檸檬酸又叫第一食用酸味劑，被廣泛應(yīng)用于食品、化工、鑄造、電子、紡織、塑料等工業(yè)領(lǐng)域。我國是世界上最大的檸檬酸生產(chǎn)國和出口國，出口量在全球檸檬酸貿(mào)易總量中的比重超過了60%。但檸檬酸在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高濃度廢水又會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。檸檬酸生產(chǎn)過程中是以薯干或玉米為原料，經(jīng)過處理、發(fā)酵、提取、精制等工序而制成。

檸檬酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要來自發(fā)酵和提取工序產(chǎn)生的廢液、洗糖水、洗罐水和洗濾布水，主要含有淀粉質(zhì)、蛋白質(zhì)、各種有機(jī)酸、生產(chǎn)菌體所分泌的酶、發(fā)酵殘留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等有機(jī)物，COD濃度為2000-3000mg/L，屬高濃度有機(jī)廢水。

一、檸檬酸廢水來源及水質(zhì)特點(diǎn)

檸檬酸廢水的產(chǎn)生主要來自洗濾布水、過濾水、洗檸檬酸鈣和離子交換等工段。在檸檬酸液中，大部分是檸檬酸，但還含有一部分糧食粉渣和菌絲體以及其他代謝產(chǎn)物和雜質(zhì)，經(jīng)板框壓濾后將固性物分離出來，含檸檬酸的上清液則用中和生成難溶性的檸檬酸鈣，從而從發(fā)酵液內(nèi)沉淀出來，實現(xiàn)與其他可溶性雜質(zhì)的分離。沉淀液再次通過帶式壓濾機(jī)過濾，產(chǎn)生大量的濾除廢水，一般成濃糖水。濾出的固性檸檬酸鈣用熱水清洗，產(chǎn)生洗糖廢水，加上過濾工藝產(chǎn)生的洗濾布水，就構(gòu)成了檸檬酸生產(chǎn)廢水處理的廢水屬于可生化性好的高濃度的有機(jī)廢水，呈酸性，主要處理指標(biāo)為COD、SS和PH。其特點(diǎn)有：

1、廢水有機(jī)物濃度高，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，主要原因是廢水中鈣離子濃度高。

3、由于生產(chǎn)工藝不同，硫酸根含量波動很大。

4、廢水產(chǎn)生量大且不均勻。檸檬酸廢水的這些特點(diǎn)決定了生化反應(yīng)器與處理工藝的選擇。

二、處理方法

目前，我國主要采用生物法對檸檬酸廢水進(jìn)行處理，主要有以下幾種方法。

1、厭氧生物法

厭氧生物法是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物 (包括兼氧微生物) 的作用，將廢水中的各種有機(jī)物分解為甲烷和二氧化碳的過程，同時把部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為細(xì)菌體，通過氣、液、固分離，使廢水得到凈化的一種廢水處理方法。

（1）管道消化式厭氧消化器

管道消化式厭氧消化器是在其內(nèi)充填填料作為微生物的載體，能滯留高濃度厭氧活性污泥，增強(qiáng)耐進(jìn)水低PH和耐負(fù)荷變化的能力。其優(yōu)點(diǎn)是酸性的高濃度廢水無需進(jìn)行 PH 調(diào)整可直接進(jìn)入處理系統(tǒng)，從而減少了藥劑耗量，降低運(yùn)行的成本，便于管理操作。缺點(diǎn)是其存在污泥流失現(xiàn)象，需要定期排泥。

（2）高溫厭氧消化池

高溫厭氧消化池具有消化時間短、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行的費(fèi)用低、有機(jī)物去除率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，其需要對廢水進(jìn)行升溫，需要消化額外的能量，因此，只適用于原廢水溫度較高的情況。

（3）UASB反應(yīng)器和水循環(huán)UASB反應(yīng)器

上流式厭氧污泥床(UASB)在國外已普遍推廣使用，我國在20世紀(jì)90年代初開始有公司應(yīng)用UASB技術(shù)處理檸檬酸廢水，UASB反應(yīng)器的關(guān)鍵技術(shù)是固(污泥)液(廢水)氣(沼氣)三相分離器和配水系統(tǒng)，其中固、液、氣三相分離采用斜板分離器，配水系統(tǒng)采用脈沖配水。該反應(yīng)器消化和固液分離在一個池內(nèi)，微生物濃度高，具有良好的沉淀性能，有機(jī)負(fù)荷去除率高。但是UASB反應(yīng)器在運(yùn)行中會出現(xiàn)短流、死角和堵塞等問題，為了解決這些問題，開發(fā)了具有第三代反應(yīng)器特點(diǎn)的水利循環(huán)UASB反應(yīng)器，主要由布水系統(tǒng)、粗處理區(qū)、承載板、精處理區(qū)、三相分離系統(tǒng)、出水堰以及循環(huán)系統(tǒng)組成。水力循環(huán)UASB反應(yīng)器在運(yùn)行過程中，廢水由進(jìn)水泵經(jīng)進(jìn)水管連同回流水一起進(jìn)入布水系統(tǒng)，經(jīng)過布水系統(tǒng)的均勻分配以一定的流速自反應(yīng)器的底部進(jìn)入反應(yīng)器，水流依次流經(jīng)粗處理區(qū)、承載板、精處理區(qū)、三相分離器到上部沉淀。其主要優(yōu)點(diǎn)有傳質(zhì)效果好、易保留高濃度的污泥、具有酸化自平衡能力、抗緩沖能力強(qiáng)、啟動快等。

2、好氧生物法

好氧生物處理法可分為活性污泥法和生物膜法兩類?；钚晕勰喾ū旧砭褪且环N處理單元，它有多種運(yùn)行方式。生物膜法有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池及生物流化床等。氧化塘和土地處理法即自然生物處理。氧化塘有好氧塘、兼氧塘、厭氧塘和曝氣塘等；土地處理法有灌溉法、滲濾法、浸泡法及毛紉管凈化法等。

（1）活性污泥法

活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體好氧處理有機(jī)廢水的生物處理方法。這種生物絮體叫做活性污泥。它是由具有活性的微生物(包括細(xì)菌、真菌、原生動物和后生動物等)、微生物自身氧化的殘留物、吸附在活性污泥上不能為生物所降解的有機(jī)物和無機(jī)物組成。其中，微生物是活性污泥的主要組成部分，而細(xì)菌是活性污泥在組成和凈化功能上的中心。活性污泥法能夠去除廢水中的有機(jī)物是經(jīng)過吸附、微生物代謝、凝聚和沉淀三個過程完成的。

（2）間歇曝氣活性污泥法

間歇曝氣活性污泥法簡稱SBR(Sequencing BatchReactor)，自20世紀(jì)80年代以來在處理間歇排放的、水質(zhì)水量變化很大的工業(yè)廢水中得到了極為廣泛的應(yīng)用。SBR法的進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水及閑置等幾個運(yùn)行階段(使其具有厭氧法和好氧法的協(xié)同作用，水質(zhì)水量變化適應(yīng)性強(qiáng)、出水水質(zhì)好、不存在活性污泥膨漲等問題；且操作簡單、運(yùn)行可靠、易于實現(xiàn)自動化。

3、乳狀液膜法

乳狀液分離技術(shù)是一種新興的節(jié)能型分離手段，它是通過兩液相間形成的界面液相膜，將兩種組成不同但又互相混溶的溶液隔開，經(jīng)選擇性滲透，將物質(zhì)分離提純的一種工藝方法。液膜分離技術(shù)是一項高效、快速、節(jié)能的新型分離技術(shù)，近年來，液膜分離技術(shù)在重金屬分離、生物工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展，尤其在處理高濃度有機(jī)廢水方面，液膜法取得了顯著的成績。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，乳狀液膜工藝處理檸檬酸工業(yè)廢水，具有工藝簡單，高效快速，易于工業(yè)化；在較為適宜的液膜操作工藝條件下，廢水中的COD去除率甚至能達(dá)到99%；乳液使用后通過低電壓破乳，還可以重復(fù)多次使用，而且效果基本不變等優(yōu)點(diǎn)。但乳狀液膜處理工藝也存在一些不足：主要是在分離過程中需要經(jīng)過制乳、提取、破乳等多到工序，工藝較為復(fù)雜，對操作的技能要求較高。

4、生產(chǎn)飼料酵母法

選擇生產(chǎn)飼料酵母法處理檸檬酸廢水，其工藝的原理是利用酵母菌種可以抵pH值下正常生長的特點(diǎn)，簡化了滅菌環(huán)節(jié)，大大降低了蒸汽消耗及耐壓設(shè)備的投資。檸檬酸酸中和廢水培養(yǎng)酵母工藝流程菌種具有很好絮凝性，靜置一段時間后可使大部分酵母菌沉降下來。

5、UASB工藝法

厭氧生化處理工藝從最初的消化池、化糞池，到第二代的AF（厭氧濾池）反應(yīng)器和UASB（上流式厭氧污泥流化床）反應(yīng)器，發(fā)展至現(xiàn)在已經(jīng)在試驗第三代EGSB（厭氧顆粒污泥膨脹床）反應(yīng)器等。目前在檸檬酸廢水處理中最常用的厭氧生化處理裝置為上流式厭氧污泥床反應(yīng)器。該裝置由一個反應(yīng)區(qū)的氣，液，固三相分離區(qū)，擁有大量的沉降性能和生物活性的厭氧顆粒污泥，形成的污泥床反應(yīng)區(qū)下部，需要處理的污水污泥床底部入口和污泥接觸。有機(jī)化合物的微生物在廢水生產(chǎn)沼氣，水、氣、泥混合了三相分離器后進(jìn)入集氣室的氣體排出，水和污泥沉淀室，在重力作用下泥水分離。污泥返回到反應(yīng)區(qū)，沉淀區(qū)上部的上清液排出。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時間不長，沒有填料，無污泥回流裝置和混合裝置，降低了運(yùn)行成本。

6、EIC厭氧反應(yīng)工藝

EIC厭氧反應(yīng)器是繼UASB之后的一種新型厭氧反應(yīng)器。EIC處理的檸檬酸廢水優(yōu)于UASB。主要體現(xiàn)在：

（1）EIC有較高的容積負(fù)荷

EIC下反應(yīng)室所產(chǎn)生的沼氣被中部的集氣器所阻隔，不能進(jìn)入上反應(yīng)室，上反應(yīng)室因此能保持較低的產(chǎn)氣負(fù)荷，污泥不易流失。下反應(yīng)室的沼氣只能進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，但這種循環(huán)只發(fā)生在下反應(yīng)室，從而大大增加了下反應(yīng)室的水力負(fù)荷。高水力負(fù)荷能提高傳質(zhì)速率，這是EIC有較高容積負(fù)荷的根本原因。

（2）EIC厭氧出水水質(zhì)較好

在啟動運(yùn)行過程中，把絮狀污泥從EIC中完全洗出，在顆粒污泥條件下運(yùn)行，厭氧出水中的污泥含量很少，出水不顯黑色，呈淡黃色，水質(zhì)較好。檸檬酸廢水COD去除率可達(dá)到88% 左右，如果增加二級厭氧，進(jìn)一步去除SS，COD去除率可達(dá)到95%以上。

（3）EIC內(nèi)不會結(jié)垢

在UASB中常可見到大量的結(jié)垢，導(dǎo)致處理能力下降。但在EIC中，由于上升流速大，細(xì)微顆粒能從EIC中洗出，故不易結(jié)垢。94%的鈣會隨厭氧出水排出，這可能是EIC不結(jié)垢的一個原因。因此，EIC可長期穩(wěn)定運(yùn)行。

檸檬酸廢水有機(jī)污染物濃度高，采用生化處理為主的工藝可取得良好效果。根據(jù)廢水中有機(jī)物的特征，采用生物處理法、活性污泥法、EIC厭氧反應(yīng)法等對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理，可實現(xiàn)廢物的資源化，減輕廢水達(dá)標(biāo)排放處理的負(fù)擔(dān)，是廢水處理實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)一的先進(jìn)技術(shù)。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)上述工藝技術(shù)的研發(fā)，將對檸檬酸或同類高濃度有機(jī)廢水的處理有著重要的意義。