一种乳制品废水处理系统及处理方法与流程

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种乳制品废水处理系统及处理方法。

背景技术：

乳制品企业综合性废水中的污染物主要为乳蛋白(如酪蛋白、乳清蛋白等)、乳脂肪、乳糖和无机盐类等，其中大部分物质具有较好的生化性，其b/c比值通常在0.5以上，这一类废水适合于采用生物方法进行处理。

目前国内外对乳品废水主要采用活性污泥法进行处理，如采用uasb反应器进行处理，虽然单独使用uasb反应器处理乳制品废水具有容积负荷高及cod去除率高等优点，但是对氮的处理效果并不好，因为乳品废水中含有大量蛋白质，总氮含量在60-120mg/l之间，而在厌氧条件下，这些蛋白质难以在uasb反应器内完全降解成氨氮，部分蛋白质会从uasb反应器中流失进入下一步的处理工序，如好氧处理工序，在好氧处理工序内蛋白质的降解效果远不及厌氧条件，从而使好氧工序对总氮的处理效果不理想；而再设置二级厌氧处理设备，虽然能够将蛋白质降解彻底，但是会增加设施，使处理工艺复杂化。所以，单独的uasb处理乳制品废水效果不理想，并且单独厌氧处理高浓度乳制品废水存在工艺不稳定，抗冲击负荷能力差等问题。

uasb+mbr的组合工艺在处理垃圾渗滤水、啤酒废水和高浓度粪便废水上取得了很多成果，但鲜有将此工艺应用到乳制品处理中的案例，因此，本发明尝试将uasb+mbr组合工艺应用到乳制品废水的处理中，并通过对uasb和mbr的结构进行改进，以期在克服单独使用uasb反应器处理乳制品废水存在的缺陷的前提下，进一步提高乳制品废水处理效率，使出水达标。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种乳制品废水处理系统及处理方法，解决了现有技术中单独使用uasb反应器处理乳制品废水时总氮处理效果不理想，进而影响出水达标的问题。

本发明的第一个目的是提供一种乳制品废水处理系统，包括原水调节池、uasb反应器、mbr生物膜池以及出水池，所述原水调节池的上端设有污水进水管，底端设有第一出水管，所述原水调节池内设有原水搅拌泵；

所述uasb反应器的底端通过第一出水管与所述原水调节池连通，所述第一出水管上设有第一提升泵，所述uasb反应器内设有悬浮生物填料网，所述悬浮生物填料网包括圆柱形网框以及填充在所述圆柱形网框内的悬浮生物填料；

所述uasb反应器内位于所述悬浮生物填料网的上方处设有可升降的三相分离器，所述三相分离器的出气管穿过所述uasb反应器的顶端，并连通有沼气收集装置；所述uasb反应器的侧壁上位于所述三相分离器的上方处设有第二出水管；

所述mbr生物膜池通过所述第二出水管与所述uasb反应器连通，所述mbr生物膜池内设有隔板，且所述隔板的高度为所述mbr生物膜池高度的2/3，所述隔板将所述mbr生物膜池分隔成兼氧区和好氧区，所述兼氧区靠近所述uasb反应器，所述好氧区内设有生物膜组件，所述生物膜组件的下方设有曝气管，所述曝气管的进气端穿过所述mbr生物膜池的侧壁，并与位于所述mbr生物膜池外的气泵连接；所述mbr生物膜池的顶端设有第三出水管，所述第三出水管的出水端位于所述出水池内，且所述第三出水管设有第二提升泵。

优选的，所述uasb反应器的顶端设有可拆卸连接的顶盖，所述顶盖上开设有穿设口，所述穿设口处固接有供所述三相分离器出气管活动穿过的套管，且所述套管的外径与所述三相分离器出气管的内径相匹配；所述套管上周向开设有多个带内螺纹的限位孔，每个所述限位孔内均能够穿设一个相匹配的限位螺钉，将所述套管与其中穿设的所述三相分离器出气管固定。

优选的，所述uasb反应器上端的外侧设有外螺纹，所述顶盖内侧设有相匹配的内螺纹，所述uasb反应器与所述顶盖通过外螺纹与内螺纹螺接；所述套管内壁上还设有橡胶密封层。

优选的，所述生物膜组件包括竖向且相对设置的两个第一集水管，两个所述第一集水管之间横向连通有中空纤维膜组件，两个所述第一集水管的底端封闭，顶端共同连通有横向的第二集水管，所述第二集水管与所述第三出水管连通。

优选的，所述第一出水管位于所述uasb反应器内的一端还连通有布水器。

优选的，还包括温控处理系统，所述温控处理系统包括恒温加热外桶以及恒温加热水桶，所述恒温加热外桶套设在所述uasb反应器外下端的反应区处，所述恒温加热外桶的上端设有恒温出水管，下端设有恒温进水管，所述恒温进水管与所述恒温出水管的另一端均与所述恒温加热水桶连通；

所述恒温加热水桶内底端设有加热管，且所述恒温加热水桶底端的一侧通过带阀门的管道与所述出水池连通。

优选的，所述原水搅拌泵、所述第一提升泵、所述气泵、第二提升泵均电连接有plc控制器。

本发明的第二个目的是提供上述乳制品废水处理系统的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将原水调节池内储存的乳制品废水通过第一提升泵提升到uasb反应器中，控制uasb反应器反应区内温度为30-35℃，hrt为18h，cod容积负荷为6.25kgcod/m³·d，反应完后毕得到uasb反应器出水；

步骤2，uasb反应器出水进入mbr生物膜池，控制mbr生物膜池内兼氧区浓度≤0.5mg/l，水力负荷为0.49m³/(m².h)，mbr生物膜池内好氧区内do浓度为3-5mg/l，水力负荷为0.064m³/(m².h)，cod容积负荷为2.29kgcod/m³·d，hrt为5h，反应完后毕得到mbr生物膜池出水；

步骤3，mbr生物膜池出水进入出水池内储存。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用可升降调节高度式三项分离器和悬浮生物填料网，提高了三项分离的效果，同时也提高了对乳制品废水中蛋白质的处理效果，使蛋白质完全降解成氨氮；uasb反应器后增加mbr反应器，uasb反应器出水在设有兼氧区和好氧区的mbr反应器内进行反硝化-硝化反应，将氨氮全部降解成氮气，从而使废水中氨氮和总氮含量降低；mbr反应器中的中空纤维膜具有高效截留效果，可使硝化菌完全保留在生物反应器内，使硝化反应高效进行，有效去除氨氮，避免污泥的流失，同时也可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解。

本发明首先由uasb厌氧工艺处理降低乳制品废水中的有机物负荷，使蛋白质降解为氨氮，使水体中有机污染物浓度得到一定降低，然后采用mbr工艺进一步降低水体中的氨氮和有机污染物浓度，大大提高了运行效率以及运行稳定性，同时具有很强的抗冲击负荷能力，适用于污染物浓度高且变化大的乳制品废水的处理。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的乳制品废水处理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的乳制品废水处理系统中悬浮生物填料网的结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的乳制品废水处理系统中uasb反应器的结构示意图；

图4是本发明实施例2提供的乳制品废水处理系统的结构示意图。

附图标记说明：1、原水调节池；2、uasb反应器；3、mbr生物膜池；4、出水池；5、污水进水管；6、第一出水管；7、第一提升泵；8、悬浮生物填料网；9、圆柱形网框；10、悬浮生物填料；11、三相分离器；12、沼气收集装置；13、第二出水管；14、生物膜组件；15、曝气管；16、气泵；17、第三出水管；18、第二提升泵；19、顶盖；20、套管；21、恒温加热外桶；22、恒温加热水桶；23、恒温出水管；24、恒温进水管；28、布水器；29、第一集水管；30、中空纤维膜组件；31、隔板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

下述各实施例中所用试验装置，如原水调节池、uasb反应器、mbr生物膜池内没有特殊说明的地方，则表明采用的是现有的试验装置，不涉及到任何改进和创新；所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一种乳制品废水处理系统，具体如图1-3所示，包括原水调节池1、uasb反应器2、mbr生物膜池3以及出水池4，原水调节池1的上端设有污水进水管5，底端设有第一出水管6，原水调节池1内设有原水搅拌泵。由于乳制品废水来源广泛，如有洗涤废水、生产废水等，这些废水中污染物浓度各不相同，为了维持体系的稳定运转，本发明设置原水调节池1，各股废水均进入原水调节池1内，通过原水调节池1内设有的原水搅拌泵进行均质。

uasb反应器2的底端通过第一出水管6与原水调节池1连通，第一出水管6上设有第一提升泵7，第一提升泵7用于将原水调节池1内废水提升到uasb反应器2内进行处理。在uasb反应器2内反应区厌氧污泥的作用下，废水中的cod得到很好的去除，蛋白质、脂肪等含氮物质也大部分得到降解，变为氨氮，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮经过反硝化反应得到处理。

uasb反应器2内还设有悬浮生物填料网8，悬浮生物填料网8包括圆柱形网框9以及填充在圆柱形网框9内的悬浮生物填料10，反应区反应完毕后的混合液在进入三相分离器11前在悬浮生物填料网8内进行气液预分离，在悬浮生物填料10的作用下，混合液会被打散，气液分离效果得到提高。同时，悬浮生物填料10兼有截留悬浮物的作用，能够截留接种的活性污泥，并在表面形成生物膜，生物膜能够对进入三相分离前的废水进行二次厌氧反应，能够将蛋白质、脂肪等含氮物质全部降解成氨氮，增加反应效益。

需要说明的是，悬浮生物填料网8可以固定设置在uasb反应器2内，也可以活动设置在uasb反应器2内，活动设置时，在uasb反应器2内壁两侧相对位置处固设隔板31，将悬浮生物填料网8搁置在隔板31上即可。

uasb反应器2内位于悬浮生物填料网8的上方处设有可升降的三相分离器11，uasb反应器2的顶端设有可拆卸连接的顶盖19，顶盖19上开设有穿设口，穿设口处固接有供三相分离器11出气管活动穿过的套管20，且套管20的外径与三相分离器11出气管的内径相匹配；套管20上周向开设有多个带内螺纹的限位孔，每个限位孔内均能够穿设一个相匹配的限位螺钉，将套管20与其中穿设的三相分离器11出气管固定。这种设置方式能够实现三相分离器11的升降。当三相分离器11需要升降的时候，将三相分离器11出气管向上提或向下放，达到所需高度的时候，将限位螺钉穿进限位孔内对三相分离器11出气管的位置进行固定。需要说明的是，套管20是具备一定厚度的，如3-5cm，方便限位螺钉限位。

本发明设置可以升降的三相分离器11，且三相分离器11高度可调整的范围是位于悬浮生物填料网8上方，出水液面下方，集气室上方要保证合理的覆水深度，本发明中设计为200mm。本发明设置可以升降的三相分离器11是为了对不同水质废水的处理状况进行调节，以保证良好的三相分离效果以及处理效果。对于uasb反应器而言，不同n元素的废水对活性污泥的沉降性不同，bod5/n在100/5-100/3的情况下污泥沉降性良好，菌胶团结构紧密，出水悬浮物少，cod去除率能达到80％以上。但是，bod5/n在小于100/5的情况下这种优势就不再存在，此时丝状菌过量生长，污泥沉降性能差，uasb反应器的处理效果和分离效果会变差，同时，高含量的氮元素会使反硝化细菌活性大大降低，对系统氮源和碳源去除量较少。我们可以通过调整三相分离器11的高度来解决这一状况，将三相分离器11调整到较高位置，可以改善混合液的沉降性能，使反应区污泥量维持在较高浓度进行反硝化反应，保障后续mbr系统的正常运行。

需要说明的是，uasb反应器2上端的外侧设有外螺纹，顶盖19内侧设有相匹配的内螺纹，uasb反应器2与顶盖19通过外螺纹与内螺纹螺接；套管20内壁上还设有橡胶密封层，可以使套管20与三相分离器11出气管之间保持密封状态，避免沼气逸到空气中。

三相分离器11的出气管穿过uasb反应器2的顶端，并连通有沼气收集装置12，沼气收集装置12内采取水封方式，通过静水压力来平衡三项分离器中气室液面的高度，同时防止管内气体进入室内；uasb反应器2的侧壁上位于三相分离器11的上方处设有第二出水管13。

mbr生物膜池3通过第二出水管13与uasb反应器2连通，mbr生物膜池3内设有隔板31，且隔板31的高度为mbr生物膜池3高度的2/3，隔板31将mbr生物膜池3分隔成兼氧区和好氧区，兼氧区靠近uasb反应器2，好氧区内设有生物膜组件14，生物膜组件14的下方设有曝气管15，曝气管15的进气端穿过mbr生物膜池3的侧壁，并与位于mbr生物膜池3外的气泵16连接；mbr生物膜池3的顶端设有第三出水管17，第三出水管17的出水端位于出水池4内，且第三出水管17设有第二提升泵18。

uasb反应器5出水中cod得到了很好的处理，但是氨氮和总磷含量依然较高，将这部分出水通入mbr生物膜池3进行处理。本发明在mbr生物膜池3内设置兼氧区和好氧区，兼氧区能够配合好氧区进行脱氮除磷，且兼氧区和好氧区之间设有隔板31，uasb反应器5出水首先进入兼氧区进行反应，反应后的水由隔板31上方溢流进好氧区，且好氧区也有部分水进入兼氧区，从而方便硝化和反硝化反应的进行。

好氧区内设有生物膜组件14，生物膜组件14包括竖向且相对设置的两个第一集水管29，两个第一集水管29之间横向连通有中空纤维膜组件30，两个第一集水管29的底端封闭，顶端共同连通有横向的第二集水管，第二集水管与所述第三出水管17连通；兼氧区出水进入好氧区，并进入中空纤维膜组件30内部，中空纤维膜组件30内处理好的出水进入两个第一集水管29内，进而进入第二集水管，第二集水管内处理水在第二提升泵18的作用下进入出水池4内，即出水池4内收集到处理合格的乳制品废水。

在生物膜组件14的高效截留作用下，硝化菌完全保留在mbr生物膜池3内，使硝化反应得以顺利进行，有效去除氨氮，避免污泥的流失，同时也可以截留有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解，同时还具有良好的泥水分离效果，使出水水质优于一般二沉池。经过mbr生物膜池3处理后，出水满足排放要求。

需要说明的是，第一出水管6位于uasb反应器2内的一端还连通有布水器28，可以使进水均匀分散，提高处理效率。

实施例2

一种乳制品废水处理系统，具体如图4所示，与实施例不同之处在于实施例2中还包括温控处理系统，温控处理系统包括恒温加热外桶21以及恒温加热水桶22，恒温加热外桶21套设在uasb反应器2外下端的反应区处，恒温加热外桶21的上端设有恒温出水管23，下端设有恒温进水管24，恒温出水管23和恒温进水管24的另一端均与恒温加热水桶22连通；恒温加热水桶22内底端设有加热管，且恒温加热水桶22底端的一侧通过带阀门的管道与出水池4连通。

本发明中，恒温加热水桶22的结构和恒温水浴锅的结构和原理相同，也可以使用大号的恒温水浴锅，通过加热管加热锅内水，使其水温维持在30-35℃之间，然后这部分恒温水一直保持在恒温加热外桶21与恒温加热水桶22之间循环，使三相分离器11内反应区内温度保持恒定，有利于反应的进行。

一般来说，厌氧废水处理分为低温、中温和高温三类，迄今大多数厌氧废水处理系统在中温范围运行，在此范围温度每升高10℃，厌氧反应速度约增加一倍，温度对厌氧消化的影响在于低温下产酸菌和产甲烷菌代谢速率失衡而破坏体系内酸碱平衡，温度的微小波动(如1-3℃)对厌氧工艺不会有明显影响，但如果温度下降幅度过大(超过5℃)，则由于污泥活力的降低，反应器的负荷也应当降低以防止由于过负荷引起反应器酸积累等问题，即我们常说的“酸化”，否则沼气产量会明显下降，甚至停止产生，与此同时挥发酸积累，出水ph下降，cod值升高。而对于一般的厌氧反应装置来说，在冬季的时候，装置内温度很难保持在中温范围内，本发明设置的温控处理系统能够解决此问题，使反应装置的处理效果不受季节和环境的影响。

实施例3

一种乳制品废水处理系统，与实施例2不同之处在于实施例3中设有plc控制器，原水搅拌泵、阀门、第一提升泵7、气泵16、第二提升泵18均电连接有plc控制器，通过plc控制器的控制能够实现反应装置的自动化运行。

实施例4

采用某乳制品企业的乳制品废水进行试验，原水调节池1内cod浓度为2386mg/l、bod5浓度为1264mg/l、tn浓度为66.32mg/l、nh4⁺-n浓度为9.14mg/l、tp浓度为73.68mg/l，利用实施例1的乳制品废水处理系统处理乳制品废水，包括以下步骤：

步骤1，将原水调节池1内储存的乳制品废水通过第一提升泵7提升到uasb反应器2中，同时将uasb反应器2中三相分离器11高度调整到最高处，即三相分离器11最低端调到第二出水管13液面下方，三相分离器集气室顶部距离出水管液面200mm；

控制uasb反应器2反应区内温度为30-35℃，hrt为18h，cod容积负荷为6.25kgcod/m³·d，反应完后毕得到uasb反应器2出水；

步骤2，uasb反应器2出水进入mbr生物膜池3，控制mbr生物膜池3内兼氧区浓度为0.3mg/l，水力负荷为0.49m³/(m².h)，mbr生物膜池3内好氧区内do浓度为5mg/l，水力负荷为0.064m³/(m².h)，cod容积负荷为2.29kgcod/m³·d，hrt为5h，反应完后毕得到mbr生物膜池3出水；

步骤3，mbr生物膜池3出水进入出水池4内储存。

对实施例4污水处理效果进行检测，结果见表1。

表1乳制品废水处理效果

从表1可以看出，本发明的乳制品废水处理系统对乳制品废水具有很好的处理效果，处理后得到的出水能够满足《污水综合排放标准》一级排放标准，且本发明的处理系统对氨氮、总氮、总磷的去除效果尤为优异。

为了说明本发明中uasb反应器和mbr生物膜池的处理效果，还单独对uasb反应器和mbr生物膜池进、出水进行了检测，具体结果见表2。

表2实施例4中uasb反应器和mbr生物膜池单独处理效果

从表2可以看出，本发明中所用的uasb反应器对乳制品废水中的cod有很好的去除作用，且能够将有机氮均降解成氨氮，总氮中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮得到很好的处理；然后氨氮在mbr反应器中进行充分的硝化-反硝化，使氨氮得到去除。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。