一种适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法与流程

本发明涉及高浓度有机废水集成化处理技术，特别涉及一种适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法。

背景技术：

目前，我国的酱油生产以北方的“低盐固态工艺”和南方的“高盐稀态工艺”为主。一般的酱油生产工艺过程包括原料处理、制曲、发酵、浸出淋油及加热配制等工序，酱油废水是一种有机物含量较高的食品发酵废水，其成分主要为粮食残留物(如：碎豆屑、麸皮、面粉、糖分、酱油、发酵残渣、各种微生物及微生物分泌的酶和代谢产物、酱油色素、微量洗涤剂、消毒剂和少量盐分等)，色度较高，成分复杂，因此废水处理具有一定的难度。

酱油废水处理的难点有：

(1)色度高。酱油色素是酱油废水中最难去除的部分，酱油色素主要由两部分组成：一是酱油发酵过程中由于糖氨反应(美拉德反应)形成的黑色；其次是由于产品调配时人工加入的焦糖色素。上述两类物质均是结构极其复杂的高分子化合物，到目前为止，尚未明了其分子结构。其含有的生色基团由以下两个或两个以上共轭生色基构成，这些共轭生色基使有机物分子在可见光区产生吸收峰，使废水具有了色度。经验表明，活性炭吸附池、微电解等方法对这类废水色度的去除并不理想，且在充氧吹脱过程中色度有加深的趋势。废水中色素物质的去除是酱油废水处理中的难点，目前为止，鲜有达到一级排放标准的报道。

(2)盐度高：食盐是酱油生产的主要原料之一，酱油废水中的酱油罐冲洗水、滤布冲洗水等是高盐污水，含盐量为1～5％(约10000～50000mg/l)。虽然生产废水与酱油调味料厂的其它普通污水调匀后可降低含盐量，但含盐量还是处于较高水平。盐度对物化处理工艺的影响很小，但对所接触金属设备有腐蚀作用，将缩短设备的使用寿命。此外，高盐度对生化处理工艺有较大的影响。

(3)冲击负荷变化大。酱油废水水质季节性变化是废水处理过程的另一个难点，大多数酱油厂制曲季节相对集中，尤其采用露晒工艺的酱油厂更是如此。制曲废水与其它废水性质不同，制曲时，会产生浓度极高的泡料废水，使其cod高达20000mg/l左右，给酱油废水处理造成很大困难。工厂以销定产的生产方式，造成废水水质波动极大，冲击负荷变化也较大，同时，使生物处理设施的正常运行受到很大影响。

(4)污染物成分不稳定。有些酱油生产企业产品种类复杂，通常包括生抽酱油、老抽酱油、红醋、辣椒酱、蒜蓉酱、食醋、耗油、腐乳等酿造产品，这使废水成分更复杂，治理更困难。

(5)生化处理工艺污泥产量高。酱油废水属于高浓度有机废水，目前常见的酱油废水处理工艺仍以活性污泥法为代表的生物处理法为主要方法。生物处理过程中产生的大量剩余污泥通常含有相当多的不稳定有机物，这是生物处理法的一大难题。污泥一般由松散的物质组成，其特点是：含水率较高，污泥容积可达其所含固体容积的数十倍；由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成，如：含有n，p，k及多种微量元素、有机质和对人体有害的病原微生物、寄生虫卵、重金属及某些难降解的有机物等。由于污泥的体积庞大，性质不稳定，极易腐化，不利于运输和处置，对环境会造成直接或潜在的威胁。目前对剩余污泥的处理与处置，存在有效性和经济性两方面的问题。首先，尚无一种可以推而广之且对环境无污染的有效方法；其次，各种污泥处理与处置方法需要大量资金。另外，随着酱油产量的不断增加，酱油废水处理量和处理率的提高，污泥产生量也将急速增加，酱油废水处理产生的污泥能否有效处理与处置，也是酱油废水处理技术的关键。随着我国城市经济的发展和人口的增加，环境污染日益严重，人们环境意识的加强和对环境质量要求的提高，必然使更多的高浓度、高色度酱油工业需要处理，而这种特殊产生的污泥也是必须考虑的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，针对酱油酿造企业在生产过程中产生的高浓度有机废水处理的问题，进行工艺集成与参数化设计，实现工艺模块化、智能化、集成化。

本发明的技术方案是：

一种适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，该集成方法采用一级预处理模块、二级生化模块、三级深度处理模块，其工艺路线为：进水→在线水质监测系统→一级预处理模块→二级生化模块→三级深度处理模块→出水，具体过程如下：

在进水端设置在线水质监测系统，通过对来原水的水质信息收集、分析，将结果输出至自动控制系统，由自动控制系统向各个模块或子模块单元发出信号，以控制整体工艺的自动化运行；处理后的酱油酿造废水经过三级深度处理模块排出，出水端的水质信息输出至自动控制系统，根据进水水质条件，选择运行模块和控制模块运行参数。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，污水先进入一级预处理模块，具有去除悬浮物和调节均合功能，一级预处理模块共包括三个单元，分别是细格栅、自清洗过滤器及水解酸化池，细格栅、自清洗过滤器及水解酸化池依次串联，细格栅与水解酸化池通过旁路连通；其中，细格栅为连续运行，栅条间隙宽度采用3～5mm；自清洗过滤器的过滤精度采用5～20目数，根据细格栅出水条件间歇运行，当悬浮物ss大于100mg/l时自动运行；水解酸化池持续运行，水力停留时间hrt＝4.0～6.0h。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，二级生化模块包括厌氧子模块和好氧子模块，厌氧子模块和好氧子模块两者串联布置运行；厌氧子模块包括并联布置的厌氧膨胀床和厌氧流化床，好氧子模块包括依次串联布置的半间歇式生物转盘和间歇式膜生物反应器。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，当来自水解酸化池的进水溶解性化学需氧量scod<10⁴mg/l时，厌氧子模块运行厌氧膨胀床；当来自水解酸化池的进水溶解性化学需氧量scod≥10⁴mg/l时，厌氧子模块运行厌氧流化床；厌氧膨胀床和厌氧流化床共用同一设备本体，通过改变设备运行参数自动控制转换工艺。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，半间歇式生物转盘持续运行，当二级生化出水要求悬浮物ss小于10mg/l或总氮tn小于15mg/l或总磷tp小于0.5mg/l时，运行间歇式膜生物反应器。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，三级深度处理模块包括依次串联于管路上的混合絮凝沉淀池、纤维转盘滤池、活性炭吸附池、紫外线消毒槽。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，混合絮凝沉淀池由混合池、絮凝池、沉淀池三个单元连接而成共用同一设备本体，混合池采用机械混合池，混凝剂采用聚合氯化铝，混合池的混合时间为60s；絮凝池采用机械絮凝池，反应时间为12～15min；沉淀池采用斜板沉淀池或斜管沉淀池，清水区上升流速采用1.2～1.5mm/s。

所述的适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，纤维转盘滤池的滤速采用8～12m³/h.m²，纤维转盘滤池的过滤单元为持续运行，当出水色度>30时，运行活性炭吸附池；紫外线消毒槽持续运行。

本发明的设计思想是：

针对酱油酿造企业在生产过程中产生的高浓度有机废水处理的问题，进行工艺集成与参数化设计。根据生产废水的特点，以及废水处理工艺的要求，如：技术成熟可靠、运行稳定、维护管理方便及经济适用等原则，对酱油酿造废水处理工艺进行选择。

由于酱油酿造废水含有易于降解的高浓度有机污染物，可生化性较好，因此适宜采用生物法处理。因单一的厌氧工艺、好氧工艺均不能实现生产废水中高浓度有机质的高效去除，将厌氧与好氧工艺联合运行是十分必要的。

本发明所涉及的酱油酿造废水集成技术方法由三个模块组成：一级预处理模块、二级生化模块、三级深度处理模块。

一级预处理模块主要设置去除悬浮物和水解酸化功能。设置细格栅，去除水中较大的悬浮物，以保证后续处理设施能正常运行；设置自清洗过滤器，去除较小的悬浮物；设置水解酸化池，降低废水的有机物浓度、提高b/c比，大大提高后续生化处理系统的容积负荷，提高去除效率。

二级生化模块主要设置厌氧子模块和好氧子模块，其中厌氧子模块为厌氧膨胀床/厌氧流化床，好氧子模块包括半间歇式生物转盘、间歇式膜生物反应器(a/o二段方式运行)。

厌氧膨胀床/厌氧流化床是一种内部装填有微生物载体(即填料)的厌氧生物反应器，采用新型聚酯纤维滤料作为载体，比表面积900m²/m³，厌氧微生物部分附着生长在滤料上，形成厌氧生物膜，部分在滤料空隙间悬浮生长，固液分离出流流经挂有生物膜的滤料，生物膜表面吸附水中的有机物，通过生物膜中的微生物降解转化，主要应用于溶解性有机物浓度高的水质，最大有机负荷通常在10～40kgcod/(m³·d)之间，净化后的水通过排水设备排至池外，所产生的沼气被收集利用。

与其他厌氧生物反应器相比，厌氧膨胀床和流化床反应器具有如下的主要工艺特点：

(1)采用细小颗粒填料作为载体，为厌氧微生物的附着生长提供了很大的比表面积，使反应器内的厌氧微生物浓度可以达到很高，一般可达30gvss/l和以上；

(2)具有很高的有机容积负荷，一般可达10～40kgcod/(m³·d)，因此在处理同类废水时，所需要的水力停留时间较短；

(3)具有较好的耐冲击负荷的能力，运行稳定；

(4)反应器内的填料始终处于膨胀或流化状态，不会出现填料堵塞的现象；

(5)反应器内的生物固体停留时间较长，剩余污泥产量较少；

(6)不仅可应用于高浓度有机废水的处理，还可以应用于低浓度城市废水的处理。

厌氧膨胀床与厌氧流化床反应器的区别：

(1)反应器内的水力上升流速不同；

(2)生物膜颗粒载体的膨胀率不同。

与厌氧膨胀床反应器相比，在厌氧流化床反应器中，所采用的水流上升流速更高，填料颗粒在反应器内的流化更为强烈，因此其反应器内的废水与填料上的厌氧生物膜之间的接触更为密切，传质效率更好，可以强化对废水中污染物的去除，所以厌氧流化床反应器的处理效果更高。

半间歇式生物转盘，采用两级生物转盘串联布置，一级转盘间歇运行，盘片表面有机负荷12～15gbod5/(m².d))；二级生物转盘连续运行。半间歇式生物转盘的运行方式能有效提高脱氮除磷效率，并且具有占地面积小、产泥量少、处理效果好等特点。

间歇式膜生物反应器，以a/o方式运行，缺氧、好氧时间比1：(3～5)，好氧时间8～12h。反应器在缺氧时间段进水，在好氧时间段出水。该工艺能显著提高出水处理效果，特别是对于总氮的去除，能使出水达到一级a标准，此方式运行无需沉淀工序、产泥量少。

厌氧子模块和好氧子模块两者串联布置。

三级深度处理模块主要设置混合絮凝沉淀池(由混合池、絮凝池、沉淀池三个单元连接而成共用同一设备本体)、纤维转盘滤池、活性炭吸附池、紫外线消毒子模块。

混合絮凝池(混合池和絮凝池)采用机械混合絮凝方式，混凝剂采用聚合氯化铝。机械搅拌快速混合絮凝的主要优点是混合效果好，配置调速电机后可随水量变化而调节搅拌机转数，不受水量变化的影响，可适用于各种不同规模的水厂，水头损失小。沉淀池采用斜板沉淀池，沉淀效率高，占地面积少。

纤维转盘滤池的滤速采用8～12m³/h.m²，纤维转盘滤池是通过纤维类滤布转盘过滤后(污水由滤布外向滤盘内过滤)由中心筒收集滤后水，过滤过程的每个步骤均由自动控制系统(微处理单元)控制。从而，可以通过该自动控制系统对反冲洗操作和池底污泥处理操作进行时间和频率上的调节，能够确保对系统进行灵活的操作；同时通过该控制系统使用者可以对过滤系统进行实时监控和远程操作。具有设备简单，占地少，基建投资少、反冲洗水量少，耗能少，管理简单，对占地有限制的情况下可优先采用。

活性炭吸附池是利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的水处理方法，是目前去除色度的主要方法之一。

紫外线消毒是通过紫外线对水的照射进行的，是一个光化学过程。

优点：灭菌效率高，作用时间短，危险性小，无二次污染、消毒时间短，不需建造较大的接触池，占地面积和土建费用大大减少，也不影响尾水受纳水体的生物种群。

混合絮凝沉淀池为持续运行，当出水色度>30时，运行活性炭吸附池，紫外线消毒槽持续运行。

实际运行时，在进水端设置在线水质监测系统，通过对来原水的水质信息收集、分析，将结果输出至自动控制系统，由自动控制系统向各个模块或子模块单元发出信号，以控制整体工艺的自动化运行。

本发明适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，具有以下技术特点：

1、采用本发明适于浓度高、成分复杂且波动大的小、快、散酱油酿造场废水处理；

2、采用本发明厌氧工艺采用厌氧膨胀床/厌氧流化床，两个工艺共用一个本体设备，通过改变设备运行参数自动控制转换工艺，节省了占地面积的同时节省造价；

3、采用本发明好氧工艺均采用产泥量少，甚至不产泥的工艺，减少高浓度工业污泥的产生，降低处理污泥费用，减少污染；

4、采用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；

5、采用本发明工艺组合技术先进，能够同时处理cod、氮、磷，稳定达标，出水可再生利用。

附图说明

图1为本发明工艺路线图。图中，1、在线水质监测系统；2、一级预处理模块；3、二级生化模块；4、三级深度处理模块；5、自动控制系统。a.细格栅；b.自清洗过滤器；c.水解酸化池；d.厌氧膨胀床；e.厌氧流化床；f.半间歇式生物转盘；g.间歇式膜生物反应器；h.混合絮凝沉淀池；i.纤维转盘滤池；j.活性炭吸附池；k.紫外线消毒槽。

图2为本发明计算机自动控制系统程序框图。

具体实施方式

如图1-图2所示，在具体实施过程中，本发明适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法的工艺路线为进水→在线水质监测系统1→一级预处理模块2→二级生化模块3→三级深度处理模块4→出水，具体过程如下：

在进水端设置在线水质监测系统1，通过对来原水的水质信息收集、分析，将结果输出至自动控制系统5，由自动控制系统5向各个模块(一级预处理模块2、二级生化模块3、三级深度处理模块4)或子模块单元发出信号，以控制整体工艺的自动化运行。处理后的酱油酿造废水经过三级深度处理模块4排出，出水端的水质信息输出至自动控制系统5，根据进水水质条件，选择运行模块和控制模块运行参数。

污水先进入一级预处理模块2，一级预处理模块2共包括三个单元，分别是细格栅a、自清洗过滤器b及水解酸化池c，细格栅a、自清洗过滤器b及水解酸化池c依次串联，细格栅a与水解酸化池c通过旁路连通。其中，细格栅a为连续运行，栅条间隙宽度采用3～5mm；自清洗过滤器b，过滤精度采用5～20目数，其根据细格栅a出水条件间歇运行，即当悬浮物ss大于100mg/l时自动运行；水解酸化池c持续运行，水力停留时间hrt＝4.0～6.0h。

二级生化模块3，包括厌氧子模块和好氧子模块，厌氧子模块和好氧子模块两者串联布置运行。

厌氧子模块包括厌氧膨胀床d和厌氧流化床e，厌氧膨胀床d和厌氧流化床e并联布置。当来自水解酸化池c的进水溶解性化学需氧量(scod)<10⁴mg/l时，厌氧子模块运行厌氧膨胀床d；当来自水解酸化池c的进水溶解性化学需氧量(scod)≥10⁴mg/l时，厌氧子模块运行厌氧流化床e；厌氧膨胀床d和厌氧流化床e共用同一设备本体，通过改变设备运行参数自动控制转换工艺。

好氧子模块包括依次串联布置的半间歇式生物转盘f和间歇式膜生物反应器g(mbr)，半间歇式生物转盘f持续运行，当二级生化出水要求悬浮物ss小于10mg/l或总氮tn小于15mg/l或总磷tp小于0.5mg/l时，运行间歇式膜生物反应器g。

三级深度处理模块4，包括依次串联布置的混合絮凝沉淀池h(由混合池、絮凝池、沉淀池三个单元连接而成共用同一设备本体)、纤维转盘滤池i、活性炭吸附池j、紫外线消毒槽k。混合池采用机械混合池，混凝剂采用聚合氯化铝，混合池的混合时间为60s；絮凝池采用机械絮凝池，反应时间为12～15min；沉淀池采用斜板沉淀池(或斜管沉淀池)，清水区上升流速采用1.2～1.5mm/s；纤维转盘滤池i的滤速采用8～12m³/h.m²。纤维转盘滤池i的过滤单元为持续运行，当出水色度>30时，运行活性炭吸附池j，紫外线消毒槽k持续运行。

结果表明，本发明适于酱油酿造废水处理的模块化集成方法，具有以下技术特点：

1、适于浓度高、成分复杂且波动大的小、快、散酱油酿造场废水处理；

2、厌氧工艺采用厌氧膨胀床/厌氧流化床，两个工艺共用一个本体设备，通过改变设备运行参数自动控制转换工艺，节省了占地面积的同时节省造价；

3、好氧工艺均采用产泥量少，甚至不产泥的工艺，减少高浓度工业污泥的产生，降低处理污泥费用，减少污染；

4、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；

5、工艺组合技术先进，能够同时处理cod、氮、磷，稳定达标，出水可再生利用。