粮油行业废水处理工艺调查研究 15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15 成绩评定与评语指导教师：日期：专业设计的主动性与平时表现（20%）独立思考能力与解决问题能力（40%）专业设计完成情况（40%）专业设计成绩目录15 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1215 1.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、经济和环境可持续发展的热点问题[1]。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问题［2-3］。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[4]。(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"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。15 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磁吸附分离法广东工业大学曾胜、朱又春等[5]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、张大年等[6]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15 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[7]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废水等的处理,工艺较为成熟[8-9]。2.1.5超声波法超声波是一种高频机械波,其频率一般2xl04一5xl08Hz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,以确定最佳的声波频率,否则可能出现超声粉碎效应,影响处理效果[10][11]。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,所以阻碍胶粒的聚合。投加A13+15 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。高分子絮凝剂有较好的架桥和吸附作用,与无机絮凝剂共同使用可以加快反应速度,提高处理效果。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）、聚合硫酸铁（PFS）、聚硫氯化铝（PAGS）、明矾、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，是国际上公认的一种优良净水剂[12]，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、容易生物降解等优点，其研究与开发目前也日益受到高度重视[13][14][15]。王乃之等[16]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活杂用水。尹艳华等[17]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[18][19]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。15 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等无害的小分子化合物。赵朝成[20]发现,超临界水中氧化反应能有效去除污水中的油分,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[21]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及配制处理,成为一种新型的混合燃料,即生物柴油[22-25]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。根据微生物的习性又可分为好氧处理与厌氧处理。厌氧处理[27]工艺目前采用较多的是上流式厌氧污泥床(UASB)[28]厌氧混合反应器(AHR)[29]厌氧膜[30]厌氧滤床和厌氧复合床[31]15 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、AOS法、污泥反应器法、固定化法、膜生物反应器(MBR)法[32-35]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,并取得了一定的效果。LeeLY等[36]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量变化较大的含油废水是一种理想的工艺选择。将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法王磊、范立梅等[37]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HRT=0.8d(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(gCODcr)-1。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15 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、也是适合我国目前国情的有效处理工艺[38]。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,也可以借助基因工程技术,将一些特定基因转移到微生物体内进行基因重组,构建基因工程菌,利用其去执行降解污染物的功能。生物强化技术用于环境污染物的治理具有如下特点:1)操作简单,因地制宜,应用灵活。采用生物强化技术一般是在原来的污水处理系统及设备基础上根据需要投加高效菌,一般无需构建新的设备装置,且采用生物强化技术的时间和地点可以根据污染物存在状况而定,应用比较灵活。2)针对性强,见效快。针对污水处理系统出现的各种不同情况及所要达到的目标向系统中投加具有特殊作用的菌种,针对性比较强,且能够很快达到对污染物去除或系统改善的目的。2.3.5膜生物反应技术膜生物反应技术是将膜分离技术和生物处理工艺有机结合起来的一种新型水处理技术。常用的方法有生物转盘、生物滤池、生物流化床和生物接触氧化等工艺。由于高浓度的微生物可以提高使反应器的处理效率,再加上膜的精滤作用,能有效去除污水中的悬浮物和有机物,使出水水质良好。15 MBR(膜生物反应器)工艺实现污泥停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)的分离,使得系统中具有较高的污泥浓度,因而对高浓度有机废水,特别是难生物降解的废水具有很好的处理效果[41]。何毅等[42]采用无机膜-好氧组合工艺处理含油废水,有机物的去除率达90%,即使在有机负荷变化较大的情况下,去除率仍能保持在85%以上;宁平等[43]用PW-W膜生物反应器处理含油废水,有效降低了污水中污染物浓度,出水水质达到污水回用标准,实现水资源的循环再利用。尹艳华等[44]用膜生物反应器处理经砂滤,絮凝等预处理后的含油废水,当污泥泥龄50—60d,水力停留时间为4—5h条件下,MBR(膜生物反应器)可长期运行,COD、油脂、SS和浊度的去除率分别达到99.2%,90%,100%和98.2%。生物膜处理含油废水技术的应用,开辟了高效处理的新途径,经膜过滤后的污水一般可达回用标准,有利于实现废水的再利用"但膜组件的价格昂贵,经过长期运行后会阻塞,膜组件的清洗,恢复等问题随之而来。无机膜支撑的厚度仅为1mm左右[45],且需要的反冲压力很高,增加了动力消耗,而一般有机膜则很难承受高压气体反冲,因此膜技术有仍待进一步深入研究。3.各种工艺存在的问题及发展动向3.1存在问题国内目前已有的常规油脂废水处理方法,如隔油法、粗粒化法、浮选法、离心分离法等具有一定的除油效果,但都存在着明显的缺点,不易在工业上推广应用。隔油池只能去除大颗粒油滴,而不能去除水中乳化油和溶解油;气浮法要加破乳剂而使费用升高,且油品不易回收;活性炭吸附法处理成本高,活性炭再生困难:分相法网布极易堵塞;总之用物理、化学方法进行处理时,不但效果不太明显,而且投资大,流程复杂,且对油脂污染物的处理仅是在某种程度上的转移,很容易造成二次污染。生物法用于处理含油污水中油等有机物是公认较好的方法,不会造成二次污染。但目前研究工作大多以分离筛选出能够用于处理含油废水的单一菌株为目标,单一菌种在处理含有多种组分有机物的含油废水时则受到限制[46]。另外。技术方面还存在一些不足,如目前含油废水处理所用旋流器多为静态旋流器,普遍存在压降高、小颗粒悬浮物及油的去除效率低的缺陷。3.2含油废水处理技术发展趋势15 随着人们环境保护意识逐渐增强,及国家对环境污染治理力度的加大,含油废水处理技术研究愈来愈受到国内外研究工作者重视。今后含油废水处理技术的发展趋势主要集中在以下几个方面[47]：（1）改进现有技术及工艺的不足,开发新型高效的处理方法及系统设备,利用几种方法联合分级使用,以尽量避免各方法的局限性,发挥各处理单元的优势。（2）在含油废水性质、无机盐、氯离子、可生化性等特性研究的基础上开展规模性实验,明确各组分间相互影响及作用,加强除油机理的研究,为提高含油废水处理效率及降低处理成本提供理论基础。如对新型水处理剂和复合型微生物絮凝剂的开发研制。（3）重视清洁生产,从源头减少污染,减轻末端处理压力。（4）随着水资源短缺和污染的加剧,含油废水处理后的回用是当前迫切需要探索、研究的课题。（5）目前而言,由于技术上的原因，生物法在处理油脂废水中均只是作为二级或三级处理工艺。但微生物对油脂的生物处理的原理是微生物分泌脂肪酶,并在酶的作用下将油脂水解成甘油和脂肪酸,使得微生物能利用油脂作为其生长繁殖所需的碳源和能源,最终将油脂降解为二氧化碳和水等代谢产物,且微生物法成本低,无二次污染。因此从长远、根本意义来看,生物法应被用于对污染物进行彻底治理,本质上讲生物法是解决环境污染问题的一种最有效、最安全和最合理的方法[48]。4.结论、建议及体会通过阅读文献资料和对国内外传统粮油行业污水处理工艺的调查研究，归纳总结了粮油行业污水处理工艺的特点、原理、发展优势、存在弊端以及在油脂污水处理过程中的应用情况。通过对主要油脂污水处理工艺的分析对比，得出近几年油脂污水处理工艺的发展趋势以及将来的发展方向。训练加强了自身调查研究文献资料，分析比对数据，总结结论经验的能力，并对本科生在科研实践上进行了初步的训练，大大提升了专业知识的掌握水平和独立思考的能力。参考文献[1]马立艳.超膜法处理含油废水技术研究[D].长安大学，2004:1—8.[2]张世杰．植物油厂精炼废水处理工艺与生产实践［J］.中国油脂，2003,28(6):20-23．[3]15 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