申请日2017.12.27
公开(公告)日2018.05.29
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F103/32
摘要
本发明涉及一种处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成系统及工艺，包括一级预处理模块、二级生化模块和三级深度处理模块，一级预处理模块设置细网格筛和气浮隔油沉淀调节水池，去除悬浮物、浮油和调节水量水质;二级生化模块设置厌氧单元和好氧单元，去除废水中主要污染物;三级深度处理模块设置微砂沉淀池、活性砂滤池、动态膜过滤系统和紫外线消毒反应器，去除SS和消毒。针对高浓度非发酵类豆制品生产废水，进行工艺集成与参数化设计，根据进水水质条件，选择运行不同单元。本发明工艺具有灵活、高效、便捷、智能等特点，能够保证废水处理设施经济、有效、稳定的运行。
权利要求书
1.处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成系统，其特征在于：包括一级预处理模块、二级生化模块和三级深度处理模块;一级预处理模块设置细网格筛和气浮隔油沉淀调节水池;二级生化模块设置厌氧单元和好氧单元，厌氧单元包括厌氧流化床反应器和厌氧连续搅拌反应器，好氧单元包括生物接触氧化反应器和缺氧-好氧曝气生物滤池反应器;三级深度处理模块设置微砂沉淀池、活性砂滤池、动态膜过滤系统和紫外线消毒反应器。
2.根据权利要求1所述的处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成系统，其特征在于：
所述一级预处理模块细网格筛进口连接非发酵类豆制品生产废水入口，出口连接所述气浮隔油沉淀调节水池进口;所述气浮隔油沉淀调节水池出口连接所述二级生化模块进口;
所述二级生化模块的厌氧单元进口连接所述一级预处理模块气浮隔油沉淀调节水池出口;所述厌氧流化床进口连接所述厌氧单元进口，所述厌氧流化床出口连接所述厌氧单元出口，所述厌氧连续搅拌反应器进口连接所述厌氧单元进口，所述厌氧连续搅拌反应器出口连接所述厌氧单元出口;所述厌氧单元出口连接所述好氧单元进口;所述好氧单元出口连接所述三级深度处理模块进口，所述生物接触氧化反应池进口连接所述好氧单元进口，所述生物接触氧化反应池出口连接所述好氧单元出口，所述缺氧-好氧曝气生物滤池进口连接所述好氧单元进口，所述缺氧-好氧曝气生物滤池出口连接所述好氧单元出口;
所述三级深度处理模块的微砂沉淀池入口连接所述二级生化处理模块出口，出口连接所述活性砂滤池入口;所述活性砂滤池出口连接至所述动态膜过滤反应器入口;所述动态膜过滤系统出口连接所述紫外线消毒反应器入口;所述紫外线消毒反应器出口连接至水处理系统总出口;
所述厌氧流化床反应器、厌氧连续搅拌反应器、生物接触氧化反应池、缺氧-好氧曝气生物滤池和动态膜过滤系统进口前设置监测装置和电动阀门，根据运行水质条件，自动选择运行不同单元。
3.处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动运行一级预处理模块，将非发酵类豆制品生产废水引入总污水处理系统中，废水首先经过在细网格筛，除去废水中的较大物质;
(2)启动气浮隔油沉淀调节水池，除去水中的油、悬浮物和调节水质水量;
(3)在线监测分析气浮隔油沉淀调节水池中的废水COD值，结合实际水量Q实与设计水量Q设的关系选择不同运行单元;
(4)当Q实≥1/2Q设，且COD≥2000时，运行步骤(5)，否则运行步骤(6);
(5)启动厌氧连续搅拌反应器，去除水中的污染物，运行步骤(7);
(6)启动厌氧流化床反应器，去除水中的污染物;
(7)在线监测分析厌氧单元出水的COD值、BOD值和氨氮值，当COD>500mg/L，或BOD>300mg/L，或氨氮>40mg/L时，进入步骤(8)，否则进入步骤(10);
(8)启动缺氧-好氧曝气生物滤池，去除水中的污染物;
(9)在线监测分析厌氧流化床反应器出水的COD值、BOD值和氨氮值，当COD>100mg/L，或BOD>30mg/L，或氨氮>15mg/L时，进入步骤(10)，否则进入步骤(11);
(10)启动生物接触氧化反应器，去除水中的污染物;
(11)启动微砂沉淀池，对废水进行沉淀排泥;
(12)启动活性砂滤池，对废水进行过滤处理;
(13)根据出水水质要求，当出水水质要求SS<15mg/L，进入步骤(14)，否则进入步骤(15);
(14)启动动态膜过滤反应器，对废水进行过滤处理;
(15)启动紫外线消毒反应器，对废水进行消毒处理。
4.根据权利要求1所述一种适用于非发酵类豆制品生产废水处理的模块化集成工艺方法，其特征在于：所述细网格筛设计格网尺寸采用10mm;所述气浮隔油沉淀调节水池，气浮区反应区设计停留时间为5min，气浮区接触室设计流速为0.05m/s，接触室设计停留时间为2min，气浮区分离室表面负荷为6～8m3/(m2·h);隔油区，设计2级隔油下挡板，1级隔油上挡板，1台浮子撇油器，浮子撇油器设置在隔油上挡板前;沉淀区，包括沉渣斗2～4个，排渣系统1套;调节水池设计停留时间为12～24h。
5.根据权利要求1所述一种适用于非发酵类豆制品生产废水处理的模块化集成工艺方法，其特征在于：所述厌氧流化床反应器设计负荷为5～8kgCOD/(m3·d)，设计最大上升流速为8～10m/h;所述厌氧连续搅拌反应器设计停留时间20d;所述生物接触氧化反应器设计BOD负荷为1.5kg/(m3·d);所述缺氧-好氧曝气生物滤池反应器，缺氧区设计停留时间为3h，硝化液回流比为200%，设计BOD负荷为1.8～2.0kgBOD/(m3·d)。
6.根据权利要求1所述一种适用于非发酵类豆制品生产废水处理的模块化集成工艺方法，其特征在于：所述微砂沉淀池设计表面负荷为10～14m3/(m2·h);所述活性砂滤池设计平均滤速为6m/h;所述动态膜过滤系统，设计滤速为12～15m/h;采用尼龙筛网、涤纶无纺布和硅藻土作为成膜物质，尼龙筛网尺寸为1cm╳1cm，设计网眼尺寸为10目，涤纶无纺布尺寸为1cm╳1cm，单位面积质量为250～300g/m2，硅藻土设计渗透率为0.15～0.25Darcy，尼龙筛网、涤纶无纺布和硅藻土的质量比为10:1:5。
说明书
处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成系统及工艺
技术领域
本发明涉及高浓度有机废水集成化处理技术领域，特别涉及处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成系统及工艺。
背景技术
近几年，我国豆制品行业发展迅猛，发展起来了一批豆制品生产加工的大企业，改变了一直以来的作坊式的生产方式。截至2010年，全国豆制品加工企业2000余家，日加工能力500t/d的企业117家，世界范围内年加工能力达180万吨的12家企业中，我国就占了6家。
豆制品主要分为两大类，一类是发酵性豆制品，另一类是非发酵性豆制品。发酵性豆制品指以大豆为原料，经微生物发酵而制成的豆制品，如酱油、豆腐乳、豆豉、豆瓣等。而非发酵性豆制品则指利用大豆和其它杂豆为原料，经一定的工艺方法制成的豆制品，例如豆腐、豆浆、豆奶等。
非发酵类豆制品生产工艺，以豆腐为例，流程为：初选—水洗—浸泡—磨浆—煮浆—点卤—压滤—成品。其中水洗到压滤均产生废水。非发酵类豆制品废水是一种高浓度的有机废水，其中含有大量的蛋白质、脂肪、淀粉等有机物，COD值和BOD值较高，总氮和氨氮也较高。在加工过程中排出的黄浆水中，固体含量在1%以上，其中蛋白质含量约占0.3%，脂肪含量约占0.08%，还原糖含量约占0.15%。除此之外，废水中还含有大豆异黄酮、大豆皂苷等多种功能性成分，目前我国大多数企业将黄浆水直接排放，这样既浪费资源又污染环境，不利于清洁生产和增加大豆加工附加值。
国外从20世纪60年代开始研究豆制品废水的处理，并且应用于工程实践中，我国也于70年代开始大量研究并应用于实践。豆制品废水的处理可以分为厌氧生物处理法、好氧生物处理法、厌氧—好氧相结合的处理工艺三种方法。其中厌氧生物工艺的研究与应用最多。主要采用的厌氧处理工艺包括：AB(厌氧滤床)工艺、UASB(上流式厌氧污泥床)工艺、AFB(厌氧流化床)给你工艺、ABR(厌氧折流板反应器)工艺、两相厌氧处理工艺等。但是经厌氧处理后的出水需要辅以好氧处理，才能满足排放标准。主要采用的好氧处理工艺包括AB法、传统活性污泥法、SBR(序批式活性污泥法)、MBR(膜生物反应器)法。目前，应用于非发酵性豆制品废水的处理工艺种类十分繁多，也取得了一定成效，但是还存在以下几个问题：
(1)目前的水处理系统难以适应水量变化特别大的情况。非发酵类豆制品生产废水具有明显的季节性特点，即有所谓淡、旺季，有些厂在淡季时甚至停产，所以非发酵类豆制品生产废水的排放量在一年之中变化是很大的;目前采用的处理系统基本上按照平均水量或最大水量进行设计，这样设计的后果是，水量低时，系统负荷不足，导致微生物大量死亡;水量高时，系统负荷过高，出水水质不达标。
(2)目前的水处理系统难以适应水质变化大的情况。非发酵类豆制品生产废水由于生产和加工工艺的不同，废水水质不尽相同，即使时同一企业，不同加工阶段的废水水质也有很大差异。有时候废水的COD范围在1500—3000范围内，有时候又高达8000—20000。因此，在设计时，一般采用同一套系统处理水质变化极大的废水，水质的明显变化会对污水处理系统产生冲击负荷，导致系统变得不稳定，出水指标也会变差。
(3)季节性废水对厌氧系统有冲击，加重企业负担。非发酵类豆制品生产废水是典型的有机废水，一般生化阶段采用厌氧和好氧联合处理系统，但非发酵类豆制品生产废水具有季节性特点，冬季无水的情况下，厌氧系统会受到极大影响，可能会导致厌氧细菌全部死亡，第二年要面对厌氧系统的重新启动，增大企业的治理负担。
(4)资源回收利用率低。豆制品废水中含有氧化型酵母菌生产所需要的碳、氮、磷及微量金属元素。酵母菌在氧气充足的情况下可将糖类全部分解为二氧化碳和水，同时产生大量含蛋白质的菌丝体，它可回收作为饲料蛋白。利用厌氧法处理豆制品废水时，每去除1kgCOD，便可以获得0.6～0.8m3沼气，沼气经处理后可用作发电或燃气。但是在目前采用的处理工艺中，主要重视对于水的处理，而这部分资源的回收利用率十分低。
因此，本发明提出一种模块化集成工艺，针对非发酵类豆制品生产废水的特点和目前处理系统存在的问题，筛选效果优良、节能降耗的先进处理工艺，进行工艺耦合集成与参数化设计，实现工艺模块化、智能化、集成化。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于非发酵类豆制品生产废水处理的模块化集成工艺方法，包括一级预处理模块、二级生化模块和三级深度处理模块，一级预处理模块设置细网格筛和气浮隔油沉淀调节水池，去除悬浮物、浮油和调节水量水质;二级生化模块设置厌氧单元和好氧单元，去除废水中主要污染物;三级深度处理模块设置微砂沉淀池、活性砂滤池、动态膜过滤系统和紫外线消毒反应器，去除SS和消毒。针对高浓度非发酵类豆制品生产废水，进行工艺集成与参数化设计，根据进水水质条件，选择运行不同单元。本发明工艺具有灵活、高效、便捷、智能等特点，能够保证废水处理设施经济、有效、稳定的运行。
根据生产废水的特点，以及废水处理工艺的要求，秉持技术成熟可靠、运行稳定、维护管理方便及经济适用的原则，对非发酵类豆制品生产废水处理工艺进行优化集成，并开发出一套适用差别水质的运行方法。豆制品废水是一种有机物含量较高的废水，BOD/COD之比高达0.55～0.65，C、N、P之比为100:4.7:0.2。pH较低，废水中基本不含有毒有害的物质。因此，豆制品废水适宜采用生物法进行处理。
具体技术方案如下：
处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成系统，包括一级预处理模块、二级生化模块和三级深度处理模块;一级预处理模块设置细网格筛和气浮隔油沉淀调节水池;二级生化模块设置厌氧单元和好氧单元，厌氧单元包括厌氧流化床反应器和厌氧连续搅拌反应器，好氧单元包括生物接触氧化反应器和缺氧-好氧曝气生物滤池反应器;三级深度处理模块设置微砂沉淀池、活性砂滤池、动态膜过滤系统和紫外线消毒反应器。
所述一级预处理模块细网格筛进口连接非发酵类豆制品生产废水入口，出口连接所述气浮隔油沉淀调节水池进口;所述气浮隔油沉淀调节水池出口连接所述二级生化模块进口;
所述二级生化模块的厌氧单元进口连接所述一级预处理模块气浮隔油沉淀调节水池出口;所述厌氧流化床进口连接所述厌氧单元进口，所述厌氧流化床出口连接所述厌氧单元出口，所述厌氧连续搅拌反应器进口连接所述厌氧单元进口，所述厌氧连续搅拌反应器出口连接所述厌氧单元出口;所述厌氧单元出口连接所述好氧单元进口;所述好氧单元出口连接所述三级深度处理模块进口，所述生物接触氧化反应池进口连接所述好氧单元进口，所述生物接触氧化反应池出口连接所述好氧单元出口，所述缺氧-好氧曝气生物滤池进口连接所述好氧单元进口，所述缺氧-好氧曝气生物滤池出口连接所述好氧单元出口;
所述三级深度处理模块的微砂沉淀池入口连接所述二级生化处理模块出口，出口连接所述活性砂滤池入口;所述活性砂滤池出口连接至所述动态膜过滤反应器入口;所述动态膜过滤系统出口连接所述紫外线消毒反应器入口;所述紫外线消毒反应器出口连接至水处理系统总出口;
所述厌氧流化床反应器、厌氧连续搅拌反应器、生物接触氧化反应池、缺氧-好氧曝气生物滤池和动态膜过滤系统进口前设置监测装置和电动阀门，根据运行水质条件，自动选择运行不同单元;
处理非发酵类豆制品生产废水的模块化集成工艺，包括以下步骤：
(1)启动运行一级预处理模块，将非发酵类豆制品生产废水引入总污水处理系统中，废水首先经过在细网格筛，除去废水中的较大物质;
(2)启动气浮隔油沉淀调节水池，除去水中的油、悬浮物和调节水质水量;
(3)在线监测分析气浮隔油沉淀调节水池中的废水COD值，结合实际水量Q实与设计水量Q设的关系选择不同运行单元;
(4)当Q实≥1/2Q设，且COD≥2000时，运行步骤(5)，否则运行步骤(6);
(5)启动厌氧连续搅拌反应器，去除水中的污染物，运行步骤(7);
(6)启动厌氧流化床反应器，去除水中的污染物;
(7)在线监测分析厌氧单元出水的COD值、BOD值和氨氮值，当COD>500mg/L，或BOD>300mg/L，或氨氮>40mg/L时，进入步骤(8)，否则进入步骤(10);
(8)启动缺氧-好氧曝气生物滤池，去除水中的污染物;
(9)在线监测分析厌氧流化床反应器出水的COD值、BOD值和氨氮值，当COD>100mg/L，或BOD>30mg/L，或氨氮>15mg/L时，进入步骤(10)，否则进入步骤(11);
(10)启动生物接触氧化反应器，去除水中的污染物;
(11)启动微砂沉淀池，对废水进行沉淀排泥;
(12)启动活性砂滤池，对废水进行过滤处理;
(13)根据出水水质要求，当出水水质要求SS<15mg/L，进入步骤(14)，否则进入步骤(15);
(14)启动动态膜过滤反应器，对废水进行过滤处理;
(15)启动紫外线消毒反应器，对废水进行消毒处理。
所述细网格筛设计格网尺寸采用10mm;所述气浮隔油沉淀调节水池，气浮区反应区设计停留时间为5min，气浮区接触室设计流速为0.05m/s，接触室设计停留时间为2min，气浮区分离室表面负荷为6～8m3/(m2·h);隔油区，设计2级隔油下挡板，1级隔油上挡板，1台浮子撇油器，浮子撇油器设置在隔油上挡板前;沉淀区，包括沉渣斗2～4个，排渣系统1套;调节水池设计停留时间为12～24h;
所述厌氧流化床反应器设计负荷为5～8kgCOD/(m3·d)，设计最大上升流速为8～10m/h;所述厌氧连续搅拌反应器设计停留时间20d;所述生物接触氧化反应器设计BOD负荷为1.5kg/(m3·d);所述缺氧-好氧曝气生物滤池反应器，缺氧区设计停留时间为3h，硝化液回流比为200%，设计BOD负荷为1.8～2.0kgBOD/(m3·d);
所述微砂沉淀池设计表面负荷为10～14m3/(m2·h);所述活性砂滤池设计平均滤速为6m/h;所述动态膜过滤系统，设计滤速为12～15m/h;采用尼龙筛网、涤纶无纺布和硅藻土作为成膜物质，尼龙筛网尺寸为1cm╳1cm，设计网眼尺寸为10目，涤纶无纺布尺寸为1cm╳1cm，单位面积质量为250～300g/m2，硅藻土设计渗透率为0.15～0.25Darcy，尼龙筛网、涤纶无纺布和硅藻土的质量比为10:1:5。
本方法的优点是：
(1)适用于水质水量变化较大的非发酵类豆制品生产场高浓度废水处理;可以解决非发酵类豆制品生产废水具有季节性特点这一技术问题。
(2)本发明中采用的多个单元串联形式，通过改变设备运行参数自动控制转换工艺，能适应水质水量变化较大的系统，同时节省运行能耗和费用;最大限度节省了占地面积的同时节省造价;本发明工艺组合模块化程度高，有利于技术转化为集成设备，节省空间;工艺组合技术先进，稳定达标。
(3)本发明一级预处理模块中，细网格筛安装在气浮隔油沉淀调节水池进口处，用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行;气浮隔油沉淀调节水池，同时具有除油、除悬浮物和调节水质水量的功能。
(4)本发明二级生化模块中的厌氧单元采用厌氧流化床反应器和厌氧连续搅拌反应器。厌氧流化床反应器，是一种高效的生物膜法处理方法，利用砂等大表面积的物质为载体。厌氧微生物以膜形式结在砂或其它载体的表面，在污水中成流动状态，微生物与污水中的有机物进行接触吸附分解有机物，从而达到处理的目的与传统厌氧反应器相比，厌氧流化床反应器在低温条件下对有机废水和低负荷有机废水有很好的去除效果，因此不需要额外的保温系统，也更能适应水质水量变化较大的水处理系统;厌氧连续搅拌反应器，是一种使发酵原料和微生物处于完全混合状态的厌氧处理技术，在一个密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程，消化器内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态，厌氧连续搅拌反应器可以处理高悬浮固体含量的原料，消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了物料和微生物接触的机会，利用产生沼气发电余热对反应器外部的保温加热系统进行保温，大大提高了产气率和投资利用率，同时使得反应器一年四季均可正常工作，降低占地面积和运行成本。
本发明二级生化模块中的好氧单元采用生物接触氧化反应器和缺氧-好氧曝气生物滤池反应器。生物接触氧化反应器，是一种好氧处理污水的生物反应器，内装填一定数量的填料，利用生长在填料上的生物膜和供应充足的氧气去除污染物;缺氧-好氧曝气生物滤池反应器，在传统曝气生物滤池反应器的基础上，前面设置缺氧单元，生物滤池反应器后设硝化液回流系统。
(5)本发明二级生化模块中采用的厌氧工艺均为快速启动型，并且无外部增温系统的先进厌氧工艺，适合冬季无水时停运，停运后快速启动的废水处理系统，并且大大降低运行费用;采用厌氧连续搅拌反应器系统充分利用非发酵类豆制品生产废水的特点，产生沼气资源并实现回收利用，提高资源回收利用率，降低运行成本。
(6)本发明三级深度处理模块中，微砂沉淀工艺，是一种紧凑、高效、灵活的快速沉淀技术，其特点是利用微砂与高分子絮凝剂共同作用，使污染物与微砂聚合成直径150μm以上的大颗粒絮体而加速沉淀分离，同时结合斜板沉淀原理减少沉淀池面积及沉淀时间，保持良好稳定的出水效果;活性砂滤池，是一种集絮凝、澄清、过滤为一体的连续接触过滤设备，目的是将沉淀后污水进一步实现泥水分离，保证出水SS达标;动态膜过滤系统，利用微米级孔径的微网材料实现固液分离，其截留能力可达微滤或超滤水平;紫外线消毒，利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。
(7)本发明资源回收利用率高，节能降耗，环境友好。
