廢水處理-生物反應(yīng)器原理

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1、廢水處理 第一節(jié)概 述l水是人類生活和生產(chǎn)活動中不可缺少的物質(zhì)資源。l水資源在使用過程中由于喪失了使用價值而被廢棄外排，并以各種形式使受納水體受到影響，這種水就稱為廢水。 l目前，我國的湖泊大多呈富營養(yǎng)化，面積也不斷萎縮，近海水域亦因受污染，赤潮頻發(fā)。我國水污染現(xiàn)狀是“局部有所改善，整體仍在惡化”。 一、發(fā)酵工業(yè)廢水來源l隨著行業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，發(fā)酵生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣也明顯增加，主要面臨問題之一就是發(fā)酵工業(yè)廢水的處理。發(fā)酵行業(yè)耗水量很大，每1噸產(chǎn)品消耗水量在30250噸之間不等。 l發(fā)酵工業(yè)的主要廢渣水來自原料處理后剩下的廢渣（如蔗渣、甜菜粕、大米渣、麥糟、玉米漿渣、纖維渣、葡萄皮渣

2、和薯干渣等）、分離與提取主要產(chǎn)品后廢母液與廢糟（如玉米、薯干、糖蜜酒精糟，味精發(fā)酵廢母液，白酒糟，葡萄酒糟，檸檬酸中和廢液等）以及加工和生產(chǎn)過程中各種沖洗水、洗滌劑和冷卻水。 l發(fā)酵工業(yè)采用玉米、薯干、大米等作為主原料，并不是利用這些原料的全部，而只是利用其中的淀粉，其余部分（脂肪、蛋白和纖維素等）限于投資、技術(shù)、設(shè)備和管理等原因，很多企業(yè)尚未加以很好的利用。 l如果按糧食原料淀粉含量70 %計，按生產(chǎn)工藝的淀粉利用率為40 %計，則整個行業(yè)全年有近1 000多萬噸原料轉(zhuǎn)化為廢渣水，其中又有相當(dāng)一部分隨洗滌水、冷卻水等排入環(huán)境中，既浪費資源，又嚴(yán)重污染環(huán)境，破壞生態(tài)。 二、發(fā)酵廢水排放標(biāo)準(zhǔn)l廢

3、水排放標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種形式：濃度標(biāo)準(zhǔn)和總量控制標(biāo)準(zhǔn)。l濃度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了企業(yè)、車間或設(shè)備排出口排放污染物的濃度限值，其單位一般為mg/L。濃度標(biāo)準(zhǔn)的好處是任務(wù)比較明確（對每個污染物質(zhì)都遵從一個標(biāo)準(zhǔn)），因此管理起來比較簡單。 l但由于并未考慮企業(yè)排放量的大小，接受水體的環(huán)境容量大小、性狀和要求等，因此并不能保證水體的環(huán)境質(zhì)量。當(dāng)排放總量超過水體的環(huán)境容量時，水體水質(zhì)則不能達到要求。另外企業(yè)可以通過稀釋來降低排放水中的污染物濃度，這對可用水來說是個浪費。 l總量控制標(biāo)準(zhǔn)是以與某級水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的水體自凈能力為依據(jù)，綜合考慮所在地區(qū)的污染源，并在可能的條件下利用水質(zhì)，進行污染源許可排放總量的分配。這

4、種標(biāo)準(zhǔn)可以保證水體的水質(zhì)要求，不過這提高了對技術(shù)的要求，并且往往要與排放許可證制度相結(jié)合，加大了管理難度。 l排放的污染物按其性質(zhì)及控制方式分為兩類：第一類污染物，不分行業(yè)和污水排放方式，也不分受納水體的功能類別，一律在車間或車間處理設(shè)施排放口取樣，其最高允許排放濃度必須達到本標(biāo)準(zhǔn)要求（采礦行業(yè)的尾礦壩排出口不得視為車間排放口），這類污染物毒性大，影響深遠，故要求較高； l第二類污染物在排污單位排放口取樣，按污水排放受納水體的不同等級分別執(zhí)行一級、二級、三級標(biāo)準(zhǔn)，此類污染物危害相對較小。 發(fā)酵工業(yè)廢水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)值 第二節(jié)廢水的水質(zhì)l廢水的水質(zhì)指標(biāo)主要分三類：第一類是物理性指標(biāo)，包括溫度、色

5、度、臭味、渾濁度等；第二類是化學(xué)性指標(biāo)，包括溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、總有機氮（TOC)、有機物、無機物和氣體的含量；第三類是生物學(xué)水質(zhì)指標(biāo)，包括細菌總數(shù)、各種病原菌等。 一、廢水的物理性質(zhì)l1.溫度l水溫對廢水的生物及物理、化學(xué)處理均有影響。廢水的溫度一般較原水溫高，因為在生活、工業(yè)、商業(yè)等用水過程中往往有熱量釋放到水中。 2.氣味l氣味是判斷水質(zhì)優(yōu)劣的感官指標(biāo)之一，清潔水是無臭的，受到污染后才產(chǎn)生臭味。同時廢水的氣味還有助于辨別廢水所處的條件和處理工藝的運行狀況。l污水廠的進水除了正常的糞臭外，有時在集水井附近有臭雞蛋味，臭雞蛋味說明有H2S存在，是有機物

6、厭氧腐敗分解后釋放出來。在好氧處理中發(fā)現(xiàn)有臭雞蛋味說明運行控制失敗，應(yīng)及時予以調(diào)整。 l生活污水的臭味主要由有機物腐敗產(chǎn)生的氣體造成，主要來源于還原性硫和氮的化合物，工業(yè)廢水的臭味主要由揮發(fā)性化合物造成。臭味主要有魚腥臭胺類，如CH3NH2，(CH3)3N，氨臭(NH3)，腐肉臭二元胺類，如NH2(CH2)4NH2，腐蛋臭(H2S)，腐甘藍臭有機硫化物，如(CH3)2S，糞臭(甲基吲哚C8H5NHCH3)以及某些工業(yè)污水的特殊氣味（如酚等）。 3.色度l廢水的顏色通常由懸浮態(tài)、膠體態(tài)和溶解態(tài)物質(zhì)形成，l由懸浮態(tài)物質(zhì)形成的色度稱為表色，l由膠體態(tài)及溶解態(tài)物質(zhì)形成的色度稱為真色。l工業(yè)廢水的顏色由

7、工業(yè)廢水成分決定。含色度的廢水排入天然水體后對水體透明度影響較大，影響環(huán)境的景觀。 4.懸浮物l水中的污染物質(zhì)根據(jù)它的物理狀況可分為漂浮物、可沉物、膠體物和溶解物等幾類。l懸浮物一般可用較簡單的方法，如篩濾、沉淀等，使它們與廢水分離。懸浮物的去除率是衡量廢水處理效果和沉淀效果的重要指標(biāo)。 二、廢水的化學(xué)性指標(biāo)l1.DO溶解氧l（DO）是指溶解于水中的氧的含量，它以每升水中氧氣的毫克數(shù)表示。l溶解氧不是一種污染物質(zhì)，而是水體凈化的重要因素之一，是一個普遍應(yīng)用的水質(zhì)指標(biāo)。l溶解氧高有利于對水體中各類污染物的降解，從而使水體較快得以凈化；反之，溶解氧低，水體中污染物降解較緩慢。 l水被有機物污染后，

8、由于好氧菌作用使其氧化，消耗掉溶解氧。l如果得不到空氣中氧的及時補充，那么水中的溶解氧就減少，最終導(dǎo)致水體變質(zhì)，所以把溶解氧作為水質(zhì)污染程度的一項指標(biāo)。l溶解氧越少，表明污染程度越嚴(yán)重。 2.BOD生物化學(xué)需氧量l目前最廣泛使用的污染指標(biāo)和凈化度指標(biāo)是BOD，它是指1 L廢水中的有機污染物在耗氧微生物作用下進行氧化分解時所消耗的溶氧量。l l廢水中的有機物分解一般分為兩個階段進行。l在第一階段，主要是將有機物氧化分解為水、二氧化碳和氨，稱碳氧化階段；l在第二階段，氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，稱硝化階段。 l在20 下，要完全完成有機物的生化降解，需要100天以上，為了簡便，并考慮到耗氧分解速度

9、一般在最開始的幾天最快，所以以水樣在20 下培養(yǎng)五天消耗的溶氧量作為衡量依據(jù)，即BOD5。 3.COD化學(xué)需氧量lCOD是指用強氧化劑在酸性條件下，將有機物氧化為CO2和H2O所消耗的氧量稱為化學(xué)需氧量，用COD表示 l COD的測試需要時間較短，一般需幾個小時即可測得，較測得BOD方便。但只測得COD值，只能反映總有機物的含量，并不能判別易于被生物降解的有機物和難于被生物降解的有機物所占的比例，所以，在工程實際中BOD與COD要同時測試兩項指標(biāo)作為污水處理領(lǐng)域的重要指標(biāo)。 l同一種廢水，COD值與BOD值之間常常有一定的比例關(guān)系，故可以經(jīng)過一段時期對COD和BOD的平行測試后，算得它們之間的

10、比值，然后可從水樣的COD值來推算BOD的近似值。當(dāng)廢水含有毒物質(zhì)而不能測定BOD時，也可通過測定COD來彌補不能測定BOD的缺陷。 lBOD5/COD可作為污水是否適宜采用生物化學(xué)法處理的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，所以把BOD5/COD叫做可生化性指標(biāo)。比值越大，越容易被生化處理。一般認為BOD5/COD大于0.3的污水才適于采用生化處理。 4.TOC總有機碳l為了快速測定廢水濃度，產(chǎn)生了測定水樣TOC值的方法。TOC系指廢水中所有有機物的含碳量。在TOC測定儀中，當(dāng)樣品在950 下燃燒時，樣品中所有的有機碳和無機碳生成CO2，此即為總碳（TC）。當(dāng)樣品在150 中燃燒時只有無機碳轉(zhuǎn)化成CO2，此即為總

11、無機碳（TIC）。總碳與總無機碳之差，即TOC TOC=TCTIC。 5.固體物質(zhì)l總固體（TS)：TS指單位體積的水樣，在103105 蒸發(fā)烘干后，殘留物質(zhì)的重量。l廢水經(jīng)過濾器過濾后即將TS分成兩部分，被過濾器截留的固體稱為懸浮固體SS；通過過濾器進入濾液中的固體稱為溶解性固體DS。 l懸浮固體（SS）與溶解性固體（DS）：懸浮固體SS，也稱懸浮物，是污水的一項重要指標(biāo)。懸浮物包括漂于水面的漂浮物，多為油脂、木屑、果核等；懸于水中的懸浮物如浮化油等，而沉于底部的沉淀物如砂、泥、石、紙、布、食物質(zhì)等。懸浮物是將污水過濾、把滯留在過濾材料上的物質(zhì)，通過烘干、稱重測得。通過過濾器進入濾液中的固體

12、稱為溶解性固體DS。 l揮發(fā)性固體（VS）和非揮發(fā)性固體（FS）：將水樣中的固體置于馬福爐中，于650 灼燒1 h，固體中的有機物即被氣體揮發(fā)，此即為揮發(fā)性固體VS，殘剩的固體即為非揮發(fā)性固體FS。后者大體上是砂、石、無機鹽等類無機鹽組分。 l溶解固體的濃度與成分對污水處理效果有直接影響，懸浮固體含量較高能使管道系統(tǒng)產(chǎn)生淤積和堵塞現(xiàn)象，也可使污水泵站的設(shè)備損壞。如果不經(jīng)處理直接排入受納水體，能造成水生動物窒息，破壞生態(tài)。 6.氮l廢水中氮以如下幾種形式存在：有機氮，如蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、尿酸、偶氮染料等物質(zhì)中所含的氮；氨氮（NH3-N及NH4-N）；亞硝酸氮（NO2-N）；硝酸氮（NO3-N

13、）。 l總氮是污水中各類有機氮和無機氮的總和。亞硝酸氮不穩(wěn)定，它可還原成NH3或氧化成NO3-N。水中氮含量過高可引起水體富營養(yǎng)化。廢水的凈化主要是通過氧化達到無機化、穩(wěn)定化，所以總氮含量中有機氮和氨氮量的減少，硝態(tài)氮所占比例的增加以及總氮的去除率乃是重要的凈化度指標(biāo)。 l7.磷l磷是生物體中的重要元素之一，在生化處理中，磷同氮一樣是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，故在廢水處理中對碳氮比有一定的要求。l磷在生物處理中化合價不產(chǎn)生變化。在自然界中，磷可在無機磷和有機磷之間、可溶性磷和不溶性磷之間相互轉(zhuǎn)化。在水中磷含量過多可引起水體富營養(yǎng)化，因此它也是廢水污染度與凈化度的指標(biāo)之一。 三、生物學(xué)指標(biāo)l 廢水中生物

14、污染物是指污水中存在的致病微生物，以細菌和病毒為主此外還有一些寄生蟲卵。處理前后微生物數(shù)量的變化是評價水質(zhì)凈化度的指標(biāo)之一，部分生活污水處理廠以及所有醫(yī)院污水處理系統(tǒng)排放的出水還應(yīng)予以消毒，以殺滅處理后殘存的病原微生物。 第三節(jié)工廠廢水處理法選擇l排放廢水要達到國家、地方的排放標(biāo)準(zhǔn)，這就需要進行廢水處理.l所謂廢水處理就是采用物理的、化學(xué)的、生物化學(xué)的方法和技術(shù)，將廢水中的污染物質(zhì)分離除去、回收利用或?qū)⒂泻ξ镛D(zhuǎn)化為無害物，最終將水凈化。 一、廢水處理方法l按照處理結(jié)果可分為兩類，一類是把有害物從廢水中分離出來，進行資源化控制；另一類是將有害物轉(zhuǎn)化為無害物。 l1物理處理方法l主要是利用物理作用

15、分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理過程中不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)。常用的有采用格柵、篩網(wǎng)、砂濾等方法截留各類漂浮物、懸浮物等；利用沉淀、氣浮和離心等方法分離比重與不同種類 的污染物質(zhì)等。 l2化學(xué)或物理化學(xué)處理法l利用化學(xué)反應(yīng)的作用，通過改變污染物的性質(zhì)，降低其危害性或有利于污染物的分離除去。 l包括向廢水中投加各類絮凝劑，使之與水中的污染物起化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水或難溶于水的化合物，析出沉淀，使廢水得到凈化的化學(xué)沉淀法；利用中和作用處理酸性或堿性廢水的中和法；利用液氮、臭氧等強氧化劑氧化分解廢水中污染物的化學(xué)氧化法；利用電解的原理，在陰陽兩極分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，使水質(zhì)達到凈化的電解法等

16、。 l3生物處理法l也稱為生物化學(xué)法，簡稱為生化法。生化處理法是處理廢水中應(yīng)用最久、最廣和比較有效的一種方法，它是利用自然界中存在的各種微生物，將廢水中污染物進行分解和轉(zhuǎn)化，達到凈化的目的。 l主要可分為兩大類。一類是好氧生物處理法，即好氧微生物在有氧環(huán)境中利用碳氧化或氮氧化作用將水中的碳、氮等轉(zhuǎn)化，進行無害化處理或穩(wěn)定化處理。主要工藝有活性污泥法和生物膜法兩種。 l另一類是厭氧生物處理法，即在厭氧狀態(tài)下，厭氧菌將水中的碳、氮、磷等進行無害化處理，多用于高濃度有機污水和污水處理過程中產(chǎn)生污泥的處理，隨著對該法研究的深入，現(xiàn)在也可以用于處理城市污水和低濃度有機污水。 二、廢水處理工藝流程的選定l

17、廢水處理工藝流程是指對廢水處理所采用的一系列處理單元的組合形式。一般應(yīng)與廢水處理廠廠址的選擇同時考慮，其最主要的依據(jù)是原廢水的水質(zhì)、處理應(yīng)達到的程度與其他自然條件等。 一般來說，廢水處理工藝流程的選擇應(yīng)當(dāng)主要考慮以下幾個方面的問題。l1.原廢水水質(zhì)l工業(yè)廢水種類繁多，應(yīng)去除的污染對象龐雜，工業(yè)廢水處理所采用的處理工藝繁多 l2廢水的處理程度l主要是受納水體的功能、水環(huán)境質(zhì)量要求，污染狀況與自凈能力，以及處理后的廢水是否回用等影響因素。l如果處理后的廢水將回用，就必須使處理水的水質(zhì)滿足用戶要求。根據(jù)水體自凈能力來確定廢水處理程度時，既要考慮利用水體的自凈容量，又要防止水體的生態(tài)平衡受到破壞。同時

18、，還要全面地考慮水系流域污染物防治規(guī)劃和區(qū)域的總體規(guī)劃等。 3. 工程造價與運行費用l一般來說，在進行廢水處理工藝系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)以原廢水水質(zhì)、水量與其他自然條件作為原始條件，以要求的處理水水質(zhì)作為約束條件，以處理系統(tǒng)最低的總費用為目標(biāo) 4.當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件 l當(dāng)?shù)氐牡匦?、氣候、水資源等自然條件，也對廢水處理工藝流程的選擇有較大影響。如當(dāng)?shù)赜袕U棄的舊河道、池塘、洼地、河灘、沼澤地與山谷等地域，則可優(yōu)先考慮采用工程造價低廉的穩(wěn)定塘廢水自然凈化技術(shù)。 l寒冷地區(qū)應(yīng)當(dāng)采用耐低溫、冬季能正常運行的處理工藝，而且應(yīng)盡可能將處理設(shè)施建在室外，以節(jié)省基建與運行費用。此外，當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧吓c電力能源供應(yīng)等具體

19、情況，也是工藝流程選擇的因素。 5.廢水水量及其變化動態(tài)l水質(zhì)水量變化大的工業(yè)廢水應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)置均質(zhì)池、調(diào)節(jié)池或事故儲水池，或者選用耐沖擊負荷能力較強的處理工藝； 6.運行管理與施工l在選擇運行管理復(fù)雜的工藝時應(yīng)在充分的可行性研究的基礎(chǔ)上決定。地下水位較高與地質(zhì)條件較差的地區(qū)不宜選擇施工難度大的處理構(gòu)筑物。 第四節(jié)發(fā)酵工業(yè)廢水的生物處理l一、廢水生物處理的基本原理l天然水體受到污染后，在沒有人為干預(yù)的條件下，可借助水體自身的能力使之得到凈化，這種現(xiàn)象稱為水體自凈。水體自凈過程主要包括稀釋、沉降、擴散等物理作用，氧化、還原、分解、絮凝等化學(xué)作用和生物降解作用，其中生物降解，即生物凈化作用是水體自凈

20、作用的主要動力。 l廢水生物處理法是天然水體生物自凈原理的人工強化和具體應(yīng)用。該方法通過創(chuàng)造適宜的條件，使微生物高濃度地富集在特定的構(gòu)筑物，即廢水處理裝置中，充分利用微生物的作用，高速度、高效率地分解、轉(zhuǎn)化廢水中的污染物，從而使水體得到凈化。l根據(jù)處理過程中起作用的微生物對氧氣要求的不同，可將廢水生物處理分為好氧處理與厭氧處理兩大類。 二、發(fā)酵工業(yè)廢水的好氧生物處理l（一）活性污泥法l活性污泥法實質(zhì)上是從廢水的自凈原理發(fā)展起來的。不同的是系統(tǒng)中分解有機成分的微生物群體是人為定向培養(yǎng)而成，水體中天然的溶氧根本滿足不了微生物代謝的需要。因此，必須設(shè)置一個鼓風(fēng)曝氣或機械曝氣系統(tǒng)，這個系統(tǒng)被稱為曝氣池

21、。l曝氣池中具有分解有機物能力的生物群體即為活性污泥。 l廢水經(jīng)曝氣池停留一段時間后，廢水中大部分有機物被活性污泥吸附、氧化分解，隨后進入沉淀池。在沉淀池中，活性污泥下沉，上清液即可排放。 （二）生物膜法l生物膜是指以生長在固體（稱為載體或填料）表面的生物成膜(biological film 或 biofilm)l生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料或粘附在生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層帶黏性、薄膜狀的微生物混合群體 l老化的生物膜和游離細菌被濾池掃除生物（輪蟲、線蟲、顆粒體蟲等）吞食，廢水得到凈化。l生物膜法比活性污泥法具有生物密度大、耐污染力強、動力消耗較小、無需污泥回流與不發(fā)生污泥膨脹等特點，其運轉(zhuǎn)管理較方便。但它不如活性污泥法中的絮狀體易于凝聚沉降，從而影響處理水的透明度，這是生物膜法的不足之處 三、發(fā)酵工業(yè)廢水的厭氧生物處理l厭氧生物處理法是在厭氧條件或缺氧條件下，利用厭氧性微生物（包括兼性微生物）分解廢水中的有機物的方法。 l厭氧生物處理的基本原理l厭氧處理是在多種微生物種群的共同作用下，利用密閉的厭氧環(huán)境將有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄楹投趸肌?