大豆分离蛋白生产废水治理

大豆蛋白加工是最近l0多年来中国大豆加工利用的新方向，利用低温脱溶豆粕，可生产出大豆蛋白粉、大豆组织蛋白、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白等产品。其中大豆分离蛋白是主要品种，国内年产量在5O万t以上。
目前国内的大豆分离蛋白生产厂都采用碱溶酸沉法提取分离蛋白工艺，每生产1t分离蛋白产生约30～35t的乳清废水。乳清废水中的有机物质含量较高，因此对该废水的污染防治就显得尤为重要。但是对大豆分离蛋白废水的污染防治，国内外没有统一的技术模式以及成功的实例可以参考，所以笔者结合自己的工作实践探讨了适宜的大豆分离蛋白废水的处理工艺.以使处理废水达到国家要求的《污水综合排放标准》(GB8978--1996)二级标准。

1污染分析

1.1产污环节

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。车间清洗管道水、罐体的清洗水，也是产生污染的一个环节。另外还有偶然的停电或停蒸汽造成的蛋白坏料也会产生污染。

1.2水质水量

根据生产实践，一个万吨级的大豆分离蛋白生产企业，1d的乳清废水排放量在1000m3左右。

2工程实例介绍

山东嘉华实业集团有限公司大豆分离蛋白废水处理一期工程于2005年6月开始调试，处理乳清废水约800m3/d，总投资500万元左右.但是处理效果达不到环保要求，又于2006年6月及2007年l1月进行了2次改造.经过调试处理效果较好，出水水质符合国家《污水综合排放标准》(GB8978--1996)二级标准。

各工序对污染物的去除效果见表2。由表2可以看出，目前该厂的废水处理工艺对大豆分离蛋白废水的COD总去除率可达99.6％，BOD总去除率达99.7％.SS总去除率达99.6％。氨氮总去除率达94.6％，磷酸盐总去除率达99.1％。



3实例分析

3.1蛋白废水水质变化的分析

大豆分离蛋白废水污染物浓度较高，含有大量的植物蛋白等有机质，富含有机氮、有机磷，可生化性好，易于在厌氧条件下水解、酸化及甲烷化发酵。有机氮和有机磷在厌氧条件下分解转化为小分子的氨氮和磷酸盐，使厌氧出水中氨氮和磷酸盐的质量浓度分别达到300mvgL和25mg/L左右。UASB厌氧处理后出水中B/C降低为0.174—0.29，可生化性差。UASB出水营养元素比例失调，m(C)：m(N)：m(P)的比例关系不利于好氧生物降解。UASB出水中含有高浓度的氨氮和磷酸盐，易与污水中的钙、镁等金属离子形成沉淀物，富集在管壁上。且大豆分离蛋白原废水以及厌氧段出水悬浮物较高。

3.2工艺运行分析探讨

通过对大豆分离蛋白废水水质的分析，在工程方案设计时应重点针对有机物、氨氮和总磷含量高，盐分大等问题，采取有效的技术措施。

3.2.1预处理单元

由于乳清废水的pH较低，需要对其调节，以达到厌氧菌所需要的最适pH范围。该公司2005年初步设计时，采用出水回流调节pH，回流比为200％～300％，使厌氧进水pH达到5.2左右。经过近la的运行发现，厌氧处理效果较好，COD去除率达96％以上.出水悬浮物少；但是厌氧池及其后的出水管道结晶物质较多，产生出水管道堵塞、曝气头结垢等一系列运行问题。

为解决管道堵塞问题，公司于2006年6月进行了预处理改造.投加石灰水调节pH。石灰的加入一方面起到提升pH的作用，另一方面引入的钙可以与磷酸根结合生成磷酸钙等不溶性沉淀物，不仅起到物化除磷的作用，也减少了厌氧工段鸟粪石等结晶盐的形成.同时钙离子有助于厌氧颗粒化污泥的形成C5)。但是在运行过程中发现，石灰的加入使污水厌氧处理效果极不稳定，出水携带污泥较多，造成厌氧污泥流失严重.导致厌氧处理负荷逐渐下降，并且厌氧池底部沉积物质较多。运行近1a后，厌氧处理负荷下降了40％.厌氧池底部钙质沉积达2m之深，造成厌氧池布水管道的堵塞，不得不对厌氧池彻底清理。

为彻底解决厌氧污泥流失问题，公司于2007年3月在厌氧池前后各增加一级高效气浮装置。前一级气浮可有效去除厌氧进水中的悬浮物.后一级气浮可有效拦截厌氧污泥的流失，此次改造后，运行至今效果较好。

3.2.2水解酸化及厌氧处理单元

水解酸化过程是利用水解酸化菌的特殊作用使长链有机物断链、降解，大分子变成小分子]。水解酸化作为厌氧的预处理将厌氧发酵分成两段，这在理论上是有必要的，一定的酸化程度有助于厌氧发酵，但是也要控制不要过酸化，过酸化会对厌氧菌有一定的影响，控制水解酸化时间在10h左右即可。

厌氧处理单元目前使用最多的工艺是UASB.该工艺在国内应用较为广泛。技术也比较成熟.并且可以产生有利用价值的沼气，其作为洁净能源大大降低了运行成本。如果考虑节省厌氧处理单元的占地面积，采用IC反应器，效果也很好。

3.2.3除磷单元

经化验分析，厌氧段的结晶物质以及厌氧池底的沉积物质是以六水合磷酸镁铵(俗名鸟粪石)为主的难溶解复合无机盐，该结晶沉积物易造成管道的堵塞，所以在工艺设计时应增加化学除磷单元。

2007年5月经改造，在预处理阶段以及好氧处理阶段分别增加了除磷单元，添加化学物质进行除磷。在前面的预处理单元添加石灰调节pH已经起到了一部分化学除磷作用，同时在一级气浮之后添加铁盐.保证厌氧进水磷酸根的降低，减少厌氧段结晶盐的产生。在后段好氧处理单元进水之前也添加化学除磷剂，除去厌氧出水中大量的氨氮及磷酸根。

投加铁盐可以提高污泥活性，增强代谢能力；还可去除硫，减少HS对厌氧菌的毒害作用。

3.2.4好氧处理单元

对于经预处理以及厌氧处理后的乳清废水.其对好氧处理单元的工艺选择有3个主要功能目标：去除COD、BOD等有机污染物：硝化氨氮、生物脱氮；生物除磷。

氨氮的去除主要是通过硝化、反硝化反应，硝化过程是在有机物碳化过程之后进行的，是控制过程，即在COD、BOD降低到一定程度时，硝化过程才能进行彻底。因此，在工艺选择上主要考虑脱氮过程及其效果。
2005年初设计时.好氧处理工艺只有曝气生物滤池，对COD、氨氮的去除满足不了环保要求。2006年6月改造时.在曝气生物滤池之前增加了一级A/O工艺和二沉池。经过调试，运行效果明显好转.但是随着运行时间的延长。处理效果波动较大，经常出现污泥膨胀、死亡以及添加新的接种污泥的现象。这给污水处理的正常稳定带来了不利影响。

针对上述现象，经过多方讨论研究，认为还应在大豆分离蛋白废水水质上进行分析。由于大豆分离蛋白废水盐分较高，经过长时间的运行活性污泥边缘易形成盐分沉淀(显微镜观察)，影响好氧活性污泥的正常生长，所以污泥死亡率高.污染物去除效果波动大。

为解决上述问题，考虑采取降低污染物的处理负荷，增加好氧池容的方法。公司于2007年11月进行好氧处理单元改造，新增第二级A/O处理工艺，池容为第一级A/O工艺的4倍.由此大大降低了污染物的处理负荷，其COD负荷<0.4k(m•d)、氨氮负荷在0.1k(m•d)。同时运行时控制污泥浓度和停留时间。改造后运行效果明显。

3.2.5深度处理单元

从几家蛋白厂废水处理系统的运行情况来看。好氧单元处理后的出水COD可以达到200mL以下，如果要考虑将出水COD进一步降到100mg/L以下，达到一级排放标准，需要增加一些深度处理单元，如生物滤池、接触氧化等两级氧化处理.或者高效气浮、活性炭砂滤等物化处理。可以根据各地的排放标准以及投资情况酌情选择适当的处理设施。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

4经济效益分析

4.1大豆分离蛋白废水处理工程总投资及构成大豆分离蛋白废水处理工程总投资及构成见表3。



由表3可知，大豆分离蛋白废水处理工程以年产1万t大豆分离蛋白计，总投资在500万元左右。

4.2运行成本分析

大豆分离蛋白废水处理工程运行费用主要由人员工资、动力电耗、设备维修费用、药剂费以及设备折旧组成。以年产1万t的大豆分离蛋白为例，其项目总投资为500万元.污水处理站每日处理满负荷生产水量约1000m，年正常运行按330d计，其运行成本见表4。



由表4可以看出，企业每年投入的污水处理运行费用为4384X330=144.67万元，根据实际情况污水处理每天产生约5000m沼气，用于锅炉助燃实际相当于2.30xlO，J/kg的原煤约4.5t，煤按市场价600元/t计算.则沼气产生价值2700元/d，可以在很大程度上降低运行成本。

4.3环境效益分析

大豆分离蛋白废水处理后各污染物减排指标为：COD减排6270t/a，BOD5减排2960t/a，悬浮物减排1626t/a.氨氮减排263t/a。由此可以看出大豆分离蛋白废水处理的环境效益十分显著，由此产生的社会效益也十分巨大。

5结语

(1)大豆分离蛋白废水中含有高浓度有机物和盐分，采用合适工艺进行处理，其出水水质可以达到国家要求的一级排放标准。

(2)使用石灰来调节大豆分离蛋白废水的pH，利用石灰的化学除磷作用，可大大降低厌氧池中鸟粪石的形成。

(3)预处理阶段以及后续处理工段增加高效气浮工艺，可减少厌氧进水中悬浮物的浓度。同时有效降低厌氧污泥的流失。

(4)厌氧处理后的好氧处理单元要考虑脱磷脱氮，氨氮负荷需控制在0.1kg/m•d)以下，否则很难达到处理要求。

(5)充分回收利用大豆分离蛋白废水处理过程中产生的沼气，可以大大降低污水的运行成本。