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1、第十章 发酵工业与环境保护,发酵工业废水的特性有机物和悬浮物含量高，易腐败。使接纳的水体富营养化，造成藻类等大量繁殖，迅速消耗水体中的溶解氧，造成水体缺氧，致使鱼类和其他水生动植物死亡；促使水底沉积的有机物质在厌氧条件下分解，产生臭气，恶化水质，污染环境。,第一节 发酵工业三废处理原理,一、衡量废水污染的指标1、总固体（Total Solids）悬浮性固体（Suspended Solid）+可溶性固体（Soluble Solid） ；2、悬浮物3、有机物（1）生化需氧量BOD（2）化学需氧量COD4、pH,二、废渣液综合利用原理,饲料肥料,三、生物法处理的原理,发酵工业废渣水处理方法物理法化学
2、法生物法,物理法,定义：应用物理作用没有改变废水成分的处理方法称为物理处理法； 废水经过物理处理过程后并没有改变污染物的化学本性，而仅使污染物和水分离。操作单元（Operating Units）：调节（Adjust）、离心分离（Centrifugal Separation）、除油（Oil Elimination）、过滤（Filtration）等。,化学法,定义：应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的方法称为化学处理。 污染物在经过化学处理过程后改变了化学本性，处理过程中总是伴随着化学变化；操作单元（Operating Units） ：中和（ Neutrali
3、zation）、化学沉淀（ Chemical Precipitation）、药剂氧化还原（Chemical Oxidation Reduction）、臭氧氧化(Ozone Oxidation )、电解(Electrolysis)、光氧化法(Photo- Oxidation)等。,生物法,定义：是利用微生物的代谢作用氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物，并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到净化的方法称为生物处理。,生物处理过程的实质是一种由微生物参与进行的有机物分解过程，分解有机物的微生物主要是细菌，其它微生物如藻类和原生动物也参与该过程，但作用较小。操作单元（Operati
4、ng Units） ：好氧生物处理(Aerobic Biological Treatment)、厌氧生物处理(Anaerobic Biological Treatment).,各种污染物处理技术的基本方法,（一）好氧生物处理的原理,好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。,废水的好氧处理是在提供游离氧的前提下，以好氧微生
5、物为主，使有机物降解的方法。其过程如下图。,特点,反应速度较快，所需反应时间较短，且在反应过程中，基本上没有什么臭气，较卫生，对BOD5浓度在600mg/L以下的废水较为适用。,什么是活性污泥？,由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,1、活性污泥法,（1）活性污泥的评价指标, 污泥浓度（MLSS）指曝气池单位混合液中所含悬浮固体的质量（g/L或mg/L），反映微生物的量。一般MLSS值控制在24g/L。 污泥沉降比(SV)取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥
6、的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。,污泥体积指数：SVI是指曝气池混合液静止30min后，1g干污泥湿时所占有的体积（mL/g）。即SVI（mL/g）SV/MLSS污泥的生物指标,污泥负荷：指单位质量污泥或单位体积曝气池在单位时间内所承受的有机物量。泥龄：又称为细胞平均停留时间，表示微生物在曝气池中的平均培养时间，即新增长的污泥在曝气池中平均停留时间。,（2）活性污泥处理废水的原理,就是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物。,活性污泥去除有机物的过程主要包括三个阶段, 吸附阶段 污水中的污
7、染物与活性污泥微生物充分接触过程中，被具有巨大比表面积（可达200010000m2/m3）且表面有多糖类粘性物质的活性污泥微生物所吸附及粘连，从而使污水得到净化。, 氧化阶段 活性污泥在有氧条件下，以吸附及吸收的一部分有机物为营养，进行细胞合成，以另一部分进行分解代谢，并释放能量。, 絮凝体的形成与凝聚沉淀阶段 氧化阶段合成的菌体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。,活性污泥法的基本流程,（3）活性污泥处理废水的影响因素, 溶解氧废水中的溶解氧应在0.32mg/L之间，此时好氧菌和兼性菌都能进行好氧呼吸。 pH值对好氧的处理，pH值应在69之间。温度水温在2040之间最为
8、合适。,微生物生长必须的营养由生物的组成可知所需的营养包括碳、氮、磷、硫以及微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。毒性物质多数重金属，如锌、铜、铅、铬等均含毒性，不利于微生物的成活。但如逐步提高有毒物质的浓度，则有可能在一定程度上，使其适应新环境，而提高处理效率。,2、生物膜法,生物膜法是依靠固着于固体介质表面的微生物来净化有机物的，因而这种方法亦称为生物过滤法。 主要的生物膜法有： 生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等； 生物转盘； 生物接触氧化法； 好氧生物流化床等。,（1）生物膜法的基本原理,生物膜的形成含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，
9、微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的成熟在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。,图5-7 生物膜结构示意图,生物膜的更新与脱落生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；厌氧的代谢产物增多，气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力，易于脱落。老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来。,（二）厌氧生物处理的原理,在隔绝与空气接触的条件下，借助兼性菌和厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生化降解的过程，称为厌氧生化处理法或厌氧消化法。,厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，主要依靠水解产酸细菌、
10、产氢产乙酸菌和甲烷细菌的联合作用完成。因此将厌氧消化过程分为三个阶段：,2、厌氧生物处理的影响因素,（1）温度温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解速率有关。工程上：中温消化温度为3038（以3335为多）；高温消化温度为5055。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于2。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。,（2）pH值,一般认为，实测值应7.27.4之间为好。低于7.0时，pH值并不稳定，有继续下降的趋势。低于6.5时，将使正常的处理系统遭到破坏。 如果有机物负荷太大，水解和产酸过程的生化速率大大超过气化速率，将导致挥发性脂肪酸的积累和pH值的下降，抑制甲烷细菌的
11、生理机能。最终使气化速率锐减，甚止停止。 一般原液的pH值为68。系统中挥发性脂肪酸浓度（以乙酸记）以不超过3000mg/L为佳。重碳酸盐及氨氮等物质是形成厌氧处理系统碱度的主要物质。一般要求系统中碱度在2000mg/L以上，氨氮浓度以介于50200ng/L为佳。,（3）废液的营养比例的影响,一般碳氮比为（1020）：1时消化效果较好。,（4）负荷,当有机物负荷很高时，甲烷菌处于是低效不稳定状态。负荷适中，pH77.2，呈弱碱性，是高效稳定发酵状态。当有机负荷小，供给养料不足，产酸量偏少，pH7.2是碱性发酵状态，是低效发酵状态。 在厌氧消化中，负荷常以投配率表示。投配率指每天加入消化池的生污
12、泥或有机废水的容积与消化池容积的比例。,（5）有毒物质和抑制性物质的影响,第二节 发酵工业三废的处理技术,一、综合利用技术（一）利用单细胞废渣液生产单细胞蛋白单细胞蛋白（SCP）：是指通过培养单细胞蛋白生物而获得的菌体蛋白质。用于生产单细胞蛋白的生物有：微型藻类、非病原细菌、酵母菌类和真菌。,（二）利用废渣液生产颗粒复混肥料,发酵废液的pH一般为4-9，含有N、P、K、Ca、Fe、Mg和Zn等元素以及大量有机物质，具有较高的肥效，回到土壤中能够直接促进植物的生长。同时，发酵废液也能够促进土壤中多种微生物的生长繁殖，这些微生物通过产生各种生理活性物质促进植物的生长。,二、活性污泥法处理技术,1、
13、传统活性污泥法,废水,曝气池,出水,曝气池内污水与污泥混合后呈推流式从池首向池尾流动，活性污中连续完成吸附和代谢过程。曝气池混合液在二沉池去除活性污泥悬浮固体后，澄清液作为净化水流出。沉淀的污泥一部分以回流形式返回曝气池，再起净化作用：另一部分作为剩余污泥排出。传统活性污泥法的BOD负荷是0.20.4kg/kgd，一般在0.3左右净化效果和沉降性能均甚好。,主要优点：a. 处理效果好：BOD5的去除率可达9095%；b. 对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。主要问题： a. 为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b. 在池末端可能出现供氧速率
14、高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；c. 对冲击负荷的适应性较弱。,2、完全混合活性污泥法,主要特点：a. 进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；b. 适合于处理较高浓度的有机工业废水。,3、分段进水（阶段曝气）活性污泥法,多点进水活性污泥法的工艺流程,主要特点：a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，有利于降低能耗；b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；,4、延时曝气活性污泥法 完全氧化活性污泥法,1)主要特点： a. 有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，无需再进行
15、处理； b. 处理出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性； c. 在某些情况下，可不设初沉池。2)主要缺点： 池容大、曝气时间长，占地面积大； 建设费用和运行费用高；3）适用条件： 出水水质高，小规模，水量一般在1000m3/d以下。,5、吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法,工艺流程,1)主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积之和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。2)
16、主要缺点： 对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。,三、生物膜法处理技术,1、曝气生物滤池法2、生物转盘法3、生物接触氧化法,四、厌氧生物处理技术,1、普通厌氧消化池,在一个消化池内进行酸化，甲烷化和固液分离。设备简单。反应时间长，池容积大。污泥易随水流带走，消化器内难以保持大量的微生物细胞。搅拌方式有三种：池内机械搅拌；沼气搅拌；循环消化液搅拌。容积负荷为26kgCOD/m3d。,2、厌氧接触法,用沉淀池分离污泥并进行回流。消化池中进行适当搅拌，池内呈完全混合。能适应高有机物浓度和高悬浮物的废水。有一定抗冲击负荷能力，运行较稳定，不受进水悬浮物的影响。
17、负荷高时污泥会流失。设备较多，操作上要求较高。污泥浓度1015g/L，容积负荷210kgCOD/m3d。,3、上流式厌氧污泥床反应器,消化和固液分离在一个池内。微生物量特高。负荷率高(1020kgCOD/m3d)。总容积小。能耗低，不需搅拌。污泥浓度可达4080g/L。,4、厌氧生物滤池和厌氧生物转盘,微生物固着生长在滤料表面。适用于悬浮物量低的废水。设备简单，能承受较高负荷。出水悬浮固体低。底部易发生堵塞，填料费用较贵。容积负荷216kgCOD/m3d。,5、厌氧流化床,池内充填粒径为0.5mm左右的挂膜介质，全部悬浮于上升水流中，废水常需回流。负荷率高(1040kgCOD/m3d)，反应器内VSS浓度可达60g/L，容积小，抗冲击负荷能力强。但管理较复杂。,6、两步厌氧法和复合厌氧法,酸化和甲烷化在两个反应器进行。两个反应器内可以采用不同反应温度。能承受较高负荷，耐冲击。运行稳定。,
