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(diǎn)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(shì)必需要選擇不同方法對(duì)其處理，本論述綜述了多種廢水處理方法工藝，并對(duì)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(diǎn)在于廢水處理效果好、循環(huán)利用率高、投資建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)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(hào)：X783文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：甘肅省科技重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：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(guò)程制成的干酪素[1-2]。干酪素營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(yíng)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(lái)，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(jiàn)干酪素的市場(chǎng)前景非常廣闊[4]。此外，干酪素加工技術(shù)越來(lái)越成熟，自動(dòng)化程度也越來(lái)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(guó)際先進(jìn)生產(chǎn)線后極大提高了干酪素的自動(dòng)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(chǎng)需求及產(chǎn)量的不斷遞增，干酪素生產(chǎn)過(guò)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(huì)直接污染地下水或河流，將會(huì)造成水生植物及水生物大量減少，甚至滅亡，這對(duì)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(duì)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(duì)工業(yè)廢水處理的不同方法進(jìn)行淺析，并針對(duì)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(diǎn)

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(gè)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(chǎng)對(duì)生產(chǎn)線CIP清洗時(shí)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(chǎng)時(shí)產(chǎn)生，每天排放1～2次。

生產(chǎn)加工廢水在生產(chǎn)時(shí)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(guò)程中酸沉洗滌及板框過(guò)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(lái)源。

1.2曲拉干酪素工業(yè)廢水的特點(diǎn)

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(duì)較少，清洗時(shí)水的用量也隨著清洗程度波動(dòng)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(diǎn)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(guò)程中酸沉洗滌及板框過(guò)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(wú)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(wú)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(shuō)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(diǎn)

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(guò)天然或機(jī)械的分離過(guò)程，通常采用過(guò)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(wú)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(duì)廢水中膠體及乳濁液的處理能力較強(qiáng)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小的特點(diǎn)，但費(fèi)用較高[9]。

生物法是利用微生物特性及其生長(zhǎng)代謝特點(diǎn)對(duì)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(guò)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(pán)、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(shí)僅采用單一處理方法往往局限性很大，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果及排放要求。通過(guò)對(duì)廢水的組成特點(diǎn)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(gè)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(guò)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(guò)制造水中微小氣泡，使氣泡上升過(guò)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(guò)程中所需要的氧氣，廢水中的溶解性有機(jī)物通過(guò)微生物及酶的反應(yīng)而迅速被降解去除，再通過(guò)回流污泥中再經(jīng)過(guò)反硝化處理氨氮及磷，而后通過(guò)沉淀實(shí)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(diǎn)是設(shè)備安裝、操作、控制運(yùn)行參數(shù)調(diào)整方便，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，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(shí)泥水分離效果更好。劉恒明等通過(guò)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(jiǎn)單、處理量大、停留時(shí)間短、低能耗、無(wú)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(diǎn)[15]。

UASB反應(yīng)器運(yùn)行的特點(diǎn)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?dòng)下與反應(yīng)器中的污泥顆粒充分接觸，污泥中微生物開(kāi)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(guò)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(guò)沉淀區(qū)在凝絮及重力作用下分離開(kāi)來(lái)，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(guò)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(jí)要求[17]。可見(jiàn)運(yùn)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(diǎn)，廢水的預(yù)處理階段，由于生產(chǎn)加工過(guò)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(shí)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(cè)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(gè)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(guò)好氧處理方法的組合來(lái)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(guò)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(wú)需調(diào)節(jié)PH，同時(shí)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(shí)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(jì)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(duì)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(yǔ)

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(shì)必需要選擇不同方法對(duì)其處理，處理方法的選擇和工藝設(shè)計(jì)時(shí)也需要根據(jù)實(shí)際既要考慮處理效果好壞還要考慮經(jīng)濟(jì)投入、占用場(chǎng)地大小、后期運(yùn)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(guò)對(duì)曲拉干酪素生產(chǎn)工業(yè)廢水結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，同時(shí)對(duì)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(diǎn)在于廢水處理效果好、循環(huán)利用率高、投資建設(shè)及場(chǎng)地占用較少、運(yùn)行費(fèi)用低、操作便捷、管理方便等。目前針對(duì)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(duì)不同處理方法對(duì)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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