乳品行业废水处理及中水回用

于容朴 孙迎雪 胡洪营

摘 要：本文介绍了乳品行业生产工艺及排污特点，分析了乳品行业废水处理主流工艺的关键技术参数，并对污水处理站产水进行研究。结果发现，其排水水质优于中水回用标准。最后，笔者探讨了乳品企业内外中水回用途径，明确了乳品行业中水回用的发展方向。

关键词：乳品行业;废水处理;中水回用

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）23-0099-03

Abstract： This paper introduced the production process and sewage characteristics of the dairy industry， analyzed the key technical parameters of the mainstream wastewater treatment process in the dairy industry， and conducted research on the water produced by the sewage treatment station. It was found that the drainage water quality was better than the standard for reclaimed water. Finally， the author discussed the ways of water reuse inside and outside dairy companies， and clarified the development direction of water reuse in the dairy industry.

Keywords： dairy industry;wastewater treatment;reclaimed water reuse

随着社会的进步和经济的发展，我国乳制品产量快速增加，1998年的乳制品年产量仅为54.03万t[1]，到2018年，其年产量超过2 700万t[2]，耗水量也大幅度提升，即使用水定额按最低3.5 t/t产品计算[3]，年用水量也达到了近亿吨规模。我国人均水资源量只有2 000多吨，仅为世界人均水平的25%。如果可以将乳品废水处理后加以利用，就可以节约大量淡水资源，缓解部分水资源短缺问题。

1 乳品行业废水排污特点

1.1 乳制品生产工艺及原料组成

乳制品主要包括纯牛奶、酸奶、奶粉、冷饮（冰激淋等），生产工艺单元有高温灭菌、厌氧发酵、调制、包装、清洗等过程，生产用水水质要求较高，一般为软化水或脱盐水。生产的主要原料是鲜牛奶，常用的添加剂有香精、抗氧化剂、增稠剂、甜味剂等成分，个别产品还需要添加色素、果肉、植物油、植物蛋白等，生产过程中几乎不添加无机组分以及难降解组分。

1.2 废水排放来源

乳品行业废水包括四个方面：一是生产排水和生活排水，生产排水是废水的主要来源，其组成包括容器、管道、生产设备在生产过程中的周期性CIP（Clean in Place，也称原位清洗）排水，这部分废水浓度高、水量大，占所有水量的70%～80%;二是软化纯水生产车间的排污;三是锅炉房排污;四是制冷循环水系统排污等。

1.3 水体污染物特点

受生产周期影响，乳品废水为间歇式排放，水质水量随时间、生产班次有较大的波动。另外，废水中的主要污染物为乳产品组分，含乳蛋白（如酪蛋白、乳清蛋白等）、乳脂肪、乳糖等，另外废水还含有清洗及软化等过程排出的酸、碱和无机盐等。废水中大部分有机污染物具有较好的生化性，废水的B/C约为0.5，生化性能好，适合进行生物降解。

2 乳品行业废水处理主流工艺

乳品行业废水处理主流工艺一般包括四个过程，即预处理、厌氧生物处理、好氧生物处理、深度处理。下面对四个过程工艺参数进行详细分析。

2.1 预处理单元设计

乳品废水典型预处理工艺如下：综合排放废水→粗格栅→集水池→提升泵→细格栅→调节池→提升泵→气浮池（水解池）→中间水池。

车间排出的废水含有包装盒、吸管等杂质，为防止堵塞后续设备、管线，一般经粗、细两道格栅过滤拦截大的颗粒物，粗格栅的栅隙在25 mm以内，细格栅的栅隙为1～2 mm，栅条均需采用304材质。

在不同的CIP冲洗周期节点，排水特性也不相同，包括酸洗水、碱洗水、高浓水、热水等类别，水溫、有机物浓度以及酸碱对生化单元的冲击较大，需要设置调节池均质均量，调节池水力停留时间（HRT）介于8～12 h，池体的停留时间和企业排水规模成反比。

为减小废水中动植物油（主要是乳脂肪）厌氧污泥的冲击，原水预处理还需要进行隔油处理。原水中的油以乳浊液形态存在，用普通的隔油池难以分离。当进水浓度较高（CODCr≥3 000 mg/L）时，宜采用混凝气浮除油预处理工艺;当进水浓度较低（CODCr≤1 500 mg/L）时，宜采用水解酸化破乳隔油预处理工艺，水解酸化时间应大于12 h，另外，池内应考虑去除浮渣的措施。

2.2 厌氧生物处理单元设计

厌氧生物处理工艺如下：预处理水出水→提升泵→布水系统→厌氧反应区→收水系统→吹脱池。

乳品废水中有机物浓度较高，一般原水CODCr为2 000～4 000 mg/L，经预处理的原水CODCr浓度为1 000～2 000 mg/L，预处理后总氮浓度为50～80 mg/L，BOD5与凯氏氮比值较高。通常，生物单元先采用厌氧生物处理，具有两大优点：一是可以减少好氧的电费，节约运行成本;二是可以减小池体容积，减少工程投资费用。

常用的厌氧处理方式有UASB和ABR，当最不利季节的平均水温可以维持在25 ℃以上时，厌氧可选用IC工艺。常见的厌氧单元去除率为70%～85%，出水的CODCr为200～500 mg/L，一般不能满足后续A2O工艺的脱氮的碳氮比要求，其间需要少量浓水作为反硝化碳源，超越厌氧池，直接进入好氧的反硝化池。厌氧池的水力停留时间多控制在14～24 h，容积负荷受反应温度、污泥性质（絮凝泥/颗粒泥）影响较大。UASB工艺的上升流速一般控制在0.5～1.0 m/h，ABR的升流区流速为1～2 m/h，IC的上升流速（进水+内循环）控制在4～5 m/h。

2.3 好氧处理单元

目前，国内大型乳品厂污染物内控标准多为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，好氧采用的工艺有接触氧化法、活性污泥法、CASS工艺等，应用较广的是ANO工艺。工艺流程如下：进水→反硝化AN池→好氧O池（硝化液回流泵）→二沉池（污泥回流泵）。

好氧池的污泥龄一般控制在20 d以上;硝化负荷控制在0.05 kg左右，并根据实际水温做修正;BOD5污泥负荷控制在0.1 kg/（kgMLSS·d）左右;缺氧、好氧总停留时间控制在18～26 h。除TP外，其他指标（CODCr、BOD5、SS、TN、NH3-N、pH）一般均能满足一级A排放要求。

2.4 深度处理单元

乳品废水的总磷（TP）含量为10～20 mg/L，通过微生物的代谢排泥，难以满足0.5 mg/L的排放标准，深度处理方式一般包含化学除磷、中水回用、消毒处理。常用化学除磷的工艺有微絮凝过滤、活性砂连续过滤、高密度沉淀池、气浮除磷等，均可满足排放要求。气浮除磷动力消耗高，占地小，高密沉淀池结构较为复杂，效果显著。

除磷剂一般采用聚合氯化铝或聚合硫酸铁，投加药剂三价金属离子和去除总磷的摩尔比控制范围为1.5～2.5。铝盐和铁盐水解都需要消耗3倍的氢氧根浓度，以铝盐投加计算，每摩尔铝离子需要3 mol碱度，折合碳酸钙碱度50×3/27=5.56 g/g[4]，同理，铁离子需要碳酸钙碱度2.68 g/g。由于聚合氯化铝也称碱式氯化铝，在水解过程中会释放大量的氢氧根，因此实际除磷过程中需要的碱度比聚铁要小得多。

3 乳品行业中水回用的方向

3.1 乳品厂处理出水的污染物对中水回用的影响

《建筑中水设计标准》（GB 50336—2018）规定，用作杂用水如冲厕、绿化、洗车等，出水应符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（ GBT 18920—2002）要求;用作景观环境用水，出水应符合《城市污水再生利用 景观环境用水》（GBT 18921—2002）要求。两个标准相比较，杂用水对铁、锰等显色离子要求较高，另外对溶解性总固体要求较为严格（减少结垢），景观环境用水对总磷指标要求更为严格，以控制水体的富营养化。

针对乳品企业污水站出水进行检测，结果发现，一些工厂排水的溶解性总固体达到近2 000 mg/L，超出杂用水1 500 mg/L的上限要求，其他指标均可以满足中水回用要求。经分析，部分工厂排水矿化度（TDS）较高的原因主要有四类：一是企业位于北方地区，自来水为深层地下水，背景TDS值较高;二是生产工艺水处理系统（软化水及锅炉）的排污带入盐分;三是生产过程中酸、碱清洗将盐分带入系统;四是污水处理过程中增加了盐分（因pH和碱度要求在污水中投加片碱;混凝气浮除油或混凝除磷过程中投加有机絮凝剂）。

对照中水标准的其他指标，包括娱乐性景观用水中的BOD5（限值6mg/L），按照本文所述的处理工艺，出水均可达到相应要求。

3.2 乳品企业厂内的中水用途

乳品加工行业属于食品领域，车间做无尘设计，中水不能回用于生产，也不宜冲洗地面。目前，乳品行业锅炉基本采用天然气锅炉，没有脱硫、除尘用水要求。锅炉热水用于管道及容器清洗，有接触食品的风险，锅炉用水也不能采用中水。一般办公和生产车间共建，中水进车间也不能保证生产安全。

目前，乳品厂内的中水回用在干旱地区多集中于绿化浇洒，个别的用于厂内景观补水。乳品废水处理产水在水质上完全可以满足消防水池补水要求，但火灾发生时中水的产量一般不能保证，采用中水补水时消防水池容积应按火灾持续时间内室内外灭火所需全部水量设计，池体投资和占地均较大，因此实际应用案例也较少。

以某日产酸奶500 t的乳制品加工厂为例，工厂占地20 hm2，绿化率为30%，工厂绿化面积约为60 000 m2，每次浇洒用水定额取2 L/（m2·d），每天喷洒2次，每天最大绿化用水量为240 m3，该工厂排水量为2 500 m3/d，绿化用水利用率不足10%，到了雨季或冬季，回用水量更是趋近于零。

3.3 出厂后的中水用途

乳品废水处理产水达到一级A排放标准后，产水清澈透明，没有一类污染物，各项指标优于中水回用标准，有比较大的再生利用价值，主要用途如下所述。

3.3.1 生产工艺用水。工业园区内的乳品企业排水，可以直接作为用水要求不高的相邻企业工艺用水，如钢铁、造纸、焦化等行业生产用水。

3.3.2 循环冷却用水。当出水溶解性总固体浓度较低时，结合微滤（超滤）膜工艺，出水经处理后可以满足锅炉补给水水质标准[5]，供给热电厂等用水大户回用。

3.3.3 农田灌溉用水。按《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005）要求，灌溉用水对含盐量、氯化物的要求较为严格。首先，在乳品生产过程中，应注意树脂再生水、锅炉浓水等分流排放;其次，在水处理过程中，尤其需要控制化学混凝剂的投加量。通过上述的工艺调整优化，乳品厂排水完全可以满足灌溉用水要求。

3.3.4 地表环境补水。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）规定，满足一级A标准的排水可以引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等使用。

4 乳品水中水回用存在的几个问题

一是乳品行业和其他工业行业一样，具有生產的淡季和旺季，排放水量有一定的波动性。二是不同地区自来水的含盐量不同，生产制水的工艺不同，CIP清洗酸碱用量不同，污水处理药剂投加不同，出水含盐量差异较大。当回用水对含盐量有要求时，应对生产情况及废水处理工艺做充分调研。三是乳品加工过程中经常会出现排放事故奶的问题，废奶的COD高达十多万毫克每升，可能会对污水处理单元和最终产水的水质有一定冲击。在中水回用时，应加强水质检测工作。

5 结论

因原水营养丰富，降解性好，经处理后，乳品行业废水的排水较为优良，一般出水优于一级A排放标准，按2017年全国工业废水排放量181.6亿t计算，行业排水占比超过0.5%，具有回收利用的价值。综上分析，工厂内部的利用率一般不超过10%，人们需要将其和社会其他用水需求相结合，最大限度地发挥乳品行业再生水的价值。

参考文献：

[1]刘敏，任南琪，李鹏，等.牛奶废水厌氧水解酸化试验研究[J].哈尔滨工业大学学报，2004（3）：331-337.

[2]乔金亮.去年全国乳制品产量近2 700万吨[N].经济日报，2019-07-15.

[3]乔志刚，李海涛，巴图.乳制品制造业用水定额浅析[J].内蒙古水利，2015（6）：152-153.

[4]熊建英.污水处理工程中投加各类化学药剂的加药设计[J].中国市政工程，2014（3）：28-31.

[5]邓悦，王立刚，房辉，等.城市中水回用至锅炉补给水的可行性分析[J].湖州师范学院学报，2018（2）：57-62.