糖蜜酵母废水处理技术研究进展.pdf

1、 -93-糖蜜酵母废水处理技术研究进展 张 磊1 宁 毅2 胡 恒2（1.广西丹宝利酵母有限公司，广西 来宾 546100；2.广西技术市场，广西 南宁 530022）【摘 要】文章分析了酵母工业废水的特点，酵母生产工艺，酵母行业的趋势；综述了厌氧处理、厌氧-好氧两级处理、厌氧-好氧-缺氧（A2/O）反硝化处理、化学混凝法、氧化法、膜分离技术、农灌法、蒸发浓缩法、喷雾干燥、循环利用、生物流化床耦合工艺等技术。【关键词】酵母废水；处理技术 【中图分类号】X71 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2014)09-0093-04Progress of research on trea

2、ting molasses wastewater Abstract：This paper analyzed the characteristic of yeast industrial waste,the process of yeast production,the trend of yeast industry;Review of anaerobic treatment,two-stage treatment of anaerobic-aerobic,the denitrification process of anaerobic-aerobic-anoxic treatment(A2/O

3、),chemical coagulation method,oxidation method,the separation of membrane technology,agricultural irrigation,the method of evaporation concentration,spray drying,recycling,biological fluidized bed coupled technology.Key words:Yeast water;treatment technology 目前，糖厂用甘蔗生产除得到主产品糖以外，还有蔗渣、糖蜜（又称废糖蜜）、滤泥三种副产

4、品。国内外对糖蜜的利用主要分两类1：一是初级利用，即直接利用；二是深度利用，即从中提取有效成分。用甘蔗制糖过程中形成的副产品糖蜜为原料生产酵母，是延长制糖产业链，提高综合利用率和综合效益，是实现节能降耗与清洁化生产的有效手段和重要途径。现在在酿酒、医药、食品加工、营养保健、饲料等生产过程中大量使用酵母，随着我国食品加工行业和制药行业的快速发展，酵母产业得到了很大发展，出口量也大幅度提高。我国生产的酵母主要是用废糖蜜作生产碳源来生产的，由于废糖蜜中的有机物不能完全被酵母利用，废糖蜜中剩余的有机物和酵母在生长代谢过程新产生的有机物就一起进入废水中，这样产生大量高浓度的有机废水，给酵母生产行业带来了

5、污染。由于有机废水富含残糖、蛋白质、纤维素等营养物质，极易腐化，而且废水中 COD 最高达十几万 mg/L，可生化性能较差2，因此在国内外均属于治理难度较大的高浓度有机废液。随着酵母行业的快速发展，酵母废水污染问题已成为酵母行业发展的瓶颈。1 酵母生产情况 1.1 酵母生产工艺 1.1 酵母生产工艺 酵母生产主要包括废糖蜜处理、种子发酵、商品发酵、分离、洗涤、干燥等工序，具体生产工艺流程如图 1：图 1 酵母生产工艺流程图 图 1 酵母生产工艺流程图 图 1 为国内一企业生产流程图，现在国内许多酵母公司的新建生产线都已达到了世界一流水平，生产原材料也大多采用甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜，或二者混合使用。

6、目前，国内外酵母生产工艺流程基本达到一致。1.2 酵母工业废水特点 1.2 酵母工业废水特点 酵母废水是酵母在生产过程中转移到废水中的物质和成总第 16 卷 181 期 大 众 科 技 Vol.16 No.9 2014 年 9 月 Popular Science&Technology September 2014【收稿日期】2014-08-09【基金项目】广西科学研究与技术开发计划项目“甘蔗糖蜜酵母发酵液综合利用技术引进与应用示范”（合同编号：桂科合 1298014-20）。【作者简介】张磊（1977），男，广西丹宝利酵母有限公司副产品部经理，硕士，从事酵母副产品研究和市场开发；宁毅（1980

7、），男，广西技术市场院士工作部部长，会计师，广西民族大学研究生学历，从事科技管理和相关技术咨询服务；胡恒（1982），女，广西技术市场国际交流部部长，硕士，从事科技外事和相关技术咨询服务。-94-分对色度、盐度、COD、BOD5 的贡献，生产 1 吨干酵母将产生60130m3的废水2。酵母生产废水主要由高浓度废水与低浓度废水组成。其中，高浓度废水主要由真空过滤废水和在发酵过程中离心分离出来的废水构成；低浓度废水主要由冲洗水及生活废水构成。酵母主要是利用废糖蜜作为生长碳源而进行生产的，由于废糖蜜中的有机物不能完全被酵母利用，废糖蜜中剩余的有机物和酵母在生长代谢过程新产生的有机物就一起进入废水中。

8、同时，以废糖蜜为主要原料的酵母废水，废水中含干物质 0.5%左右3，其主要成分为纤维素、胶体物质、酵母蛋白质以及废糖蜜中未被充分利用的营养成分如残糖等；其次废水含有较高的黑色素、酚类以及焦糖等物质，颜色较深，而且从酵母液体发酵罐中分离的酵母废水，COD30000-70000mg/L，最高可达 110000mg/L，综合废水的COD 在 8000-22000mg/L，并随酵母生产批次而变更2，4；再有废水中含有大量的无机盐类和高浓度的硫酸根离子。上述这些情况都会加大酵母废水的处理难度。1.3 酵母行业趋势 1.3 酵母行业趋势 酵母行业是朝阳产业，发展前景十分可观。自1990年以来，我国酵母工业

9、增长非常快，平均年递增率大于 20%。与世界平均水平相比，我国的人均酵母消费量还存在很大的差距，现在中国将近有一半的人口以面食为主，初步按13.5亿人口计算，这存在着巨大的商业机遇，未来我国将会成为世界上最大的最具潜力的活性干酵母消费市场之一。随着我国人民生活水平的不断提高和国民经济的快速发展，酵母工业将会得到快速发展，酵母的应用也会越来越广泛。2 国内外酵母废水处理技术 2.1 生物处理技术 2.1 生物处理技术 高浓度酵母废水的最经济最有效处理方法是采用生物处理技术，其中有厌氧处理、厌氧-好氧两级处理、厌氧-好氧-缺氧反硝化处理等技术5-11。2.1.1 厌氧处理 2.1.1 厌氧处理 目

10、前，在工业生产中常用厌氧处理反应器有降流式厌氧滤池12、升流式厌氧生物滤池13、IC 内循环厌氧反应器1、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）等，其中，现在企业生产中用得最多的是上流式厌氧污泥床反应器（UASB）。Ciftci14等在土耳其某酵母厂采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）处理废水，废水的 COD 为 20000mg/L，有机容积负荷为 813kgCOD/m3.d，处理时间为2.53.0d，厌氧出水口COD平均去除率为 75%，生物气产率为 0.65 m3/kgCOD，COD 值小于5000mg/L。Nahid15等对酵母废水采用生物转盘方法进行厌氧试验研究，废水 COD 为 472

11、mg/L，表面有机负荷为 0.187 kgCOD/(m3.d)，处理后 COD 去除率达 94.9%。王嘉儒，黄景恒16等对酵母废水采用生转转盘（或转筒）进行厌氧处理，处理结果为：COD去除率大于80%90%，有机容积负荷大于815kgCOD/m3.d。2.1.2 厌氧-好氧两级处理 2.1.2 厌氧-好氧两级处理 目前，在酵母废水处理中，厌氧-好氧两级处理是非常常用的组合处理方式。高浓度酵母废水经厌氧处理后进入好氧系统与生活污水、低浓度的冲洗水一起进行处理，采取活性污泥法或生物转盘作为酵母废水的二级生物处理。经过两级生物处理后，COD 去除率达到 60%75%，但出水 COD 浓度仍很高，大

12、约在 1000mg/L17，还要进一步处理。2.1.3 厌氧-好氧-缺氧（A2/O）反硝化处理 2.1.3 厌氧-好氧-缺氧（A2/O）反硝化处理 M.Gladchenko 18 等对以甜菜糖蜜为原料，TN0.51.5g/L，COD10-80g/L，硫酸盐 210g/L，废水平均有机负荷率为 3.710g/(L/d)的面包酵母废水进行 UASB 好氧生物滤池-缺氧反硝化工艺处理。经 UASB（35）处理后，废水COD 去除率可以达到 62%67%。为保持 COD/N 平衡，在生物滤池中加入 10%的原水，废水 COD 去除率可达到 68%，同时还对厌氧出水中残余的氨氮和 BOD 进行有效去除，

13、但出水 COD仍很高，色度去除率很低，约 8%23%。酵母废水中的蛋白质、糖、醇及有机酸等易降解有机物可以采用生物处理进行快速有效去除，但其处理工艺存在时间太长（一般要 57 天），运行经济成本太高，抗冲击负荷能力有限，处理效率低，生物出水中残留有大量长链烃和含苯杂环化合物等。酵母经过厌氧-好氧生物处理后，COD 值一般为 1000-1800mg/L，色度为 300800 倍，出水 COD 仍很高，色度去除效果也不够理想，达不到排放标准19，不能排放，仍需结合其他方法处理才可排放。2.2 化学处理技术 2.2 化学处理技术 酵母废水化学处理技术的选择，主要是作为生物处理环节的补充确保废水达标排

14、放。药剂的选择和分离方式是化学处理技术的关键。目前，浅层气浮是最常用的技术，药剂的选择对该技术非常重要，现在经常用聚合硫酸铁，也可用聚合氯化铝，但比聚合硫酸铁效果差。当然，有些企业也用比较先进的Fenton处理技术，直接采用硫酸亚铁和双氧水药剂处理，但投资较大。2.2.1 化学混凝法 2.2.1 化学混凝法 目前，常用的絮凝剂有：铁盐、铝盐、石灰及高分子复合絮凝剂等。曹臣19等研究表明，废水经两级生化处理后，再用聚合硫酸铁方法处理，出水 COD、色度去除率效果比较好，但用量比较大，经济成本很高，同时还存在腐蚀设备与 Fe2+污染问题。采用石灰絮凝，效果相对较差，但是经济成本低，脱色效果很明显，

15、如果只从脱色方面考虑，可以使用石灰絮凝。但从絮凝的效果来说，使用高分子聚合物絮凝剂处理。2.2.2 氧化法 2.2.2 氧化法 当前，常用的氧化剂有：双氧水、石灰、臭氧、Fenton试剂等，同时还有氧化技术如：紫外汞灯结合双氧水或结合Fenton 试剂等技术应用。Catalkaya20等用 UV/Fenton 试剂进行酵母废水氧化处理，处理结果为：COD 去除率达到64.7%，色度为 96.4%，去除效果很好。2.3 膜分离技术 2.3 膜分离技术 高以矩4等对不同阶段的高浓度酵母废水采用 UF、NF 技术进行处理，经 UF 膜处理后，色度、浊度去除率大于 90%，可以 100%回收酵母蛋白等

16、成份，而回收的酵母蛋白等成分可经过浓缩干燥后再生产制造动物饲料添加剂，蛋白质含量大 -95-于 30%。因膜透过液中含有一些是酵母发酵过程所需的营养成分，所以可作为发酵生产用水循环使用。废水经 NF 膜处理后，已接近或达到排放标准，COD 去除率超过 90%。S.H.Mutlu21等对酵母废水用 MF-NF 组合工艺进行了研究，试验效果比较满意，COD去除率为72%，色度去除率为89%。I.Koyuncu22等对酵母废水用 UF 和 RO 工艺进行了研究，研究结果表明，COD 的去除率为 90%95%，色度的去除率为 95%97%。K.Murakami23对酵母废水采用日东电 NTR-7410

17、 卷式超滤组件进行脱色，色度去除率大于 97%，操作压力 1.9Mpa，循环速度 0.12m/s，浓缩了 10 倍，膜的寿命预计为 5 年。和蒸发法相比较，每吨废水处理费用可节约 15.6%。2.4 综合利用 2.4 综合利用 2.4.1 农灌法 2.4.1 农灌法 农灌法是把高浓度酵母有机废水进行适当的稀释后再进行灌溉农田的方法，农灌法投资少，操作简单，可用于农田多且缺水的地区。据余景芝2报道，一些美国的酵母生产公司把酵母废水按一定比例与处理后的城市废水混合，然后用于农业灌溉。还有，在具有完善灌溉管网系统和足够耕作面积的地区，废水经厌氧发酵后，变成富含磷、氮、钾的熟液肥料，然后再用于农业灌溉

18、，增产较明显。一般来说，当废水中的有机物含量降到 0.6%1.0%24时再用灌溉农田，这样对农作物就不会造成危害，但长期使用容易引起农田土壤板结25，特别是附近有水库或地下水源时，会引起污染地下水或渗漏26。2.4.2 蒸发浓缩法 2.4.2 蒸发浓缩法 蒸发浓缩技术是处理高浓度酵母有机废水的最有效途径之一，它先是对酵母废水进行浓缩然后再综合利用。浓缩法不仅实现了废液零排放，还实现了资源循环再利用。酵母废水肥效非常好，含有丰富的铁、钙、氮、磷、钾等多种营养元素，如果我们能把酵母废水充分利用起来，那一定会取得很好的经济效益与环境效益。酵母发酵过程中产生的有机废水 COD 浓度很高，直接用生化处理

19、技术难以将之处理达标排放。目前，常用的蒸发浓缩反应器有板式和管式两种类型，两种反应器各有各的特点。在酵母废水的蒸发浓缩过程中，由于废水里面的盐分容易结晶析出，盐分结晶极易堵塞管道，所以，高浓度物料一定要采用强制循环，避免结晶堵塞，但板式反应器不能进行强制循环操作，物料很容易在反应器上结垢，结垢后很难清洗干净，这将会降低反应器的效率27，因此建议企业使用管式蒸发反应器，这样可以避免由于板式无法进行强制循环而结垢造成低效率。2.4.3 喷雾干燥 2.4.3 喷雾干燥 喷雾干燥技术是把料液通过雾化器分散成细小的雾滴并通过热干燥介质迅速把水分蒸发形成干粉产品的干燥技术。喷雾干燥技术具有以下优点：干燥时

20、间短，蒸发面积大，对有效成分破坏少等27。酵母废水浓缩液含有丰富的营养成分，可以与其他原料混合后干燥生产有机肥料，也可作为其它颗粒饲料的原料添加，但长距离运送酵母废水浓缩液，其运输费用较高，所以使用范围大大缩小。若能把浓缩液干燥成固体产品，其使用范围将会得到扩大，现在喷雾干燥技术可以很有效的把浓缩液干燥成粉末。由于酵母废水浓缩液是糖类物料，其小分子糖类物质虽已被酵母吸收利用，但液体中的盐分和大分子糖类物质很难干燥。酵母废水浓缩液具有低熔点和热敏性物质的特性，而热敏性物质干燥后吸湿性很强，暴露在空气中极其容易吸潮结块，所以废水浓缩液物料在干燥过程中极易软化粘壁，因此务必认真解决以下几个问题27：

21、首先是选用合理的操作工艺条件；其次是选择合适的雾化器；再有就是做好干燥塔壁冷却工作。由于酵母废水浓缩液具有低熔点、吸湿性强、高盐分的特性，这将会给喷雾干燥带来很大的难度。目前，国内外很少酵母企业采用此项技术，国内在喷雾干燥技术应用方面最为成功的酵母企业是安琪酵母公司。2.5 循环利用 2.5 循环利用 陈陪金、邱济怀28等进行了酵母废水内部循环利用研究。结果表明，循环使用废水后，每生产酵母一吨所需的糖蜜消耗减少 10.81%；一、二级离心分离后总废水的排放量减少 76.17%；一、二级分离废水总排放的 BOD5 减少 72.88%，COD 减少 62.58%。回收的一、二级分离废液混合物除含有

22、少量的发酵糖(0.2%0.4%)以外，还有一些无机氮及有机氮、甘蔗中的微量元素、发酵过程的中间产物以及一些没利用完的无机盐。通过调整发酵稀释率，将一、二级分离废水加以循环综合利用，一、二级分离废水总量的 76.17%回收循环利用；其余的 23.83%分离废水外排。但是，这种循环的方式存在的最大问题是：一是抑制物的积累越来越多；二是杂菌的污染，加大污染源。所以，推广应用仍存在一定的问题。2.6 生物流化床耦合工艺技术 2.6 生物流化床耦合工艺技术 曹臣19等人进行酵母废水生物流化床耦合工艺的应用实践，在总 HRT 低于 54 小时的操作条件下，当进水 COD 负荷分别为9.009.53kg/(

23、m3.d)和7.848.67kg/(m3.d)时，其COD平均去除率达到99.6%，NH3-N平均去除率分别为98.4%和98.3%，色度平均去除率分别为 98.0%和 98.5%，处理排放水达到广东省污染物排放限值（DB44/26-2001）中的一级排放标准。新型生物流化床与其它生物反应器相比较，新型生物流化床具有更强的耐有机负荷能力与更高的传质效率特性。同时，该反应器还具有运行管理简单，低能耗，少占地等特点。在没有污泥回流系统与二沉池的情况下，可以实现反应器中SRT和HRT的完全分离，延长了SRT，保证污泥在反应器内的高活性，并促进酵母废水中有机物降解与转化，确保系统稳定，经济，高效地运行

24、。实践表明，选用的流化床耦合工艺停留实践较短，有机负荷高及运行成本低，是酵母废水处理的使用技术。2.7 其它技术 2.7 其它技术 除了上述的酵母废水处理技术之外，还有吸附法，电化学法，堆肥，以废治废法等处理技术。3 结束语 随着我国酵母行业发展迅速，酵母废水处理量越来越大，只有解决酵好母废水处理问题，才能最终实现我国酵母行业与制糖业健康可持续发展的目标。上述各种处理技术各有优缺点，不同的生产企业可根据自己的企业特点采用不同 -96-的处理技术，通过用上述的处理技术，最终可实现酵母废水零排放目标，并能有效解决制糖业污染物的问题，实现糖厂向循环经济与清洁生产的可持续发展目标迈进。【参 考 文 献

25、】【参 考 文 献】1 刘文剑,刘扬林,等.糖蜜废水处理与资源化研究进展J.中国资源综合利用,2009,27(7):39-41.2 余景芝.酵母生产与应用手册M.北京:中国轻工业出版社,2005.3 贾成国,等.酵母废水预处理的研究探讨J.2011,27(1):77-79.4 高以炬.UF、NF 处理酵母废水可行性研究J.水处理技术,1997,23(1):12-18.5 吴松平,古国榜.糖蜜废水的物化处理与资源化利用的进展J.重庆环境科学,2001,23(3):56-60.6 王英珲,等.甘蔗糖蜜酒精废液综合治理与资源化利用J.广西轻工业,2010,144(11):75-76.7 成官文,等.

26、我国糖业废水处理进展及其污染防范对策以广西糖业为例J.桂林工学院学报，2000,20(9):52-56.8 梁欣泉等.甘蔗糖蜜酒精废液综合治理技术J.甘蔗糖业,2006,(5):33-38.9 卢平,曾丽璇.糖蜜酒精废水治理现状及展望J.环境污染治理技术与设备,2000,1(1):52-55.10 李亚伟,等.糖蜜酒精废水治理新技术J.广州环境科学,2006,21(3):9-12.11 欧胜彬,等.我国糖蜜酒精废液治理技术的回顾和展望J.广西广轻工业,2002,(4):10-11.12 SanchezH E P,Torula yeast wastewater treatment by down

27、flow anaerobic filtersJ.Biore Tech,1992,40(2):163-166.13 Janosz R M,Fermentation of food industry wastewaterJ.Wat Res 1993,27(7):1257-1262.14 Ciftci T,Ozturk I,Nine years of full-scale anaerobic-aerobic treatment experiences with fermentation industry effluentsJ.water Science and Technology,1995,32(

28、12):131-139.15 Nahid P,Vossoughi M,Alemzadeh I,Treatment of bakers yeast wastewater with a Biopack systemJ.Process Biochemistry,2001,37(5):447-451.16 国家环境保护局科技处，清华大学环境工程系,我国几种工业废水治理技术研究,第三分册,高浓度有机废水M.化学工业出版社,1988:157-159.17 周旋,刘慧,王焰新,等.酵母废水处理技术进展J.工业水处理,2007,27(7):8-11.18 Kalyuzhnyi0S,Gladchenko M,I

29、ntegrated biological(anaerobic-aerobic)and physico-chemical treatment of bakers yeast wastewaterJ.Wat Sci Tech,2005,152(10-11):273-280.19 曹臣,吴海珍,等.酵母废水处理技术分析及生物流化床耦合工艺的应用实践J.化工进展,2011,30(2):449-455.20 Catalkaya EC,Sengul F,Application of Box-Wilson experimental design method for the photo degradatio

30、n of baker s yeast industry with UV/H2o2 and UV/H2o2/Fe()processJ.Journal of Hazardous Materials,2006,128(2-3):201-207.21 Mutlu S.H,Yetis U,Gurkan T,etal.Decolorization of wastewater of a bakers yeast plant by membrane processesJ.water research,2002,36:609-616.22 Koyuncu I,Yalcin F,Ozturk I.Color re

31、moval of high strength paper and fermentation industries effluents with membrane technologyJ.Wat.Sci.Tech,1999,40(11-12):241-248.23 张志诚,等.超滤技术研究与应用M.海洋出版社,1993:171-172.24 繆燕江,孙宁川,杨家江.制糖废水用于农田灌溉的效果研究J.干旱环境监测,2004,18(3):163-165.25 许喜林.糖蜜酒精生产中几个问题的探讨J.甘蔗糖业,1998,(1):47-49.26 李胜超.当前我区甘蔗糖厂酒精废液几种处理方法的调查J.广

32、西轻工业,1999,(3):43-44.27 李知洪,肖冬光,梁音.以糖蜜为原料的酵母废水处理技术J.酸酒科技,2010,193(7):86-92.28 陈陪金,邱济怀,吴南君.酵母废水循坏利用的研究J.环境污染与防治,1993,15(5):12-14.（上接第 110 页）5 结语（1）试验研究表明，浮选的较佳入选细度为-0.074mm 约占 65%，相应的预筛粗头磨矿时间为 4 分钟，硫化矿再磨时间为 3 分钟，此时锡铅锑锌金属的综合选别指标较高。（2）试验结果表明，活化剂硝酸铅的加入在一定程度上可以提高铅锑精矿的质量和回收率。（3）磁黄铁矿对浮选锌精矿质量影响较大，“混浮-分离”流程增加

33、硫化矿磁选作业，可减少锌精选作业的抑制剂成本，有效提高锌精矿品位。（4）“混浮-（磁选）分离”流程闭路试验指标为：锌精矿含锌 47.70%，锌回收率 89.03%；铅锑精矿含铅 19.95%、锑 14.31%，回收率铅 71.04%、锑 72.20%；浮选尾矿含锡 0.63%，锡回收率为 88.70%；总尾金属损失率为铅 10.43%、锑 5.91%、锌 4.71%。试验综合指标达到了预期的要求。（5）低贫矿石预富集抛废后，可显著提高主选流程的入选品位，有利于降低浮选药剂成本，提高铅锑、锌精矿的选别指标。【参 考 文 献】【参 考 文 献】1 师伟红,刘守信.云南某铅锌多金属硫化矿选矿试验研究J.矿产综合利用,2009,(6):10-12.2 梁炳玉,周德炎.铜坑细脉带低贫矿石资源化综合回收的工艺技术研究报告R.柳州:华锡设计研究院,2012.3 魏宗武,陈建华,艾光华,等.硫化铅锌矿无氰