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1、第六章 食品工业废弃物处理和应用,食品工业的三废处理食品工业废弃物的利用,第一节 食品工业的废弃物的种类与特点,一、食品工业废渣的种类和特点 大部分都是无害的,无毒的,一般可以直接作为家禽的饲料,也可以作为固体发酵产品或单细胞蛋白的生产原料.来源企业:酒厂淀粉厂味精厂屠宰场等等,一、食品工业废水的种类和特点种类多,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。,二、废水的水质污染指标,生化需氧量（BOD）水中的有机物在好氧性微生物作
2、用下进行氧化分解时所消耗的溶解氧的量，用它来间接表示废水中有机物的含量。实际测定时采用20条件下，5天的BOD值，单位mg/L。,化学需氧量（COD）表示废水中有机物在化学氧化过程中所消耗氧的量。COD越高，表示废水中有机物越多。常用强氧化剂重铬酸钾来测定，单位mg/L。COD测定需时短，不受水质限制，可作为水中有机物污染物含量的一种间接指示。COD一般较BOD高，它们的差值表示不能被微生物降解的那部分有机物的含量。,悬浮固体（SS）也称悬浮物，指不溶于水但悬浮于水中的固体物，即使在静止条件下也不易沉淀，是废水的重要污染指标之一。酸度、碱度 一般用pH表示。pH超过一定范围，对废水的处理及综合
3、利用，水生生物的生长繁殖均有很大影响。,有毒物含量:主要是一些重金属和有机致癌化合物等等.此外还有颜色臭味等综合性指标,在污水排放时.,废水的排放标准,我国规定的水系水质,可按照三种标准进行管理:1 供人饮用水和风景游览区的标准.2 农业灌溉区养殖鱼类和其他水生生物的水源,要保证动植物生存.3 工业用水,必须保证符合工业生产需要.,三、食品工业废水处理的方法,1.一级处理 主要指预处理,即用机械方法或简单的化学方法去除水中的固形物,悬浮固体和漂浮的油脂层,以及初步中和酸、碱度等。一级处理只能除去BOD的30%左右。,2.二级处理 用生物处理法除去可溶性有机物。一般能除去9095%的固体悬浮物和
4、8095%的BOD。二级处理可大大改善水质，甚至可使出水水质达到排放标准。,3.三级处理（深度处理）进一步除去二级处理未能除去的污染物质,其中包括微生物未能降解的有机物,磷和氮等能导致水体富营养化的可溶性无机物等。所使用的方法有生物脱氮法、混凝沉淀法、活性炭过滤法、离子交换法等。三级处理只是在严重缺水地区,要求工业废水闭路循环或接纳废水的水体作为水源时才考虑。,（一）物理法,常用于废水的一级处理或预处理,它既可作为独立的处理方法,也可用作化学处理、生物处理的预处理方法。常用的物理处理法有:沉降与气浮、隔截与过滤、离心分离、重力分离及蒸发浓缩等。物理法简单,经济,但往往不能达到理想的处理效果,还
5、需要配合使用其他方法。,（二）化学处理法,借助于化学反应的作用,以去除或回收废水中溶解物或胶体物质的方法,可达到回收有用物质,降低废水中的酸、碱度,去除金属离子,氧化某些有机物等目的。常用的化学处理法有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原法等。由于化学处理法常需采用化学药剂和材料,处理费用较高。,（三）物理化学处理法,利用传质过程,分离废水中溶解性物质,回收有用成分,使废水得到深度处理,常用的物理化学处理法有浮选、汽提、吹脱、萃取、吸附、电渗析等。,（四）生物处理法,利用微生物的代谢作用,使废水中呈溶解、胶体状态的有机物转变为稳定、无害的物质。生物处理法是食品废水整个处理过程的关键。按起作用的
6、微生物对氧的要求不同，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。,1.好氧生物处理法,在好氧微生物的氧化分解过程中，废水中呈溶解性的有机物首先透过细菌的细胞壁被细菌吸收。而固体有机物与胶体有机物先被细菌所吸附，并在细菌所分泌的胞外酶作用下分解成溶解性物质，然后再渗入细菌细胞内。,进入细胞内的溶解状有机物在胞内酶的作用下，一部分被氧化分解成简单的无机物，如CO2、H20、NO3、NH3、PO43和SO42等，同时放出能量。,细菌利用这部分能量作为其生命活动的能源，将另一部分有机物作为其生长繁殖的营养物质，合成新的细胞物质，使细菌得以增殖。,要求废水中有机物应有一定浓度，以BOD计，一般应为100500m
7、g/L。BOD与其主要营养物氮和磷的比例关系为BOD:N:P=100:5:1。要求废水的pH为69。常见的好氧微生物有：好氧细菌、真菌、原生动物、藻类等。其中数量最多、作用最大的是细菌。,1.好氧生物处理法,活性污泥法 向富含有机物并有微生物的废水中不断打入空气，使其中的微生物生长繁殖，一定时间之后就会出现絮状泥粒，它具有很强的分解有机物的能力，称之为活性污泥。利用活性污泥处理废水的方法就是活性污泥法。,生物膜法 好氧微生物在有充足的氧和丰富的有机物的条件下迅速繁殖起来，在介质(滤料或转盘)表面形成一层由各种微生物组成的薄膜，即生物膜。因此称之为生物膜法。,2.厌氧生物处理法,也称为厌氧消化或
8、厌氧发酵，就是在厌氧条件下，利用微生物对有机物进行降解的过程。消化过程分两个阶段进行，即酸性发酵和碱性发酵阶段。,酸性发酵阶段：废水中的复杂有机物在产酸菌的作用下，分解为简单的有机酸，包括甲酸、丁酸、醇、氨和硫化物等。碱性发酵阶段：参与作用的微生物是甲烷菌，代谢产物主要是甲烷和二氧化碳，及少量的氨、氢、硫化氢等。,3.厌氧好氧生物处理法,4.自然生物处理法,生物氧化塘 利用水中自然存在的微生物和藻类，对有机废水进行好氧和厌氧生物处理的天然或人工池塘。土地处理系统 利用土壤及其中的微生物和植物根系对污染物的综合净化能力处理食品工业废水，同时利用废水中的水分和肥分来促进农作物、牧草或树木生长与增产
9、的系统设施。,第二节 食品工业废弃物的利用,一、食品工业废水的利用利用废水生产单细胞蛋白（SCP）利用废水生产能源,二、食品加工固体废物的利用,饲料应用食品和食品添加剂提取利用疗效成分,单细胞蛋白（SCP）的开发,蛋白质资源短缺是全世界面临的重大课题，特别是发展中国家日趋严重，为此，各国都在重视加强开发蛋白质资源研究。单细胞蛋白质是食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源，也是一条生产人类蛋白质食品资源的有效途径，目前已发展成为与人类生存有密切关系的生物工程产业。单细胞蛋白又称微生物蛋白或菌体蛋自，一般是指酵母、非病性细菌、微型菌、真菌等单细胞生物体内所含蛋白质，其粗蛋白含量可达4570，且各种氨基
10、酸搭配合理，维生素含量高，而作物中蛋白质含量最高的大豆仅达3545。在国际上，单细胞蛋白总产量达250万t，其中前苏联为130万t、美国80万t。60年代中期，生产单细胞蛋白的原料主要以石油、乙醇、甲醇及天然气为主。70年代中后期，由于世界范围的石油危机转向以工业废料、农副产品加工下脚料及农作物粗纤维为主要原料生产单细胞蛋白，这类资源来源广泛，成本低廉，成为当今各国生产单细胞蛋白的主要方向,SCP的优点：第一，生产效率高，比动植物高成千上万倍，这主要是因为微生物的生长繁殖速率快。第二，生产原料来源广，一般有以下几类：农业废物、废水，如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水
11、；工业废物、废水，如食品、发酵工业中排出的含糖有机废水、亚硫酸纸浆废液等；石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；H2、CO2等废气。第三，可以工业化生产，它不仅需要的劳动力少，不受地区、季节和气候的限制，而且产量高，质量好。,单细胞蛋白（SCP）的开发,1应用微生物生产SCP的优点 细胞的蛋白质含量高达50%左右，并含有多种氨基酸、维生素、矿物元素和粗脂肪等营养成分，易被人畜消化吸收；微生物繁殖快，短时间可获得大量产品；微生物对营养要求适应性强，可利用多种廉价原料进行生产；微生物的生长条件完全受人工控制，可在工厂中大量生产。2开发单细胞蛋白常用菌种及其使用的主要原料 开发SCP的
12、微生物主要是酵母菌，其次藻类。用于生产SCP的原料有以下几类：工农业生产的废弃物和下脚料，如纸浆废液、啤酒废渣、味精废液、淀粉废液、豆制品废液；碳水化合物类，如淀粉质和纤维质的水解糖液；碳氢化合物类，如甲烷、乙烷、丙烷及短链烷烃；石油产品类。,第四节 生物膜法处理污水,生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，
13、再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法具有以下特点：（1）对水量、水质、水温变动适应性强；（2）处理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量小（约为活性污泥法的34）且易于固液分离；（4）动力费用省。,二、生物膜常见的微生物,最新技术：复合微生物菌群（EM）EM是由日本琉球大学比嘉照夫教授研制出来的含有5 科10 属80 多种微生物，以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为代表性微生物的有效微生物菌群。其间的各种微生物在生长过程中通过相互间的共生增殖关系，形成一个复杂的微生态系统，并发挥多种功能。80年代后期，EM在水处理领域得到
14、广泛的应用和研究，如处理生活污水，高浓度工业废水，富营养水体等。,生物膜处理的方法,（1）曝气生物滤池曝气生物滤池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹没式曝气生物滤池。国外从20世纪初开始进行研究，于80年代末基本成型，后不断改进，并已开发出多种形式。在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物，定期反冲洗等特点于一体。,曝气生物滤池工艺是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，其基本原理是：在滤池中装填一定量粒径较小的颗粒状滤料，滤料表面附着生长生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，污染物
15、、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。,曝气生物滤池工艺作为一种新型生物处理技术，从诞生至今经历了一段快速发展的过程，最初仅用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理，现在已经应用到水体富营养化控制，中水回用和微污染水、高浓度废水、城市生活污水处理
16、等各个领域，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体功能于一身，节省了后续二沉池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。,根据污水在滤池运行中过滤方向不同，曝气生物滤池可分为上向流和下向流滤池，但池型结构基本相同，其主体都是由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。上向流曝气生物滤池在结构上采用气水平行上向流态，同时采用强制鼓风曝气技术，使气、水得到极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高且能耗低；同时，采用气水平行上向流，使空间过滤作用能被更好地运用，空气能将污水中的悬浮物带入滤床深处，在滤池中得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，
17、减少清洗时间和清洗需水、气量。早期曝气生物滤池应用形式大多采用下向流，近些年来由于下向流形式的诸多缺陷以及上向流形式的众多优点在应用中被证实，上向流曝气生物滤池的应用和研究也因此逐渐成为主流。,（2）生物接触氧化法,生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术。是具有活性污泥法特点的生物膜法，兼具两者的优点。附着在填料上的生物膜是生物接触氧化处理系统的主体作用物质。由于生物接触氧化法工艺中需要大量的软性或半软性填料，使运行维护困难，且投资增大。较之普通活性污泥法，占地面积大大减小，耐冲击负荷能力明显提高，但其动力消耗大、处理效率较低。,该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生
18、物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。,生物接触氧化法具有以下特点：1、由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；2、由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；3、剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。,食品工业废渣生物质（biomass）,生物质是一种通过大气,水,大地以及阳光产生的持续性资源.生物质如果不通过能源或物质方式被利用,微生物会将它分解
19、成基本成分水,二氧化碳以及热能.人类利用生物质为能源来源,无论是作为粮食,取暖,发电或生产液体燃料,都符合大自然的循环体系,生物质数量方面的潜能几乎无限,因为地球上不断成长的植物远远高过我们的能源需求量.所谓的净基本产量(NET PRIMARY PRODUCTION-NPP)(NPP),指的是每年储存近生物质的太阳能,相当于 500 亿吨原油单位(标准油).人类目前的基本能源需求量却是 97 亿吨标准油.当然,只有部分生物质可以通过生态,技术和经济合理的方式得到利用.但是,目前已经具备这些条件生物质的数量已经非常巨大了.通过重新造林培养占世界地面 25%的荒地和空地还可以提高能源农作物产量.联
20、邦德国境内每年成长的木材利用率才达到三分之二.剩余的产量在森林保留着-可以说是备用生物质.,这些备用资源 50%的原料潜能就足够提供十一大型太阳柴油厂的原料量,相当于生产250 万吨太阳柴油.此外,每年 4 千万吨的农业秸杆无法利用而被送回耕地,相当于400 万吨太阳柴油或联邦德国 14%的年柴油需求量.如果利用德国 10%的耕地生产提供给太阳柴油工艺的农作物 这是目前无利用耕地面积-还可以再生产 300 600 万吨太阳柴油.实际产量根据植物种类变动.Kassel/Witzenhausen 大学的 Scheffer1.博士估计联邦德国可利用生物质潜能高达 5600 万吨标准油1.,目前，生物
21、质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4、16和 l0。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达1025兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生
22、产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。,我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物
23、质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。,生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10一30。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：1热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；2生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；3利用油料植物所产生的生物油；4把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。,The end.祝大家学习顺利，生活愉快！,
