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大豆蛋白生产企业在我国发展迅速,但其排放的日益增加的高浓度有机废水目前却没有得到有效治理,不仅给环境造成了很大威胁,企业的发展也受到了很大限制。针对目前大型大豆蛋白生产企业排放废水的特点,以及受到国内经济技术水平限制而不能实现蛋白质和低聚糖等物质的回收现状,本论文在初步确定大豆蛋白生产废水综合处理工艺的基础上,对各主要单元技术进行了研究和开发,最终确立了大豆蛋白综合废水处理工艺和大豆蛋白生产废水的SCP生产组合处理工艺两套可行方案。 通过实验研究,比较了PFS混凝沉淀、PAC混凝沉淀、铁碳内电解以及铁碳内电解-混凝沉淀联用等物化预处理法对大豆蛋白生产综合废水的处理效能,确定“铁碳内电解-混凝沉淀”工艺是大豆蛋白生产综合废水预处理的最为有效和经济的方法。对于COD浓度为16500mg/L、pH4.2的大豆蛋白生产综合废水,“铁碳内电解-混凝沉淀”工艺的COD去除率和浊度消除率分别可达50%和69%,出水pH为7.5,可直接进入后续的生物处理单元作进一步处理。 采用“铁碳内电解+混凝沉淀”工艺处理后的大豆蛋白生产废水,其COD浓度仍然高达8000mg/L左右。借助前期研制成功的ABR废水处理设备(ZL200420063866.9),对大豆蛋白生产废水厌氧生物处理技术进行的研究结果证明,四格室ABR反应设备很适合用于处理高浓度大豆蛋白生产废水,表现出很高的处理效能和运行稳定性。反应器可在31天内成功启动,在进水COD浓度高达10000mg/L左右时,其COD去除效率可以稳定在97%以上。研究发现,参与厌氧降解过程的各类微生物菌群在ABR各格室内实现了生态位分离,不同菌群依照类似食物链的关系,将废水中的有机物逐步降解为CH4和H2O,这是ABR得以高效稳定运行的主要原因。而微生物菌群的生态分离,是降解过程产生的各种自然底物对其自然选择的结果。通过各格室末端发酵产物组分分析,可以确定产酸发酵菌群、产氢产乙酸菌群以及产甲烷菌群在ABR系统中的空间生态位。这一成果的取得,为进一步开发生物强化技术,以提高ABR运行效能和相应的工程控制对策奠定了基础。 对于ABR处理后的大豆蛋白废水,采用SBR工艺作进一步的处理,可使最终排水的COD、NH3-N等主要指标达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级排放标准。建议采用的曝气方式为限制性曝气,用进水顶出水的排水方式进行排水,采用的周期操作为:进水(同时排水)1.5h,曝气8h,沉淀1.5h,闲置1h。当曝气率控制为0.8m3/h、污泥浓度为3.7g/L、进水COD浓度在210~430mg/L范围时,出水COD浓度在80mg/L以下,NH3-N浓度稳定在4.5mg/L左右。 乳清废水是大豆蛋白生产企业所排放的数量最多、有机物浓度最高的一股废水。针对我国目前尚无比较经济的从乳清废水中分离乳清蛋白和低聚糖的现状,提出了酵母菌处理大豆乳清废水与单细胞蛋白(SCP)生产工艺,采用复配酵母可以最大程度地从乳清废水中生产并回收SCP并大幅度削减废水中的COD浓度,最佳复配方案是S.fibuligera和C.lipolyticavar.lipolytica以6:1的组合;研制成功利用大豆乳清废水生产SCP的发酵反应装置,开发出的菌种循环间歇发酵工艺,在发酵时间16h、通气量0.5m3/h、接种量2%条件下,COD浓度为21000mg/L的大豆乳清废水,可获得3.53g/L的SCP产量,COD去除率可保持在45%以上。 以上研究成果,不仅可以指导新建大豆蛋白生产废水处理工程的设计与控制运行,同时也可为已建项目的改造提供理论和技术依据。