柠檬酸废水处理方法介绍

柠檬酸又叫第一食用酸味剂，被广泛应用于食品、化工、铸造、电子、纺织、塑料等工业领域。我国是世界上最大的柠檬酸生产国和出口国，出口量在全球柠檬酸贸易总量中的比重超过了60%。但柠檬酸在生产过程中产生大量的高浓度废水又会对环境产生严重污染。柠檬酸生产过程中是以薯干或玉米为原料，经过处理、发酵、提取、精制等工序而制成。

柠檬酸生产过程中产生的废水主要来自发酵和提取工序产生的废液、洗糖水、洗罐水和洗滤布水，主要含有淀粉质、蛋白质、各种有机酸、生产菌体所分泌的酶、发酵残留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等有机物，COD浓度为2000-3000mg/L，属高浓度有机废水。

一、柠檬酸废水来源及水质特点

柠檬酸废水的产生主要来自洗滤布水、过滤水、洗柠檬酸钙和离子交换等工段。在柠檬酸液中，大部分是柠檬酸，但还含有一部分粮食粉渣和菌丝体以及其他代谢产物和杂质，经板框压滤后将固性物分离出来，含柠檬酸的上清液则用中和生成难溶性的柠檬酸钙，从而从发酵液内沉淀出来，实现与其他可溶性杂质的分离。沉淀液再次通过带式压滤机过滤，产生大量的滤除废水，一般成浓糖水。滤出的固性柠檬酸钙用热水清洗，产生洗糖废水，加上过滤工艺产生的洗滤布水，就构成了柠檬酸生产废水处理的废水属于可生化性好的高浓度的有机废水，呈酸性，主要处理指标为COD、SS和PH。其特点有：

1、废水有机物浓度高，BOD/COD比值在0.4～0.5左右，具有良好的生化可降解性。

2、固形物含量高，主要原因是废水中钙离子浓度高。

3、由于生产工艺不同，硫酸根含量波动很大。

4、废水产生量大且不均匀。柠檬酸废水的这些特点决定了生化反应器与处理工艺的选择。

二、处理方法

目前，我国主要采用生物法对柠檬酸废水进行处理，主要有以下几种方法。

1、厌氧生物法

厌氧生物法是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物 (包括兼氧微生物) 的作用，将废水中的各种有机物分解为甲烷和二氧化碳的过程，同时把部分有机物转化为细菌体，通过气、液、固分离，使废水得到净化的一种废水处理方法。

（1）管道消化式厌氧消化器

管道消化式厌氧消化器是在其内充填填料作为微生物的载体，能滞留高浓度厌氧活性污泥，增强耐进水低PH和耐负荷变化的能力。其优点是酸性的高浓度废水无需进行 PH 调整可直接进入处理系统，从而减少了药剂耗量，降低运行的成本，便于管理操作。缺点是其存在污泥流失现象，需要定期排泥。

（2）高温厌氧消化池

高温厌氧消化池具有消化时间短、适应性强、运行的费用低、有机物去除率高等优点。但是，其需要对废水进行升温，需要消化额外的能量，因此，只适用于原废水温度较高的情况。

（3）UASB反应器和水循环UASB反应器

上流式厌氧污泥床(UASB)在国外已普遍推广使用，我国在20世纪90年代初开始有公司应用UASB技术处理柠檬酸废水，UASB反应器的关键技术是固(污泥)液(废水)气(沼气)三相分离器和配水系统，其中固、液、气三相分离采用斜板分离器，配水系统采用脉冲配水。该反应器消化和固液分离在一个池内，微生物浓度高，具有良好的沉淀性能，有机负荷去除率高。但是UASB反应器在运行中会出现短流、死角和堵塞等问题，为了解决这些问题，开发了具有第三代反应器特点的水利循环UASB反应器，主要由布水系统、粗处理区、承载板、精处理区、三相分离系统、出水堰以及循环系统组成。水力循环UASB反应器在运行过程中，废水由进水泵经进水管连同回流水一起进入布水系统，经过布水系统的均匀分配以一定的流速自反应器的底部进入反应器，水流依次流经粗处理区、承载板、精处理区、三相分离器到上部沉淀。其主要优点有传质效果好、易保留高浓度的污泥、具有酸化自平衡能力、抗缓冲能力强、启动快等。

2、好氧生物法

好氧生物处理法可分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。氧化塘和土地处理法即自然生物处理。氧化塘有好氧塘、兼氧塘、厌氧塘和曝气塘等；土地处理法有灌溉法、渗滤法、浸泡法及毛纫管净化法等。

（1）活性污泥法

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体好氧处理有机废水的生物处理方法。这种生物絮体叫做活性污泥。它是由具有活性的微生物(包括细菌、真菌、原生动物和后生动物等)、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成。其中，微生物是活性污泥的主要组成部分，而细菌是活性污泥在组成和净化功能上的中心。活性污泥法能够去除废水中的有机物是经过吸附、微生物代谢、凝聚和沉淀三个过程完成的。

（2）间歇曝气活性污泥法

间歇曝气活性污泥法简称SBR(Sequencing BatchReactor)，自20世纪80年代以来在处理间歇排放的、水质水量变化很大的工业废水中得到了极为广泛的应用。SBR法的进水、反应、沉淀、排水及闲置等几个运行阶段(使其具有厌氧法和好氧法的协同作用，水质水量变化适应性强、出水水质好、不存在活性污泥膨涨等问题；且操作简单、运行可靠、易于实现自动化。

3、乳状液膜法

乳状液分离技术是一种新兴的节能型分离手段，它是通过两液相间形成的界面液相膜，将两种组成不同但又互相混溶的溶液隔开，经选择性渗透，将物质分离提纯的一种工艺方法。液膜分离技术是一项高效、快速、节能的新型分离技术，近年来，液膜分离技术在重金属分离、生物工程等领域得到了广泛应用和发展，尤其在处理高浓度有机废水方面，液膜法取得了显著的成绩。经研究后发现，乳状液膜工艺处理柠檬酸工业废水，具有工艺简单，高效快速，易于工业化；在较为适宜的液膜操作工艺条件下，废水中的COD去除率甚至能达到99%；乳液使用后通过低电压破乳，还可以重复多次使用，而且效果基本不变等优点。但乳状液膜处理工艺也存在一些不足：主要是在分离过程中需要经过制乳、提取、破乳等多到工序，工艺较为复杂，对操作的技能要求较高。

4、生产饲料酵母法

选择生产饲料酵母法处理柠檬酸废水，其工艺的原理是利用酵母菌种可以抵pH值下正常生长的特点，简化了灭菌环节，大大降低了蒸汽消耗及耐压设备的投资。柠檬酸酸中和废水培养酵母工艺流程菌种具有很好絮凝性，静置一段时间后可使大部分酵母菌沉降下来。

5、UASB工艺法

厌氧生化处理工艺从最初的消化池、化粪池，到第二代的AF（厌氧滤池）反应器和UASB（上流式厌氧污泥流化床）反应器，发展至现在已经在试验第三代EGSB（厌氧颗粒污泥膨胀床）反应器等。目前在柠檬酸废水处理中最常用的厌氧生化处理装置为上流式厌氧污泥床反应器。该装置由一个反应区的气，液，固三相分离区，拥有大量的沉降性能和生物活性的厌氧颗粒污泥，形成的污泥床反应区下部，需要处理的污水污泥床底部入口和污泥接触。有机化合物的微生物在废水生产沼气，水、气、泥混合了三相分离器后进入集气室的气体排出，水和污泥沉淀室，在重力作用下泥水分离。污泥返回到反应区，沉淀区上部的上清液排出。上流式厌氧污泥床反应器有机负荷高，水力停留时间不长，没有填料，无污泥回流装置和混合装置，降低了运行成本。

6、EIC厌氧反应工艺

EIC厌氧反应器是继UASB之后的一种新型厌氧反应器。EIC处理的柠檬酸废水优于UASB。主要体现在：

（1）EIC有较高的容积负荷

EIC下反应室所产生的沼气被中部的集气器所阻隔，不能进入上反应室，上反应室因此能保持较低的产气负荷，污泥不易流失。下反应室的沼气只能进入循环系统，但这种循环只发生在下反应室，从而大大增加了下反应室的水力负荷。高水力负荷能提高传质速率，这是EIC有较高容积负荷的根本原因。

（2）EIC厌氧出水水质较好

在启动运行过程中，把絮状污泥从EIC中完全洗出，在颗粒污泥条件下运行，厌氧出水中的污泥含量很少，出水不显黑色，呈淡黄色，水质较好。柠檬酸废水COD去除率可达到88% 左右，如果增加二级厌氧，进一步去除SS，COD去除率可达到95%以上。

（3）EIC内不会结垢

在UASB中常可见到大量的结垢，导致处理能力下降。但在EIC中，由于上升流速大，细微颗粒能从EIC中洗出，故不易结垢。94%的钙会随厌氧出水排出，这可能是EIC不结垢的一个原因。因此，EIC可长期稳定运行。

柠檬酸废水有机污染物浓度高，采用生化处理为主的工艺可取得良好效果。根据废水中有机物的特征，采用生物处理法、活性污泥法、EIC厌氧反应法等对废水中的有机物进行处理，可实现废物的资源化，减轻废水达标排放处理的负担，是废水处理实现环境效益和经济效益统一的先进技术。因此，进一步加强上述工艺技术的研发，将对柠檬酸或同类高浓度有机废水的处理有着重要的意义。