【正文】 UASB+SBR處理果汁廢水項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案第一章 緒論近年來(lái)，果汁飲料作為新世紀(jì)的健康飲品，成為消費(fèi)者的追逐熱點(diǎn)。果汁飲料是新型的飲品，其最大特點(diǎn)是不但能解渴，而且含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、微量元素等，具有極高的營(yíng)養(yǎng)、保健功能。我國(guó)果汁飲料市場(chǎng)起步較晚、起點(diǎn)較低，但隨著人們保健意識(shí)的不斷提高，近年來(lái)發(fā)展較快。2011年16月，%；，%；截至2011年6月底。2011年12月份， %。據(jù)數(shù)據(jù)顯示：2011年112月，全國(guó)果汁和蔬菜汁飲料的產(chǎn)量達(dá)1920萬(wàn)噸， %。從各省市的產(chǎn)量來(lái)看，2011年112月，廣東省果汁和蔬菜汁飲料的產(chǎn)量達(dá)326萬(wàn)噸， %， %。緊隨其后的是河南、四川和重慶，%、%%。中國(guó)水果資源豐富。水果總產(chǎn)量居世界首位，蘋果產(chǎn)量居世界第一，橙子，梨，和桃子產(chǎn)量仍然居世界首位，盡管中國(guó)是人口大國(guó)，可是果汁消費(fèi)量很低，人均年消費(fèi)量還不到1公斤，是世界平均水平的1/10，發(fā)達(dá)國(guó)家平均水平的1/40。這表明，果汁飲料在中國(guó)仍有巨大的發(fā)展空間。隨著城鄉(xiāng)居民生活水平的逐步提高，果汁飲料的消費(fèi)必將進(jìn)一步增長(zhǎng)，未來(lái)中國(guó)果汁行業(yè)的發(fā)展前景看好，與此同時(shí)也具備了非常好的投資優(yōu)勢(shì)。從果品飲料所含成份來(lái)看，有兩種分類方法：一是可分為純正果汁與非純正果汁，純正果汁飲料是指果汁含量為100%的果汁飲料，非純正果汁飲料中果汁的含量應(yīng)不低于40%，這樣才可以說(shuō)是名符其實(shí)的果汁飲料，而非純正果汁又可分為果蔬類果汁和不含蔬菜汁的果汁；二是可分為純天然果汁與非天然果汁，非天然果汁是指在果汁中加入能滿足特定人群需要的物質(zhì)，如纖維素、礦物質(zhì)元素等。在中國(guó)，果汁飲料包括果蔬汁和果蔬飲料。果蔬汁是新鮮或冷藏水果和蔬菜直接制成，果蔬飲料則是在果汁和濃縮果蔬汁中加入水、糖液和酸味劑等調(diào)制而成的現(xiàn)成飲料。在中國(guó)，果蔬汁飲料的果汁含量應(yīng)不低于10%，否則它們將屬于其他種類的飲料。中國(guó)果汁飲料競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，市場(chǎng)上存在三股競(jìng)爭(zhēng)力量：一支是臺(tái)灣背景的企業(yè)統(tǒng)一和康師傅，以包裝的創(chuàng)新和口味取勝；一支是包括匯源、娃哈哈等的國(guó)內(nèi)知名企業(yè)；還有一支是大的跨國(guó)公司如可口可樂(lè)、百事可樂(lè)等。目前市場(chǎng)上集中了娃哈哈、匯源、農(nóng)夫果園、統(tǒng)一鮮橙多、美汁源果粒橙、酷兒、露露等眾多一線飲料品牌。由于大品牌的激烈競(jìng)爭(zhēng)，使得外來(lái)品牌很難進(jìn)入果汁飲料市場(chǎng)，同時(shí)果汁飲料的價(jià)格日益透明化，廠家和經(jīng)銷商的利潤(rùn)在不斷變薄。尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，成為企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。而要想在競(jìng)爭(zhēng)激烈的果汁市場(chǎng)取得領(lǐng)先地位，適合市場(chǎng)化的企業(yè)規(guī)劃經(jīng)營(yíng)則是關(guān)鍵。作為全球最大的果蔬汁出口國(guó)，我國(guó)的果蔬汁產(chǎn)業(yè)發(fā)展在后金融危機(jī)時(shí)代面臨新的挑戰(zhàn)，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)，鞏固我國(guó)果蔬汁在全球貿(mào)易的市場(chǎng)份額與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，2012中國(guó)（西安）國(guó)際果蔬汁產(chǎn)業(yè)大會(huì)于2012年5月2324日在陜西西安舉行【1】。 果汁生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品和工藝雖然不完全一致，但是基本工藝是相似的，無(wú)論生產(chǎn)蘋果汁或橙汁。果汁生產(chǎn)的工藝【2】主要包括以下步驟：原料的清洗與預(yù)處理、原料破碎和壓榨提汁、酶處理、澄清、過(guò)濾、吸附、濃縮、殺菌，最后進(jìn)行罐裝。 （1）原料的清洗與預(yù)處理原料首先要進(jìn)行清洗，清洗用水是果汁生產(chǎn)用水的最主要部分，此工序主要產(chǎn)生含有機(jī)物的洗果廢水，多為果品碎屑、泥砂等，SS含量較高。（2）原料破碎和壓榨提汁工藝榨汁前先行破碎可以提高出汁率。壓榨是通過(guò)擠壓力將液相從液固兩相混合物中分離出來(lái)的一種單元操作。此工序會(huì)產(chǎn)生果渣。（3）酶處理工藝在果汁加工技術(shù)中，應(yīng)用的最多的是果膠酶。其作用是增加出汁率同時(shí)也利于果汁澄清，以便果汁中懸浮的粒子能用沉降、過(guò)濾或離心的方法分離。（4）澄清、過(guò)濾工藝果汁加工工藝采用酶技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合，以獲得澄清果汁。目前多采用超濾技術(shù)。超濾膜可以截留壓榨的果汁中多數(shù)大分子物質(zhì)，使糖類、有機(jī)酸和水等小分子成分透過(guò)膜而得到水果清汁。截留的罐底物是大分子有機(jī)物質(zhì)，其COD濃度值很高，排入水體后，使廢水的處理難度增大。（5）吸附與離子交換工藝果汁加工用活性炭過(guò)濾或樹(shù)脂吸附色度、殘余農(nóng)藥和霉菌等，現(xiàn)多采用樹(shù)脂吸附。在吸附工序，間歇地排放樹(shù)脂再生漂洗廢水。廢水含難降解的高濃度有機(jī)物和酸、堿以及消毒劑。（6）濃縮工藝原果汁的含水量通常在80％－85％以上，需要經(jīng)過(guò)濃縮，使水分從水果原汁中分離出來(lái)提高果汁的化學(xué)穩(wěn)定性，便于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。蒸發(fā)濃縮是主要的水果原汁濃縮工藝。在此過(guò)程中產(chǎn)生4倍以上濃縮原汁的蒸發(fā)冷凝水，導(dǎo)致排水量高于用水量。蒸發(fā)冷凝水含香精等有機(jī)酸、醇和酯類物質(zhì)，COD濃度值較高。（7）殺菌工藝和CIP清洗在果汁加工過(guò)程中一般采用“巴氏殺菌”，殺死果汁中的致病菌、產(chǎn)毒菌、腐敗菌，并破壞果汁中的酶使果汁在儲(chǔ)藏期內(nèi)不變質(zhì)。 果汁廢水是由酸、堿、消毒劑和高分子有機(jī)物組成的高濃度有機(jī)廢水。主要產(chǎn)生于洗果、產(chǎn)線清洗（設(shè)備、地面的沖洗，CIP清洗及樹(shù)脂再生清洗）、罐底物排放、蒸發(fā)冷凝水、反滲透濃水排放和鍋爐房排水（軟化處理鹽水、水收塵排水）、車間生活污水。其主要特點(diǎn)是水量和水質(zhì)波動(dòng)很大、廢水有一定的溫度、廢水中SS含量較高，多為果品碎屑、泥砂等。 其中造成水量波動(dòng)【2】的原因有以下幾點(diǎn)： （1） 進(jìn)廠原料果的品質(zhì)好壞，直接影響到用水量的大小和排放廢水的污染物濃度； （2）當(dāng)設(shè)備進(jìn)行集中清洗時(shí)污水量比正常生產(chǎn)時(shí)的水量高出一倍甚至更多； （3）生產(chǎn)和排水具有間歇和周期性，各工序排水有時(shí)間段，當(dāng)果池?fù)Q水時(shí)所排廢水水量和水質(zhì)波動(dòng)相當(dāng)大。同時(shí)，果汁企業(yè)的排水量要高于取水量，這是由于清汁到濃縮果汁過(guò)程有蒸發(fā)冷凝水的產(chǎn)生。 造成水質(zhì)波動(dòng)的原因有以下幾點(diǎn)： （1）由于生產(chǎn)線要定期進(jìn)行CIP清洗、樹(shù)脂再生和漂洗，間歇性地排放酸、堿廢水，使廢水的pH值在213之間波動(dòng)，CIP清洗和樹(shù)脂再生水初排時(shí)的濃度非常高，而且要持續(xù)排23小時(shí)，對(duì)廢水的pH值影響特別大，COD濃度也會(huì)在102mg/L104mg/L之間波動(dòng)； （2）在超濾工序，提糖后在罐底物排放時(shí)COD濃度高達(dá)100000mg/L，40t/h線的罐底物每天要排30m3/d，相當(dāng)于排入水體的COD量3000 kg/d； （3）在吸附工序，間歇排放的樹(shù)脂再生廢水，一開(kāi)始是含高濃度和難降解的有機(jī)物的酸、堿廢水，以后為漂洗水，酸、堿和有機(jī)物含量逐漸減少，有周期順序但無(wú)時(shí)間規(guī)律，酸、堿液的排放和消毒劑量大的廢水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)則會(huì)抑制微生物的生化處理過(guò)程。樹(shù)脂再生后期和生產(chǎn)線清洗后期，還有殺菌消毒液排放，含過(guò)氧化氫或次氯酸鈉等強(qiáng)氧化劑的廢水消毒劑殘留對(duì)后續(xù)生化處理的微生物影響極大。 （4）濃縮果汁廢水所含的蘋果多酚等高分子有機(jī)物較難降解，BOD/；氮、磷比例偏低。 以上這些因素均造成廢水處理難度的增加。 濃縮果汁生產(chǎn)過(guò)程還產(chǎn)生大量的果渣，排放的鮮渣大致為原果量的18%左右；現(xiàn)在許多果汁生產(chǎn)企業(yè)都采用自然晾曬和機(jī)械烘干的方式，把果渣轉(zhuǎn)化為雞、魚(yú)、牛羊的飼料。果渣如果不能及時(shí)清運(yùn)，也會(huì)造成環(huán)境的污染。 果汁的蒸發(fā)濃縮和殺菌消毒都需要蒸汽，配備的燃煤鍋爐會(huì)產(chǎn)生煙塵、二氧化硫等氣態(tài)污染物及鍋爐爐渣。需配備脫硫除塵設(shè)備，盡可能減少對(duì)環(huán)境的污染。 另外，果汁生產(chǎn)設(shè)備的冷卻塔、風(fēng)機(jī)、水泵產(chǎn)生的噪聲對(duì)環(huán)境也有較大的影響。 目前國(guó)內(nèi)外果汁廢處理技術(shù)已有了迅速的發(fā)展，有采用接觸氧化法、生物濾池、SBR 及其改進(jìn)工藝、厭氧消化等工藝。由于我國(guó)果汁廢水治理較之發(fā)達(dá)國(guó)家較為落后，國(guó)內(nèi)目前主要的治理方法大部分參照于其他高濃度有機(jī)廢水的治理方法而來(lái)。通過(guò)陜西省2008年對(duì)其省內(nèi)22家濃縮果汁生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)查【2】，可知：在14家已經(jīng)建成污水處理站并投運(yùn)的企業(yè)中，排放廢水COD濃度基本可以達(dá)到≤150mg/L，采用多種廢水處理工藝，其中可以穩(wěn)定達(dá)到COD濃度≤80mg/L的有淳化恒興果汁有限公司等六家企業(yè)，除陜西海升果業(yè)渭南分公司外，主要都是采用“UASB厭氧＋好氧”的處理工藝，有預(yù)處理和深度處理的效果更好。處理后水質(zhì)都能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978 1996) 一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)外，傳統(tǒng)活性污泥法、升流式流化床等工藝已廣泛應(yīng)用于果汁廢水的處理。特別是果汁廢水的上流式厭氧污泥(Upflow Anaerobic Sludge Blanket ,UASB) 處理技術(shù)，可以大幅度地降低處理設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，具有很大的經(jīng)濟(jì)性，已經(jīng)從逐漸的深入到國(guó)內(nèi)的果汁企業(yè)中。而在UASB 反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以厭氧顆粒污泥膨脹床( Expanded Gran2ular Sludge Bed , EGSB) 及厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器( Internal Cycle , IC) 為代表的第三代厭氧反應(yīng)器，也已經(jīng)引入果汁廢水處理的實(shí)際工程應(yīng)用中，并取得了良好的效果。果汁廢水水量大，水質(zhì)波動(dòng)大，屬高濃度有機(jī)廢水，所以選用物理化學(xué)的處理方法處理費(fèi)用高、難度大，難以達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于其污染物主要是溶解性的糖類、果酸等，這些物質(zhì)具有良好的生物可降解性，因此，本設(shè)計(jì)主要考慮生化法處理該果汁廢水。主要有以下幾種常用處理方法。高濃度有機(jī)廢水處理主要采用好氧處理工藝【3】，主要有活性污泥法、生物濾池法、接觸氧化法和SBR法?；钚晕勰喾ㄊ窍驈U水中連續(xù)通入空氣，經(jīng)一定時(shí)間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團(tuán)為主的微生物群，具有很強(qiáng)的吸附與氧化有機(jī)物的能力。典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成，傳統(tǒng)的活性污泥法由于產(chǎn)泥量大，脫氮除磷能力差，操作技術(shù)要求嚴(yán)，目前已被其他工藝代替。近年來(lái)，SBR和氧化溝工藝得到了很大程度的發(fā)展和應(yīng)用。SBR工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好，工藝簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，節(jié)省費(fèi)用，反應(yīng)推動(dòng)力大，能有效防止絲狀菌的膨脹。CASS工藝（循環(huán)式活性污泥法）式對(duì)SBR方法的改進(jìn)。該工藝簡(jiǎn)單，占地面積小，投資較低；有機(jī)物去除率高，出水水質(zhì)好，具有脫氮除磷的功能，運(yùn)行可靠，不易發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)行費(fèi)用省。生物濾池法是利用需氧微生物對(duì)污水或有有機(jī)性廢水進(jìn)行生物氧化處理的方法。以淬石、焦炭、礦渣或人工濾襯等作為填料層，然后將污水以點(diǎn)滴狀噴灑在上面，并充分供給氧氣和營(yíng)養(yǎng)，此時(shí)在濾材表面生成一層凝膠狀生物膜（細(xì)菌類、原生動(dòng)物、藻類、茵類等），當(dāng)污水沿此膜流下時(shí)，污水中的可溶性、膠性和懸浮性物質(zhì)吸附在生物膜上而被微生物氧化分解。為使生物濾池能有效地處理污水，其必須具備：（1）微生物的繁殖，必需有足夠的表面積；（2）必需充分供給微生物氧氣；（3）污水需具有適于生物處理的水質(zhì)等條件。生物濾池法有標(biāo)準(zhǔn)濾池法和高速生物濾池法兩種方式。 接觸氧化法是一種兼有活性污泥法和生物膜法特點(diǎn)的一種新的廢水生化處理法。這種方法的主要設(shè)備是生物接觸氧化濾池。在不透氣的曝氣池中裝有焦炭、礫石、塑料蜂窩等填料，填料被水浸沒(méi)，用鼓風(fēng)機(jī)在填料底部曝氣充氧，這種方式稱為鼓風(fēng)曝氣；空氣能自下而上，夾帶待處理的廢水，自由通過(guò)濾料部分到達(dá)地面，空氣逸走后，廢水則在濾料間格自上向下返回池底?；钚晕勰喔皆谔盍媳砻?，不隨水流動(dòng)，因生物膜直接受到上升氣流的強(qiáng)烈攪動(dòng)，不斷更新，從而提高了凈化效果。生物接觸氧化法具有處理時(shí)間短、體積小、凈化效果好、出水水質(zhì)好而穩(wěn)定、污泥不需回流也不膨脹、耗電小等優(yōu)點(diǎn)。 盡管氧化溝具有出水水質(zhì)好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、除磷脫氮效率高、污泥易穩(wěn)定、能耗低、便于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，仍存在一系列的問(wèn)題。 如當(dāng)廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負(fù)荷過(guò)高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；當(dāng)廢水中含油量過(guò)大，整個(gè)系統(tǒng)泥質(zhì)變輕，在操作過(guò)程中不能很好控制其在二沉池的停留時(shí)間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上?。粚?duì)于BOD較小的水質(zhì)完全沒(méi)有處理能力等。 綜上所述，由于果汁廢水COD含量高，其中大部分難降解有機(jī)物難以在好氧生物的消化下去除，因此，單獨(dú)的好氧處理難以完成該果汁廢水的處理要求。廢水厭氧生物處理法【3】是利用厭氧微生物以降解廢水中的有機(jī)污染物。也稱厭氧消化、厭氧發(fā)酵或厭氧穩(wěn)定技術(shù)。厭氧生物處理法主要控制條件是：（1）溫度：溫度對(duì)有機(jī)物的厭氧生物降解速度有顯著影響，厭氧生物適宜的繁殖溫度為5～60℃，處理過(guò)程中應(yīng)根據(jù)要求將溫度控制在一定范圍內(nèi)；（2）pH值：～，～。第二階段的產(chǎn)酸菌是廣泛存在的腐化菌，繁殖力強(qiáng)，～8的介質(zhì)中生長(zhǎng)。甲烷菌對(duì)環(huán)境條件要求嚴(yán)格，生命活動(dòng)就受到抑制，從而使產(chǎn)甲烷過(guò)程受到抑制或破壞，以至被腐化作用所取代；（3）養(yǎng)料：%,%；（4）有毒物質(zhì)：氰化物、重金屬、氯仿、四氯化碳、硫化物、苯等對(duì)厭氧過(guò)程有抑制作用，這些物質(zhì)的濃度應(yīng)加以控制；（5）厭氧環(huán)境：不允許分子態(tài)氧存在，因此要控制氧化還原電勢(shì)。高溫發(fā)酵時(shí)氧化還原電勢(shì)應(yīng)為560毫伏至600毫伏，中溫發(fā)酵時(shí)為300毫伏至350毫伏。為保持厭氧環(huán)境，厭氧生化處理設(shè)備要求不漏氣。兼性厭氧菌和進(jìn)水時(shí)帶入的需氧細(xì)菌會(huì)消耗氧，對(duì)造成厭氧環(huán)境有積極作用。 厭氧生物處理的顯著優(yōu)點(diǎn)是：（1）處理過(guò)程消耗的能量少，約為需氧生物處理的1/10至1/6，同時(shí)可產(chǎn)生沼氣作為能源。每千克化學(xué)需氧量 (COD)～，含甲烷約50～70%；（2）有機(jī)物的去除率高，一般能達(dá)到85%以上；（3）厭氧條件下去除每克COD基質(zhì)能獲得自由能100～300卡，只有需氧條件下的1/10，因此只有少量有機(jī)物被同化為菌體，所以沉淀的污泥量少，而且污泥較易脫水，是優(yōu)質(zhì)肥料；（4）厭氧處理過(guò)程中由于缺氧、游離氨和溫度等因素的作用，可殺死污水和污泥中的病原菌、病毒和寄生蟲(chóng)卵；（5）一般不需投加氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。但是，缺點(diǎn)是：（1）經(jīng)厭氧生物處理后的廢水還存在一定的BOD及COD，必須再進(jìn)行需氧生物處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；（2）厭氧降解的最終產(chǎn)物中有少量氨和硫化氫，出水有臭味，因此出水在排放前還要進(jìn)行需氧生物處理；（3）厭氧菌繁殖較慢，因此處理構(gòu)筑物的投產(chǎn)起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)；（3）厭氧菌對(duì)環(huán)境條件要求嚴(yán)格，對(duì)毒物敏感，因此對(duì)操作要求較嚴(yán)。 綜上，單獨(dú)的厭氧處理也無(wú)法滿足該果汁廢水的處理要求。+好氧處理工藝一、厭氧反應(yīng)器的選擇 1．上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）UASB 反應(yīng)器是由Lettinga 在20 世紀(jì)70 年代開(kāi)發(fā)的。待