（模式识别与智能系统专业论文）氨基酸废水处理工艺的研究.pdf

武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 擎址日期： ? 椰、岁万 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名：罩钯翔2 指导教师签名：二盔二竺： 日期： t j 一r 武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 摘要 医药行业利用化学方法将有机或无机原料通过一定的反应过程生产医药原料药或最 终药剂，其产品具有替换周期短，产品种类多的特点，同一种产品的生产工艺也会经常发 生变化。医药废水往往有机污染物浓度高，污染物组成复杂，同时废水中含有大量有毒有 害的有机污染物和一些生物抑制因子，直接排放会造成水体污染。因此，医药废水的污染 防治已引起人们的高度重视。 目前，对于氨基酸医药废水处理，国内外尚无成熟的可以普遍推广的处理工艺。发达 国家主要采用强氧化预处理工艺和稀释好氧生化处理工艺。此类处理工艺的处理效率可 靠，但运行费用高昂。一些常规的物化工艺也经常被应用在医药行业的废水处理中，例如 混凝沉淀工艺、电解工艺、化学氧化工艺。生物处理普遍采用厌氧水解工艺和好氧处理工 艺，但对于不同类型的废水处理效果差别很大。 宜昌某制药有限公司生产氨基酸原料所排放的氨基酸废水属高浓度酸性有机废水，废 水b o d 5 c o d 。t ；0 5 7 ，属于可生化性较好的工业废水。可以采用水解酸化、二级好氧生物 处理及深度处理工艺。经工艺比选论证，确定废水处理工艺为：进水一细格栅_ 调节池_ 一沉池_ 水解酸化池_ c a s s 池_ 涡凹气浮器_ 配水井_ 曝气生物滤池一二沉池_ 出水。 对氨基酸医药废水的物化处理进行了混凝试验研究。通过混凝试验确定了有机与无机 混凝剂混配的用量：聚合硫酸铁( p f s ) 为2 0 嘶l ，聚丙烯酰胺( p a m ) 用量为3 m l 。 废水处理站设计进水水量4 0 0 0 m 3 d ，进水c o d 。，为1 4 0 0 唰l ，b o d 5 为8 0 0 0 m l ， s s 浓度6 7 0 吲l ，n h 3 - n 为8 9 0 m l ，出水c o d 。，为9 5 3 m f f l ，b o d s 为3 2 8 m l ，s s 为3 5 1 m l ，n h 3 n 为1 8 3 m l ，出水指标达到国家发酵类制药工业水污染物排放标准 ( g b 2 1 9 0 3 2 0 0 8 ) 水污染物排放标准。 宜昌某制药有限公司氨基酸医药废水处理工程所采用的处理工艺可为同类生产废水 的处理提供参考。 关键词：氨基酸废水处理工艺研究 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t p h a r m a c e u t i c a li n d u s t r yt ou s ec h e m i c a lm e t h o d st oo r g a n i co ri n o r g a n i cm a t e r i a l st h r o u g h ac e r t a i np r o c e s so fp r o d u c t i o no fp h a r m a c e u t i c a lr a wm a t e r i a l so rf i n a l r e s p o n s et ot h e p h a r m a c y , i t sp r o d u c t sh a v eas h o r tr e p l a c e m e n tc y c l e ，p r o d u c tv a r i e t ya n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h e p r o d u c t i o np r o c e s sw i t hap r o d u c tw i l l o f t e n c h a n g e m e d i c a lw a s t e w a t e ri s o f t e nh i g h c o n c e n t r a t i o n so fo r g a n i cc o n t a m i n a n t s ，p o l l u t a n t si nc o m p l e x ，w h i l el a r g ea m o u n t so ft o x i c w a s t ew a t e r c o n t a i n i n gh a r m f u lo r g a n i cc o n t a m i n a n t sa n ds o m eb i o l o g i c a li n h i b i t o r yf a c t o r , c a l l c a u s ed i r e c td i s c h a r g eo fw a t e rp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，p h a r m a c e u t i c a lw a s t ew a t e rp o l l u t i o n c o n t r o lh a sa t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o n a tp r e s e n t ，t h ea m i n oa c i dm e d i c a lt r e a t m e n t ，a th o m ea n da b r o a dc a nn o ty e tm a t u r ei n g e n e r a lt op r o m o t et h et r e a t m e n tp r o c e s s d e v e l o p e dc o u n t r i e s ，m a i n l yp r e t r e a t m e n ta n dd i l u t i o n o fs t r o n go x i d i z i n ga e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s t h ep r o c e s s i n ge f f i c i e n c yo fs u c h t r e a t m e n tt e c h n o l o g yr e l i a b l e ，b u te x p e n s i v et or u n s o m ec o n v e n t i o n a lp h y s i c a la n dc h e m i c a l p r o c e s s e s a leo f t e nu s e di nt h ep h a r m a c e u t i c a l i n d u s t r y , w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，s u c h 鹤 c o a g u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o np r o c e s s e s ，e l e c t r o l y t i cp r o c e s s e s ，c h e m i c a lo x i d a t i o np r o c e s s w i d e l yu s e db i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s so fa n a e r o b i ch y d r o l y s i sa n da e r o b i ct r e a t m e n tp r o c e s s ， b u tf o rd i f f e r e n tt y p e so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tr e s u l t sv a r yw i d e l y t h ew a s t e w a t e ro fy i c h a n gp h a r m a c e u t i c a lc o ，l t dw h i c hp r o d u c ta m i n oa c i dw a s h i g h c o n c e n t r a t i o n t h er a t i oo fw a s t e r w a t e rb o d s c o d c rw a so 5 7 ，w h i c hw a sg o o db i o d e g r a d a b i l i t y o fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r a c i d i f i c a t i o nc a nb eu s e d ，t w oa e r o b i ct r e a t m e n ta n da d v a n c e dt r e a t m e n t p r o c e s s t h et r e a t m e n tp r o c e s so fw a s t e w a t e ri s ”t h ew a s t e w a t e r g r i l l e - - - * r e g u l a t i n gt a n k - - f i r s t s e d i m e n t a t i o nt a n k - - - a n a e r o b i c b i o l o g i c a l t r e a t m e n tt a n k - - - - c a s st a n k - - - c a fd e v i c e - - - , t h e m i d d l et a n k - - - b a fi m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m s - - c o a g u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o nt a n k s - - - t h e e x i tw a t e r t h ea m i n oa c i dw a s t e w a t e rb y p h y s i c a lm e d i c i n ec o n d u c t e dat e s to fc o a g u l a t i o n d e t e r m i n e db yc o a g u l a t i o nt e s tm i x t u r eo fo r g a n i ca n di n o r g a n i cc o a g u l a n td o s a g e ：p f sw a s 2 0 0 m g l ，p o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) d o s a g eo f3 m g l t h ed e s i g n e dt r e a t m e n tw a t e ra m o u n tw a s4 0 0 0 t d a y , t h ee n t e r i n gw a t e rc o d c rw a s 14 0 0 0 m g l ，b o d 5w a s8 0 0 0 m g l ，s sw a s6 7 0 0 m g l ，n h 3 一nw a s8 9 0m l ，t h ee x i tw a t e r c o d c rw a s9 5 3 m g l ，b o d sw a s3 2 8 m g l ，s sw a s3 5 1 m g l ，n h 3 一nw a s18 3m g l ，a n dt h ee x i t w a t e ri n d e xc a nr e a c h e dt h es t a t e d i s c h a r g es t a n d a r d so fw a t e rp o l l u t a n t sf o rp h a r m a c e u t i c a l i n d u s t r yf e r m e n t a t i o np r o d u c t sc a t e g o r y ( g b 219 0 3 - 2 0 0 8 ) y i c h a n gp h a r m a c e u t i c a lc o ，l t dw h i c hp r o d u c ta m i n oa c i du s e di np h a r m a c e u t i c a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e sf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n to fs i m i l a rr e f e r e n c e k e yw o r d s ：a m i n oa c i d w a s t e r w a t e rt r e a t m e n t t h er e s e a r c ho ft r e a t m e n tp r o c e s s 武汉科技大学硕士学位论文 第1 i i 页 目录 摘要1 a b s f f a c t 1 i 目录i i i 第一章绪论l 1 1 我国水污染现状1 1 2 氨基酸废水处理技术2 1 2 1 物理、化学处理技术2 1 2 2 厌氧生物处理技术3 1 2 3 好氧生物处理技术6 1 3 本课题的研究内容及意义9 第二章氨基酸废水水质特性及处理工艺选择1 0 2 1 厂区废水排放的危害性1 0 2 2 氨基酸原辅料消耗一1 0 2 3 氨基酸生产工艺及排污节点。l o 2 4 废水来源及水质特点1 2 2 5 废水处理站设计水量及进出水指标12 2 6 废水水质分析13 2 7 废水处理程度及污染物去除1 4 2 8 废水处理工艺选择及处理构筑物设计一15 2 8 1 一级物理处理一16 2 8 2 二级生物处理17 2 8 3 深度处理2 4 2 8 4 污泥处理2 5 2 8 5 废水处理工艺流程图2 5 2 9 废水处理站主要构筑物及设备2 6 2 1 0 小结2 7 第三章废水处理工艺试运行2 8 3 1 混凝试验研究2 8 3 2 废水处理单元预期处理效果3 0 3 3 系统调试与运行效果3 0 3 3 1 菌种来源及数量3 0 3 3 2 调试方法3 0 3 3 3 调试结果与讨论3 1 3 3 4 一级物化处理去除效果一3l 3 3 5 二级生物处理去除效果3 2 第1 v 页武汉科技大学硕士学位论文 3 3 6 组合工艺处理效果：3 5 3 4c a s s 反应器动力学模型研究3 6 3 5 小结4 2 第四章工程投资及效益分析4 3 4 1 工程投资及成本分析4 3 4 1 1 工程投资4 3 4 1 2 成本分析4 3 4 2 经济和环境效益4 4 第五章结论与建议4 5 5 1 结论4 5 5 2 建议4 5 参考文献一4 6 致谢4 9 附录i 攻读学位期间发表的论文5 0 武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 第一章绪论 1 1 我国水污染现状 水是生命之源，是地球上一切生态环境存在的基础。人类生存离不丌水，水是人类生 活和生产不可替代的宝贵资源。水是自然生态环境的重要组成部分，是最富有动力作用的 要素之一。随着我国人口的快速增长，经济的高速发展以及人们物质文化生活水平的不断 提高，人类社会对水的需求量显著增长。由于工业经济的迅猛发展，工业发展所造成的水 污染未能及时得到治理，世界上许多国家和地区己出现水资源危机。 水体污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面 特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的 现象。 目前，全世界每年约有4 2 0 0 多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5 5 万亿立方米 的淡水，这相当于全球径流总量的1 4 以上。根据2 0 0 8 年中国环境状况公报显示，截至 到2 0 0 9 年底，全国地表水污染依然严重。七大水系水质总体为中度污染，浙闽区河流水 质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南诸河水质良好，湖泊( 水库) 富营养化问题突出。 长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系水质总体与上年持平。2 0 0 条河流4 0 9 个断面中，i - i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 5 0 、2 4 2 和2 0 8 。其中，珠江、长江水质总体良好，松花江为轻度污染，黄河、淮河、辽河为中 度污染，海河为重度污染。 长江水系水质总体良好。1 0 4 个地表水国控监测断面中，i i i i 类、类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为8 5 6 、6 7 、1 9 和5 8 。主要污染指标为氨氮、石油类和五 同生化需氧量；黄河水系水质总体为中度污染。4 4 个地表水国控监测断面中，i i i i i 类、 i v 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为6 8 2 、4 5 、6 8 和2 0 5 。主要污染指标 为氨氮、石油类和五r 生化需氧量；珠江水系水质总体良好。3 3 个地表水国控监测断面中， i i i l 类、类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为8 4 9 、9 1 、3 o 和3 o 。主要 污染指标为石油类、五同生化需氧量和氨氮；松花江水系水质总体为轻度污染。4 2 个地表 水国控监测断面中，i i i i 类、类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为3 3 3 、4 5 2 、 7 2 和1 4 3 。主要污染指标为高锰酸盐指数、石油类和五日生化需氧量；淮河水系水质 总体为中度污染。8 6 个断面中，i i i i i 类、类、v 类和劣v 类水质断面比例分别为3 8 4 、3 3 7 、5 8 和2 2 1 。主要污染指标为高锰酸哉指数、五同生化需氧量和氨氮；海 河水系水质总体为重度污染。6 3 个断面中，l i i i 类水质断面占2 8 6 ；i v 类水质断面占 1 4 3 、v 类水质断面占6 3 ；劣v 类水质断面占5 0 8 。主要污染指标为氨氮、五同生 化需氧量和高锰酸盐指数；辽河水系水质总体为中度污染。3 7 个地表水国控监测断面中， i i i i i 类、类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为3 5 1 、1 3 5 、1 8 9 和3 2 5 。 主要污染指标为石油类、高锰酸盐指数和氨氮i l i 。我国七大水系水质类别比例如图1 1 ： 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 眈缓麓 圈l 蹀口a 类 一劣筅 一 一 圜蘑圉凰縻 一 ”l 戮 糊 豳 e 一7 ， 。 i i l l 。_ 7 ；l j ， ，j u幽u警- j 豫：二咬：= 包芯互赞曩；莒乏乏，乏患，乏 图1 1 七大水系水质类别比例 1 2 氨基酸废水处理技术 在化工、制药、食品等行业生产中，经常排放出含氨基酸的废水，这种废水呈酸性， 直接排放将使水体的p h 值发生变化，水体的自净能力降低，水中的微生物生长受到阻碍， 严重污染水环境。目前国内外对氨基酸医药废水处理技术的研究和应用十分活跃，出现了 许多处理方法。图1 2 为氨基酸医药废水处理的基本工艺流程。 污泥回流 。投药r _ 投药 - 废水一一 。 一 ，出水达标排放 一调节池一预处理一厌氧反应一好氧一一沉淀_ 一后处理 一一一 图1 2 氨基酸医药废水处理的基本工艺流程 1 2 1 物理、化学处理技术 氨基酸医药废水的物理、化学预处理和生化后续的物理、化学处理，主要采用以下几 种工艺方法： ( 1 ) 混凝沉淀法 混凝沉淀是氨基酸医药废水预处理常用的另外一种方法，主要用于去除废水中难生化 降解的固体培养基成分、胶体物以及蛋白质等，改善废水的生物降解性，降低污染物的浓 度。目前对l 苯丙氨酸、l 缬氨酸以及l 异亮氨酸等废水的预处理常采用这一方法。采用 混凝沉淀预处理可较好的去除氨基酸医药废水中的悬浮物、胶体物及蛋白质等物质，可明 显改善废水的生物降解性，对c o d 等有机物的去除率一般在1 5 左右【2 3 】。 ( 2 ) 气浮法 在氨基酸医药废水处理中，常把气浮法作为预处理工序或后处理工序，主要处理含有 高沸点溶剂或悬浮物废水的预处理，t t h l 苯丙氨酸、l 缬氨酸以及l 异亮氨酸等废水的处 理。采用气浮法作为该类废水的预处理设施，对去除废水中悬浮物，改善废水可生物性， 有较好的效果，但对c o d 等有机物去除效果一般仅在1 0 2 0 吖4 1 。 j ( 3 ) 氧化絮凝处理 氧化絮凝是一项处理高浓度工业有机废水的新技术，通过电解催化氧化或h 2 0 与铁盐 等催化氧化反应机制，产生具有极强氧化性的羟基自由基( o h ) ，借助羟基自由基具有“攻 琵 诡 凳 魂 笼 钰 鼢 鼢 0 武汉科技大学硕士学位论文 第3 页 击”有机物分子内高电子云密度部位的特点，使大部分微生物难降解的有机物迅速变为易分 解的小分子有机物，甚至往往会被o h 自由基彻底矿化为c 0 2 和h 2 0 。进一步通过投加絮凝 剂，将形成的絮状有机物分离去除。该方法尤其适用于高浓度、难生物降解的工业有机废 水的预处理，或经生化处理后达不到排放标准的深度处理。这一方法对改善废水的可生化 性效果显著，对c o d 等有机物的去除率一般可达2 0 4 0 t5 i 。 1 2 2 厌氧生物处理技术 1 2 2 1 水解酸化法 水解酸化过程是在兼氧或非严格厌氧的环境下，通过微生物的水解及产酸发酵等作 用，将复杂的大分子有机物转为简单有机物等产物的过程。水解酸化属非甲烷化的厌氧生 化过程，通过这一过程使废水中一些难生化降解的物质转化为易降解物，以利于后续的生 化处理。目前在氨基酸医药废水处理工艺中，较多地采用水解酸化过程作为好氧生化的前 处理。该废水的水解酸化装置采用形式主要为充填料生物膜式和无填料完全混合式水解 池，水解酸化过程废水c o d 的去除率一般在2 0 - 3 0 t 6 1 。 ( 1 ) 水解酸化工艺原理 从原理上讲，水解酸化处于厌氧消化过程的第一、二、三阶段。即水解阶段、产酸发 酵阶段和产氢产乙酸阶段。 a 水解阶段 水解可以定义为复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下被转化 为简单的溶解性单体或二聚体的过程。非溶解性有机物是以胶体或悬浮固体形念存在的高 分子有机物，因相对分子量大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用，它们需要 在第一阶段被胞外酶分解为小分子有机物。例如纤维素被纤维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中并透过细胞膜为细菌所利用。 对于含有难降解或高分子有机物的废水，水解过程通常较缓慢，因此被认为是此类废 水厌氧降解的限速步骤之一。多重因素可影响水解的速度和水解的程度，例如：温度；水 力停留时间；有机物质的组成成分，如木质素、碳水化合物、蛋白质与脂肪的质量分数； 有机质颗粒的大小；p h 值；氨的浓度；水解产物的浓度。 胞外酶能否有效地接触到底物对水解速率的影响很大，因此大颗粒底物l l d , 颗粒底物 降解要缓慢得多。例如，来自于植物中的底物，其生物降解性极大地取决于纤维素和半纤 维素被木质素包裹的程度。纤维素和半纤维素是可以生物降解的，但木质素难以降解，但 木质素包裹在纤维素和半纤维素的表面使酶无法接触纤维素和半纤维素，导致降解缓慢。 废水中有机物质的水解过程通常比较缓慢，水解反应发生后，有机物分子的极性和溶 解度等都会发生改变。常见的水解反应式可写成以下标准形式： 尺一x + 疗2 0 辛r o h - i - x 一+ h +( 1 1 ) 其中r 表示有机物分子的主体碳链，x 表示分子中的极性基团。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 水解速度可以由以下动力学方程表示： 鲁一k p ( 1 2 ) 式中 p 一为可降解的非溶解性底物浓度( l ) ； 一为水解反应速率系数( 1 d ) 。 对于间歇反应器，上式积分之后可以写作： p = p o e 一 ( 1 3 ) 式中p 。一为非溶解性底物的初始浓度( l ) ； f 一为反应时间( d ) 。 如前所诉，许多因素影响水解速度。但水解速度常数k 。与这些因素的关系尚不完全清 楚。k 值的大小通常只适用于某种条件下某一特定底物，需要通过试验获得，并可预测最 佳的停留时间和沼气产量。表1 1 列出污泥中不同底物在不同温度和停留时间下的如值 表1 1 温度与停留时间对污泥中不同组分的k 值的影响 停留时间( d ) 温度( o c ) 脂肪纤维素 蛋白质 1 5 6 01 56 01 56 0 1 50 00 0 30 0 1 80 0 20 0 1 2 50 0 90 0 30 2 70 1 6 o 0 3o o l 3 50 1 l0 0 40 6 20 2 lo 0 3o 0 1 根据上述反应动力学方程，反应速率系数与底物浓度的关系是确定的： i n p = i n p o k t ( 1 4 ) k h = l n ( p o t l n p ) ( 1 5 ) b 产酸发酵阶段 发酵o c e m e n t a t i o n ) 被定义为有机物即作为电子受体也是电子供体的生物降解过程。产酸 发酵过程中，产酸发酵细菌( a c i d o g e n i c f e m e n t a t i o nb a c t e r i a ，简记a f b ) j 备溶解性单体或二 聚体有机物转化为挥发性脂肪酸( v o l a t i l e f a ta c i d ，简记v f a ) f f l 醇为主的未端产物，同时产 生新的细胞物质。这一过程也称之为酸化。产酸发酵速率较快，末端产物主要有甲酸、乙 酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、乳酸等挥发性脂肪酸，乙醇等醇类，二氧化碳，氢气，以 及氨、氮气、硫化氢等，并且均为自发进行( 表1 2 ) 。因为发酵产物是产甲烷细菌的底物， 所以，发酵产物的种类和产率对甲烷过程影响较大。 武汉科技大学硕士学位论文 第5 页 表1 2 产酸发酵细菌易葡萄糖为发酵底物的标准吉布斯自由能变化 反应( p h = 7 ，t = 2 9 8 。1 5 k ) a g o ( k j m o o c 6 1 1 0 6 + 4 h 2 0 + 2 n a d + _ 2 c h 3 c 0 0 一+ 2 h c o ；+ 2 n a d h + 2 h 2 + 6 h + c 6 1 1 0 i + 2 n a d h 一2 c h j c h ! c o o 一+ 2 h 2 0 + 2 n a d + c 6 h 1 2 d 6 + 2 h 2 0 一c h 3 c h 2 c h 2 c o o 一+ 2 h c o ；+ 2 h 2 + 3 h + c ：1 2 0 ；+ 2 h 2 d + 2 n a d h _ 2 c h 3 c h 2 0 h + 2 h c o ；+ 2 n a d + + 2 h 2 g 1 2 0 6 2 c h 3 c h o h c o 伊+ 2 h + 2 1 5 6 7 3 5 7 8 7 2 6 1 4 6 2 3 4 8 3 2 1 7 7 0 产酸发酵细菌种类、数量众多，其中重要的类群有梭状芽孢杆菌属( c l o s t r i d i u m ) 和 拟杆菌属( b a c t e d o d e s ) 。梭状芽孢杆菌属是厌氧的、产芽孢的细菌，因此它们能在恶劣的 环境条件下存活。拟杆菌属大量存在于有机物丰富的地方，它们分解糖、氨基酸和有机酸。 上述细菌大多数是严格厌氧的，但随着反应器中缺氧条件的不同，兼性厌氧细菌的数量也 随之改变，当厌氧反应器进水中有溶氧时，这些兼性厌氧细菌能够保护像产甲烷细菌这样 的严格厌氧细菌免受氧的损害与抑制。 产酸发酵的末端产物组成取决于厌氧生态条件、底物种类和参与的微生物种群。例如， 如果产酸发酵过程在一个专门的产酸反应器( 两相厌氧生物处理的产酸反应器) 中进行， 则末端产物组成将受几种生态因子( p h 、氧化还原电位、有机负荷、水力停留时间和碱度 等) 影n l j j t7 l 。 c 产氢产乙酸阶段 产氢产乙酸阶段是将产酸发酵阶段产生的有机酸( 除乙酸) 和醇转化为乙酸、氢气、 二氧化碳的过程，并产生新的细胞物质。这类细菌称之为产氢产乙酸细菌( h 2 - p r o d u c i n g a c e t o g e n s ，简记h p a ) 。 在反应器中，各类菌群往往构成微生态系统，在此系统中，产氢产乙酸细菌靠近利用 氢的细菌生长，因此氢可以很容易被消耗掉并使产乙酸的过程顺利进行。除许多产甲烷细 菌可以利用以外，硫酸盐还原菌和反硝化细菌等也能消耗氢。 有少量的产氢产乙酸细菌可以利用h 2 + c 0 2 或甲醇作为底物形成乙醇，此类细菌称为 同型产乙酸细菌( h o m o a c e t o g e n i cb a c t e r i a ，简记h o m a ) 。例如c l o s t r i d i u ma c e t i c u m 和 a c e t o b a c t e r i u mw o o d i i ，这类细菌以氢作为电子供体将二氧化碳和甲醇还原为乙酸。表1 3 表明，在标准状况下，同型产乙酸过程可自发进行。但事实上，此代谢过程只有当氢分压 较高时，细菌为维持生态系统环境处于适宜条件- a 会发生。一般来说，当生态系统中存在 足够的氢利用细菌( 如产甲烷细菌) ，或可将氢气及时排除生态系统时，同型产乙酸过程 不会发生 8 胡】。 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 表1 3 同型产乙酸细菌的标准吉布斯自由能变化 反应( p h = 7 。r = 2 9 8 1 5 k ) a g o ( 杉t 0 0 1 ) c hj o h + h c o ；+ h 2 一c h j c o o 一+ 2 h2 0 2 h c o ；+ 4 h 2 + + c h j c o o 一+ 4 h 2 0 2 9 7 0 3 ( 2 ) 水解酸化工艺的特点 研究表明，将水解酸化处理作为污水生化处理的预处理，可提高污水生化性能，能降 低后续生物处理的负荷。水解酸化处理广泛运用于难生物降解的化工、造纸及有机物浓度 高的食品废水处理中。 水解酸化工艺与单独的厌氧工艺相比，具有以下优点： ( 1 ) 水解、酸化阶段所产生的产物主要为小分子有机物，可生物降解性一般比较好。 水解酸化池可以提高原废水的可生化性，能有效减少反应器的反应时间和处理能耗。 ( 2 ) 水解酸化能减少可降解性有机物在生物降解过程中所产生的污泥量，水解酸化池 和消化池的功能一样。该工艺仅产生少量的难厌氧生物降解的活性污泥，可实现污水和污 泥的一次处理，不需要经常加热的中温消化池。 ( 3 ) 不需要密闭的池，不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价和 便于维护。由于这些特点，可以设计出适应大、中、小型污水厂所需的构筑物。 ( 4 ) 水解酸化反应控制在厌氧生物处理产甲烷阶段完成之前，出水无厌氧发酵所具有 的不良气味，能有效改善污水处理厂的环境。 ( 4 ) 水解酸化能为后续好氧生物处理提高废水的可生化性，可大大提高后续好氧生物 处理效率；水解酸化反应器具有产酸细菌种类繁多、细菌生长速度快及对环境条件适应性 强的特点，可以有效降低反应器的容积以及对反应器运行条件的控制【l o 1 1 1 。 1 2 2 2 厌氧消化法 厌氧消化法是一个严格控制厌氧环境的生化过程，在厌氧消化过程中，废水中的有机 污染物最终降解为c 心、h 2 c 0 2 等物质。目前主要有青霉素、链霉素、卡那霉素、维生素c 、 维生素b 1 2 以及谷氨酸等高浓度的发酵类制药废水采用厌氧消化法进行生化前处理，其消化 过程中的废水去除率( c o d ) 一般在4 5 8 0 ，采用的反应器形式主要有上流式厌氧污泥 床( u a s b ) 反应器、复合式厌氧反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 反应器【1 2 州】。 1 2 3 好氧生物处理技术 我国的制药废水处理技术研究和应用始于2 0 世纪7 0 年代，首先采用的是以活性污泥法 为代表的好氧工艺，并在少数工程中应用。2 0 世纪8 0 年代，好氧工艺是我国制药废水处理 工程中的主导方法，主要工艺有活性污泥法、接触氧化法、生物转盘法、深井曝气等。而 近年来则以水解好氧生物接触氧化法以及不同类型的序批式活性污泥法居多。 1 2 3 1c a s s 生物池 c a s s ( c y c l i c a c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) t 艺是循环式活性污泥法的简称，是由g o r o n s z y 武汉科技大学硕士学位论文 第7 页 教授在i c e a s 的基础上研究开发出来的一种改进型s b r 工艺。c a s s 的整个工艺为一问 歇式反应器，将生物反应过程和泥水的分离过程结合在一个池子中完成。因此，它是s b r 工艺及i c e a s 工艺的一种更新变型。 c a s s 整个工艺的主体为一间歇式反应器，在此反应器中活性污泥法过程按曝气和非 曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行，废水按定 的周期和阶段得到处理。根据生物反应动力学原理，使废水在反应器内的流动呈现出整体 推流而在不同区域内为完全混合的复杂流念，从而保证稳定的处理效果。一个c a s s 反应 池一般包括三个分区：第一区( 生物选择器) 、第二区和第三区( 主反应区) 。c a s s 生物 池结构如图1 3 。生物选择区设置在反应器前端，从主反应区回流来的污泥和进水在此混 合。此区内水力停留时间一般在o 5 l h ，通常在厌氧或兼氧条件下运行。第二区不仅具有 辅助厌氧或兼氧条件下生物选择的功能，还具有缓冲进水水质水量变化的作用。主反应区 则是最终去除有机底物的主要场所。运行过程中，通常对主反应区的曝气强度加以控制， 使反应区内主体混合液处于好氧状态，而活性污泥结构内部则基本处于缺氧状态。处理生 活污水时，三个区容积比可选择为l ：2 ：1 7 ，具体数值可根据实验确定【倦】。 进气一 1 生物选择区2 兼氧区3 主反应区 图1 3c a s s 工艺示意图 c a s s i 艺一个循环过程一般包括四个阶段，既进水曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段、 闲置阶段。一般一个运行周期为4 h ，其中进水曝气2 h ，沉淀、滗水各1 h 。进水阶段曝气， 反应器内的水位随进水而由初始的设计最低水位逐渐上升至最高设计水位，因而其有效容 积是逐渐增加的( 即变容积运行) 。曝气阶段结束后，在静止条件下使活性污泥进行絮凝 沉淀，沉淀结束后通过表面滗水装置排出上清水层，并使反应器中的水位恢复最低设计水 位，然后重复上周期的运行。为保证系统在最佳条件下运行，需定时排泥，主反应区内 混合液污泥浓度( m l s s ) 在3 5 0 0 - - 5 0 0 0 m g l 时，经过沉淀后可达到15 0 0 0 m g l 左右，剩余 污泥量要比传统活性污泥处理工艺少得多【1 9 2 2 】。 c a s s i 艺的主要特点：反应器前端设生物选择器，并将主反应区的污泥回流至生物 选择器这一特征是循环式活性污泥法工艺和其他b j 歇式活性污泥法工艺的重要区别之 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 一。它为絮状菌创造合适的生长条件并选择出絮状细菌，具有防止活性污泥膨胀，增强系 统运行稳定的功能；在生物选择区内，污泥回流液中所含有的少量硝态氮也可在此得以反 硝化；通过主反应区污泥的回流并与进水混合，不仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用 而加速对溶解性底物的去除，同时也可以使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放，为 后续主曝气区磷的过量摄取创造条件。可变容积的运行提高了系统对水质水量变化的适应 性和操作的灵活性【2 3 2 4 1 。 c a s s 工艺流程简单，布置紧凑，运行灵活，处理效果好；在沉淀阶段不进水，静止 沉淀的效果好。占地面积少，该工艺一般采用矩形池结构的模块式建造方式，其布置非常 紧凑，故可节省土地，在地价较贵时，可降低投资费用。由于采用模块式布置方式，故便 于系统扩建。整个工艺系统的操作完全自动化，维护费用较低。系统中无需设置刮泥桥、 搅拌设备，以及污泥回流和内回流泵，故系统机械设备投资较低。工艺系统运行费用低。 由于污泥回流比较低( 通常为日平均流量的2 0 ，且无其他内回流系统) 以及无需搅拌设 施，故节省大量能耗【2 5 1 。 国内工作者结合研究结果和实际经验，提出了一种新型的c a s s i 艺：连续进水周期 循环曝气活性污泥法，并对该工艺在处理制药废水、低温下处理生活污水等方面进行了研 究。与传统c a s s 工艺不同的是，该工艺没有污泥回流，反应池仅设二个区：预反应区和 主反应区，预反应区控制在缺氧状态，以提高难降解有机物的去除效果；另一个显著的特 点是该工艺采用连续进水、单个池子即可独立运行，也可串联运行【2 8 1 。 1 2 3 2 曝气生物滤池 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，b a f ) 是8 0 年代术在欧美发展起来的一种 新型污水处理技术。其独特的填料式设计，借鉴了生物滤池和生物接触氧化法的优点，综 合了过滤、吸附和生物代谢等多种废水处理工艺，使其具有水力负荷高、抗冲击能力强、 污泥产量少、无污泥膨胀等优点。生物曝气滤池主要应用于废水的深度处理，适应于处理 低有机负荷废水，不同的填料尺寸对应不同的废水处理要求，并在固定化微生物技术方面 有着良好的应用前景【2 9 3 0 1 。 固定化微生物曝气生物滤池工艺( g a i a - b a f ) 所采用的微