（环境科学专业论文）糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究.pdf

t i t l e p r o d u c t i v et e n t a t i v es t u d yo f b i o l o g i c a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo f c a k e p r o d u c i n g w a s t e w a t e r m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：x i e x i n s u p e r v i s o r ：p r o f l e ih e n g - y i a b s t r a c t t h ep a p e rg e n e r a l i z e st h es o u r c e s ，c h a r a c t e r i s t i c so f c a k e p r o d u c i n gw a s t e w a t e r a n d p r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o ni nt r e a t i n gs u c hk i n dw a s t e w a t e nb a s e do nt h ep r a c t i c a l o p e r a t i o n ，d e s i g np a r a m e t e r s o fa n a e r o b i cb a f f l e d r e a c t o r ( a b r ) 一一b i o c o n t a c t o x i d a t i o np r o c e s sa r ed e e p l yd i s c u s s e da n dd i s p o s a le f f i c i e n c y , i n f l u e n t i a l f a c t o r s ， o p e r a t i o na n dc o n t r o lo f e a c hu n i ta r es t u d i e d s y s t e m a t i c a l l yi no r d e r t op r o v i d eu s e f u l r e f e r e n c e sf o rt h et r e a t m e n to fs i m i l a rk i n d sw a s t e w a t e r t h em a i nc o n c l u s i o n s ：1 、 p r a c t i c a lo p e r a t i o nd e m o n s t r a t e st r e a t m e n to fc a k e - p r o d u c i n gw a s t e w a t e rw i t hh i g h l e v e lo f o r g a n i cc o m p o u n d sb yc o m b i n e dp r o c e s so fa b r b i o c o n t a c to x i d a t i o n p r o c e s si sp r a c t i c a b l et e c h n o l o g i c a l l ya n dr e a s o n a b l ee c o n o m i c a n y t h ep r o c e s sh a s a d v a n t a g e sa ss t e a d yo p e r a t i o na n ds m a l l - l a n du s e ，a n di tc a na l s os a v ei n v e s t i n gc o s t u n d e rt h ec o n d i t i o ni n f l u e n tc o d a 、b o d s 、s sa r e8 8 1 0 m g l ，2 8 0 9 m g l 、2 5 0 0 m g l r e s p e c t i v e l y , r e s i d u a lc o d “、b o d 5 、s sa r el e s st h a nl o o m g l 、1 2 m g l 、3 0 m g l r e s p e c t i v e l y , a n dt o t a lc o d 口、b o d 5 、s sr e m o v a le f f i c i e n c i e sc o m e t o9 8 6 、9 9 5 、9 8 8 r e s p e c t i v e l y 2 、a b r c a ne f f e c t i v e l yr e m o v et h es sa n d p r o p a g a t i o no i l w h e nt h el o a d i n gr a t eo f a b ri s3 6 7 k gc o d 。( m 3 d ) ，t o t a l c o d 。、b o d 5 、s s r e m o v a le f f i c i e n c i e sc o m et o7 5 、7 4 、8 4 r e s p e c t i v e l y , w h i c hb e n e f i t sa e r o b i c p r o c e s s 3 、w h e nt h el o a d i n gr a t eo fb i o - c o n t a c to x i d a t i o nt a n ki s1 3 k gc o d 。， ( n 1 3 d ) ，t h ec o d 。、b o d 5 、s sr e m o v a le f f i c i e n c i e sa r e9 5 、9 8 、8 3 r e s p e c t i v e l y ，w h i c hc a nm a k ew a s t e w a t e rr e l e a s e du n d e rt h es t a n d a r d 4 ，t h ek i n e t i c m o d e lo fa b ri s 兰坐暑0 0 9 8 3 s e 一5 5 3 0 1 5 、t h ek i i l e t i cm o d e lo fb i o c o n t a d t o x i d a t i o ni s i 三了21 4 4 7 5 。+ o 0 1 1 2 ，o f w h i c h t h e p a r a m e t e r s ，a sk 、u ，m “，a r e s q 一&s e 。1： 1 2 8 7 m g l 、8 8 9 2 m g ( h - l ) r e s p e c t i v e l y k c y w o r d ：c a k e p r o d u c i n gw a s t e w a t e r , a n a e r o b i c - a e r o b i cp r o c e s s ，a n a e r o b i cb a f f l e d r e a c t o r , b i o - c o n t a c to x i d a t i o nt a n k i i i 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 第1 章绪论 1 1 糕点行业废水治理的意义 1 1 1 糕点行业废水的来源及特点 糕点行业废水主要来源于三个方面：( 1 ) 输送装置的洗涤用水以及清洗容 器用水，如果原料处理疏忽，废水中会有成品或半成品的下脚料，如面包屑以 及各种添加剂的残余物；( 2 ) 浸泡用水和蒸煮水；( 3 ) 设备和容器的冷却水和 冷凝水。 糕点行业企业排出的污水，由于制作工艺、生产条件、季节变换等各个方面 的差异，废水的水量和水质差别很大，不过这些废水一般来说都属于高浓度有机 废水，主要污染物包括：悬浮在水中的固体物质以及蛋白质、淀粉、油脂、胶体 等：溶解在废水中的糖、酸、盐、添加剂等，还有来自原料中可能夹带的泥沙以 及可能存在的病毒、病菌等。因此，糕点行业废水的主要特点是：( 1 ) 有机物和 悬浮物含量高，c o d 。b o d 5 、s s 值高，易腐败，易结块；( 2 ) 水质随加工企 业、加工工艺、季节等条件的变换而变化。 1 1 2 糕点行业废水治理的意义 我国糕点行业发展迅速，糕点行业有机废水的排放量也越来越大，糕点行业 废水属于食品工业废水，其本身无毒性，但通常含有大量的可生物降解的有机物， c o d 。b o d 5 、s s 值较高，而且还含有高浓度的动植物油。此类废水如果不经 过处理直接排入水域中，将迅速和大量地消耗水中的溶解氧，使水质恶化，造成 水体缺氧，使鱼类和水生生物死亡。废水中的悬浮物沉入河底，在厌氧条件下分 解，产生臭气恶化水质，污染环境。若将废水引入农田进行灌溉，会影响农业果 实的食用，并污染地下水源。废水中可能存在的病毒、病菌将导致疾病的传播， 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 直接危害人畜健康“1 ，因此，糕点行业废水必须进行处理。 1 2 食品工业废水治理方法概况 1 2 1 食品工业废水治理的基本方法 ( 一) 物理化学处理技术 ( 1 ) 均衡调节法 此法是为了使食品工业废水达到后序处理对水质的要求而使用的方法。此法 只能使污染物质的浓度下降而其总含量不变。现在用这种方法主要是进行废水的 预处理，为以后的各级处理提供方便。通常在废水处理装置之前设置调节池，用 来调节废水的水质、水温和水量，使之均匀地注入废水处理装置。有时也可将酸 性废水和碱性废水在调节池内进行混合，使废水得以中和，以便达到调节的目的 【2 ， ( 2 ) 沉淀法 食品工业废水中含有较多悬浮物，必须采用沉淀法除掉，利用此法去除废水 中的悬浮固体是基于固体与水两者之间密度差异使固体和液体分离的原理。沉淀 分为自然沉淀和混凝沉淀两种。自然沉淀靠水中固体颗粒的自重进行沉降，此法 仅适用于较大颗粒；混凝沉淀是在废水中投入电解质作为混凝剂，使废水中的微 小颗粒与混凝剂结成较大的胶团，在水中加速沉降。对污水进行沉淀处理的设备 为沉淀池，根据池内水流方式可分为平流式、竖流式、辐射式、斜管式和斜板式 【2 l o ( 3 ) 气浮法 此法就是在食品工业废水中加入浮选剂和絮凝剂等再通入空气，使废水中的 细小颗粒或胶状物质等粘附在空气泡或浮选剂上，随气泡一起浮到水面后加以去 除，使废水净化。常用的浮选方法有加压浮选、曝气浮选、真空浮选、电解浮选 和生物浮选等1 2 1 。 ( 4 ) 离心法 此法是利用高速旋转所产生的离心力，使食品工业废水中质量大的悬浮固体 2 巾山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 颗粒被甩到外圈，沿离心装置的四壁向下排出，废水则由内圈向上运动而达到分 离的目的。离心分离的方式有水力旋转和机械旋转。水力旋转是指废水的旋转依 靠水泵的压力，使废水由切线方向进入水力旋转器，产生高速旋转。在离心力的作 用下，将固体悬浮物甩向器壁，并沿壁往下流到锥形底的出口。净化的废水则形成 螺旋上升的内层旋流，由中央溢流管上端排出。机械旋转的离心分离方法是采用 离心机处理废水，通过离心机的高速旋转，产生离心力，使水甩出转鼓，悬浮固体 颗粒被截留在转鼓之内而被清除1 2 ) 。 ( 5 ) 麻石水幕除尘器法 在燃煤锅炉的麻石水幕除尘器中，烟道气充满了活性炭，灰粉等活性微粒，这 些微粒表面积较大，具有吸附性，能够吸附、凝集食品工业废水中的杂质、色素等。 同时，锅炉的排烟温度高，常常大于1 0 0 * c ，对废水也起到一定的消毒及帮助凝集 的效果。添加碱式氯化铝等絮凝剂，和烟道气的炭、灰等微粒形成协同效应，使凝 聚物体积增大，增强凝聚效果，之后用煤渣和碎石过滤废水t 3 1 。 ( 6 ) 膜分离 膜分离是利用特殊的薄膜对食品工业废水中的某些成分进行选择性透过的 方法的总称。溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。常用的 膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术。膜分离技术 有以下几个特点：( 1 ) 膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高；( 2 ) 膜 分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料的分离和浓缩；( 3 ) 装置简 单，操作容易，易控制、维修，且分离效率高。与常规水处理方法相比，具有占 地面积小、适用范围广、处理效率高等特点1 4 6 1 。但此法成本较高，膜易被污染 而堵塞。 ( 二) 厌氧处理技术 ( 1 ) 厌氧接触消化法 厌氧接触消化法是对传统消化池的一种改进。是将从消化池溢出的混合液 脱除溶解气体，经沉淀池分离固体物，再将沉淀池的污泥回流入消化池，消化池 内能够维持较高的污泥浓度，可达5 i o g v s s l ，结果是大大降低了水力停留时 间，增加了污泥的停留时间，因而提高了厌氧消化池的负荷能力和处理效率，并 具有一定的耐冲击负荷能力 6 1 。 3 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 ( 2 ) 厌氧滤池 厌氧滤池属生物膜法，是一种装填滤料的厌氧反应器。厌氧微生物以生物 膜的形态生长在滤料表面，废水淹没地通过滤料，通过生物膜的吸附作用和微生 物的代谢作用以及滤料的截留，废水中有机污染物被去除。产生的沼气则聚集于 池顶部罩内，并从顶部引出。处理水则由旁侧流出。为了分离处理水挟出的生物 膜，一般在滤池后需设沉淀池。由于填料上附着了大量的厌氧微生物，因而负荷 能力较高，具有结构简单，耐冲击负荷，操作简便的优点，但易堵塞t 6 1 。 ( 3 ) 厌氧膜法 厌氧膜生物反应器由完全混合的厌氧生物反应器和板框式超滤膜组件两部 分构成。同济大学环境科学与工程学院何义亮等人利用此法对上海国福龙凤食品 有限公司的面粉压滤出水、洗肉水、蔬菜汁、蔬菜清洗水、器具清洗水、洗地用 水、洗米水等的混合水样( c o d = 在2 0 0 0 1 5 0 0 0 m g l 之间) 进行了日处理3 0 0 6 0 0 l 的中试处理，所用膜组件装填面积为0 6 4 m 2 ，膜材质为聚醚砜( p e s ) ，膜截 留分子量为2 0 0 0 0 。结果表明，c o d 。负荷在2 3 k gc o d 。( m 3 d ) 时，膜出水 c o d 。去除率可达8 0 9 0 当c o d 。负荷超过4 5k g c o d = ( m 3 d ) 时，混合 液v f a 出现积累，c o d 。去除率下降至7 0 。对s s 、色度及细菌的去除率分别 可达1 0 0 、9 8 和9 9 9 。水力停留时间对厌氧膜生物反应器的处理效果有重 要影响，水力停留时间应大于5 0 h 1 7 1 0 ( 4 ) 上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) u a s b 反应器主体部分可分为两个区域，即反应区和气、液、固三相分离 区。在反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥( 颗粒污泥或絮状污泥) 形成的厌 氧污泥床。当废水由反应器底部进入反应器后，由于水的向上流动和产生的大量 气体上升形成了良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形 成相对稀薄的污泥悬浮层。悬浮液进入分离区后，气体首先进入集气室被分离， 含有悬浮液的废水进入分离区的沉降室，由于气体已被分离，在沉降室扰动很小， 污泥在此沉降，由斜面返回反应区。该工艺具有结构紧凑、简单，无需搅拌装置， 负荷能力高、污泥颗粒化，处理效果好，操作管理简单等优点。其设计关键是步 水系统、气液固三相分离器和集水系统的设计1 8 1 。 ( 5 ) 膨胀颗粒污泥床法( e g s b ) 4 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 此法是u a s b 的改进型，它使用适当的三相分离器和步水系统，可使装置 在膨胀态下工作。在处理高浓度食品废水时，因产气量较大，水流在气流的夹带 作用下上升流速达到5 6 m h ，反应器中部颗粒污泥膨胀率为4 0 左右。由于这 个原因，污泥能达到较高的高度，可以更好地与污水中的可生物降解有机物接触， 获得较好的处理效果。这正是e g s b 从根本上区别于u a s b 的地方。南开大学 与天津大学利用高温e g s b 对酒精厂排出的玉米酒精槽液进行了生产性试验，结 果表明反应器运行两个月即形成颗粒污泥，成功实现了快速启动，启动后反应器 运行稳定，c o d 。容积负荷可达到2 9 k g c o d 。( m 3 d ) ，去除率在9 0 以上四1 。 ( 三) 好氧处理技术 ( 1 ) 活性污泥法 活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处 理方法。这种生物絮体叫做活性污泥，它由好气性微生物( 包括细菌、真菌、原 生动物和后生动物) 及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中 有机污染物( 也有些可部分利用无机物) 的能力，显示生物化学活性。此法净化 废水包括三个主要过程，即吸附、微生物的代谢、凝聚与沉淀1 6 1 0 ( 2 ) 生物接触氧化法 这种工艺兼有活性污泥法和生物过滤法的特点，以接触氧化池代替一般的曝 气池。它体积负荷高，处理时间短，节约占地面积，生物活性高，微生物浓度高， 污泥产量低，动力消耗低，不存在污泥膨胀问题。哈尔滨工业大学的荣宏伟等人 利用此法处理薯片食品加工废水经厌氧水解后的出水，结果表明停留时间1 0 小 时，气水比1 5 ：1 ，填料容积负荷3 0 k gb o d s ( m 3 d ) ，d o 浓度3 m g ，l ，c o d b o d 5 、s s 分别由1 0 2 0 m g l 、7 1 4 m g l 、1 4 7 m g l 降为1 1 2 m g l 、4 3 m g l 、3 3 m g l ， 去除率分别为8 9 0 、9 4 0 、7 7 6 t 1 0 1 ( 3 ) 序批式( 间歇) 活性污泥法( s b r ) s b r 池可维持较高的污泥浓度，因而反应时间相对较短。由于泥水分离通 过静沉进行，可避免短路、异重流影响泥水分离效果，出水水质优于一般二沉池。 该工艺的每一周期经历进水期、反应期、沉淀期等不同阶段，加速了生物种类的 选择与进化，进水( 厌氧) 一曝气( 好氧) 一静沉( 厌氧) 交替运行，可抑制丝 状细菌的大量繁殖，防止发生污泥膨胀。扬州大学环境工程系于林堂等人利用此 法处理某食品厂废水。结果表明，运行周期1 2 小时( 进水1 小时，曝气5 小时， 巾山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 沉淀2 小时，排水0 5 小时，闲置3 5 小时) ，气水比1 5 ：1 ，c o d 。b o d 5 、s s 、 动植物油分别由1 4 7 7 m g l 、5 8 4 m g l 、1 0 6 9 m g l 、3 5 5 m g l 降为1 0 8 m g l 、2 9 m g l 、 9 6 m g l 、1 2 4 m g l ，去除率分别为9 2 7 、9 5 0 、9 1 o 、6 5 1 1 1 1 。 ( 4 ) 生物转盘法( r b c ) 利用生物转盘在转动过程中周期性地与废水及空气接触，转盘上的生物膜可 以不断地吸附并降解废水中的有机废弃物，而转盘上的生物膜可被周期性地刮落 更新。在墨西哥采用此法处理玉米加工废水。处理时用自来水将废水按1 ：3 稀 释，以使进水c o d 。在6 4 0 0 m g l 左右，停留时间为2 5 天。经生物转盘反应器 处理后的玉米加工废水，无气味、略带棕色，再经活性炭处理后即可变为无色。 此外，对转盘上的生物膜进行成分分析后可知，它含有多种氨基酸，因此，所形 成的生物量可作为动物饲料，这一点是生物转盘反应器的一个非常重要的经济价 值1 2 l 。 1 2 2 国内外糕点行业废水的处理情况 日本一家糕点厂生产污水量为2 0 m 3 d ，排水时间为8 h ，平均排水量2 5m 3 h ， 最大排水量5m 3 h 。采用好氧生物法处理，设计流量0 8 4m 3 h ( 处理时间2 4 h ) 。 具体流程如图1 1 ： 原废水 l 消泡泵槽l - 一消毒槽兼排放泵槽l 排放 图1 - 1日本某糕点厂生产污水处理流程图 第一沉淀槽污泥回流到曝气槽。沉淀槽剩余污泥和一级接触氧化槽少量污泥 经污泥浓缩槽、污泥贮存槽处理后运走。污泥浓缩槽和贮存槽上清夜流回原水泵 槽。经过处理，污染物大幅度降低。原水与处理水水质见表1 - 1 。 6 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 表1 1生物法处理日本某糕点厂生产污水结果 日本另一家糕点厂排水量为1 0 0m 3 d ，排水时间为8 h ，平均时排水量为1 2 5 m 3 h ，时变化系数为1 5 ，最大时排水量为1 8 7 5m 3 h ，采用气浮一活性污泥一过滤 及活性炭吸附的处理流程，得到处理水质如表1 - 2 。 表1 2气浮一活性污泥一吸附工艺处理效果 具体操作流程如图1 2 。 原废水巫叵h 至巫丑止区互h 丑 i 接触氧化槽l _ + | 第二立式沉淀槽i 一过滤泵槽卜一砂滤罐h 活性炭吸附罐卜 r 一r _ 1 r _ 广_ 厂1 区巫巫d 撇 图1 - 2日本另一糕点厂生产污水处理流程图 国内还未见到有关糕点行业废水处理情况的报道。 7 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 1 3 本课题来源及内容 1 3 1 广州市皇威食品有限公司概况 广州市皇威食品有限公司主要生产面包、蛋糕、饼干、月饼、豆浆等食品， 生产废水主要来源于设备冲洗水、生产车间地板冲洗水，废水中含有大量的面粉、 动植物油、人造奶油、蛋清等，c o d 。b o d 5 、s s 、动植物油等污染指标很高， 该厂的生产废水平均水质如表1 - 3 ： 表1 - 3平均废水水质单位：m g l ( p h 除外) 广州市环境监测站对广州市皇威食品有限公司排放废水执行污水综合排 放标准( g b 8 9 7 8 。1 9 9 6 ) 中的一级标准，如表1 - 4 ： 表1 - 4污水综合排放标准 单位：m g l ( p h 除外) 本次生产性试验的水质和上节介绍的日本两家糕点厂的生产废水存在着相 当大的差距，具体表现在本次试验废水的c o d 。b o d 5 、s s 、动植物油等污染 指标都高很多，因此在选择处理工艺上也有所不同。针对此次生产性试验的水质 特点，我们决定采用厌氧好氧的组合工艺。 1 3 2 本课题研究的内容 本课题源于广州市皇威食品有限公司污水处理生产性试验工程。在深入考察 了食品工业废水处理工艺的基础上，通过参与试验工程的调试运行工作，从微生 8 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 物生态学、生物化学的角度出发，通过污泥的培养驯化、反应器的启动运行、整 个系统的维护管理等实际参与，对以下方面作深入研究：1 。考察厌氧一好氧组合 工艺处理糕点行业废水的规律性、处理效率与工程效益、经济技术指标，探讨各 单元处理的最佳工况点、最大处理能力及系统整体最优化；2 对影响处理效率的 环境因子进行分析，依据运行结果探讨它们之间的关系，为工程的运行控制、维 护管理提供科学合理、实用可靠的控制对策；3 对厌氧生物反应器处理含高悬浮 物的有机废水的处理效果进行分析，确定其在整个处理系统中的地位；4 对好 氧生物反应器的处理效果进行分析，确定其在整个处理系统中的地位。 1 4 本章小节 糕点行业废水为高浓度有机食品废水，c o d 仃、b o d 5 、s s 、动植物油等污 染指标很高，直接排放会对人体健康和生态环境造成很大危害。对该种废水常见 的处理方法多以生物法为主。本课题来源于以厌氧一好氧组合工艺为主体工艺的 广州市皇威食品有限公司污水处理生产性试验工程，主要研究内容有：厌氧、好 氧污泥的培养驯化，各处理单元对有机物的去除规律及其影响因素。 9 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 第2 章废水净化工艺和机理 2 1 废水净化工艺的选择 本次试验的糕点行业废水属于高浓度食品废水，c o d 。b o d 5 、s s 、动植 物油等污染指标都非常高，对于高浓度食品废水，在考虑了处理效果和工程的经 济效益后，一般的处理方法都是采用厌氧加好氧的组合工艺。厌氧处理工艺已在 食品工业废水处理中得到日益广泛的应用。除了5 0 年代发展的厌氧接触工艺和 6 0 年代发展的厌氧滤器外，还有7 0 年代末开始用于食品工业废水处理的u a s b 反应器工艺。但这些工艺都存在着一些难以克服的缺点，如厌氧接触工艺的负荷 比较小，厌氧滤器的填料问题难以解决，厌氧流化床的能耗较高，u a s b 工艺对 于含高浓度悬浮物的废水处理效果不好，颗粒污泥难以培养等，这些缺点都不同 程度的限制了它们的应用和推广。 8 0 年代初，美国s t a n f o r d 大学的m c c a r t y 及其合作者在厌氧生物转盘反应 器的基础上改进开发了厌氧折流板反应器( a b r ) 。a b r 工艺使用一系列垂直折 流板使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，借助于处理过程中产生的 气体使反应器内的微生物在折流板所形成的隔室内作上下膨胀和沉淀运动，但整 个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动，由于污水在折流板的作用下，水 流绕其流动而使其流经的总长度加长，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用， 生物固体被有效地截留在反应器内。该法无需三相分离器，且对悬浮物含量高的 废水有较好的适应能力，具有结构简单、有效容积高、污泥截留能力强、稳定性 高、投资和运行费用省等优点，所以一经出现即引起广大研究者的注意，近2 0 年来更是成为厌氧反应器领域内的研究热点之一1 1 3 1 0 生物接触氧化法也是近些年来得到广泛关注的一种工艺。这种工艺体积负荷 高，处理时间短，节约占地面积，生物活性高，微生物浓度高，污泥产量低，动 力消耗低，不存在污泥膨胀问题。 将a b r 工艺和生物接触氧化法结合起来处理高浓度的糕点行业废水，就有 可能得到良好的处理效果，使得废水达标排放，又可以节约用地，节约投资和运 1 0 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 行费用，获得良好的经济效益和社会效益。国内外还未有将这两种工艺组合起来 处理糕点行业废水的相关报道。 本次生产性试验的具体流程如图2 1 ： 原燕幕面 4 e 曙反应池 图2 - 1 生产性试验工艺流程图 2 2 废水处理工艺机理及研究 2 2 1 厌氧工艺机理及研究 沉淀池 在废水的厌氧处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最 终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化物和氨。在此过程中，不同的微生物的代谢 过程相互影响，相互制约，形成复杂的生态系统。厌氧降解过程可以被分为四个 阶段t 8 3 。 ( 一) 水解阶段：高分子有机物因相对分子质量巨大，不能透过细胞膜，因 此不可能为细菌直接利用。因此它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例 如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡 萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解 于水并透过细胞膜为细菌所利用。 ( 二) 发酵( 或酸化) 阶段：在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌 ( 即酸化菌) 的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主 要产物有挥发性脂肪酸( v f a ) 、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。 与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此未酸化废水厌氧处理 1 1 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 时产生更多的剩余污泥。 ( 三) 产乙酸阶段：在此阶段，上 碳酸以及新的细胞物质。 ( 四) 产甲烷阶段：这一阶段罩， 为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。 阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、 乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化 在厌氧生物处理过程中，不产甲烷菌和产甲烷菌相互依赖，互为对方创造与 维持生命活动所需要的良好环境和条件，但又相互制约。厌氧微生物群体间的相 互关系体现在以下几个方面瞎1 ： ( ) 不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需要的基质 不产甲烷菌把各类复杂的有机物质，如碳水化合物、脂肪、蛋自质等进行厌 氧降解，生成游离氢、二氧化碳、氨、乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、甲醇、乙醇等 产物，其中丙酸、丁酸、乙醇等又可被产氢产乙酸细菌转化为氢、二氧化碳、乙 酸等。这样，不产甲烷菌通过其生命活动，为产甲烷菌提供了合成细胞物质和产 甲烷所需的碳前体和电子供体、氢供体和氮源。产甲烷菌充当厌氧环境有机物分 解中微生物食物链的最后一个生物体。 ( 二) 不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件 厌氧发酵初期，由于加料使空气进入发酵池，原料、水本身也携带有空气， 这显然对于产甲烷菌是有害的。它的去除需要依赖不产甲烷菌类群中那些需氧和 兼性厌氧微生物的活动。各种厌氧微生物对氧化还原电位的适应也不相同，通过 它们有顺序地交替生长和代谢活动，使发酵液氧化还原电位不断下降，逐步为产 甲烷菌生长和产甲烷创造适宜的氧化还原条件。 ( 三) 不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质 在以工业废水或废弃物为发酵原料时，其中可能含有酚类、苯甲酸、氰化 物、长链脂肪酸、重金属等对产甲烷菌有毒害作用的物质。不产甲烷菌中有许多 种类能裂解苯环、降解氰化物等，从中获得能源和碳源。这些作用不仅解除了对 产甲烷菌的毒害，而且给产甲烷菌提供了养分。此外，不产甲烷菌的产物硫化氢， 可与重金属离子作用生成不溶性的金属硫化物沉淀，从而解除了一些重金属的毒 害作用。 ( 四) 产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应解除反馈抑制 1 2 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 不产甲烷菌的发酵产物可以反馈抑制其本身的不断形成。氢的积累可以抑制 产氢细菌的继续产氢，酸的积累可以抑制产酸细菌继续产酸。在正常的厌氧发酵 中，产甲烷菌连续利用由不产甲烷菌产生的氢、乙酸、二氧化碳等，使厌氧系统 中不致有氢和酸的积累，就不会产生反馈抑制，不产甲烷细菌也就得以继续正常 的生长和代谢。 ( 五) 不产甲烷菌和产甲烷菌共同维持环境中适宜的p h 值 在厌氧发酵初期，不产甲烷菌首先降解原料中糖类、淀粉等物，产生大量的 有机酸，产生的二氧化碳也部分溶于水，使发酵液的p h 值明显下降。而此时， 一方面不产甲烷菌类群中的氨化细菌迅速进行氨化作用，产生的氨中和部分酸； 另一方面，产甲烷菌利用乙酸、甲酸、氢和二氧化碳形成甲烷，消耗酸和二氧化 碳。两个类群的共同作用使p h 值稳定在一个适宜范围内。 在以上阶段里，还包括着以下这些工程：a 水解阶段里有蛋白质水解、碳水 化合物的水解和脂类水解；b 发酵酸化阶段包含氨基酸和糖类的厌氧氧化与较高 级的脂肪酸与醇类的厌氧氧化：c 产乙酸阶段里有从中间产物中形成乙酸和氢气 和由氢气和二氧化碳形成乙酸；d 甲烷化阶段包括由乙酸形成甲烷和从氢气和二 氧化碳形成甲烷。除以上这些过程之外，当废水含有硫酸盐时还会有硫酸盐还原 过程。复杂化合物的厌氧降解可以用下页的图2 - 2 来表述。 在厌氧反应器中对废水进行处理可以有一步和两步两种方式。 ( - - ) 一步处理 厌氧处理在一个反应器中进行。在这种情况下，应力图创造一种最佳的条件 以便使整个降解过程中最慢的反应阶段加速，对溶解性污染物，最慢的阶段是产 乙酸和由乙酸产生甲烷。挥发性脂肪酸应当保持在较低的浓度以便避免p h 下降 过多，废水也应有足够的缓冲能力以便中和产生的挥发性脂肪酸。在酸化过程中 产生的氢气也应当维持在较低浓度( 即应被嗜氢甲烷菌或利用氢的硫酸盐还原菌 利用) ，以保证乙酸能顺利生成。 ( 二) 两步处理 废水的处理在两个不同的反应器中依次完成，在此厌氧降解中不同微生物种 群的环境条件可以有较大的区别。在厌氧处理中，水解与酸化过程不可能单独进 行，因为这两个步骤是由同样的微生物种群完成的。产乙酸和产甲烷过程也不可 巾山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 能分开进行，因为产乙酸过程需要嗜氢甲烷菌的活动以便保持较低的氢分压。这 意味着厌氧降解过程的分离只有一种可能性，即酸化阶段和产乙酸阶段的分离。 因此产生了以下的工艺步骤。 硫酸 l复杂有机物 图2 2复杂化合物的厌氧降解过程 ( 1 ) 进行水解和酸化的酸化反应器： ( 2 ) 产乙酸和产甲烷的甲烷反应器。 1 4 原 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 既然在两步工艺的第一步不消耗酸，在酸化反应器中脂肪酸的浓度会大大上 升。在此条件下，所产氢气也不会被嗜氧甲烷菌所利用。结果会导致产酸过程中 产物的改变，更多的挥发性脂肪酸被还原，溶液中含有更多的乙醇。这也意味着 在两步工艺中的产乙酸菌将利用与一步工艺中不同类型的脂肪酸。在此过程中， p h 和温度对产物形成也有重要影响。 这里有一个复杂的影响因素，即当p h 值低于6 3 时，蛋白质的水解减少， 而在较高p h 值下，蛋白质通常也不会完全降解。这极可能是因为降解蛋白质的 微生物是所谓兼营养型的细菌，他们既能降解蛋白质又能降解碳水化合物，但它 们优先利用容易降解的碳水化合物。而且，这些兼营养型的微生物由于动力学特 性的差异，它们在与专门的碳水化合物酸化菌的底物竞争上处于劣势。 在不同反应器中，污泥内细菌的组成区别可能很大。在一步反应器系统里含 有厌氧降解过程中所有的细菌。这意味着一步反应系统中污泥的比酸化活性和比 产甲烷活性分别低于两步系统中酸化反应器和甲烷反应器的污泥活性t 8 l 2 2 2 好氧工艺机理及研究 生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其在反应器内设置填料，经过充氧的 废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下，废水得到净化。 生物接触氧化技术是在生物滤池的基础上发展起来的，从生物膜固定和污水 流动来说，相似于生物滤池法。从污水充满曝气池和采用人工曝气看，它又相似 于活性污泥法。所以生物接触氧化法兼有生物滤池法和活性污泥法的特点。 ( 一) 生物膜对废水的净化作用n 4 。7 1 在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态固着在填料上，同时又有 部分絮体或碎裂生物膜悬浮于处理水中。下页的表2 - 1 为若干生物接触氧化装置 的生物膜重量。从表中可以看出，氧化池中生物膜重量比曝气池中活性污泥重量 大很多，一般生物膜重量为6 0 0 0 1 4 0 0 0 m g l 。据测定，在生物接触氧化法中呈 悬浮状的微生物( 活性污泥) 浓度一般为2 0 0 m g l 左右。因此，可以粗略地用 生物膜重量表示生物接触氧化法中的微生物重量，用生物膜浓度表示微生物浓 度。 1 5 中山大学硕十学位论文一糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 附着在填料表面的生物膜对废水的净化作用如下页的图2 3 所示。最初，稀 疏的细菌附着于填料表面，随着细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。在溶解氧和 食料( 有机物) 都充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐加厚。生 物膜的厚度通常为1 5 2 o m m ，其中外表面到1 - 5 m m 深处为好气菌，1 5 m m 深 处到内表面与填料壁相接的部分为弱厌气菌。废水中的溶解氧和有机物扩散到生 物膜内为好气菌利用。但是，当生物膜长到一定厚度时，溶解氧无法向生物膜内 扩散，好气菌死亡、溶化，而内存的厌气菌得以繁殖发展。经过一段时间后， 厌气菌在数量上亦开始下降，加上代谢气体的逸出，使内层生物膜出现许多空隙， 附着力减弱，终于大块脱落。在脱落的填料表面上，新的生物膜又重新生长发展。 实际上，新陈代谢过程在氧化池生物膜发展的每一个阶段都是同时存在着的，这 样就使其去除有机物的能力保持在一个水平上。 表2 - 1若干生物膜重量n 4 1 废水种类生物膜重量( m g l ) 城市污水 城市污水( 日本) 染色废水 印染废水 针织废水 粘胶纤维废水 纤维加工废水( 日本) 造纸废水 1 2 0 0 0 1 4 0 ( 】0 9 0 0 0 1 3 2 0 0 6 2 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 7 5 4 0 7 s 9 0 2 1 8 0 0 1 0 0 0 0 1 3 0 0 0 1 6 中山大学烦十学位论文一糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 图2 - 3生物膜对废水的净化作用“4 1 有帆钧 o z o o l， 无机自 有机鼍等 ( 二) 流态1 年1 7 1 生物接触氧化法的固定生物膜与一般的生物膜不同。在生物接触氧化池中采 用曝气方式，不仅提供较充分的溶解氧，而且由于曝气搅动加速了生物膜的更新， 从而更加提高膜的活力与氧化能力。另外，曝气会形成水的紊流，使固着在填料 上的生物膜可以连续地、均匀地与污水相接触，避免生物滤池中存在的接触不良 的缺陷。对于生物接触氧化池的单池( 或单格) 来说，其流态是一种混合型，氧 化池内各点水质比较均匀，各部分的工况基本一致，具有完全混合型的特点。对 于将氧化池分格按照推流式设置的接触氧化池来说，则全池又具有推流式活性污 泥法的特点，水在池子内不断地沿着池的纵向逐步推流至出口，使生物膜上的微 生物与污水中的有机物得到充分混合和接触，从而使污水逐渐净化，全池的水质 是有变化的，进口端c o d 。值最大，以后逐渐减小，出口端最小。 ( 三) 生物相及其演变规律1 4 。1 7 1 生物接触氧化法中生物膜上的生物相是丰富的，起作用的微生物包括许多门 类，由细菌、真菌、原生动物、后生动物组成比较稳定的生态系统。 生物相中数量最多的是细菌。它们的形态有：( 1 ) 游离菌。大多为体形较小 的杆状菌，有时也可能是比较大型而自身又能运动的螺旋菌。细菌的种属因处理 1 7 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 的污水种类不同而异，一般生长繁殖的细菌有无色杆菌属、假单胞菌属、芽孢杆 菌属、产碱杆菌属等。它们多数在挂膜培菌初期出现，然后消失。( 2 ) 菌胶团。 它是低等细菌建立的胶粘物，有良好的吸附能力，对被粘附的有机物加以分解利 用，使有机物无机化。菌胶团多半呈垂丝状，也有的呈蘑菇状、分枝状。( 3 ) 丝 状菌。这是由低等细菌密切结合的高等细菌。丝状菌多数是真菌球衣细菌，是生 物膜中起重要作用的微生物。它们的菌丝体较长，常呈乱发状。球衣菌丝体粗细 一致，固着不运动，用结晶染紫色可见衣鞘和衣鞘内的圆柱形细胞，有时还可见 有假分枝。丝状菌的繁殖和废水的硝化有着密切联系。在生物接触氧化法中，丝 状菌是固着在填料表面上的，它的繁殖不仅不会引起活性污泥法中的那种污泥膨 胀，反而使出水水质变好。 生物膜中的真菌主要是镰刀霉菌，地霉菌和各类酵母菌等。真菌对某些人工 合成的有机物( 如丙烯腈等) 有定降解能力。 在正常运行和生物膜降解能力良好时，生物相中占优势的原生动物以固着性 的纤毛虫为主，如钟虫、小口钟虫、等枝虫、盖纤虫、无柄钟虫等。有时也有游 泳性纤毛虫，如草履虫、豆形虫、漫游虫等。此外还有匍匐性的楣纤虫、游仆虫， 以及钟虫游泳体等。运行稳定时，生物膜上的生物相也是相对稳定的，细菌和原 生动物之间存在着制约关系。一方面，原生动物纤毛虫吞噬细菌，抑制细菌群体 的蔓延；另一方面，细菌被破坏后，又不断繁殖生长，这就需要以废水中的大量 有机物作为食料，从而净化了废水。所以，原生动物纤毛虫特别是钟虫、等枝虫、 盖纤虫是生物接触氧化系统运转良好的有价值的指示性生物。在运行时，若有机 物负荷或营养状况有较大变化，则原生动物中的固着性钟虫、等枝虫突然消失， 丝状菌稀少，菌胶团结构松散，而游泳性草履虫、钟虫游泳体大量出现，出水水 质变差；反之，若原来出水水质较差，一旦出现钟虫、等枝虫、丝状菌丛生，菌 胶团结构紧密，而游泳性纤毛虫减少，则说明环境条件有了改善，出水水质变好。 与活性污泥法不同的是，在生物接触氧化法中的生物膜上存在着大量的后生 动物如轮虫、线虫、红斑瓢体虫。这些是以食死肉为主的动物，能软化生物膜， 促使生物膜脱落，从而使生物膜经常保持活性和良好的净化功能。当轮虫等后生 动物数量多且活跃，个体肥大，则处理后出水水质好；反之，则处理效果差。一 旦发现生物呆滞，个体死亡，则预示着处理效果急剧下降。 1 8 中山大学硕士学位论文糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究 ( 四) 生物接触氧化法的优点主要有1 1 8 1 ( 1 ) 体积负荷高，处理时间短，节约占地面积 生物接触氧化法的体积负荷最高可达3 6 k g b o d 5 ( m 3 d ) ，污水在池内停 留时间短的只需0 5 1 5 h 。由于体积负荷的提高，使得处理时间缩短，与活性 污泥法相比，同样大小体积的设备，处理能力提高几倍，使污水处理工艺向高效 和节约用地的方向发展。 ( 2 ) 生物活性高 国内采用的生物接触氧化池中，绝大多数的曝气管设在填料下，不仅供氧充 分，而且对生物膜起到了搅动作用，加速了生物膜的更新，使生物膜活性提高。 另外，曝气会形成水的紊流，使固定在填料上的生物膜可以连续、均匀地与污水 相接触，避免生物氧化池中存在的接触不良的缺陷。由于空气搅动，整个氧化池 的污水在填料问流动，增强了传质效果，提高了生物代谢速度。 ( 3 ) 有较高的微生物浓度 一般活性污泥法的污泥浓度为2 3 9 l ，微生物在池中处于悬浮状态；而接 触氧化池中绝大多数微生物附着于填料上，单位体积内水中和填料上的微生物浓 度可达1 0 2 0 9 l ，由于微生物浓度高，有利于提高容积负荷。 ( 4 ) 污泥产量低，不需污泥回流 与活性污泥法相比，生物接触氧化法的体积负荷高，但污泥产量不仅不高， 反而有所降低。国内外的研究试验都证明，生物接触氧化法的污泥产量远低于活 性污泥法。一般认为，污泥产量低是由于生物接触氧化池内溶解氧高，微生物的 内源呼吸进行得较充分，合成物质被进一步氧化；生物接触氧化池内的微生物食 物链比较完全和稳定；生物膜中的厌氧层将部分生物