干酪素廢水處理方法的適用性探究

崔廣智 李亞萍 尹蘭 羅麗 蘇德亮 宋禮

摘要：曲拉干酪素生產工業廢水結構特點為廢水量大，大分子有機物及懸浮物質較多，COD及BOD含量均較高，在其廢水處理中勢必需要選擇不同方法對其處理，本論述綜述了多種廢水處理方法工藝，并對應用較為廣泛的氣浮-CASS及UASB廢水處理方法進行介紹，提出曲拉干酪素廢水處理采用混凝氣浮+水解酸化+CAST的處理方法，其優點在于廢水處理效果好、循環利用率高、投資建設及運行費用低、操作便捷。

關鍵詞：曲拉；干酪素；廢水處理；處理方法

中圖分類號：X783文獻標志碼：A

基金項目：甘肅省科技重大專項計劃項目（項目編號：17ZD2NP025）。

0引言

干酪素又稱酪蛋白，是存在于牛乳中的蛋白質，曲拉干酪素是指將牦牛乳離心脫脂后經自然發酵凝結風干制成曲拉，再以曲拉為原料經粉碎、堿溶解、離心脫脂、酸沉、脫水干燥等過程制成的干酪素[1-2]。干酪素營養價值豐富，并以其優良的產品特性作為天然的食品添加劑、營養物質和產品質地改良劑廣泛應用于食品、皮革、造紙、建筑、輕紡、醫藥、包裝等行業[3]。

近年來，隨著曲拉干酪素研究的深入，如生物活性肽的研究制備，曲拉干酪素的高附加值逐漸體現，某些特定品質和功能也不斷提升，其用途也不斷擴展，可見干酪素的市場前景非常廣闊[4]。此外，干酪素加工技術越來越成熟，自動化程度也越來越高，以甘肅華羚乳品股份有限公司為例，其于2015年新建的干酪素生產基地引進國際先進生產線后極大提高了干酪素的自動化生產水平，生產效率得到極大提升，達到年生產曲拉干酪素5 000 t。然而隨著龐大的市場需求及產量的不斷遞增，干酪素生產過程中產生的工業廢水總量也隨之增加，若廢水不經處理或處理不達標會直接污染地下水或河流，將會造成水生植物及水生物大量減少，甚至滅亡，這對生態環境的影響和破壞是巨大的。

因此，干酪素生產廢水的處理顯得尤為重要，有效處理干酷素生產廢水對環境保護及人與自然的可持續發展有著重要意義。本論述對工業廢水處理的不同方法進行淺析，并針對干酪素生產廢水處理的適用性方法提出建議。

1曲拉干酪素工業廢水的組成結構及特點

1.1曲拉干酪素工業廢水的組成結構

曲拉干酪素生產產生的工業廢水組成結構主要是清洗廢水和生產加工廢水兩個方面[5]。清洗廢水主要指生產車間地面、設備外表面、器皿及工器具的洗滌水，生產清場對生產線CIP清洗時酸水和堿水，設備內部及生產管線的洗滌水，人員、車間衛生消毒劑沖洗廢水及人員工服、工裝、鞋帽清洗廢水等[6-7]。此類廢水通常非全天持續排出，主要集中在生產結束或生產換班清場時產生，每天排放1～2次。

生產加工廢水在生產時持續性排出，主要組成為生產原料曲拉洗滌、浸泡、研磨工序產生的廢水[8]；其次是在生產過程中酸沉洗滌及板框過濾工序排出的濾液，這部分濾液為生產加工廢水的主要來源。

1.2曲拉干酪素工業廢水的特點

清洗廢水主要是酸堿等化學清洗劑、洗滌劑或消毒劑等，有機物含量相對較少，清洗時水的用量也隨著清洗程度波動較大，所以污染物濃度變化不均一。干酪素生產加工廢水主要特點是有機物濃度高，其中廢水排出量較小的曲拉洗滌、浸泡產生的廢水中含有一定量的污泥、草屑、毛發及少量油脂等；生產過程中酸沉洗滌及板框過濾后排出的廢水中含有機物最多，通常固形物含量在1%左右，這些固形物包括酪蛋白、乳清蛋白、乳糖及鈉、鈣、氯及磷酸鹽等無機鹽類，其中酪蛋白含量在0.15～0.2%之間，廢水中這些污染物以溶解態或以懸浮態等多種形式存在[6]。

但無論清洗廢水還是生產加工廢水，它們均具有COD、BOD含量高的共性，尤其生產加工廢水中COD含量可達到5 000-6 000 ml/L，這說明廢水中含有大量有機物，可被微生物利用分解，干酪素生產廢水具有良好的生化性。

2工業廢水處理方法與工藝技術特點

2.1工業廢水處理基本方法

工業廢水處理基本方法有物理法、化學法、物化法、生物法。

其中物理法是通過天然或機械的分離過程，通常采用過濾、沉淀、離心分離等形式，此方法主要去除污水中懸浮狀的固體顆粒物質，通常作為污水處理的預處理。

化學法采用向污水中加入化學試劑與某些污染物發生化學反應，如中和、氧化還原、氧化分解、混凝、沉淀等，產生無污染或更易處理的物質的方法。

物化處理技術主要有氣浮、吸附、萃取、電解及離子交換等，是物理和化學方法的結合，對廢水中膠體及乳濁液的處理能力較強，具有設備簡單、占地面積小的特點，但費用較高[9]。

生物法是利用微生物特性及其生長代謝特點對廢水中有機物進行氧化分解，微生物處理廢水是目前采用的最為廣泛的方法，也是食品行業處理生產廢水的主要方法，其技術較為成熟，處理程度高，處理效果也較好，處理過程分為好氧處理及厭氧處理，采用的工藝方法通常為活性污泥法、生物轉盤、水解酸化、生物膜、氧化塘等。

工業廢水通常含有較多不同種類的污染物質，在進行污水處理時僅采用單一處理方法往往局限性很大，無法達到預期效果及排放要求。通過對廢水的組成特點分析，結合經濟條件等因素，通常將多種處理方法按適宜的技術合理組合協調形成一個完善的凈化處理系統[10]，乳制品廢水處理中主要采用物化法進行預處理，以生物法為主進行處理，例如目前應用較廣泛的氣浮+CASS工藝、CAST法、UASB工藝、生物膜法等，以滿足排放標準要求。

2.2氣浮+CASS工藝處理方法

此工藝為好氧生物處理方法，適用于有機物較為豐富的廢水，是廢水通過格柵進入集水池后進行氣浮處理，氣浮工藝是物化法，是在廢水中加入混凝劑將廢水中的懸浮顆粒凝聚，再通過制造水中微小氣泡，使氣泡上升過程中粘附廢水中的懸浮顆粒，由于密度小于水故而上浮于水面達到固液分離的目的，此工藝步驟可將部分乳脂肪及乳蛋白等高分子化合物去除[11-12]。然后引入CASS循環式曝氣活性污泥系統進行生物處理，CASS反應池中由鼓風機提供曝氣過程中所需要的氧氣，廢水中的溶解性有機物通過微生物及酶的反應而迅速被降解去除，再通過回流污泥中再經過反硝化處理氨氮及磷，而后通過沉淀實現水與污泥的分離，排出清水，系統中回流污泥硝化-反硝化多次交替進行，氨氮及磷的脫除效果較好[13]。

氣浮+CASS工藝其優點是設備安裝、操作、控制運行參數調整方便，設備使用壽命長，抗沖擊性好，處理效果穩定，出水水質較好等。與CASS相似的處理工藝為CAST系統，它與CASS的區別是除組成結構有差別外，進水方式CAST采用間歇式進水，且在沉淀階段不進水，這使得沉淀時泥水分離效果更好。劉恒明等通過采用CAST工藝處理乳制品廢水的研究表明CODCr的去除率可達95%以上，SS的去除率可達90%以上，其他污染物指標也均達到排放標準[14]。此工藝可替換CASS進行廢水處理，在工業廢水處理上選用CAST處理工藝也較為廣泛。

2.3UASB工藝處理方法

在厭氧處理工藝中UASB應用最為廣泛，上流式厭氧污泥床（UASB）工藝利用反應器中微生物在厭氧條件下與污染物接觸，將廢水中的有機物酸化分解并產生甲烷從而達到廢水凈化的目的。它具有結構簡單、處理量大、停留時間短、低能耗、無需設置污泥循環裝置和機械攪拌系統、以及處理產物可利用等優點[15]。

UASB反應器運行的特點是將預處理后的廢水由底部進入反應器，在進水攪動下與反應器中的污泥顆粒充分接觸，污泥中微生物開始降解有機物并不斷產生微小甲烷氣泡，甲烷氣泡在上升的過程中逐漸合并成大氣泡向上翻滾，反應器上部安裝有三相分離器，在此將甲烷氣體導出收集，污泥和處理水經過沉淀區在凝絮及重力作用下分離開來，處理水澄清后排出反應器。馬三劍等采用UASB-TF工藝處理乳制品有機廢水，CODCr、BOD5、SS去除率分別達到94%、98%、84%，其中UASB工藝過程CODCr去除率達到88%[16]。溫燕等采用UASB-CASS工藝處理乳制品綜合廢水的研究中，CODCr、BOD5、SS去除率分別達到96.4%、98.8%和83%，處理水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）二級要求[17]。可見運用UASB工藝處理廢水效果明顯。

3曲拉干酪素工業廢水處理方法探究

根據曲拉干酪素工業廢水的組成結構及特點，廢水的預處理階段，由于生產加工過程產生的廢水中含有一定量的污泥、草屑、毛發及少量油脂等懸浮物，廢水預處理時設置格柵井阻擋較大漂浮物后進入調節池，采用混凝氣浮的物化方法凝聚懸浮顆粒，在此去除部分COD、BOD及SS，完成預處理操作。

經檢測生產加工廢水中COD含量在5000～6000ml/L，BOD含量在2000 ml/L左右，從整個廢水情況看COD、BOD都較高，然而可生化性不足，所以適宜采用厭氧處理，去除較少COD含量以提高好氧的可生化性，再經過好氧處理方法的組合來去除絕大部分污染物。

在厭氧處理方法的選擇方面，干酪素酸沉洗滌及板框過濾排出的廢水為偏酸性且污染物大多為大分子有機物，所以采用水解酸化進行處理一方面無需調節PH，同時能夠充分利用水解酸化菌有效降解大分子有機物，另一方面可減少后續好氧處理時的曝氣量及處理難度，降低能耗節約成本[18-20]。

好氧處理設計采用間歇循環式活性污泥工藝CAST進行后續處理，CAST處理工藝設有吸附選擇器，可有效防止污泥膨脹造成水質污染，在生物選擇區可充分利用活性污泥的快速吸附作用對溶解性有機物進行有效去除，反應體系中硝化及反硝化作用可去除廢水中的氨氮，使出水水質穩定，能夠有效達到廢水凈化處理的效果。

4結束語

曲拉干酪素的生產工藝性質決定了其工業廢水的特殊性，與一般食品及其他乳制品工業生產中的廢水相比廢水量大，大分子有機物及懸浮物質較多，COD及BOD含量均較高，在其廢水處理中勢必需要選擇不同方法對其處理，處理方法的選擇和工藝設計時也需要根據實際既要考慮處理效果好壞還要考慮經濟投入、占用場地大小、后期運行維護成本以及處理系統可操作性及便捷性等多方面因素。

本論述通過對曲拉干酪素生產工業廢水結構特點的分析，同時對不同處理方法工藝進行介紹，提出曲拉干酪素廢水處理采用混凝氣浮+水解酸化+CAST的處理方法，其優點在于廢水處理效果好、循環利用率高、投資建設及場地占用較少、運行費用低、操作便捷、管理方便等。目前針對干酪素生產工業廢水處理方法的研究較少，本論述目的也是針對不同處理方法對干酪素生產廢水處理方法的選取及適用性提出建議，以供干酪素生產企業參考選擇。

參考文獻：

[1]王琳琳，韓玲，敏文祥，等.干酪素加工工藝研究進展[J].食品與發酵工業，2016，42（5）：277-282.

[2]羅麗，孫科，魯迎瑞，等.頂空固相微萃取-氣質聯用技術分析曲拉干酪素揮發性成分及來源[J].食品工業科技，2016，37（14）：83-89.

[3]楊曉麗，翟丹云，劉恭.干酪素制作方法、應用現狀及發展前景[J].農業科技與信息，2018，546（13）：52-54.

[4]劉倩霞，劉東，張俊，等.2種蛋白酶酶解曲拉干酪素條件優化及抗氧化性比較[J].食品科學，2019，40（8）：233-242.

[5]單連斌，于宏靜.乳制品廢水處理工程實例[C].2015年中國環境科學學會學術年會論文集（第二卷）.中國環境科學學會，2015：586-590.

[6]蔣路漫，黃翔峰.乳制品工業廢水處理技術進展[J].凈水技術，2008，27（6）：11-16，29.

[7]劉寅，杜兵，曹建平，等.乳制品廢水處理工藝選擇與工程設計[J].給水排水，2011，37（10）：61-64.

[8]焦光聯，安興才，呂建國.膜分離技術回收干酪素生產廢水酪蛋白的中試研究[J].食品工業科技，2008（2）：217-219，222.

[9]洪和琪.乳制品廢水處理技術研究進展[J].沈陽大學學報（自然科學版），2016，28（3）：203-205.

[10]宋志偉，李燕.水污染控制工程（第二版）[M].徐州：中國礦業大學出版社，2013.

[11]張占庭.“厭氧+A/O”替代“氣浮+CASS”工藝在乳制品廢水處理中的運行與監測分析[D].內蒙古大學，2015.

[12]于宏靜.哈爾濱華義食品有限公司污水處理工程設計與實踐[D].沈陽：遼寧大學，2016.

[13]吳蕾，常麗新. CASS工藝在大型合成氨廠廢水處理中的應用研究[J].廣州化工，2015（8）：161-163.

[14]劉恒明，劉長發，張珺. CAST工藝處理乳制品廢水[J].給水排水，2007，33（6）：63-64.

[15]羅光俊，康媞.厭氧技術-UASB處理工業廢水的研究現狀及發展趨勢[J].能源與環境，2013（2）：81-83.

[16]馬三劍，劉鋒，蔣京東. UASB-TF工藝處理食品工業廢水[J].中國給水排水，2001，17（12）：54-56.

[17]溫燕，高小紅，王宏政. UASB-CASS工藝處理乳制品綜合廢水[J].新疆環境保護，2006，28（1）：21-24.

[18]王小強.水解酸化—生物接觸氧化工藝處理乳制品廢水的試驗研究[D].西安：長安大學，2009.

[19]周斌彬，帥卿，黃幍.氣浮—水解酸化—生物接觸氧化工藝處理乳制品廢水[J].科技信息，2010（34）：352-353.

[20]譚紅艷.乳制品廢水處理工程設計實例分析[J].綠色科技，2014（4）：259-260.