废水处理-生物反应器原理

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1、废水处理第一节 概 述l水是人类生活和生产活动中不可缺少的物 质资源。l水资源在使用过程中由于丧失了使用价值 而被废弃外排，并以各种形式使受纳水体 受到影响，这种水就称为废水。l目前，我国的湖泊大多呈富营养化，面积 也不断萎缩，近海水域亦因受污染，赤潮 频发。我国水污染现状是“局部有所改善， 整体仍在恶化”。一、发酵工业废水来源l随着行业经济的快速发展，发酵生产中产 生的废水、废气和废渣也明显增加，主要 面临问题之一就是发酵工业废水的处理。 发酵行业耗水量很大，每1吨产品消耗水量 在30250吨之间不等。 l发酵工业的主要废渣水来自原料处理后剩 下的废渣（如蔗渣、甜菜粕、大米渣、麦 糟、玉米浆

2、渣、纤维渣、葡萄皮渣和薯干 渣等）、分离与提取主要产品后废母液与 废糟（如玉米、薯干、糖蜜酒精糟，味精 发酵废母液，白酒糟，葡萄酒糟，柠檬酸 中和废液等）以及加工和生产过程中各种 冲洗水、洗涤剂和冷却水。 l发酵工业采用玉米、薯干、大米等作为主 原料，并不是利用这些原料的全部，而只 是利用其中的淀粉，其余部分（脂肪、蛋 白和纤维素等）限于投资、技术、设备和 管理等原因，很多企业尚未加以很好的利 用。 l如果按粮食原料淀粉含量70 %计，按生产 工艺的淀粉利用率为40 %计，则整个行业 全年有近1 000多万吨原料转化为废渣水， 其中又有相当一部分随洗涤水、冷却水等 排入环境中，既浪费资源，又严

3、重污染环 境，破坏生态。二、发酵废水排放标准l废水排放标准主要有两种形式：浓度标准 和总量控制标准。l浓度标准规定了企业、车间或设备排出口 排放污染物的浓度限值，其单位一般为 mg/L。浓度标准的好处是任务比较明确（ 对每个污染物质都遵从一个标准），因此 管理起来比较简单。l但由于并未考虑企业排放量的大小，接受 水体的环境容量大小、性状和要求等，因 此并不能保证水体的环境质量。当排放总 量超过水体的环境容量时，水体水质则不 能达到要求。另外企业可以通过稀释来降 低排放水中的污染物浓度，这对可用水来 说是个浪费。l总量控制标准是以与某级水环境质量标准 相适应的水体自净能力为依据，综合考虑 所在地

4、区的污染源，并在可能的条件下利 用水质，进行污染源许可排放总量的分配 。这种标准可以保证水体的水质要求，不 过这提高了对技术的要求，并且往往要与 排放许可证制度相结合，加大了管理难度 。l排放的污染物按其性质及控制方式分为两 类：第一类污染物，不分行业和污水排放 方式，也不分受纳水体的功能类别，一律 在车间或车间处理设施排放口取样，其最 高允许排放浓度必须达到本标准要求（采 矿行业的尾矿坝排出口不得视为车间排放 口），这类污染物毒性大，影响深远，故 要求较高； l第二类污染物在排污单位排放口取样，按 污水排放受纳水体的不同等级分别执行一 级、二级、三级标准，此类污染物危害相 对较小。发酵工业废

5、水污染物排放标准值 第二节 废水的水质l废水的水质指标主要分三类：第一类是物 理性指标，包括温度、色度、臭味、浑浊 度等；第二类是化学性指标，包括溶解氧 (DO)、化学需氧量(COD)、生物需氧量 (BOD)、总有机氮（TOC)、有机物、无机 物和气体的含量；第三类是生物学水质指 标，包括细菌总数、各种病原菌等。一、废水的物理性质l1.温度l水温对废水的生物及物理、化学处理均有 影响。废水的温度一般较原水温高，因为 在生活、工业、商业等用水过程中往往有 热量释放到水中。 2.气味l气味是判断水质优劣的感官指标之一，清 洁水是无臭的，受到污染后才产生臭味。 同时废水的气味还有助于辨别废水所处的

6、条件和处理工艺的运行状况。l污水厂的进水除了正常的粪臭外，有时在 集水井附近有臭鸡蛋味，臭鸡蛋味说明有 H2S存在，是有机物厌氧腐败分解后释放出 来。在好氧处理中发现有臭鸡蛋味说明运 行控制失败，应及时予以调整。 l生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的 气体造成，主要来源于还原性硫和氮的化 合物，工业废水的臭味主要由挥发性化合 物造成。臭味主要有鱼腥臭胺类，如 CH3NH2，(CH3)3N，氨臭(NH3)，腐肉臭 二元胺类，如NH2(CH2)4NH2，腐蛋臭 (H2S)，腐甘蓝臭有机硫化物，如(CH3)2S ，粪臭(甲基吲哚C8H5NHCH3)以及某些工 业污水的特殊气味（如酚等）。3.色度l

7、废水的颜色通常由悬浮态、胶体态和溶解 态物质形成，l由悬浮态物质形成的色度称为表色，l由胶体态及溶解态物质形成的色度称为真 色。l工业废水的颜色由工业废水成分决定。含 色度的废水排入天然水体后对水体透明度 影响较大，影响环境的景观。4.悬浮物l水中的污染物质根据它的物理状况可分为 漂浮物、可沉物、胶体物和溶解物等几类 。l悬浮物一般可用较简单的方法，如筛滤、 沉淀等，使它们与废水分离。悬浮物的去 除率是衡量废水处理效果和沉淀效果的重 要指标。二、废水的化学性指标l1.DO溶解氧l（DO）是指溶解于水中的氧的含量，它以 每升水中氧气的毫克数表示。l溶解氧不是一种污染物质，而是水体净化 的重要因素

8、之一，是一个普遍应用的水质 指标。l溶解氧高有利于对水体中各类污染物的降 解，从而使水体较快得以净化；反之，溶 解氧低，水体中污染物降解较缓慢。 l水被有机物污染后，由于好氧菌作用使其 氧化，消耗掉溶解氧。l如果得不到空气中氧的及时补充，那么水 中的溶解氧就减少，最终导致水体变质， 所以把溶解氧作为水质污染程度的一项指 标。l溶解氧越少，表明污染程度越严重。 2.BOD生物化学需氧量l目前最广泛使用的污染指标和净化度指标 是BOD，它是指1 L废水中的有机污染物在 耗氧微生物作用下进行氧化分解时所消耗 的溶氧量。l l废水中的有机物分解一般分为两个阶段进 行。l在第一阶段，主要是将有机物氧化分

9、解为 水、二氧化碳和氨，称碳氧化阶段；l在第二阶段，氨被转化为亚硝酸盐和硝酸 盐，称硝化阶段。 l在20 下，要完全完成有机物的生化降解 ，需要100天以上，为了简便，并考虑到耗 氧分解速度一般在最开始的几天最快，所 以以水样在20 下培养五天消耗的溶氧量 作为衡量依据，即BOD5。3.COD化学需氧量lCOD是指用强氧化剂在酸性条件下，将有 机物氧化为CO2和H2O所消耗的氧量称为化 学需氧量，用COD表示 l COD的测试需要时间较短，一般需几个小 时即可测得，较测得BOD方便。但只测得 COD值，只能反映总有机物的含量，并不 能判别易于被生物降解的有机物和难于被 生物降解的有机物所占的比

10、例，所以，在 工程实际中BOD与COD要同时测试两项指 标作为污水处理领域的重要指标。 l同一种废水，COD值与BOD值之间常常有 一定的比例关系，故可以经过一段时期对 COD和BOD的平行测试后，算得它们之间 的比值，然后可从水样的COD值来推算 BOD的近似值。当废水含有毒物质而不能 测定BOD时，也可通过测定COD来弥补不 能测定BOD的缺陷。lBOD5/COD可作为污水是否适宜采用生物 化学法处理的一个衡量标准，所以把 BOD5/COD叫做可生化性指标。比值越大 ，越容易被生化处理。一般认为 BOD5/COD大于0.3的污水才适于采用生化 处理。 4.TOC总有机碳l为了快速测定废水浓

11、度，产生了测定水样 TOC值的方法。TOC系指废水中所有有机 物的含碳量。在TOC测定仪中，当样品在 950 下燃烧时，样品中所有的有机碳和无 机碳生成CO2，此即为总碳（TC）。当样 品在150 中燃烧时只有无机碳转化成CO2 ，此即为总无机碳（TIC）。总碳与总无机 碳之差，即TOC TOC=TCTIC。5.固体物质l总固体（TS)：TS指单位体积的水样，在 103105 蒸发烘干后，残留物质的重量 。l废水经过滤器过滤后即将TS分成两部分， 被过滤器截留的固体称为悬浮固体SS；通 过过滤器进入滤液中的固体称为溶解性固 体DS。l悬浮固体（SS）与溶解性固体（DS）：悬 浮固体SS，也称悬

12、浮物，是污水的一项重 要指标。悬浮物包括漂于水面的漂浮物， 多为油脂、木屑、果核等；悬于水中的悬 浮物如浮化油等，而沉于底部的沉淀物如 砂、泥、石、纸、布、食物质等。悬浮物 是将污水过滤、把滞留在过滤材料上的物 质，通过烘干、称重测得。通过过滤器进 入滤液中的固体称为溶解性固体DS。l挥发性固体（VS）和非挥发性固体（FS） ：将水样中的固体置于马福炉中，于650 灼烧1 h，固体中的有机物即被气体挥发， 此即为挥发性固体VS，残剩的固体即为非 挥发性固体FS。后者大体上是砂、石、无 机盐等类无机盐组分。l溶解固体的浓度与成分对污水处理效果有 直接影响，悬浮固体含量较高能使管道系 统产生淤积和

13、堵塞现象，也可使污水泵站 的设备损坏。如果不经处理直接排入受纳 水体，能造成水生动物窒息，破坏生态。6.氮l废水中氮以如下几种形式存在：有机氮， 如蛋白质、氨基酸、尿素、尿酸、偶氮染 料等物质中所含的氮；氨氮（NH3-N及NH4 -N）；亚硝酸氮（NO2-N）；硝酸氮（NO3 -N）。l总氮是污水中各类有机氮和无机氮的总和 。亚硝酸氮不稳定，它可还原成NH3或氧化 成NO3-N。水中氮含量过高可引起水体富营 养化。废水的净化主要是通过氧化达到无 机化、稳定化，所以总氮含量中有机氮和 氨氮量的减少，硝态氮所占比例的增加以 及总氮的去除率乃是重要的净化度指标。l7.磷l磷是生物体中的重要元素之一，

14、在生化 处理中，磷同氮一样是微生物的营养物质 ，故在废水处理中对碳氮比有一定的要求 。l磷在生物处理中化合价不产生变化。在自 然界中，磷可在无机磷和有机磷之间、可 溶性磷和不溶性磷之间相互转化。在水中 磷含量过多可引起水体富营养化，因此它 也是废水污染度与净化度的指标之一。三、生物学指标l 废水中生物污染物是指污水中存在的致病 微生物，以细菌和病毒为主此外还有一些 寄生虫卵。处理前后微生物数量的变化是 评价水质净化度的指标之一，部分生活污 水处理厂以及所有医院污水处理系统排放 的出水还应予以消毒，以杀灭处理后残存 的病原微生物。第三节 工厂废水处理法选择l排放废水要达到国家、地方的排放标准，

15、这就需要进行废水处理.l所谓废水处理就是采用物理的、化学的、 生物化学的方法和技术，将废水中的污染 物质分离除去、回收利用或将有害物转化 为无害物，最终将水净化。一、废水处理方法l按照处理结果可分为两类，一类是把有害 物从废水中分离出来，进行资源化控制； 另一类是将有害物转化为无害物。 l1物理处理方法l主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状 态的污染物质，在处理过程中不改变污染 物的化学性质。常用的有采用格栅、筛网 、砂滤等方法截留各类漂浮物、悬浮物等 ；利用沉淀、气浮和离心等方法分离比重 与不同种类 的污染物质等。l2化学或物理化学处理法l利用化学反应的作用，通过改变污染物的性 质，降低其危

16、害性或有利于污染物的分离除 去。l包括向废水中投加各类絮凝剂，使之与水 中的污染物起化学反应，生成不溶于水或 难溶于水的化合物，析出沉淀，使废水得 到净化的化学沉淀法；利用中和作用处理 酸性或碱性废水的中和法；利用液氮、臭 氧等强氧化剂氧化分解废水中污染物的化 学氧化法；利用电解的原理，在阴阳两极 分别发生氧化和还原反应，使水质达到净 化的电解法等。 l3生物处理法l也称为生物化学法，简称为生化法。生化 处理法是处理废水中应用最久、最广和比 较有效的一种方法，它是利用自然界中存 在的各种微生物，将废水中污染物进行分 解和转化，达到净化的目的。 l主要可分为两大类。一类是好氧生物处理 法，即好氧微生物在有氧环境中利用碳氧 化或氮氧化作用将水中的碳、氮等转化， 进行无害化处理或稳定化处理。主要工艺 有活性污泥法和生物膜法两种。 l另一类是厌氧生物处理法，即在厌氧状态 下，厌氧菌将水中的碳、氮、磷等进行无 害化处理，多用于高浓度有机污水和污水 处理过程中产生污泥的处理，随着对该法 研究的深入，现在也可以用于处理城市污 水和