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1、微生物制药工艺及反应器,生物工程系讲师：赵德胜,第九章 环境保护及三废的防治,Company Logo,第九章 环境保护及三废的防治第一节 发酵工业废气的处理 三废指的是什么？废气、废液、废渣的总称。废渣是固体废弃物的简称。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,1.工业废气的分类及一般处理方法 气体状污染物（粉尘、SO2）采用气体净化。方法有：吸收、吸附、化学催化。气溶胶状污染物（发酵废气）采用除尘、除雾。方法有：重力沉降除尘、旋风分离除尘、湿式除尘、袋式除尘、静电除尘等。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,2.发酵废气（发酵液和微生物）的处理
2、流程 气体冷凝回收发酵液气体碱液处理贮气罐高温储存排放。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,第二节 发酵工业污水的处理 一、发酵工业污水的主要成分及对环境的影响 制药发酵工业多采用加工过的粮食作培养基，提取产品以后的发酵液还有剩余的培养基、菌体蛋白、脂肪、纤维素、各种生物代谢产物、降解物等。而且在提取纯化工艺中又人为加入了许多有机溶剂及酸、碱等物质，这些成分都会造成自然水域的污染，所以对排放废液的净化处理显得更为迫切和必要。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,这种高浓度的有机废水，主要造成受纳水体的缺氧污染。使江河渠道中的水质发臭变黑，破坏水
3、体中的正常生态循环，使渔业生产、水产养殖、淡水资源、人畜饮水等遭受破坏，恶化了人类的生存环境。所以需要在排放之前进行处理，避免污染环境。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,二、发酵工业污水的常用衡量指标 1.化学需氧量（COD）在规定的条件下，用氧化剂处理水样时，与溶解物和悬浮物消耗的该氧化剂数量相当的氧的质量浓度，mg/L。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,化学需氧量的直观体现：在一定的条件下，采用一定量的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂的质量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含
4、量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,2.生化需氧量(BOD)在规定条件下，水中有机物和无机物用生物氧化所消耗的溶解氧的质量浓度，mg/L。它说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。生化需氧量值越高说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,在测定生化需氧量(BOD)时，为了使检测资料有可比性，一般规定，在五天的时间周期内，在一定温度下用水样培养微生物，并测定水中溶解氧消耗情况，称为五日生化需氧量，
5、记做BOD5。BOD5数值越大证明水中含有的有机物越多，因此污染也越严重。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,三、发酵工业废液的特点 一般含菌丝体、未用完的培养基、无机盐类、有机溶剂、部分目标产物，重金属含量低，化学需氧量COD较高。大多数发酵废液COD平均为1000050000 mg/L,超标倍数达50250倍，污染程度较严重。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,四、发酵工业废水的生物处理技术 工业废水的处理方法一般有物理、化学、物化、生物处理四种，发酵工业的废水一般以生物处理为主。生物处理法主要是通过自然界广泛存在的微生物的新陈代谢作用，
6、将废水中的有机物氧化分解为稳定的无机物，以去除污水中悬浮状态、胶体状态以及溶解的有机污染物质的一种方法。又分好氧处理和厌氧处理。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,好氧处理和厌氧处理比较,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,、好氧生物处理的基本原理 所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类。废水好氧生物处理分为活性污泥法和生物膜法。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,1.活性污泥法 基本原理 由好气性微生物（包括细菌、真菌、原生动物
7、和后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成的微生物絮凝体叫做活性污泥。具有降解废水中有机污染物及部分利用无机物的生物化学活性。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,活性污泥法的基本原理：就是以呈悬浮状的微生物絮凝体为主体，利用其吸附凝聚和氧化分解作用来净化废水中有机物及部分无机物的处理工艺。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,C
8、ompany Logo,活性污泥法的基本流程 活性污泥法的发展与应用已有近百年的历史，发展了许多行之有效的运行方式和工艺流程，但其基本流程是一样的，如图所示。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,活性污泥法的设备是由初沉池、曝气池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出系统所组成的。,Company Logo,活性污泥法的工艺流程：废液初沉池曝气池二次沉淀池 供氧 活性污泥回流剩余污泥处理处理水排出。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应
9、器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,流程中的主体构筑物曝气池是一个生物反应器。废水经过初沉后，进入曝气池与池内活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气。一方面使活性污泥得到足够的搅拌而呈悬浮状态，废水与活性污泥充分接触；另一方面，通过曝气，向活性污泥供氧，保持好氧条件，保证微生物的正常生长与繁殖。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混
10、合液进入二次沉淀池，进行固液分离，净化的废水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流入曝气池进口，与进入曝气池新的废水再次混合。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,回流污泥的目的是使曝气池内保持足够数量的活性污泥。通常，参与分解废水中有机物的微生物的增殖速度，都慢于微生物在曝气池内的平均停留时间。因此，如果不将浓缩的活性污泥回流到曝气池，则具有净化功能的微生物将会逐渐减少。污泥回流后，净增殖的细胞物质将作为剩余污泥排入污泥处理系统。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,影响活性污泥净化废水的主要因素 溶解氧（DO）：指溶解在水中的氧含量约2mg/L。水
11、温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或突降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度1530。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,营养物质：细胞组成中，C、H、O、N约占9097%；其余310%为无机元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加营养物质。而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD:N:P=100:5:1 投加N和P；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等，微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等，根据需要适量投加。,微生物制药工
12、艺及反应器（第九章）,Company Logo,pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.58.5之间；pH 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。有毒物质（抑制物质）：重金属；氰化物；H2S；卤族元素及其化合物；酚、醇、醛等。有机负荷率：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物利用。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,2.生物膜法 基本原理 框架型载体在发酵废液池中浸泡一段时间以后，在载体表面形成一层膜状活性污泥层，这层活性污泥层即被称之为生物膜。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Lo
13、go,工艺流程 生物膜是由多种微生物在载体表面组成，絮状结构、表面积大、吸附能力强，通过沉积或吸附废液中的有机物质为培养基，在膜表面进行繁殖代谢。当微生物的繁殖使膜的厚度增加到一定程度后，其内部深处由于供氧不足而转变为厌氧状态，使其在载体上的附着力下降，开始脱落，并随水流进入二沉池，随后在载体表面又会长出新的生物膜。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,活性污泥法与生物膜法的区别,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,、厌氧生物处理原理 1.所谓“厌氧”：是在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。废水厌氧生物
14、处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵。是指在厌氧条件下，在多种厌氧或兼性微生物的共同作用下，使有机物分解并产生甲烷CH4和CO2的过程。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,2.有机物在厌氧条件下降解的三个阶段：第一阶段：可溶性和不溶性大分子水解为可溶性小分子。第二阶段：产酸和脱氢阶段。主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与反应的为发酵细菌或产酸细菌。第三阶段：产甲烷阶段。是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2。主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,、发酵工
15、业污水的处理程序：预处理，去除有害成分厌氧发酵好氧发酵安全排放。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,第三节 发酵工业废渣的处理 发酵工业的废渣主要是污泥和废菌渣。一、废菌渣的处理 1.气流干燥工艺过程。2.厌氧消化工艺过程。3.焚烧，是最常用的处理办法。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,二、污泥的处理 1.污泥的前处理积累贮存，去杂粒，粉碎；2.污泥浓缩重力、气浮及离心浓缩；3.污泥的调节改善污泥的脱水性能；4.污泥的脱水与干化机械脱水或砂滤床脱水、自然干化及热干化；5.污泥的热处理干燥处理或焚烧。焚烧是无害化、稳定化处理污泥的最有效方法。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,第三类就业单位 水务局、自来水厂、纯净水、饮料生产企业、污水处理厂。环保局、环境监测站、环境规划治理类公司。,微生物制药工艺及反应器（第九章）,Company Logo,作业：1、三废指什么？2、什么是化学需氧量和生化需氧量？3、活性污泥？4、简述活性污泥法的基本原理和工艺流程？,微生物制药工艺及反应器（第九章）,为了生存 学长一技,改善生存状况的欲望是最好的老师,改变命运的渴望是学习的根本动力,为了体面的活着,
