3)乳品工業廢水
在乳品工業中,工業汙水主要來自於乳場洗滌水、衝洗水;乳品加工廠生產工藝廢水和冷卻水;乳品接收站的設備洗滌水等。產生的汙水主要含有大量有機物質,並在水中呈可溶性或膠體懸浮狀態,廢水酸堿度近中性或略帶堿性,廢水濁度相對較高。
4)味精工業廢水
在味精工業生產中,汙水主要是由原料處理後剩下的廢渣、發酵液經提取穀氨酸後的廢母液或離子交換尾液、生產過程中各種設備的洗滌水、離子交換樹脂洗滌與再生廢水、液化至糖化和糖化至發酵等各階段的冷卻水以及各種冷凝水產生的。其汙水水質特征是發酵母液和離子交換尾液COD負荷高達30000~70000mg/L,偏酸性,屬於高濃度有機廢水;洗滌水、衝洗水COD負荷為1000~2000mg/L,屬於中濃度有機廢水;冷卻水無水質汙染。
5)抗生素類生物製藥工業廢水
生物製藥工業中,廢水主要來自提取工藝的結晶廢母液、廢流出液等高濃度有機廢水;各種設備的洗滌水、衝洗水等中濃度有機廢水;冷卻水。
汙水的水質特征:①COD濃度高,青黴素廢水COD濃度為15000~80000mg/L;土黴素廢水COD濃度為8000~35000mg/L;②SS濃度高,主要來源於發酵的殘餘培養基質和發酵產生的微生物菌絲體。一般為1~50g/L,也有更高值;③存在生物難降解和有抑菌作用的抗生素等毒性物質;④硫酸鹽濃度高,對厭氧生物處理有抑製作用;⑤水質成分複雜,易引起pH大幅度波動,影響生化反應的活性;⑥水量小且間歇排放,衝擊負荷高,對生物處理不利。
二、發酵工業汙水處理的工藝技術
(一)汙水處理方法
廢水處理的基本任務,是采用各種方法將廢水中的汙染物質分離出來,或使其轉化為無害的物質,從而使廢水得到淨化。
微生物處理廢水的方法也稱為生物法,是利用微生物的作用,使廢水中溶解態和膠體態的有機汙染物質轉化為穩定、無害的物質。生物法分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法兩大類。好氧生物處理廣泛用於處理含有機物的工業廢水,其中有活性汙泥法和生物膜法等。厭氧生物處理法主要用於汙泥消化處理和高濃度有機廢水。
1)活性汙泥法
活性汙泥法中應用較多的是混合曝氣池。活性汙泥(activatedsludge)是一種由活細菌、原生動物和其他微生物群聚集在一起組成的凝絮團,在汙水處理中具有很強的吸附、分解有機物或毒物的能力。活性汙泥中除活細菌和原生動物外,還有毛黴、根黴、曲黴、青黴、鐮刀毒、芽枝黴等黴菌,它們對活性汙泥的正常活動也會有某種幫助。
(1)活性汙泥的特點
活性汙泥的特點是活性汙泥結構鬆散,表麵積很大,具有很強的吸附和氧化分解有機物的能力。如果條件適當,活性汙泥還具有良好的自身凝聚和沉澱性能。這種以活性汙泥為主體的廢水處理方法就稱為活性汙泥法。目前,活性汙泥法已成為處理有機廢水的主要方法。
活性汙泥法的類型有多種,但都有其共同的特征。在處理過程中,廢水中的溶解性有機物質透過細菌的細胞壁為細菌所吸收,固體和膠體的有機物先附著在細菌體外,由細菌所分泌的胞外酶分解為溶解性物質,再滲入細菌細胞。細菌通過自身的生命活動一一氧化、還原、合成等過程,把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物,並放出細菌生長、活動所需要的能量,而把另一部分有機物轉化為生物體所必需的營養物質,組成新的原生質,於是細菌逐漸長大、分裂,產生更多的細菌。
(2)活性汙泥法的影響因素
使用活性汙泥法,BOD去除率一般為75%~95%。去除率受有機物的氧化過程、溫度、pH值、營養以及活性汙泥的處理要素(廢水的性質、負荷量、活性汙泥量、活性汙泥馴化程度、混合方式、反應時間等)影響。
①有機物的氧化過程。廢水中的微生物利用曝氣供給的氧和菌體的酶將有機物氧化分解而獲得能量,一部分能量用於合成新的菌體。
在普通活性汙泥法中,活性汙泥淨化廢水主要通過兩個階段來實現。第一階段是吸附階段,廢水主要通過汙泥的吸附作用而得到淨化。吸附作用進行得十分迅速,對於懸浮物和膠體物較多的廢水(如生活汙水、發酵工業廢水等),在進入曝氣池後30min就可基本完成,這時廢水的BOD去除率可達85%~90%。在這一階段中主要作用是吸附,當然還進行了吸收和氧化作用。第二階段是氧化階段,主要是繼續分解氧化前階段被吸附和吸收的有機物,同時繼續吸附前階段未吸附的殘餘物質(主要是溶解物質)。這個階段進行得相當緩慢,在這個階段中活性汙泥得到再生,恢複其吸附能力。
在處理程度上,可分為完全處理和不完全處理兩類。完全處理指曝氣池中廢水所含的有機物幾乎全部被氧化。不完全處理是指如果衛生方麵隻要求降低廢水中一部分生化需氧量,則不需進行完全處理。
②溫度、pH值、營養的影響。在活性汙泥法中,溫度的影響很大,溫度變化10℃,氧化分解反應速度將相差一倍。合適的溫度是20~30℃。10℃以下或35℃以上時,將產生惡化。
③活性汙泥的處理要素。在安裝活性汙泥處理裝置時,必須了解廢水的成分、BOD容積負荷、BOD汙泥負荷、汙泥容量指標等。
BOD汙泥負荷是表示有機物淨化能力的指標,是指單位活性汙泥量在單位時間內所供給有機物的量。BOD汙泥負荷可計算為BOD汙泥負荷量=BOD×Qρ×V(8.1)式中ρ——曝氣池中的活性汙泥濃度,mg/L;BOD——流入廢水中的BOD,mg/L;Q——流入廢水量,L/d;V——曝氣池的容積,L。
BOD的容積負荷表示每1m3曝氣池能負荷多少BOD量。BOD容積負荷=BOD×QV=BOD汙泥負荷量×ρ式中BOD——廢水中的BOD,mg/L;Q——廢水流量,L/d;V——曝氣池容積,m3。
在沉澱池中,若汙泥的沉澱性良好,則容易和液體進行分離。常用汙泥容量指標SVI作為沉澱性的指標。
供給曝氣池的空氣量,應使池內廢水的溶解氧經常保持在2~3mg/L的程度。空氣供給量隨曝氣池中的氧氣移動效率、汙泥濃度等的不同而變化,一般每處理1kgBOD約需要60m3。如果混合液中含有容易消耗的物質(例如有硫化物等),將使氧氣消耗量增大。
活性汙泥法在操作上的一個大問題是出現膨化現象,即凝塊膨潤難於沉降,使沉降槽中汙泥與上清液的分離非常困難,其主要原因之一在於處理的廢水中缺乏溶解氧,從而傾向於嫌氣性。
2)生物轉盤法
生物轉盤法是生物膜法的一種,是在生物濾池的基礎上發展起來的。它是一種適合土地麵積緊張的大城市內處理汙水的方法。生物膜(biofilm)是指生長在潮濕、通氣的固體表麵上的一層由多種活微生物構成的黏滑、暗色菌膜,能氧化、分解汙水中的有機物或某些有毒物質。
生物轉盤一般是由一組質輕、耐腐蝕的塑料圓板以一定間隔串聯在同一橫軸上而成。每片圓盤的下半部都浸沒在盛滿汙水的半圓柱形槽中,上半部則敞露在空氣中,整個生物轉盤由電動機緩緩驅動。廢水處於半靜止狀態,而微生物則在轉動的盤麵上;轉盤40%的麵積浸沒在廢水中,盤麵低速轉動;盤麵上生物膜的厚度與廢水濃度、性質及轉速有關,一般0.1~0.5mm。汙水流速也可適當增快,這時,隨著轉盤的不停轉動,汙水中的有機物就會被生物膜上的微生物所吸附、充氧、氧化和分解,從而使流經的汙水得到淨化。
3)光合細菌(PSB)法
光合細菌是一大類能進行光合作用的原核生物的總稱,體內有光合色素,在黑暗好氧或光照厭氧條件下進行合成和代謝。光合細菌在利用光能進行光合反應時,與H2S,Na2S2O3和有機物作用,還原CO2,供給氧,這是光合細菌分類上的重要特征。
PSB處理廢水是生物厭氧和好氧法處理廢水兩者的結合,其具有以下優點:不存在汙泥處理問題;可綜合用作飼料。並且,光合細菌對多種有機物具有較強的分解轉化能力,還耐受紫外線,對氯、酚有毒物耐性較強,可在惡劣條件下處理有機廢水。
光合細菌獲得能量有3種方式:光合作用、呼吸作用、發酵或脫氮。由於光合細菌具有忍受和分解高濃度有機廢水的能力,近年來,各國主要用於食品發酵工業、皮革工業、印染、造紙、羊毛洗滌廠的廢水處理。
綜上所述,廢水處理的標準逐漸提高,各種處理方法各自有優點和不足,因此在實際應用時可同時采用多種方法。對於微生物處理法難於解決的COD和色澤的降低等問題,還可考慮同時采用化學或物理的處理方法。在國外處理汙水的方法有植物吸收法、紫外照射法和電子流法等,如日本科學家利用水草作為生物反應器,吸收水中的磷、氮,水草回收可用於製造甲烷氣體和富含磷、氮的液體肥料。
(二)發酵工業汙水處理技術(以啤酒和味精為例)
1)啤酒廢水的處理
啤酒廢水具有良好的生化性,處理方法主要是生物氧化法。因啤酒廢水含N量較低,通常不補充氮源則處理效果不佳,有些能夠在低N環境下生長的微生物,因自身體積大,密度小,菌膠團細菌無法在傳統活性汙泥法處理構築物中生長。因此,啤酒廢水在進行生物氧化處理時,通常采用生物膜法。
啤酒廢水中含有大量懸浮有機物汙染物,進入生物接觸氧化池之前應采用格柵和機械細篩進行初級處理,可使懸浮有機物的去除率達到80%以上。啤酒廢水易腐敗,若設置調節池應考慮設預曝氣裝置,若不設調節池,應使好氧生物處理裝置的容量具備足夠的緩衝能力。
(1)二級接觸氧化工藝處理啤酒廢水
采用接觸氧化工藝代替傳統活性汙泥處理法,可以防止高糖含量廢水引起汙泥膨脹現象的發生,並且不用投配N,P等營養物質。由於啤酒廢水COD濃度高,因此常采用二級接觸氧化工藝。