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气浮十生物接触氧化法处理速冻食品加1 废水研究 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加工废水研究 摘要 速冻食品是一种以低温快速冻结方式生产的食品。速冻食品是食品加工工艺的重 要发展，它不同于一般的冻结和冷藏方法。其主要特征是食品一定要经过水沈、漂烫、 烹调加工或其他前处理工序后在低温下( 3 3 以下) 快速冻结，然后在一1 8 以下贮 藏和运输。 速冻食品在我国起步较晚，进入8 0 年代，随着引进设备的不断增加和各年中圈声 设备的研制成功，使我国的速冻食品加工工艺逐渐向国际水平靠拢，速冻食品也从过 去仅有的肉类、水产类冷冻加工发展到果品、蔬菜和调理食品加工，目前，我国已有 生产速冻食品企业近2 0 0 家，品种达3 0 0 多个，年生产量达1 0 0 0 万吨。目前，速拣 方便食品的出口量已超过意大利居世界第一位。 掘测算，速冻食品加工厂每加工1 吨产品，就产生1 0 3 0 立方米废水，速冻食 品加工废水属于高浓度有机废水，具有排水量大、污染物浓度商、水质水量变化大的 特点，如不处理就直接排放，将会对水环境造成严重的污染，这已成为一个制约速冻 食品工业发展的突出问题。因此解决速冻食品加工废水的污染问题势在必行。 本研究所用速冻食品加工废水含有大量的瓿污、油脂油块、肉屑、内脏杂物、蛋 白质等污染物，因而废水有机物含量高，可生化性好，固体悬浮物含量高。目前，我国 一般采用物化、生化处理相结合的办法对该类废水进行处理。出于规模化的速冻食品 加工业近年来才兴起，其加工废水处理的研究相对于啤酒废水、酒精废水、淀粉废水 等其它食品类高浓度有机废水处理的研究来说比较滞后，目前国内关于速冻食品加一 ： 废水相关的研究报道和工程实例较少，设计没有现成的工艺设计参数可供选择。因此， 有必要对速冻食品加工废水处理的工艺及工艺优化进行研究，提出可行的工艺和最佳 的运行参数。 本文在对离浓度有机废水处理技术的综述和比较的基础上，探讨了气浮+ 生物接 触氧化工艺处理速冻食品加工废水的可行性和优于其他工艺的特点，在实验室阶段研 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品j j n ；1 废水研究 究了各种环境因子对此工艺处理效果的影响以及工艺的最优化设计，为工艺的工程应 用奠定了理论和实验基础。在对速冻食品加工废水的实际应用中，根据实验结论和相 关资料设计了套二级气浮+ 生物接触氧化工艺流程，在一年的实际运行中，此工艺 取得了良好的处理效果。一级气浮池的c o d 去除率能达到7 0 以上，能有效地降低后 续接触氧化法的c o d 负荷。二级气浮池能够达到5 0 左右的c o d 去除率，使得最终出 水的c o d ( 1 0 0 m g 1 ，达到了国家污水排放一级标准。生物接触氧化池对冲击负荷有较 强的适应性，短期内进水突然变化时，出水水质受影响很小，出水水质好而稳定。目 前国内对速冻食品加工废水的处理还未见报道，本文为以后此方面的研究提供了可行 性方案和工程范例。 关键谰：接触氧化法；气浮；速冻食品；高浓度有机废水 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加、 废水研究 t h es t u d yo nt h et r e a t m e n to fw a s t e w a t e ro ff r o z e nf o o d p r o c e s s i n gb ya irf i o t a t i o n + b i o c o n t a c to x i d a t i o n p r o c e s ss y s t e m a b s t r a c t f r o z e nf o o di sak i n do ff o o dp r o d u c e db yl o wt e m p e r a t u r ea n df a s t - f r e e z i n gs t y l e f r o z e nf o o d c r a f ti st h ei m p o r t a n td e v e l o p m e n to f t h ef o o dp r o c e s s i n gc r a f t ； i td i f f e r sf r o mt h eg e n e r a lc o n g e l a t i o n a n dr e f r i g e r a t e sm e t h o d i t sm a i nc h a r a c t e r i s t i ci st h a tt h em a t e r i a lm u s tb ew a s h e da n dc o o k e dt h r o u g h w a t e r , o rp r o c e s s e db yo t h e rp r e p r o c e s sc r a f t ，t h e nf r o z e nq u i c k l yu n d e rl o wt e m p e r a t u r e ，t h e ns t o r e d a n dt r a n s p o r t e du n d e r 一1 8 c f r o z e nf o o ds t a r t e dl a t ei no u rc o u n t r y , i nt h e1 9 8 0 1 s ，a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fs e r i e so f e q u i p m e n t s ，t h ep r o c e s s i n gc r a f to f f r o z e nf o o di sc l o s i n gt oi n t e r n a t i o n a ll e v e lg r a d u a l l y , t h eb r e e do f f r o z e nf o o da l s oe n l a r g et ot h ef r u i t ，t h ev e g e t a b l ea n do t h e rp r o c e s s e df o o df r o mo n l ym e a t ，m a r i n e p r o d u c t si nt h ep a s t a tp r e s e n t , t h e r ea r ea l m o s t2 0 0p l a n t sw h i c hp r o d u c ef r o z e nf o o di no u rc o u n t r y , t h es p e c i e sa m o u n t st om o r et h a n3 0 0 ，t h ea n n u a lc a p a c i t yp r o d u c t i o na m o u n t st o1 0 ，0 0 0 0 0 0t o l l s c u r r e n t l y t h eo u t p u tc a p a c i t yo ff r o z e nc o n v e n i e n tf o o dh a sa l r e a d ye x c e e d e di t a l y t oo c c u p yt h ef ir s t o f t h ew o r l d a c c o r d i n gt om e a s u r e f r o z e n b o dp r o c e s s i n gf a c t o r yc a nd i s c h a r g ew a s t e w a t e rl o - 3 0t o n sw h i l e p r o d u c i n go n et o np r o d u c t , f r o z e nf o o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e rb e l o n g st oh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i c w a s t e w a t e r , i tw i l lc a u s es e r i o u sw a t e re n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni f i ti s n tt r e a t e dp r o p e r l y , w h i c hh a s b e c o m eo n eo f o u t s t a n d i n g p r o b l e m t h a tr e s t r i c t t h ed e v e l o p m e n to f f r o z e n f o o d i n d u s t r y t h e r e f o r e i t i s i m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o nt or e s o l v et h ep o l l u t i o np r o b l e mo f f r o z e nf o o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e r t h e r ea r cag r e a td e a lo fp o l l u t a n t ss u c ha sb l o o ds t a i n s ，g r e a s eo i lp i e c e ，m e a ts c r a p s ，s u n d r i e s f r o mi n t e r n a lo r g a n sa n dp r o t e i ni nf r o z e nf o o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e r a sar e s u l t t h eo r g a n i ca n ds s c o n t e n to ft h ew a s t e w a t e ri sh i g h ，w h i c hc a l lh et r e a t e db yb i o c h e m i c a lm e t h o d c u r r e n t l y , t h eg e n e l a l t r e a t m e n tc r a f ta d o p t e di no u rc o u n t r yi n c l u d ep h y s i c a l - c h e m i c a la n db i o c h e m i c a lp r o c e s s i n g t h e s t u d yo nt h et r e a t m e n to ff r o z e nf o o dl a g sb e h i n dc o m p a r e dw i t ho t h e rf o o dw a s t e w a t e rs u c ha s b e e r w a s t e w a t e r , a l c o h o lw a s t e w a t e ra n da m y l u mw a s t e w a t e re t c t h e r e f o r et h e r ea r eaf e wr e l a t e dr e s e a r c h r e p o r t sa b o u tf r o z e nf o o dw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dr e a le n g i n e e r i n gp r o j e c t s t h e r ea r e n to f f - t h e 。p e g t e c h n i q u e sp a r a m e t e rt os e l e c t c o n s e q u e n t l y , i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h et r e a t m e n tp r o c e s so ff r o z e n f o o dp r o c e s s i n gw a s t e w = e ra n di t so p t i m i z a t i o n ，i no r d e rt of i n df e a s i b l ec r a f t sa n dt h eb e s to p e r a t i n g p a r a m e t e r 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加i ：废水砌f 究 o nt h eb a s eo fr e v i e wa n dc o m p a r i s o n ：o fd i v e r s et e c h n i q u e sf o rt r e a t m e n to fh i g hc o n c e n t r a t i o n o r g a n i cw a s t e w a t e r , t h i sp a p e rp r e s e n t st h ef e a s i b i l i t y a n da d v a n t a g eo fa i rf l o t a t i o n 十b i o - c o n t a c t o x i d a t i o np r o c e s ss y s t e mi nt r e a t m e n to fw a s t e w a t e rf r o mf r o z e nf o o dp r o c e s s i nt h ee x p e r i m e n t a l p h a s e t h ei n f l u e n c eo fe n v i r o n m e n t a lf a c t o ro nt h et r e a t m e n te f f e c to ft h i ss y s t e mw a ss t u d i e da n dt h e o p t i m i z a t i o no fo p e r a t i o nc o n d i t i o nw a se x p l o r e dw i t hw i t c ht h et h e o r ya n de x p e r i m e n t a lb a s i cw a s e s t a b l i s h e df o ri t sa p p l i c a t i o n t h e nas u i to fa i rf l o t a t i o n + b i o c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s ss y s t e mw a s d e s i g n e dt r e a t m e n to fw a s t e w a t e rf r o mf r o z e nf o o dp r o c e s sa c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lc o n c h s i o l l a n dc o r r e l a t i v ed a t a i nt h ep e r i o do fa c t u a lf u n 、e x c e l l e n tt r e a t m e n te f f e c tw a so b t a i n e db yt h i sp r o c e s s s y s t e m t h er e m o v a lf a t eo fc o db yt h ep r i m a r ya i rf l o t a t i o np r o c e s se x c e e d e d7 0 a n dr e d u c e dt h e c o dl o a do ff o l l o w o nb i o - c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s si nf a v o ro fs u s t a i n i n gr u n 5 0 o ft h er e m o v a l r a t eo fc o db yt h es e c o n d a r ya i rf l o t a t i o np r o c e s sm a k ee f f l u e n tw a t e rq u a l i t ya c h i e v en a t i o n a l w a s t e w a t e rd r a i n a g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 一l9 9 6 ) t h eb i o - e o n t a c to x i d a t i o np o n dp o s s e s s e ss t r o n g a d a p t a b i l i t yt ot h ei m p a c tl o a da n dc a ns t e a d i l ys u p p l ye f f l u e n tw a t e rq u a l i t yw h e nt h ei n f l u e n tw a t e r q u a l i t yc h a n g e sa c u t e l yi nas h o r tt i m e a tp r e s e n t ，t h e r ei ss c a r c er e p o r to nt h et r e a t m e n to fw a s t e w a t e r f r o mf r o z e nf o o dp r o c e s s 、s ot h i sp a p e rc a np r o v i d eaf e a s i b l es c h e m ea n dp r o j e c te x a m p l ei nt h i s a s p e c t k e y w o r d s ：b i o - c o n t a c to x i d a t i o n ：a i rf l o t a t i o n ：f r o z e nf o o d t h i i g hc o n c e n t r a t i o n o r g a n i cw a s t e w a t e r l v 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加一i 废水研究 刖舀 速冻食品( f r o z e nf o o d ) 又称为急冻食品，是一种以低温快速冻结方式生产的食 品。速冻食品是食品加工工艺的重要发展，它不同于般的冻结和冷减方法。其主要 特征是食品定要经过水洗、漂烫、烹调加工或其他前处理工序，然后在低温下( 3 3 以下) 快速冻结，其品温在半小时内迅速通过一1 一1 l 温度范围( 又称为最大 冰结晶生成带，即是使食品中8 0 的含水量变成冰结晶的温度范围) ，食品冷冻后结 晶离子小于1 0 微米，食品的中心温度在一】8 c 以下，然后在此温度下贮藏和运输。速 冻食品分四大类，即速冻果蔬食品、速冻畜禽食品、速冻水产食品和速冻调理食品。 l 、速冻食品的特点 速冻食品与其它食品相比有以下五大优点： 卫生质优。食品经过低温速冻处理，既能最大限度地保持食品本身的色泽风味 及营养成分，又能有效地抑制微生物的活动，保证食用安全。 营养合理。如调理速冻食品配料时，可以通过原料的不同搭配控制脂肪、热量 及胆圃醇的含量，以适应不同消费者的需要。 品种繁多。速冻食品现有四大类、3 0 0 0 多个品种，从副食到主食，从盘菜到 小吃，样样俱全，这是任何其它加工食品不可比拟的，这也为那些不善于烹调的消费 者提供了方便。 使用方便。速冻食品既能调节季节性供需平衡，又能减轻家务劳动，减少城市 垃圾，保护环境。 成本较低。与罐头食品相比，速冻食品具有口味鲜和能耗低的优点。速冻食品 比罐头食品能耗低3 0 左右。 2 、国内外速冻食品的发展概况 速冻食品起源于美国，起始于1 9 2 8 年，但在以后很少的时间内，由于人们对速 冻食品缺乏必要的认识，没有赢得更多的消费者生产发展十分缓慢，直到二二次世界 大战后，速冻食品力1 迅速发展起来。从此以后，速冻食品实现工业化生产并进入超级 市场，深受消费者青昧。特别是果疏单体快速冻结技术的开发，- j t 仓 j 了速冻食品的新 局面，此技术很快风靡世界。最近几年，世界速冻食品的生产和消费方兴未艾，其增 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加工i 废水研究 长速度高达2 0 一3 0 ，超过任何一种食品，品种达3 0 0 0 多个，美、同、欧一些幽家 己形成从原料产地加工、销售、家庭食用的完整的冷减链，保证了速冻食品的工业化 和社会化。据有关资料介绍，速冻食品将成为世界上发展最快的食品，其销售量在发 达国家将占全部食品的6 0 一7 0 ，已取代罐头食品的垄断地位而跃居加工食品的首 位。 速冻食品在我国虽起步较晚，但也有3 0 多年的历史，丌始主要是沿海城市大型 罐头厂试制生产速冻食品，供外销出口，在技术上大多采用以冷藏车间代替冻结车间， 大部分工序采用人工操作，由于冷藏车间制冷能力有限，冻结时间大都在几个小时以 上，许多产品成了“慢冻食品”，因此生产发展十分缓慢。1 9 7 3 年北京、青岛、上海 3 个速冻食品厂同时从日本引进螺旋式速冻机，促进了我国速冻食品的发展，出口能 力由原来的2 0 0 吨提高到现在的8 0 万吨。进入8 0 年代，随着引进设备的不断增加和 各种国产设备的研制成功，使我国的速冻食品加工工艺逐渐向国际水平靠拢，速冻食 品也从过去仅有的肉类、水产类冷冻加： 发展到果品、蔬菜和调理食品加工，目前， 我国已有生产速冻食品企业近2 0 0 家，品种达3 0 0 多个，年生产量达1 0 0 0 万吨。目 前，速冻方便食品的出口量已超过意大利居世界第一位。 3 速冻食品加工废水污染概况 据测算，速冻食品加工厂每加工1 吨产品，就会产生l o b 3 0 吨废水，速冻食品 加工废水对环境的污染已成为一个突出问题。因此解决速冻食品加工废水的污染问题 势在必行。 本研究中所用的速冻食品加工废水含有大量的血污、油脂油块、肉屑、内脏杂物、 蛋白质等污染物，因而废水有机物含量高，固体悬浮物含量高，如不处理就直接排放， 将会对水环境造成严重的污染。目前，我国一般采用物化、生化处理相结合的办法对 该类废水进行处理。由于规模化的速冻食品加工业近年来才兴起，其加工废水处理的 研究相对于啤酒废水、酒精废水、淀粉废水等其它食品类高浓度有机废水处理的研究 来说有些滞后，目前国内关于速冻食品加工废水相关的研究报道和工程实例较少，设 计没有现成的工艺设计参数可供选择。因此，有必要对速冻食品加工废水处理的工艺 及工艺优化进行研究，提出可行的工艺和最佳的运行参数。 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加i 缓水研究 1 速冻食品加工废水治理研究现状与动态 1 1 速冻食品废水特征 速冻食品加工一般要经过解冻、冲洗、清洗等工艺，废水含有大量的珈污、油脂 油块、肉屑、内脏杂物、蛋白质等污染物，如不处理就直接摊放，将会对水环境造成 严重的污染。不同的生产工艺阶段，所产生的废水具有不同的特点，即使在同一阶段， 废水水质也会因产品不同而差异较大。总体上说，速冻食品加工废水具有以下特点： l 、有机物浓度高，废水中古有大量的血污、肉届、内脏杂物、动植物油、面包 屑、淀粉调料和蛋白质等污染物，因而有机物含量高，悬浮物含量多。原水c o d 的范 围在1 0 0 0 1 6 0 0 m g 1 ，b o d 。的范围在5 0 01 0 0 0 m g l ，s s 范围在9 0 0 1 4 0 0 m g 1 。 2 、速冻食品废水的c o d 。，b o d ；= o 4 o 6 ，可生化性强。 3 、速冻食品种类多，品种杂，加工工艺复杂，产品受市场和季节的影响较大， 因此，导致废水摊放不均匀，水质水量变化大。 4 、废水连续不稳定排放。 1 2 高浓度有机废墩处理技术 速冻食品加工废水属于高浓度有机废水，单纯依靠一种处理单元往往难以达到理 想的处理效果，需要将多种处理单元有机结合起来，才能将水处理达标。“七五”以 来，我国对高浓度有机废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探索，取得了行之 有效的成功经验，逐渐形成了以生化为主、生化与物化相结合的处理工艺。生化法中 常用的有活性污泥法、生物膜法、厌氧与好氧相结合法、水解酸化与s b r 相组合等各 种处理工艺。这些处理方法与工艺各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经 验。目前还有不少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究，有的己取得了理想 的成效，不久将应用于实践中。目前国内外对高浓度有机废水的处理技术主要有以下 几种： 1 2 1 生物化学法 速冻食品加工废水中大多数有机物是可以进行生物降解的，有机物在微生物的作 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食黼加下废水研究 用下，最终变为c ( ) ! 和h ：o 以及微生物原生质。因此生化法是目前速冻食品加工废水 处理普遍使用的一种方法。目前，好氧生物法有活性污泥法、高负荷生物过滤法、氧 化沟法、生物接触氧化法、射流曝气法、a b 活性污泥法、a - a 一0 活性污泥法等；厌 氧生化法有升流式厌氧污泥床反应器( u a s b 法) 、厌氧过滤法( a f 法) 、厌氧接触氧化 法、水解酸化法等。 处理食品加工废水，常采用厌氧+ 好氧的组合工艺，如水解酸化+ 接触氧化，u a s b + 接触氧化，水解酸化+ u a s b + 接触氧化、s b r 等工艺。 1 2 1 1 水解酸化工艺 水解酸化处理工艺是通过兼氧菌胞外酶的水解酸化作用，将不溶性大分子有机物 分解为可直接进入微生物细胞体内的可溶性小分子有机物，使得处理后出水变得更易 于被好氧菌降解。水解酸化对c o d 、s s 都有较高的去除率，且抗冲击负荷能力强，常 温下运行稳定，运行费用低。 w w e c k e n f e l d e r 把厌氧发酵过程分为四个阶段：水解阶段、酸化阶段、产氢 产乙酸阶段和甲烷化阶段。3 。在水解阶段复杂大分子有机物通过产酸菌胞外酶的作 用转化为简单的可溶性小分子。如多糖( 淀粉) 水解为单糖，蛋白质分解为肽和氨基酸， 脂肪转化为链脂肪酸和丙三醇等。在酸化阶段，兼性或专性的产酸菌将水解产物转化 为短链有机酸( 五碳以下) 、醇、醛等中性化合物，并且有h ! 、c o ”h ：s 、m ，产生， 有机酸的大量产生使p h 有下降的趋势。酸化阶段虽然也有可能成为甲烷菌直接利用 的醋酸盐、c q 等，但主要还是丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐和乙醇等不能为甲烷菌直 接降解的物质。因而必然存在一种独立的菌群即产氢产乙酸菌将上述物质转化，从而 起到中央桥梁的作用。在产氢产乙酸菌的作用下，酸化阶段产生的2 个碳链以上的短 链脂肪酸( 盐) 、醇、醛等物质转化为乙酸盐，同时产生h 。在产氢产乙酸阶段，由于 产氢细菌的活动使氨态氮浓度增加，氧化还原热降低，p h 值有所上升，从而为后续 的甲烷菌创造了条件。另外还有h 。s 、j l 哚、硫醇等带不良气味的副产物产生。在甲 烷化阶段，专性厌氧的产甲烷菌将前几阶段产生的乙酸( 盐) 、心、c o z 及少量的甲酸、 甲醇等物质转化为c h 。和c 0 。，这一过程有两组生理上不同的产甲烷菌起作用：一组是 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食黼加i 废水研究 氢还原c o ：生成甲烷，另一组是乙酸盐脱羟产生甲烷，其中前者约占厌氧发酵甲烷产 量的1 3 ，后者占2 3 。“。 水解池是把反应控制在第二：阶段完成之前，不进入第三阶段。水解酸化工艺的研 究工作是从污水的厌氧生物处理试验开始，经过反复试验和理论分析，逐步发展为水 解酸化生物处理工艺。在水解池中，实际上完成水解和酸化两个过程( 酸化也可能不 十分彻底) ，水解池是改进的u a s b 反应器，但不设三相分离器。所以，实际二水解池 全称为水解升流式污泥床( h u s b ) 反应器，简称水解池。采用水解池较全过程厌氧池有 以下优点”3 ： 不需要封闭的反应器，不需要搅拌器和水、气、固三相分离器，降低了造价并 便于维护，可以设计出适合大、中、小型污水厂所需要的构筑物。 水解、产酸阶段的产物主要为小分子有机物，可生物降解性一般较好，故水解 池可改变原水的可生化性，从而减少反应时间和处理的能耗。由于反应控制在第三阶 段之前，故出水无厌氧发酵所具有的不良气味，改善了污水厂的环境。 由于第一、第二阶段反应迅速，故水解池体积与初沉池相当，节约基建投资， 由于水解池对固体有机物的降解而减少了污泥量，其功能与消化池相当。 固体的降解功能完全和消化池一样。该工艺只产生很少量的剩余活性污泥。故 可在常温下使固体迅速水解，实现污水、污泥一次处理，不需要设置加热的中温消化 池。 水解工艺着眼于整个系统的处理效率和经济效益，放弃了厌氧反应中的甲烷发酵 阶段，利用厌氧反应中的水解和产酸作用，使得污水、污泥一次得到处理。在整个过 程中，因大量悬浮物水解成可溶物质，大分子降解为小分子，因此工艺中有一系列不 同于传统工艺流程的特点： 对于有机污染物有相对高的去除率，c 0 1 ) 平均去除率为4 0 - 5 0 ，丽悬浮性c o d 去除率更高为8 0 ，对于悬浮物去除率高，出水s s 低于5 0 m g 。这些因素对于各种 后处理是非常有利的。如果用活性污泥法后处理，由于有机物的绝对数量减少了5 0 ， 则从理论上讲与传统活性污泥相比，停留时间和曝气量都可减少5 0 污水经水解反应后，出水b o d i c o d 值有所提高，说明废水的可生化性的提高。 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食鼎加工废水研究 经水解后，溶解有机物的比例发生了很大的变化，可生化c o d 比例提高很大。而一般 经初沉后出水溶解性b o d ；c o d 的比例变化较小。微生物摄取有机物时，只有溶解性 的小分子物质爿可直接进入细胞体内，而不溶性大分子物质，首先通过胞外酶的分解 才得以进入生物体内的代谢过程。经水解处理，有机物在微生物的代谢途径上减少了 一个重要环节，无疑将加速有机物的降解。 在大分子和不溶性物质分解的同时，污泥也发生了分解。水解反应器的污水和 污泥可以同时得到处理。因此可以节约一定的基建投资和电耗。 需要蜕明的是，水解酸化一好氧工艺中的水解过程与好氧a a o ，a b 工艺中的a 段 水解过程存在较大区别。首先是菌群不同。前者的优势菌群是厌氧微生物，以兼性菌 为主；而后者中的优势菌以好氧菌为主。其次，反应器中的污泥浓度不同。水解酸化 好氧工艺中的水解池为升流式反应器，污泥浓度可以达1 5 2 5 9 3 ，而a a o 、a b 工艺 中从二沉池回流的污泥浓度一般最高为5 9 1 。以上差别造成了水解工艺是完全的水 解，而后者仅仅发生部分水解”。 目前己知水解工艺对城市污水、焦化废水、食品加工废水、啤酒废水、印染废水、 造纸( 中段) 废水、化工废水和合成洗涤荆废水( a b s ，l a s ) 等各种废水十分有效。利用 悬浮物去除率高和去除的悬浮物可以在水解池中得到部分消化的特点，在工艺初期开 发时主要应用于污水、污泥同时处理方面。近年来，又利用这一特点去除高浓度悬浮 物和脂类的废水，如酒糟废液、活性污泥、乳制品和禽畜粪便废水等。 1 2 1 2s b r 工艺 s b r 工艺是序列间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) 的简称，是一种按间歇曝气方式柬运行的活性污泥污水处理技术，又称序 批式活性污泥法。 1 2 1 2 1 $ b r 工艺特点 与传统污水处理工艺不同，s b r 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操 作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它 的主要特征是在运行上的有序和问歇操作，s b r 技术的核心是s b r 反应池，该池集均 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻禽鼎加j ：废水研究 化、初沉、生物降解、二沉等功能于池，无污泥回流系统。s b r 工艺这些特殊性使 其具有以下优点“”： ( 1 ) 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处r 交 替状念，净化效果好。 ( 2 ) 运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水 水质好。 ( 3 ) 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水 量和有机污染物的冲击。 ( 4 ) 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 ( 5 ) 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 ( 6 ) 反应池内存在d o 、b o d j 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。 ( 7 ) s b r 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 ( 8 ) 脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好 的脱氮除磷效果。 ( 9 ) 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式阳l 歇反应器，无二沉池、 污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 1 2 1 2 2s b r 工艺的工作机理 ( 1 ) 生化处理过程 污水分批注入反应池，然后按顺序进行反应、沉淀，处理水( 上清液) 分批排出， 完成一个处理过程。 进水初期，由于没有向系统供气，混合液中游离氧和残留在池内的游离氧首先被 消耗，系统由好氧阶段转为缺氧阶段，在曝气初期，系统供氧不足，加之在沉淀、排 水、闲置阶段并末供氧，系统处于缺氧阶段。在曝气反应阶段，大量的氧气注入反应 池( 维持溶解氧在2 - 4 m g 1 之间) ，系统处于好氧阶段。 以上三个阶段间歇交替运行，按时间编成自动控制的周期循环往复，始终保持污 泥的活性，充分利用活性污泥对有机物质高效吸附、降解等特点，确保处理后的水质 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加下废水研究 达到最佳效果。 ( 2 ) 、生化处理机理 s b r 生化反应过程经历厌氧和好氧阶段，s b r 反应池在非稳定的条件下运行，池 内的生物相当复杂，微生物种类繁多，有机物去除率很高。特别是在运行初期，反应 池内氧浓度低，一些兼氧性细菌通过厌氧消化和不完全氧化，使污水中部分难降解的 物质转化为易降解物质。 s b r 其有较好的脱氮功能。进水初期，池内残留的游离氧首先消耗，反硝化菌以 污水中的有机碳作为供体，把池内残留的n 一沪n 还原成氮气或供自身合成反应需要的 有机氮。另一方面，由于进水期活性污泥对高浓度基质的吸附，并以聚物形式贮存起 来，当反应液中有机物质去除达到部分硝化后，减少或停止向系统供氧，絮凝体形成 菌胶团则可以将进水期吸附贮存的碳源释放出来，使兼性反硝化菌进行反硝化脱氮。 在s b r 静沉、排水期间，微生物出于内源呼吸状态，反硝化菌以内源碳作为供体进行 反硝化脱氮。 生物除磷的反应过程同样是在厌氧、好氧条件下进行的，积磷菌处于厌氧状态， 将好氧阶段积聚的磷一部分转化为细菌自身豹合成能量，一部分在产酸菌的作用下转 化为磷酸盐。在好氧阶段，积磷菌大量的吸收污水的磷，使污水中磷转移到污泥中， 通过排泥达到除磷的目的。 1 ，2 1 3u a s b 工艺 u a s b 是升流式厌氧污泥床反应器( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) 的英文简 称。其基本原理是：待处理的废水尽可能均匀的被引入到u a s b 反应器底部，污水向上 流过由絮状或颗粒状污泥组成的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产 生沼气引起污泥床扰动。在污泥床产生的气体中有一部分附着在污泥颗粒表面上，自 由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的顶部，这引起附着的气泡的释放； 脱气的污泥颗粒沉淀回污泥层的表面。自由气体和从污泥颗粒释放的气体被收集在反 应器顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到沉淀室内，剩 余固体和生物颗粒从液体中分离并通过反射板落回到污泥层上面。置于集气室单元缝 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加t 废水研究 隙之下的挡板的作用是作为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区。沼气气泡进入沉 淀区将引起沉淀区的紊动，会阻碍颗粒沉淀。 包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体会经过分离器缝隙进入沉淀区。由于分离器 的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点时降低。由 于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在相分离器上的污泥絮体到一定 程度后将超过其保持在斜壁上的摩擦力，会滑到反应区，这部分污泥又可与进水有机 物反应。u a s b 反应器主要是出反应器( 矩形和圆形) 、三相分离器和配水系统等组成。 u a s b 反应器运行的三个重要前提是：反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥和絮状污 泥；有产气和进水的均匀分布所形成的良好自然搅拌作用；设计合理的三相分离器， 使得沉淀性能良好的污泥能保留在反应器中。三相分离器是u a s b 反应器最有特点和 最重要的装置，它同时具有两个功能：收集从分离器下来的消化区产生的沼气；使得 分离器上的悬浮物沉淀下来。对上述两个功能均要求三相分离器的设计避免沼气气泡 上升到沉淀区，如上升到表面将引起出水浑浊，降低沉淀效率，损失了所产生的沼气。 进水分配系统对一个运转良好的u a s b 是至关重要的。进水系统兼有配水和水力搅拌 的作用，为了保证这两个功能的实现，需满足如下原则：进水装置的设计使分配各点 的流量相同，确保单位面积的进水量基本相同，防止发生短路等现象；很容易观察到 进水管的堵塞，当堵塞发现后，必须很容易被清除；尽可能的满足污泥床水力搅拌的 需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。 u a s b 工艺的优点是：运转简单，适应商或低浓度的废水，可能有极高的c o d 容积 负荷；其缺点在于：解决运转问题需要技巧，不适于废水具有高s s 的情况。 王凯军等在世界范围( 不包括中国) 内对厌氧工艺应用进行统计，到1 9 9 9 年统计 了1 3 0 3 个各种类型的厌氧反应器，其中有近8 0 0 座u a s b 反应器，占全部的5 9 。在 各种反应器中u a s b 工艺被最为广泛地应用在生产性装置上，并且一般非常成功；其 最大优点是结构简单、便于放大、运行管理简单。国际上荷兰的p a q u e s 、荚阂的 b i o t h a n e 和比利时的b 1 0 t i m 公司是世界上主要三个u a s b 技术的厂家。仅这三家公 司占市场份额的7 4 。这三家公司的技术主要是采用u a s b 技术，反映了u a s b 技术除 其技术本身的特点外，其市场化的水平也是非常高的。这与u a s b 技术本身的特点有 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加l 捩水研究 关，如u a s b 的反应器、三相分离器、布水系统和颗粒污泥都是专有技术、技术含量 高。荷兰首先推出u a s b 工艺，已普遍形成了颗粒污泥。这使传统工艺的处理时间从 几十天缩短到一天到几天。有机负荷从几公斤提高到几十公斤，使反应器效率提高几 十倍乃至上百倍。这使得厌氧u a s b 工艺在欧洲迅速得到推广和普及。颗粒污泥已形 成商品化出售，最近已有出售到我国的报道。这技术目前已向美国和世界其它地区 辐射。 掘不完全统计，我国到1 9 9 9 年共有2 1 9 个项目采用厌氧反应器，其中u a s b 有 1 2 0 座，占全部项目的5 8 ，基本与国外情况类似。早在2 0 世纪8 0 年代清华大学就 在北京啤酒厂成功的应用了u a s b 技术处理啤酒废水。啤酒废水和屠宰废水是我国最 早和最成功的应用u a s b 的技术领域。但我国啤酒废水的厌氧处理装置有9 0 以一t 是 由国外的厌氧公司引进或承建。这表明我国在厌氧处理领域仍落后国外的技术。 通过实验结果获得不同类型废水的负荷的经验方法仍是设计u a s b 反应器的唯一 的选择。 1 ，2 2 其他几种高浓度有机废水处理方法 1 2 2 1 物理吸附法 利用吸附割如活性炭、硅藻土、高岭土、炉渣等物质吸附废水中的s s 。但活性 炭吸附后清洗困难，故成本较高。活性硅藻土、炉渣处理食品加工废水，运行费用较 低，效果较好，但缺点是维护费用较高，泥渣产生量大，劳动强度大，占地面积大。”1 。 1 2 2 2 物理化学法 通过加入无机、有机化学絮凝剂，如碱式氯化铝( p a c ) 和聚丙烯酰胺( p a m ) 等，将 有机污染物絮凝沉淀。其缺点在于产生化学污泥的二次污染，加入化学药剂可能会对 后续生物处理的微生物造成毒害作用。 1 。2 2 、3 化学法 通过加入化学药剂的方法将特殊污染物转化为不可溶的形式而吸附在不可溶的 固体，或将污染物氧化成可生物降解的化合物。 气浮+ 生物接触氧化法处理速冻食品加工废水研究 1 2 2 4 湿式氧化法 温式氧化近年柬被认为是处理高浓度有机废水而发展起来的行之有效的方法。它 是指在高温高压的条件下，在液相中，用氧气或空气作为氧化剂，氧化水溶态或悬浮 态的有机物的一种方法。在传统的湿式氧化法基础上发展起来的催化湿式氧化法，能 使反应在更温和的条件下和更短的时间内完成，其主要原理是在传统瀑式氧化工艺中 加入固体或液体催化剂，降低反应所需的温度和压力，提高氧化分解能力，缩短时问， 降低成本。因此，湿式氧化法的研究重点和方向是研究高活性催化剂。目6 口，此类方 法还处于研究阶段。 1 2 2 5 膜生物反应器 膜生物反应器( m b r ) 是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技 术，主要有超过滤和反渗透方法。m b r 法的基本原理是：通过膜分离装置代替普通活 性污泥法中的二沉池，不仅能高效的进行同液分离，取得处理效果较好的出水水质； 而且膜的截留作用有利于提高反应器内的微生物浓度，从而提高了容积负荷，节约了 占地面