生物量浓度保证高效率的处理能力改善气一固一液的传质条件创造良好的环境促进微生物的生长有利于提高处理效率。2.3.1SBR法SBR法是传统活性污泥工艺的变型该工艺具有自动化程度高、抗冲击能力强、不产生污泥膨胀等特点因此近年来国内逐渐采用SBR法处理油脂废水并36取得了一定的效果。LeeLY等采用两阶段SBR工艺处理含油废水在含油废水中逐渐加入甲醇使它成为培养基的一部分这种策略能够缩短两阶段SBR中污泥的驯化周期使其适应油脂废水。结果表明两阶段SBR用于处理高浓度的含油废水是可行的第一阶段主要用来处理油脂能使油脂的去除率达到99.8士0.1而排出的油脂只有6士2mg/L第二阶段是进一步处理从第一阶段排出的CODcr排出物中CoDcr的含量只有97士16mg/L而没有可见的油脂。显示采用此法在最佳运行周期条件下出水水质均能达到国家二级排放标准GB8978一1996。SBR工艺对水质水量的变化具有较强的耐冲击能力这一特性对处理水质水 将量变化较大的含油废水是一种理想的工艺选择。SBR工艺作为整套设备推广具有较强的实用性可以解决一大批还不能进入大型污水处理厂的污染源如中、小规模粮油生产厂污水和小区生活污水的处理等。2.3.2AOS法37王磊、范立梅等开发的新型厌氧一好氧一沉淀AOS组合型生物反应器是一种集厌氧消化、好氧降解及物理沉降为一体的高效反应器。它对处理含油废水是非常有效和可行的。在HRT0.8d有机负荷为4.01g/L.d时AOS的CODcr去除率可达90.3油脂去除率可达79.8净污泥产生量仅为0.071一0.0929g-1gCODcr。这些数据都远远优于普通好氧生物膜CAB反应器差距的主要原因是原废水中的污染物经AOS系统的厌氧区预处理后变为较易降解的小分子物质使它们在AOS的好氧区很容易被完全降解。与CAB反应器比较AOS法有较高的CODcr和油脂去除率、较低的净污泥产生率、反应器体积小、占地面积少等特点。2.3.3水解酸化一生物接触氧化工艺水解酸化一生物接触氧化工艺是一种十分常见的生物处理工艺主要应用于高浓度有机废水或可生化性较低的废水处理。它主要是通过水解酸化段将大分子或难降解的有机物转化为易降解的小分子脂肪酸然后用好氧的生物接触氧化法将其彻底氧化为二氧化碳和水达到去除水中COD的目的。目前该工艺已在处理制药废水、啤酒废水、印染废水、焦化废水、造纸废水、粮油废水及垃圾填埋场渗滤液中得到日趋增多的研究和实际应用是一种经济合理、也是适合我国目38前国情的有效处理工艺。该工艺具有处理效果稳定、耐冲击负荷、出水水质稳定、运行成本低、容积负荷高占地面积小的优点。但是厌氧水解池对含油污水的处理效果也受到pH、温度的影响。2.3.4生物强化技术生物强化技术又叫生物增强技术是通过向废水处理系统中直接投加从自然界筛选或通过基因工程技术重组得到的高效菌株以改善原来系统的处即能力达到对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性能优化的目的。它可以充分发挥微生物的潜力改善有机物生物处理效果39。生物强化技术产生于20世纪70年代中期70年代以来发现了许多由质粒控制的具有特殊降解能力的细菌。到目前为止已发现自然界微生物中所含的降解性质粒多达30余种。Yen等40研究发现在某些假单胞菌属Pseudomonas的菌株中存在降解性的质粒NAHT。80年代以来在水污染治理、污染土壤的修复及大气污染的治理中得到广泛的研究和应用。生物强化技术在水污染治理上的成功应用至少有两个条件:首先是高效菌株的获得其次是高效菌株在投加系统中的保持力及活力表达最终达到对目标物的有效去除或原有系统的某一特定性能的改善。获得高效环境污染物降解菌是研究强化技术的基础也是其产业化的核心和关键。因此筛选、培养高效油脂降解菌株的研究已成为国内外科研人员关注的焦点之一。高效菌株的获得主要通过从自然界被污染的地区选育也可.'