CN101302071B

CN101302071B - 处理棕榈油废水方法及其用途

Info

Publication number: CN101302071B
Application number: CN2008101147563A
Authority: CN
Inventors: 曾明; 宗承坤; 程佳; 倪晋仁
Original assignee: BEIJING GAIA ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING GAIA ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: CN101302071A

Abstract

本发明提供处理棕榈油废水方法及其用途。具体而言是采用“预处理+一级厌氧+沉淀+二级厌氧+好氧组合工艺”。详细工艺见说明书。本发明优点是：负荷高、占地面积小、处理效果好、处理效率高；废水中的有机物可大部分转化为生物气，生物气经集中收集后可用作新能源；一级厌氧控制在水解酸化段，不但降低了废水中SS和油脂的含量，而且可提高二级产甲烷厌氧反应器的处理效果和产气量。本发明的用途是：不但对棕榈油废水具有良好的处理效果，而且能有效处理类似的发酵(如生物乙醇、酿酒、味精、淀粉等生产废水)、食品生产、乳制品、畜禽养殖等行业的废水，同时，该工艺对污水厂尤其是城市污水处理厂剩余污泥也有良好的消化效果。

Description

处理棕榈油废水方法及其用途

技术领域

本发明涉及废水处理领域，更具体地说，是涉及一种用于对高COD、高悬浮物SS、高油脂废水进行处理的方法及其用途，该方法不但对生化性好的高悬浮物SS、高油脂棕榈油废水具有良好的处理效果，而且能有效处理类似的发酵(如生物乙醇、酿酒、味精、淀粉等生产废水)、食品生产、乳制品、畜禽养殖等行业的废水，同时，该工艺对污水厂尤其是城市污水处理厂剩余污泥也有良好的消化效果。

背景技术

油棕是一种四季开花结果且长年都有收成的热带油类树种，属棕榈科乔木。其果实的含油量非常丰富，享有“世界油王”之称。据报道，在马来西亚，每公顷油棕最多可生产大约5吨的油脂，其单位面积的产油量要比花生和大豆分别高出五倍和九倍，可以说是目前世界上产油量最高的油类作物。棕榈油及其伴生产品棕榈仁油是油棕的主要产品，可广泛用于餐饮业、食品工业及化学工业方面。

棕榈油是从油棕果实中榨取而得，在整个加工工艺中主要会产生空果房、棕纤维、棕仁壳、杀菌冷凝物、水力漩流器废水及分离器污泥等污染物。其中，空果房可用作农田覆盖物，而棕纤维及棕仁壳可用作锅炉燃料。剩下的杀菌冷凝物、水力漩流器废水及分离器污泥则最终会以混合废水的形式排出，通常就将这种混合废水称为棕榈油废水。该废水是一种有粘性的、呈褐色状的液体，由95-96％的水、0.6-0.7％的油以及4-5％的总固体(其中2-4％为悬浮固体，主要来源于果子的残余物)组成。其主要水质特征可由下表所表1所示。

此外，据统计，2006年仅马来西亚和印尼两国的棕榈油年产量就高达3000万吨，而通常生产1吨的天然棕榈油需要用到5.0-7.5吨的水，其中50％以上的水最终又都将以棕榈油废水的形式排放。由此可见，棕榈油废水为一种酸性(pH为4-5)、温度高(80-90℃)、无毒(在生产过程中不添加任何化学物质)、高有机物浓度(COD均值约为50000mg/L、BOD均值约为25000mg/l)废水，且含一定量的植物性营养物质。棕榈油废水不仅具有有机物浓度高、油脂多及悬浮物含量大等特点，而且其排放量大，如果不经有效处理而直接排入附近水体，必将对环境造成严重的污染。

表1棕榈油废水主要水质特征(单位：除pH外，g/L)

目前，对于棕榈油废水的处理，尚未有效的处理技术。现有的棕榈油废水85％以上都是采用氧化塘工艺进行处理，该工艺运行费用低，但占地面积大、处理效果差，而且大部分都没有对甲烷气回收利用，导致大量温室气体直接排入大气，产生严重的二次污染，从而在一定程度上限制了油棕业的进一步发展。

随着环保标准的提高，发展出了多种方法用于处理棕榈油废水。其中主要方法有：格栅分离、土地处理、用作动物饲料、超滤、化学絮凝和气浮以及各种好氧和厌氧处理工艺。

由于在处理过程中无需曝气且低能耗，厌氧工艺在处理棕榈油废水方面具有巨大优势。传统的厌氧塘或消化池，停留时间长(高达20天以上)、池容和占地面积大。但是，诸如上向流或下向流滤池、流化床、上升式厌氧污泥床以及上升式消化池等高效厌氧处理工艺在棕榈油废水处理上应用较少。

Peyton等在实验室内采用中温接触平流工艺对棕榈油废水进行处理，水力停留时间为10天，但是由于污泥沉降性能差，导致运行失败；Chin用一个不同于传统的完全混合搅拌反应器中的推流实验装置来处理棕榈油废水，其结构类似于传统的消化器，采用回流设施，在停留时间为20天的条件下，COD去除率可达到90％；Ibrahim等在温度为45℃条件下，采用厌氧接触消化工艺，最大有机负荷可达6.2g COD/l.d，COD去除率约为94％，当反应温度为50℃时，有机负荷可达到7.0g COD/l.d；Cail和Barford采用半连续中温厌氧消化池处理棕榈油废水，体积负荷为12.6g/l.d(HRT为6天)；Ng等在没有回流的两相厌氧消化系统中，总停留时间为31天时，污染负荷去除率可达85％；Edewor的研究表明，在停留时间为10天的单相厌氧接触消化池中，COD去除率为93.8％，在类似的两相厌氧反应器中，HRT为7天至15天时，COD平均去除率为96％；Borja和Banks的研究表明，在UASB厌氧反应器中，有机负荷为10.6g/l.d时，COD去除率可达80％，最高进水COD浓度可达42.5g/l。

尽管UASB反应器在处理低、中浓度的食品工业废水方面取得了很大成功，但是其污泥的颗粒化机理尚没有得到充分的了解。而且，该工艺受废水中SS浓度和废水中的有机组分影响明显。Souza的研究表明，在单一的UASB反应器中，比例为0.04gSS/gCOD的废水可得到有效处理，在不超过上述比例条件下，最高进水SS浓度可达到1.0g/l；废水中过高浓度的SS导致UASB厌氧处理系统的有机污染负荷(OLR)较低，导致投资费用增加；同时，废水中SS和胶体物质中的脂肪、蛋白质以及纤维素等会严重影响UASB的稳定运行，导致系统内微生物活性下降和生物活体从系统中洗出。针对UASB在处理棕榈油废水上的缺陷，Najafpour等采用一种上升式厌氧污泥固定化生物膜反应器(UASFF)来处理棕榈油废水，该反应器在传统的UASB反应器的基础上，在污泥床上端增设一层填料，形成类似生物膜工艺，该工艺在20d内就可形成厌氧颗粒污泥，在水力停留时间分别为1.5d和3.0d时，COD的去除率分别可达到89％和97％，而且在有机负荷高达23.15gCOD/l.d时，甲烷的产率为0.346LCH₄/g.去除COD量。

当反应器中有机负荷过高或者温度降低时，废水中的难溶解有机物容易在颗粒污泥内或者在污泥床中累计，导致颗粒污泥解稳或者阻止污泥的颗粒化，进而影响到系统的厌氧产甲烷过程，最终由于系统中有机酸浓度积累导致反应器崩溃。为解决SS对厌氧反应器的影响，可按照通常的处理方法，即在废水进入厌氧反应器前将其中的SS去除掉，此种处理方式产生两个问题：一是废水中的悬浮有机固体具有较大的产气潜能，使得处理过程由于SS的大量去除而失去更好的经济性；二是UASB预处理所产生的污泥的处置需要增加额外费用。

相对于产甲烷相，在单独一相中对有机固体进行水解和酸化反应由Ghosh首次提出，其通常采用传统的连续混合反应器两相处理系统。借用两相反应原理，本工艺拟采用上一对升流式厌氧反应器来处理棕榈油废水，以论证相分离对系统启动、污泥颗粒化及处理效果的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了一种新型的棕榈油废水处理组合工艺。

本发明目的可以通过如下措施来实现：采用“预处理+一级厌氧+中间沉淀+二级厌氧+好氧组合工艺”(以下简称PA1SA2O组合工艺)处理棕榈油废水。棕榈油废水首先进入组合工艺的P段，在此去除废水中的大部分油脂、部分悬浮物(SS)和COD，以保证后端厌氧的良好处理效果，具体工艺可采用沉淀和(或)气浮；P段出水与后端的好氧出水混合后进入一级厌氧A1段，通过好氧出水回流混合，不但可以充分利用好氧出水中的碱度来中和酸性的棕桐油废水(POME)，而且可以降低厌氧进水的SS浓度，原水与好氧出水比例为1∶1-1∶3，将混合液的pH控制在5.0-6.5左右，COD浓度控制在8000-30000mg/l；混合液通过泵提升至一级厌氧反应器，通过负荷和pH调节将一级厌氧控制在水解酸化阶段；一级厌氧出水经后端曝气脱气后进入后端沉淀或气浮工艺，以去除废水中的SS，确保二级产甲烷厌氧反应器的稳定运行；废水在二级厌氧反应器完成主要的产甲烷过程，并大幅消减废水中的COD，同时产生大量的甲烷，系统产生的甲烷气经收集和进行预处理后，可直接用作燃料或发电；厌氧出水进入后端的好氧处理系统进一步去除废水中的COD和氨氮，保证出水达标排放，具体好氧工艺可采用现有的氧化塘、SBR(序批式活性污泥法)、生物接触氧化、曝气生物滤池及其组合和改进工艺。

其中：

在P段预处理阶段，采用沉淀和(或)气浮工艺，去除废水中的大部分油脂、部分悬浮物(SS)和COD，以保证后端厌氧的良好处理效果。

在一级厌氧A1段，通过P段出水与后端的好氧出水混合后，不但可以充分利用好氧出水中的碱度来中和酸性的棕榈油废水(POME)，而且可以降低厌氧进水的悬浮物SS浓度，原水与好氧出水比例为1∶1-1∶3，将混合液的pH控制在5.0-6.5左右，COD浓度控制在8000-30000mg/l；混合液通过泵提升至一级厌氧反应器，通过负荷和pH调节将一级厌氧控制在水解酸化阶段；一级水解厌氧反应器采用类似UASB结构，其上增设消泡装置，采用水喷头消除反应器中上层的泡沫和浮渣，并投加工程菌B120，消除废水中油脂对水解酸化菌的影响，工程菌群的原始菌种由美国的BIO-SYSTEMS公司提供，其网址如下http://www.biobugs.com。

在S段，一级厌氧出水经后端曝气脱气后进入后端沉淀或气浮工艺，以去除废水中的SS，确保二级产甲烷厌氧反应器的稳定运行。

在二级厌氧A2段，废水在二级厌氧反应器完成主要的产甲烷过程，并大幅消减废水中的COD，同时产生大量的甲烷，系统产生的甲烷气经收集和进行预处理后，可直接用作燃料或发电；厌氧反应器中投加工程菌B120，消除废水中油脂、硫化物、氨氮对产甲烷菌的影响，提高厌氧处理效果，工程菌群的原始菌种由美国的BIO-SYSTEMS公司提供，其网址如下http://www.biobugs.com；厌氧反应器可采用UASB(上流式厌氧污泥床)、UBF(上流式厌氧污泥-滤池复合床)、ABR(折流板厌氧反应器)、EGSB(膨胀厌氧颗粒污泥床)形式。

在O段，二级厌氧出水进入后端的好氧处理系统进一步去除废水中的COD和氨氮，保证出水达标排放，具体好氧工艺可采用现有的氧化塘、SBR、生物接触氧化、曝气生物滤池及其组合和改进工艺。

本组合工艺的用途，不但对生化性好的高SS、高油脂棕桐油废水具有良好的处理效果，而且能有效处理类似的发酵(如生物乙醇、酿酒、味精、淀粉等生产废水)、食品生产、乳制品、畜禽养殖等行业的废水，同时，该工艺对污水厂尤其是城市污水处理厂剩余污泥也有良好的消化效果。

本发明与传统工艺相比，具有如下优点是：负荷高、占地面积小、处理效果好、处理效率高；废水中的有机物可大部分转化为生物气，生物气经集中收集后不但可用作新能源(如直接用作燃料或发电)，而且减少了温室气体甲烷的直接外排，避免了二次污染；一级厌氧控制在水解酸化段，可将废水中的悬浮态固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，不但降低了废水中SS和油脂的含量，而且可提高后段二级产甲烷厌氧反应器的处理效果和产气量；厌氧产生的污泥经干化脱水后可用于回灌于棕榈地用作肥料；PA1SA2O组合工艺可以与生物气的综合利用高效耦合，特别适合将来生物质能源的开发利用，在降低废水中有机污染物的同时，实现了能源的回收利用，而且还减少了温室气体的排放。

附图说明

图1：本发明处理棕榈油废水的工艺流程图

说明：

___________ 水路

- - - - - - 泥路

气路

具体实施方式

下面列举2个实施例，结合附图，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这2个实施例。

实施例1

采用以PA1SA2O为主体工艺在实验室进行小试实验。实验用水为马来西亚某棕桐油调节池内废水，实验进水流量为250ml/h，水温控制在30±1℃，一级UASB厌氧反应罐的有效体积为2000ml，水力停留时间为8h，二级UASB厌氧反应罐的有效体积为10000ml，水力停留时间为40h，两个UASB罐内均接种某淀粉厂的UASB罐内的颗粒污泥，初期接种的污泥量为25000mg MLSS/l，并投加B120工程菌进行强化处理。实验通过小水量进水启动驯化，15天内可达到满负荷运行状态，然后进入连续运行期，经10天左右连续运行后，进入正式的稳定运行期。在稳定运行期内，废水在配水罐调配后通过泵提升至一级UASB罐，一级UASB罐出水经中间水箱收集并初步沉淀后通过泵提升进入二级UASB罐，在稳定运行实验的6各月内，连续测试结果表明：进水COD浓度为12845.0mg/l至23016.0mg/l，出水COD浓度为941.8mg/l至1848.0mg/l，COD去除率为91.9-92.7％；进水为SS浓度为4041.3mg/l至8232.0mg/l，出水SS浓度为82.0mg/l至281.3mg/L，SS去除率为96.6-98.0％；实验中生物气的产量为每去除1g COD产生0.32-0.341甲烷，生物气中的甲烷含量为62.4-76.6％。(本实例进水为原厂内的调节池废水，已去除部分油；该实验有中间沉淀；实验的主要目的是论证专利中的核心工艺两相厌氧的效果)。

实施例2

马来西亚某棕榈油厂日排放污水量1000m³/d，现有的污水处理工艺为氧化塘工艺，处理工艺占地面积大，而且由于无甲烷收集和回收装置，厌氧塘所产生的甲烷等温室气体直接排入大气。为消减温室气体的排放量，进而向国外出卖相应的二氧化碳当量，厂方拟采用新的措施收集和回收甲烷气体。

针对存在的问题，在小试实验的基础上决定采用PA1SA2O组合工艺处理该棕榈油厂的废水。棕榈油废水自流进入后端的调节沉淀池，通过沉淀去除废水中一定量的SS后自流进入后端的气浮器，调节池设计水力停留时间为20h；为保证后端厌氧系统的稳定运行，初期进水为现有混合塘后端较低浓度SS的废水，待系统运行到一定时间后，才逐渐增加进水的原水水量；调节沉淀池添加部分回流的现有好氧塘的出水以调节pH，回流比根据原水水质(COD浓度和pH确定)，设计回流比范围为1∶1-1∶3。气浮器采用涡凹气浮，以去除废水中的大部分油脂和一定量的SS，保证后端厌氧处理的稳定运行。在一级厌氧反应池中，通过厌氧微生物的水解和酸化作用，将不易被生物直接吸收的大分子物质被水解为小分子物质，以提高后端产甲烷相的处理效率和产气效果；一级厌氧反应池采用改进的UASB结构，设计水力停留时间为15h，设计COD容积负荷为40-50kg/m³.d，进水pH值保持在5.5-6.5之间，水温控制在30-35℃之间，投加B120工程菌进行强化处理；一级厌氧反应池出水经曝气沉淀去除出水中的SS后通过泵提升至二级UASB厌氧反应池。

在二级UASB反应池内，污水进行厌氧反应，并产生大量甲烷气体，是本设计工艺的主要产气单元，设计水力停留时间为40h，设计COD容积负荷为12-16kg/m³.d，水温控制在26-32℃之间，投加B120工程菌进行强化处理；UASB内有大量颗粒活性污泥，形成颗粒污泥床和分散的活性污泥层，通过这些活性污泥的新陈代谢作用对污水中的有机污染物质大幅度削减；UASB产生的沼气和污泥，经过三相分离器进行分离；UASB出水自流进入现有的污水处理系统；兼顾出水达标的要求，考虑到现有污水好氧处理系统停留时间较长，因此，直接利用现有的好氧塘处理厌氧出水，不再单独增设好氧处理设施。

厌氧产生的沼气用作燃料，系统产生的污泥先经收集后进入污泥干化池，污泥经干化后拉至果园用作肥料。

工程运行结果如下：进水原水(不含回流用作稀释后的好氧出水)为COD浓度在50000mg/l至70000mg/l，出水COD浓度在3000mg/l至4000mg/l；进水为BOD₅浓度在30000mg/至40000mg/l，出水BOD₅浓度在10mg/l至20mg/l；进水为SS浓度在15000mg/至20000mg/l，出水SS浓度在50mg/l至100mg/l；系统的甲烷混合气产量为每去除1kg COD产生0.28-0.32m³的甲烷，混合气中甲烷的含量为62-67％。

由上述实例可以看到，无论是小试实验还是工程应用，本发明对于棕桐油废水具有良好的处理效果，最终出水可达到当地规定的排放要求(BOD₅小于20mg/l)；同时，通过采用PA1SA2O组合工艺，不但降低了废水中有机污染物浓度，回收利用了能源，而且还减少了温室气体的排放；并且，厌氧产生的污泥经干化脱水后可用于回灌于棕榈地用作肥料，最大限度地实现了废水资源化。

Claims

1.处理棕榈油废水方法，其特征在于：采用“PA1SA2O组合工艺”对棕榈油废水进行处理；其中：

P段代表预处理单元，采用沉淀和/或气浮工艺；

A1段代表一级厌氧处理单元，利用水解酸化厌氧菌对废水进行处理；

S段代表曝气沉淀处理单元，一级厌氧出水后经曝气脱气后利用沉淀工艺；

A2段代表二级厌氧处理单元，利用产甲烷菌去除废水中大部分COD；

O段代表好氧处理单元，进一步去除废水中的COD和氨氮，保证出水达标排放。

2.按照权利要求1所述的处理棕榈油废水方法，其特征在于：在P段预处理，采用沉淀和/或气浮工艺，去除废水中的大部分油脂、部分悬浮物SS和COD，以保证后端厌氧的良好处理效果。

3.按照权利要求1所述的处理棕榈油废水方法，其特征在于：在一级厌氧A1段，通过P段出水与后端的好氧出水混合后，不但可以充分利用好氧出水中的碱度来中和酸性的棕榈油废水，而且可以降低厌氧进水的悬浮物SS浓度，原水与好氧出水比例为1∶1-1∶3，将混合液的pH控制在5.0-6.5左右，COD浓度控制在8000-30000mg/l；混合液通过泵提升至一级厌氧反应器，通过负荷和pH调节将一级厌氧控制在水解酸化阶段；一级水解厌氧反应器采用类似UASB结构，其上增设消泡装置，采用水喷头消除反应器中上层的泡沫和浮渣，并投加工程菌B120，消除废水中油脂对水解酸化菌的影响，工程菌群的原始菌种由美国的BIO-SYSTEMS公司提供，其网址如下http://www.biobugs.com。

4.按照权利要求1所述的处理棕榈油废水方法，其特征在于：在S段，一级厌氧出水经后端曝气脱气后进入后端沉淀或气浮工艺，以去除废水中的悬浮物SS，确保二级产甲烷厌氧反应器的稳定运行。

5.按照权利要求1所述的处理棕榈油废水方法，其特征在于：在二级厌氧A2段，废水在二级厌氧反应器完成主要的产甲烷过程，并大幅消减废水中的COD，同时产生大量的甲烷，系统产生的甲烷气经收集和进行预处理后，可直接用作燃料或发电；厌氧反应器中投加工程菌B120，消除废水中油脂、硫化物、氨氮对产甲烷菌的影响，提高厌氧处理效果，工程菌群的原始菌种由美国的BIO-SYSTEMS公司提供，其网址如下http://www.biobugs.com；厌氧反应器可采用UASB、UBF、ABR、EGSB形式。

6.按照权利要求1所述处理棕榈油废水方法，其特征在于：在O段，好氧工艺采用现有的氧化塘、SBR、生物接触氧化、曝气生物滤池及其组合和改进工艺。