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毕业设计(论文)

2018 年 4 月 15 日

前　言

柠檬酸厂的废水包括柠檬酸钙洗涤过程产生的废糖水原液、洗糖水高浓度废水、精提车间脱色柱和离子交换柱再生废水、发酵罐降温水及生活污水等低浓度废水。由于含有大量的残糖、有机酸、钙沉淀物等，污染物浓度高，对环境的影响较重。世界各国对柠檬酸废水的处理大多采用厌氧-好氧联合处理工艺，但存在运行费用高、管理复杂及运行不稳定等问题。本文介绍了UASB．接触氧化一气浮工艺处理柠檬酸废水的工程实例，经该工艺处理的柠檬酸废水，出水水质能够稳定达到国家排放标准。

第1章 绪论

• 1. 柠檬酸废水的产生

在我国，柠檬酸生产主要以薯干、玉米等为原料，用薯干为原料，采用薯干粉原料深层发酵法生产柠檬酸是我国独特的先进工艺。该工艺不需特别添加营养盐类或其他产酸促进剂，而且产量较高，且资源丰富，价格低廉。国外生产柠檬酸主要以糖蜜为原料，糖蜜的组成复杂，一般需要进行糖蜜预处理方可进行柠檬酸正常生产。

在柠檬酸生产过程中，薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合，在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。发酵后的混合液中，大部分是溶解态的柠檬酸，并含有许多其他杂质与代谢产物，如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。经过板框压滤后将固体状的菌丝体和薯干粉分离出来，所形成的滤渣可以用作饲料，往滤液中投加碳酸钙，与溶解态的柠檬酸反应生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，通过过滤可以与其他可溶性杂质分离这一过程称为中和。中和时一般先将滤液加温到70摄氏度以上再开始加碳酸钙，随着温度的升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而其他杂质，如草酸钙和葡萄糖酸钙的溶解度则增大，逐渐呈溶解状态，因此在中和过程中一般要求在80摄氏度保温半小时以上以使反应完全，此时进行抽滤，即可得到柠檬酸固体。含有其他钙盐和物质的溶解即可排出，这股废水一般称为浓糖水。所得柠檬酸钙固体还需用80.摄氏度左右的热水洗涤，.以提高其纯度，所排出的洗液称之为洗糖水。浓糖水和前三次洗糖水中的COD浓度很高，颜色呈深褐色，主要含有还原性糖、非发酵性糖、多糖及草酸钙、葡萄糖酸钙及蛋白质等杂质。

1.2柠檬酸废水基本处理方法

目前，国内主要以生物法对柠檬酸工业废水进行处理。另外，意见报道的柠檬酸废水处理方法还有光合细菌法，乳状液膜法及生产饲料酵母法等。

1.2.1 生物法

柠檬酸生产废水属于高浓度有机废水，不含有毒物质，可生化性好，因此，国内外常用的柠檬酸废水处理方法是生物法，根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为好氧处理和厌氧处理两大类。

1.2.1.1 厌氧生物法

厌氧生物法是指无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂的有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程，同时把部分有机质合成细菌胞体，通过气，液，固分离，使废水得到净化的一种废水处理方法。柠檬酸废水的厌氧处理技术主主要有管道式厌氧消化器、高温厌氧消化池和上厌氧污流式泥床（UASB）等。

1. 管道式厌氧消化期内充填填料作为微生物的载体，能滞留高浓度的厌氧活性污泥，增强耐进水地pH和耐负荷变化的能力。采用这种方法，酸性的高浓度废水无需进行pH调整可直接进入处理系统，从而减少药剂消耗量，降低运行费用，便于操作管理。但此法存在污泥六十现象，且需定期排泥。
2. 高温厌氧消化池具有时间短，消化温度适应性强，运行费用低，有机物去除率高等优点，但废水升高温度需消耗额外的能量，因此仅适用于原废水温度较高的情况。
3. 上流式厌氧污泥床（UASB）是国外主要采用的柠檬酸废水处理方法，具体流程如下：污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。 　　因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。UASB 负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。

1.2.1.2好氧生物法

好氧生物法可分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

1.2.2光合细菌法（PSB）

光合细菌在有光照缺氧的环境中能进行光合作用，利用光能进行光合作用，利用光能同化二氧化碳，与绿色植物不同的是,它们的光合作用是不产氧的。光合细菌细胞内只有一个光系统，即PSI，光合作用的原始供氢体不是水，而是H2S （或一些有机物），这样它进行光合作用的结果是产生了H2，分解有机物，同时还能固定空气的分子氮生氨。光合细菌在自身的同化代谢过程中，又完成了产氢、固氮、分解有机物三个自然界物质循环中极为重要的化学过程。这些独特的生理特性使它们在生态系统中的地位显得极为重要。

光合细菌的适宜水温为15—400C,最适水温为28—360C。在水产养殖中，能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能，光合细菌适应性强，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特点，它的诸多特性，使其在无公害水产养殖中具有巨大的应用价值。

PSB工艺能承受高有机负荷，且符合越高处理效果越好，不产沼气，易于管理，又有除氮能力，可处理含高盐分，油脂和环状化合物的废水，设备占地少，动力消耗少，投资低，可作为其他低负荷处理工艺的前处理，产生的菌体可作为各种资源加以利用，不产生二次污染。但PSB法处理高浓度有机废水需要不断添加新鲜菌体，菌体细胞自然沉淀困难，处理后的废水一般不能达标排放，仍需进一步净化处理。

1.2.3乳状液膜法

液膜分离技术是一项高效，快速，节能的新型分离技术。近年来，液膜分离技术在重金属分离，生物工程等领域得到广泛的应用，特别是在处理高浓度有机废水方面，液膜法取得了显著的成绩。乳液与废水通过搅拌充分混合接触，废水中的柠檬酸透过液膜浓缩在膜内，从而达到分离的目的。乳状液膜从柠檬酸工业废水中分离柠檬酸，具有工艺简单，高效快速，易于工业化等特点。乳液使用后，经低压破乳，可重新制乳使用，复用多次处理效果基本不变。

1.2.4生产饲料酵母法

该工艺的特点是，其使用的酵母菌种能够在较低的pH下正常生长，可省去或简化灭菌步骤，节省了蒸汽消耗及耐压设备投资。另外柠檬酸酸中和废水培养酵母工艺流程菌种还具有较强的絮凝性，静置一段时间后，可有90%的酵母菌沉降下来，大大节约了离心分离是所系的电能，但从废水的净化程度看，该工艺的COD去除率仅达30%～50%，其培养酵母后产生的二次废水仍具有较高的COD，还需进行再处理以使之达到排放标准。

1.3废水处理相关数据

江苏某柠檬酸厂位于苏北盐城市，以薯干为原料，通过发酵工艺生产，其生产废水来源主要来自于发酵、过滤、洗糖废水，离子交换再生废水、浓缩冷凝水。废水主要有2股组成，一股为浓废水：总水量及水质平均值为Q=400m³/d，COD:17650mg/L，BOD₅：10500mg/L，SS：450mg/L PH：2.3 NH₃-N：60；一股为稀废水：总水量1300m³/d，COD：7550mg/L，BOD₅4500mg/L，SS 300mg/L， PH：6-8， NH₃-N：35mg/L。将浓废水和稀废水混合到调节池1时，计算各水质指标：总水量:1700m³/d,取变化系数1.1-1.2.得设计总水量为：2000m³/d。

为了出水后续达标，考虑最不利情况，多余1700m³/d变化部分的废水都为浓废水故计算水质参数如下：

COD：（700×17650 1300×7550）/2000=11085mg/L，

BOD₅：（700×10500 1300×4500）/2000=6600mg/L，

SS：（700×450 1300×300）/2000=352.5 mg/L

主要成分为糖类、淀粉、草酸钙、蛋白质、胶体物质和部分可溶解性无机盐类等，废水可生化性B/C=0.5-0.6。出水要求排放标准GB 8978-1996二级。

出水水质：COD_cr300mg/L BOD₅150mg/L SS100 NH₃-N 25mg/L，出水接入工业园区污水收集管网

第2章 处理工艺确定

2.1UASB反应器

具有厌氧消化效率高、结构简单等优点。UASB能否高效和稳定运行的关键在于反应器内能否形成微生物适宜、产甲烷活性高、沉降性能良好的颗粒污泥。但在采用UASB法处理庆大霉素、金霉素、卡那霉素、洁霉素、谷氨酸、维生素B₁₂等制药生产废水时，通常要求SS含量不能过高。以保证COD去除率可在85﹪－90﹪以上。二级串联UASB的COD去除率可达到90﹪以上。

采用加压上流式厌氧污泥床(UASB)处理废水时，氧浓度显著升高，加快了基质降解速率，提高了处理效果，如采用UASB处理贝塔美松等制药废水。

UASB主要特点在于无载体，主要由反应区、沉淀区、气室三部分组成。反应区包括底部高浓度的污泥床和污泥床上部浓度较低的悬浮污泥层；反应区上部设置三相分离器。

三相分离器的主要作用是将反应过程中产生的气体、污泥固体以及处理废水加以分离，将沼气引入气室、将固体导入反应区，将处理水引入出水区。

厌氧污泥床的混合采用进水冲击以及反应产生的沼气搅拌进行，一般采用多点进水。

综述UASB特点：

①污泥浓度高，平均为30-40g/L；

②有机负荷高，水力停留时间小，中温消化；

③设置三相分离器，无污泥回流设备；

④无混合搅拌设备；

⑤无载体，避免堵塞等问题，也减少造价；

⑥反应器存在短流，影响处理能力；

⑦难以适应高悬浮物含量污水；

⑧运行启动时间长，对水质与负荷突然变化较敏感。

2.2 方案确定

2.2.1工艺流程图

高浓度有机废水，低浓度离子交换废水池

调节池1

沼气处理

沉淀池2

气浮池

排放

污泥池1

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