“预处理-UASB-A/O-BAF”组合工艺处理大豆蛋白废水的研究

【摘要】大豆蛋白是植物性的完全蛋白质,富含人体所必需的8种氨基酸,几乎与世界粮农组织和卫生组织推荐氨基酸的组成相符,且在营养价值上,可等同于动物蛋白,在基因结构上也最接近于人体氨基酸,是最具营养的植物蛋白质之一[1-2]。我国是大豆生产大国、进口大国和消费大国,据统计,2012年国产大豆用于食品加工行业的超过1000万吨,其中约30%用于大豆蛋白的生产,年产量70多万吨。大豆蛋白加工在我国发展迅速,出口量占世界大豆蛋白总交易量的50%以上[3]。大豆蛋白废水是以大豆为原料经过加工制作大豆分离蛋白所产生的废水,大豆分离蛋白生产工艺主要包括碱溶、酸沉、离心等工序,其中离心段产生大量的乳清废水,是产生污染源的主要环节。大豆分离蛋白简称大豆蛋白,该类废水具有以下特征：(1)废水主要含多聚糖、蛋白质、脂肪酸,另外还有一定量的无机酸和无机盐等,该废水颜色呈乳白色；含较多细小悬浮物,易沉降；大豆蛋白生产废水中的乳清蛋白,其分子量在2000-20000Dt之间,低聚糖分子量在300-700Dt之间。(2)废水温度高、偏酸性,有机物含量高,BOD5/CODcr在0.4以上,易于生物降解；同时,废水中含有足够的N、P等营养物可供微生物生长和繁殖。(3)主要水质指标：p(CODcr)为12000～23000mg/L,p(BOD5)为6000-12000mg/L,p(SS)为2200-7350mgL,p(总氮)为670-1000mgL,pH值为4～5,水温为50-60℃。本论文在查阅大量文献的基础上,并通过调研3家大豆蛋白生产厂家的大豆蛋白废水现有污水处理厂的运行状况,经过综合分析,本研究采用“预处理-UASB-两级A/O-BAF”组合工艺对大豆蛋白废水进行实验,根据实验效果,优选出各个单元的最佳工艺参数,然后将本技术在实际大豆蛋白废水处理厂中应用。实验部分包括预处理实验、”UASB厌氧+A/O好氧”生物处理实验以及曝气生物滤池深度处理实验。第一,预处理实验。大豆蛋白废水预处理的目的是最大限度的去除废水中的悬浮物,同时去除部分有机物,以减轻对后续厌氧生物处理的不利影响。本预处理实验采用混凝气浮,混凝气浮阶段主要研究对大豆蛋白废水中的CODCr、悬浮物(SS)和总氮的去除效果。本研究拟采取“混凝+两级气浮”工艺对大豆蛋白废水进行预处理,并且分别对单独采用混凝沉淀法、“混凝+一级涡凹气浮”以及“混凝+一级涡凹+二级溶气气浮”处理进行了研究。混凝预处理实验在实验室通过烧杯实验进行,混凝剂选择常用的硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁,助凝剂选择阴离子聚丙烯酰胺(PAM)。而气浮实验选择以500L/h小试装置在污水处理厂现场进行;第二,”UASB厌氧+A/O”好氧生物处理实验。厌氧选用UASB厌氧反应器,容积负荷为6.8kgCODCr/m3·d,利用城镇剩余污泥做种泥进行启动,培养出良好的颗粒污泥。好氧实验选择两级A/O工艺,污泥负荷q=0.15kgCODCr/kgMLSSd,污泥浓度MLSS=6000-10000mg/L,污泥龄SRT=20d。厌氧+好氧均以187.5L/h的现场小试形式在污水厂现场进行；第三,BAF深度处理实验。本实验在实验室进行,建立1.6L/h的上向流BAF小型反应装置,通过对不同填料高度、水力停留时间以及气水比的对比实验研究,得出BAF深度处理大豆蛋白废水时的最佳运行参数,最终确定大豆蛋白废水处理达到排放标准。然后,在实验研究的基础上,将“预处理-UASB-两级A/O-BAF”组合工艺应用于实际大豆蛋白生产厂家的废水处理工程实践中。本研究的主要结论如下：(1)大豆蛋白废水的有机物含量较高,为高浓度有机废水,可生化性好,适合采用生物处理技术。本研究在经过查阅大量文献以及对大豆蛋白废水的水质条件进行分析研究的基础上,确定选用以”UASB厌氧+A/O好氧”为主的生物处理技术对大豆蛋白废水进行处理。(2)预处理中试实验中,选用的“混凝一级涡凹气浮+二级溶气气浮”处理工艺可以去除废水中的大部分悬浮物,在进水悬浮物高达4000-5000mg/L的情况下,出水悬浮物为1200mgL左右,解决了废水悬浮物过高给后续厌氧反应器的启动运行带来的消极影响问题。(3)选用城镇污水处理厂的剩余污泥成功接种UASB反应器进行了小试实验,成功培养出性能良好的颗粒污泥,降低了建设投资成本。UASB反应器满负荷正常运行时,容积负荷达到约6.8kgCODCr/(m3-d),CODcr去除率90%右,出水CODcr1000-1200mg/L,处理效果良好。(4)好氧阶段采用两级A/O串联设置、多点布水等设计,整个A/O好氧处理单元对CODcr的去除率达90%以上,氨氮去除率高达93%以上。(5)两级A/O阶段,好氧硝化部分氨氮转化为亚硝酸盐氮,然后回流至缺氧A池反硝化不彻底,导致出水中亚硝酸盐对CODcr浓度有一定的贡献。经过理论、标准溶液和实际水样的实验分析,本研究证实了这一理论,并通过增大回流比、重新分配两级缺氧池的进水比例等措施加强反硝化作用,降低了亚硝酸盐对CODcr的影响。(6)BAF实验表明,将BAF技术应用于大豆蛋白废水的深度处理是可行的,综合考虑运行成本和排放标准,最佳条件为填料高度80cm,水力停留时间4h,气水比15：1。此时的出水CODCr≤60mg/L,BOD5≤20mg/L,氨氮≤5mg/L,悬浮物≤20mg/L,色度≤30。(7)“预处理-UASB-两级A/O-BAF”组合工艺应用于实际的大豆蛋白废水处理实践工程中,系统运行稳定,出水CODcr≤60mg/L,氨氮≤5mgL,悬浮物≤20mgL,达到《山东省海河流域水污染物综合排放标准》(DB37/675—2007)一级标准,污水处理费用约2元/m3。(8)本研究实验部分和实际工程应用均表明,“预处理-UASB-两级A/O-BAF”组合工艺处理大豆蛋白废水,运行成本低,处理效果较好,可以为大豆蛋白废水为代表的高浓度有机废水的处理工程提供理论和实践上的指导,切实解决水污染的防治问题,以实现环境效益、经济效益和社会效益的统一。
【作者】李舟；
【导师】高宝玉；
【作者基本信息】山东大学，环境工程，2014，博士
【关键词】大豆蛋白废水；生物处理；气浮；UASB厌氧反应器；A/O；BAF；工程实际应用；

【参考文献】
[1]何静娴.石墨烯/铜系功能复合材料的控制合成及性能探究[D].西北师范大学,无机化学,2013,硕士.
[2]段云,李菲.QFII对上市公司持股偏好研究:社会责任视角[J].南开管理评论,2014,01:44-50+94.
[3]闫世成.配电网电压波动与闪变问题的研究[D].中国矿业大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[4]赵妮.副词与助动词共现相关格式句法语义特征研究[D].北京大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[5]陆尧.澳门特别行政区社团的发展环境和功能特征分析[D].吉林大学,行政管理,2012,硕士.
[6]初福江,韩发智,李毅民,刘振环.包钢炉外精炼自控系统[J].冶金自动化,1999,02:31-34.
[7]李宁.多跨钢筋混凝土肋拱桥结构行为及加固方法研究[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[8]唐文.基于辐射能信号的燃煤火电机组燃料在线优化控制研究与应用[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[9]刘冲.不同碳源物质对土壤酶活性及烤烟品质的影响[D].河南农业大学,烟草学,2012,硕士.
[10]李慧敏.地方高校硕士研究生就业困难的市场阻隔因素研究[D].湖南师范大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[11]王茜.点焊过程恒流控制与熔核尺寸预测系统研究[D].西北工业大学,材料加工工程,2004,硕士.
[12]于耀光.锌镉基硫化物光催化剂的制备及制氢性能研究[D].哈尔滨工业大学,2014.
[13]杜延涛.超细SiCp增强Al基复合材料重熔工艺研究[D].沈阳理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[14]赵婕.网络化条件下的大学生政治理性研究[D].燕山大学,思想政治教育,2013,硕士.
[15]江丽.球坐标系下基于扇形柱体的地形改正研究与实现[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[16]曹桂斌.高速线阵CCD扫描图像采集与存储系统的设计[D].南京理工大学,光学工程,2013,硕士.
[17]廖晓东.火针点刺结合Bobath疗法治疗中风痉挛性偏瘫临床疗效观察[D].广州中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[18]李丹凤.通信栅格终端QoS及网络资源分配技术研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2010,硕士.
[19]李原园,石海峰,李荣生,朱建盈.试论中国水利现代化[J].水利规划设计.2001(01)
[20]张薇莉.块体碳材料的水热法合成及其催化石墨化研究[D].华东理工大学,2011.
[21]罗旺.传媒视域下我国群众体育政策反响研究[D].湖南师范大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[22]王春.既有大型公共建筑分项计量系统的研究[D].西安建筑科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[23]蔡璐.新型金刚烷药物中间体的合成[D].广东工业大学,应用化学,2011,硕士.
[24]唐义军,朱永超,张建龙,戚国水,徐治皋.满意优化在火电厂汽温控制系统中的应用[J].电力系统自动化,2007,09:72-77.
[25]尹逊汝.量子密码协议设计与分析研究[D].西安电子科技大学,密码学,2013,博士.
[26]于曼.中药“拘挛方”泡洗缓解中风急性期后踝关节拘挛症状临床观察[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[27]苏磊.中小学生校园意外事故赔偿[D].内蒙古师范大学,教育管理（专业学位）,2012,硕士.
[28]张烨斐.黄芪注射液对大鼠肾脏缺血再灌注的治疗研究[D].浙江大学,急诊医学,2004,硕士.
[29]黄辰臣.基于动力线载波传感控制网络的研究[D].河南科技大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[30]翁臻臻.混合磁性薄膜磁特性的微磁学及Monte Carlo研究[D].福建师范大学,理论物理,2004,硕士.
[31]刘毅.基于高频注入的永磁同步电动机无传感器运行研究[D].浙江大学,2005.
[32]呼延晨龙.干式气体端面密封仿生设计的基础研究[D].浙江工业大学,化工过程机械,2012,硕士.
[33]马晔.喀斯特干湿交替生境下AM真菌对金银花（Lonicera japonica Thunb.）生长和生理的影响[D].西南大学,生态学,2014,硕士.
[34]侯娟.不对称辐射热环境中人体热舒适的实验研究[D].哈尔滨工业大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[35]石永刚.关于延长铝电解槽打壳垂头使用寿命的研究[D].东北大学,冶金工程,2011,硕士.
[36]孙青晖.美国农产品期货市场对我国农产品现货市场营销的实证分析[D].南京农业大学,金融学,2011,硕士.
[37]江兴.碳纤维纳米管芯片问世[J].半导体信息,2013,02:13.
[38]秦琴.人源性抗乙型肝炎表面抗原（抗HBs）噬菌体单链抗体库的构建[D].山西医科大学,生物化学与分子生物学,2003,硕士.
[39]徐斌斌.磁场/温度/pH响应性纳米微胶囊的制备及表征[D].安徽大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[40]周玉光.改进粒子群算法及其在基站优化选址中的应用研究[D].广东工业大学,计算机技术,2014,硕士.
[41]温新秀.2000年以来武汉市主城区空间生产特征及其空间结构模式[D].华中师范大学,人文地理学,2014,硕士.
[42]鲍娜.W公司人才流失的原因与对策研究[D].安徽大学,工商管理,2014,硕士.
[43]朱渊渤.永磁同步电机伺服控制系统的研究与开发[D].江南大学,检测技术与自动化装置,2012,硕士.
[44]张文娟.矿车取料机工作装置的设计与实验研究[D].中国矿业大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[45]翟晓宇.基于Android平台的“手机交通信息发布系统”的设计与实现[D].北京交通大学,2010.
[46]赵建华,刘宁.结合主动学习策略的半监督分类算法[J].计算机应用研究,2015,8:.
[47]MahougnonCamusAdoligbe（康慕思）.MYOT基因与牛肉质性状关联分析及其基因功能学研究[D].西北农林科技大学,动物遗传育种与繁殖,2014,博士.
[48]贾蓉.岳麓区幼教教研活动的现状与对策研究[D].湖南师范大学,学前教育（专业学位）,2013,硕士.
[49]杨苏东,林少雄,田园,申承民,高鸿钧.石墨烯负载金属纳米粒子的制备及其电催化特性[A].中国真空学会.中国真空学会2014学术年会论文摘要集[C].中国真空学会:,2014:1.
[50]尔晨希.基于Hilbert-Huang变换的高压输电线路故障测距的研究[D].西安科技大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.