污水处理培训资料

1、污 水 处 理 培 训 资 料 编制：集团企业管理发展部 二零一三年七月 2 陕西恒通果汁集团股2 份有限公司 第一章：基础理论 一、污水和污水处理的定义： 污水： 定义 1：通常指受一定污染的、来自生活和生产的废弃水。污水主要有生活污 水，工业废水和初期雨水。污水的主要污染物有病原体污染物， 耗氧污染物， 植物营养物，有毒污染物等。 定义 2： 水中某些物质含量异常升高，并且可能对生态构成危害的水体。 污水处理： 定义 1：用各种方法将污水中 所含的污染物 分离出来或将其转化为无害物，从 而使污水得到净化的过程。 定义 2：采取物理的、化学的或生物的 处理方法 对污水进行净化的措施。 二、污

2、水中所含的污染物 1、固体污染物： 包括悬浮物、胶体状杂质、溶解性杂质。 1.1 悬浮物 ：水中呈悬浮状态的物质称为悬浮物，是指粒径大于 100NM的杂质。 这种悬浮物的存在， 造成水质显著混浊。 其中密度较大的颗粒多数是泥砂类的无 机物，以悬浮状态存在于水中， 经静置会自行沉降。 密度较小的颗粒多数为动植 物腐败而产生的有机物质，浮在水面上。悬浮物还包括浮游生物（如蓝藻类、硅 藻类）及微生物及菌泥。密度与水相近且细度较小的颗粒，常在水中漂动，静置 也难于沉降，造成水质混浊。 1.2 胶体状杂质 ：水中固体污染物粒径介于 1-10NM之间的杂质，称为胶体状杂 质。胶体杂质多数是黏土性有机胶体和

3、高分子有机物的胶体。 高分子有机物胶体 的分子量很大， 一般是水中的植物残骸经过腐烂降解的产物， 如腐殖酸、腐殖质、 多聚醣等。 黏土性无机胶体是造成水质混浊的主要原因。 胶体状杂质具有两种特 性，一是单位容积胶粒的总表面积很大， 往往吸附大量离子而带有电性， 使胶体 团粒之间产生电性排斥力而不能互相集聚在一起， 颗粒无法自行增大下沉， 所以 始终稳定在胶体状态。 二是当光线照射到胶体将被散射， 而导致水体呈浑浊现象。 1.3 溶解性杂质 ：水中固体污染物粒径小于 1NM的物质，主要是一些低分子的化 合物，这种杂质不会使水变浑浊。就像食盐、食糖、苹果酸溶于水中，水却仍然 是透明的。 3 陕西恒

4、通果汁集团股3 份有限公司 废水水质分析中，把固体污染物分为两类：凡能透过滤膜（孔径 0.45 微米）的 称为溶解固体（以 DS表示）；凡不能透过的称为悬浮物（以 SS表示）；而将这两 项指标的合量称为总固形物（以 TS 表示）。 当水被固体悬浮物污染， 再大量排入自然界水体， 将造成水体外观恶化、 混浊度 升高、水的颜色改变。 水中溶解固形物的浓度大，造成 PH值变化或盐分增加。 2、需氧污染物 废水中凡能通过生物化学或化学作用而消耗水中溶解氧的物质， 统称为需氧污染 物。绝大数的需氧污染物是有机物质，无机物质主要有 Fe、Fe2+、S2-、CN-等。 因而在一般情况下，需氧污染物专指有机物

5、。 由于有机物种类繁多， 现有的分析技术难以将各种工业废水中的有机物加以全面 定性与定量。在水质表征中采用以下几个综合水质污染指标来描述。 2.1 生化需氧量 ：在有氧的条件下，由于微生物新陈代谢的活动，降解有机物质 所需的氧量，称为生化需氧量（ BOD）。以单位体积废水所消耗的氧量（ mg/L）来 表示。有机物生化需氧量过程与温度、 生化培养时间的关。 在一定范围内水温越 高，微生物活力越强，有机物因降解而消耗越快，需氧也越多；时间越长，微生 物降解有机物的数量越大，深度越深，需氧也越多。 多数国家规定 20，5 天生化培养测定的 BOD5，作为衡量废水的有机物浓度指 标。 BOD5基本上能

6、反映可被微生物氧化降解的有机物的量，较为直观地说明了废水 被有机物污染的状况与危害程度。 但仍然存在一些缺点： 当废水中含大量难生物 降解的物质时，测定误差较大；每次测定需要 5 天，不能迅速及时指导实际工作； 废水中存在抑制微生物生长繁殖的物质， 或所含有机物不是微生物生长所需的营 养时，测定结果的准确性很差。 2.2 化学需氧量： 化学需氧量（ COD）是指在酸性介质中，用强化剂将有机物氧 化为 CO2、H2O所消耗的氧量。氧化剂可采用重铬酸钾或高锰酸钾。 COD能在较短 的时间内精确测出， 较为直观地说明了废水被有机物和无机还原性物质污染的状 况与危害程度，但无法说明废水中可被微生物氧化

7、降解的有机物污染的状况。 假如废水中各成份比例相对稳定， COD与 BOD间将有较固定的比例关系。而 4 陕西恒通果汁集团股4 份有限公司 BOD5/COD的比值可作为废水是否采用生化法处理的一个重要衡量指标。比值越 大，越容易被生化处理， 效果也越好。BOD5/COD比值大于 0.3 就可采用生化处理， 生活污水的这项比值在 0.5 以上，说明生活污水很容易被生化降解， 所以有些工 业废水进行生化处理，常把生活污水配入工业废水，以提高 BOD5/COD比值，使 之更适宜于生化处理。 2.3 总需氧量 ：有机物中所含主要元素有 C、H、O、N、S 等，如经高温燃烧，将 分别生成 CO2、H2O

8、、NO2、SO2 等，燃烧过程所消耗的总氧量称为总需氧量（ TOD）。 TOD的数值一般比 COD数值大。 3、油类污染物： 主要是石油类和动植物油类有机化合物。水体含油达 0.01mg/L 即可使鱼肉带有特殊气味而不能食用。 油类污染物在水面上形成油膜， 隔绝大气 与水面，破坏了水体的复氧条件，破坏正常的充氧环境，导致水体缺氧。 4、有毒污染物 ：废水中能对生物体引起毒性反应的化学物质都是有毒污染物。 废水中有毒污染物分为：无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质三类。 4.1 无机化学毒物： 包括金属和非金属及其化合物两类。金属毒物主要是汞、铜 铝、铅、镍等元素的离子或化合物。非金属毒物主要

9、有砷、硒、氰、氟、亚硝酸 根等。 4.2 有机化学毒物： 主要是指酚、苯、硝基物、有机农药、多氯联苯、合成洗涤 剂等人工合成化合物。 4.3 放射性毒物 ：是指具有放射性核素的物质。 5、生物污染物： 是指废水中的致病毒性微生物。它包括致病细菌、病虫卵、病 毒和有毒藻类。水质标准中，以细菌总数和总大肠菌群数，作为卫生学指标。后 者反映水体受动物粪便污染的状况。 6、酸、碱污染物 ：主要是指废水中含有酸性污染物或碱性污染物，有些地区酸 雨也会使废水含有这类污染物。水质标准中以 PH值来表示酸碱污染的存在。 7、营养性污染物 ：废水中所含的氮、磷是植物和微生物的主要营养物质。主要 引起水体富营养化

10、。 8、感官性污染物 ：废水中能引起浑浊、泡沫、恶臭、色变等现象的物质，虽无 严重危害，但能引起人们感观上的不适，统称为感官污染物。 9、热污染： 如果废水水温较高，直接排入水体，会造成水体的热污染。凡因废 5 陕西恒通果汁集团股5 份有限公司 水温度过高对受纳水体造成的危害，称为热污染。 三、污水处理工艺方法 污水中所含有的污染物，就其存在的形式可分为溶解性的和不溶解性的两大 类。溶解性的污染物可分为分子态、 离子态和胶体态的三种； 不溶解性的污染物 又可分为漂浮在水中的大颗粒物质、 悬浮在水中的容易沉降下的物质和悬浮在水 中不容易沉降的物质。 这些形态不同的污染物质在去除时难易程度相差较大

11、， 并 且所采用的方法也不相同。 比如， 漂浮在水中的大颗粒物质容易被去除， 通常采 作简单的格栅或筛网过滤就能够完成；而分子态的溶解性污染物质最难被去除， 它往往需要通过化学或生物化学反应、 或物理化学反应才能被去除。 在设计污水 处理工艺时，通常采取由易到难的顺序，依次将不同形态的污染物质进行去除。 一种形态的污染物质通常需要一种去除方法来完成， 能够完成一种去除功能的装 置在整个处理工艺中被称作处理单元。 污水处理工艺流程是由多个处理单元按照 下列步骤串联起来的。 第一步 去除漂浮在水中的大颗粒物质 第二步 去除悬浮在水中的容易沉降下来的物质 第三步 去除悬浮在水中而不容易沉降的物质 第

12、四步 去除水中的胶体态污染物质 第五步 去除水中的分子态、离子态污染物质 这些方法主要包括物理处理、化学处理及生物处理三大类。 1、物理处理法 物理处理法是最基本最常用的一类处理单元技术， 常用作污水的一级治理或预 处理。常用作化学处理法、 生物处理法的预处理方法， 甚至成为这些方法不可分 割的一个组成部分， 也可单独应用。 物理处理法主要是用来分离或回收废水中的 悬浮物质， 它在处理的过程中不改变污染物质的组成和化学性质。 常用的物理处 理方法有：沉降与气浮、隔截与过滤，离心分离和蒸发浓缩等。一般情况下，物 理处理法所需要的投资和运行费用较低， 故常被优先考虑或采用。 然而，对于大 多数的工

13、业废水来说， 单纯依靠物理方法净化， 往往不能达到理想的处理结果还 需与其它的治理方法配合使用。 污水物理处理的基本原理 6 陕西恒通果汁集团股6 份有限公司 过滤分离法： 将污水通过一带孔隙的过滤装置或介质， 大于孔隙尺寸的悬浮物颗 粒物质被截留在介质的表面， 从而使废水得到净化。 经过一定时间的使用后， 过 水的阻力增加， 就必须采取一定的措施， 如通常人工或机械或反冲洗将截留物从 过滤介质上除去。 重力分离法 ：利用废水中悬浮物质与水的性质不同， 在重力作用下实现分离的过 程。当悬物物的比重大于 1 时，就下沉，称之为沉降或沉淀。在沉淀过程中，悬 浮物颗粒形态大小不变的， 称为自由沉淀；

14、若悬浮物的颗粒形状大小不断地增大， 则称为絮凝沉淀。当悬浮物的比重小于 1 时，就上浮，称之重力浮选。然而，对 于呈乳化状态或比重接近于 1时的悬浮性物质， 难以自然沉降或上浮， 必须依靠 通入空气或进行机械搅拌， 以开成大量气泡， 将乳化微粒粘附而带到水面， 与水 进行分离，这种强制上浮又称做气浮或浮选。 离心分离法 ：高速旋转的物体能产生离心力， 利用离心力的作用可将悬浮性物质 从废水中分离出来。 含有悬浮物或乳化油的废水高速旋转时， 由于悬浮颗粒、 乳 化油等和水的质量不同， 因而会受到大小不等的离心力作用。 质量大的悬浮性固 体颗粒，受到较大的离心力作用， 被甩到了外侧； 而质量小的水

15、受到离心力作用 也较小， 便被留在内圈， 利用不同的排出口将其分别引出， 便可实现固与液分离 的目的。离心分离时， 由于离心力对悬浮颗粒或乳化油的作用远远超过了重力和 压力的作用，因此对悬浮物颗粒或乳化油的澄清也大大的强化了。 蒸发与结晶法 ：蒸发是依靠加热使溶液中的溶剂（如水等）汽化，溶液得到浓缩的过程；结 晶是利用过饱和溶液的不稳定原理， 将废水中过剩的溶解物质以结晶形式析出， 再将母液分 离出来就得到了纯净的产品。 在废水处理中常利用结晶的方法， 回收有用物质或去除污染物 达到净化的目的。 2、化学处理法 主要是利用化学反应来分离或回收废水中的胶体物质、溶解性物质等污染物， 以达到回收有

16、用物质、 降低废水中的酸碱度、 去除金属离子、 氧化某些有机物的 目的。这种处理方法既可使污染物质与水分离， 也能够改变污染物的性质， 因此 可以达到比简单物理处理方法更高的净化程度。 常用的化学处理方法有： 化学沉 淀与混凝法、中和法、氧化还原法等。 由于化学处理法学常需采用化学药剂或材 料，故处理费用较高，运行管理的要求也较严格。通常，化学处理法还需与物理陕西恒通果汁集团股7 份有限公司 处理法配合起来使用。 如化学法处理之前， 往往需要用沉淀和过滤等手段作为前 处理；在某些场合下， 又需要采用沉淀、 浮选和过滤等物理处理手段作为化学处 理法的后处理等。 化学处理的基本原理 废水的化学处理

17、主要应用投加化学药剂与废水中的污染物发生反应或电荷作 用，以沉淀、 上浮或分解为气体等使污染物达到净化。 因此废水中污染物的化学 结构和表面电荷差异特性与使用的药剂相差甚大。废水的化学处理基本原理如 下。 中和法 ：废水中加入酸或碱进行中和反应，调节废水的酸碱度（ PH）使其呈中性 或接近中性或适宜于下步处理的 PH范围。 化学混凝和沉淀法 ：向废水中投加某种化学药剂（常称之为混凝剂），使水中难 以沉淀的胶体状悬浮颗粒或乳状污染物质失去稳定后， 由于互相碰撞以及附聚或 聚合，搭接而形成较大的颗粒或絮状物，从而更易于自然下沉或上浮而被除去。 可除低废水的浊度、色度，除去多种高分子物质、有机物、某

18、些重金属毒物放放 射性物质等， 因此在工业废水的处理中得到广泛应用。 向废水中投加称之为淀淀 剂的某种化学物质， 使其和水中的某些溶解性污染物质产生反应， 生成溶度积小 的难溶天水的化合物， 如将盐类等到沉淀下来， 然后再分离出去， 从而降低了溶 解性污染物质的浓度。 氧化还原法： 废水中某些有毒有害的溶解性污染物质， 可在氧化还原反应过程中 被氧化或还原，转化成无毒无害的新物质或转化成可从水中分离出来的气体或固 体，从而达到净化处理的目的，这种方法便称为氧化还原法。 3、物理化学处理法 在工业废水的回收治理过程中， 利用经常遇到的污染性物质由一相转移到另一 相的过程， 即传质过程来分离废水中

19、的溶解性物质， 回收其中的有用成份， 以使 废水得到深度治理。 尤其当需要从废水中回收某种特定的物质时， 或当工业废水 有毒、有害，且不易被微生物降解时，采用物理化学处理方法最为相宜。常用的 物理化学处理法有：吸附法、萃取法、电解法和膜分离方法等。 由于在果汁废水处理中较少用到，这些方法在此不做详细介绍。 4、生物处理 8 陕西恒通果汁集团股8 份有限公司 废水生物处理是指利用微生物的代谢作用去除废水中有机污染物的一种方法。 其基本原理为在废水构筑物中，通过微生物酶的作用，将废水中的污染物分解。 在好氧条件下污染物最终被分解成 CO2、H2O和各种无机酸盐； 在厌氧条件下污染 物最终形成 CH

20、4、CO2、H2S、N2、H2 和 H2O以及有机酸和醇等。主要以分散的悬浮 污泥如活性污泥、厌氧颗粒污泥和生物膜的形式存在。 4.1 好氧生物处理 废水好氧生物处理是向装有好氧微生物的容器或构筑物中不断地供给足够量 的氧的条件下， 利用好氧微生物分解废水中的污染物质。 一般是通过机械设备往 曝气中连续不断地充入空气， 亦可采用采用氧气发生设备提供纯氧， 并使氧溶解 于废水中， 这种过程称为曝气， 处理废水的构筑物称为曝气池。 曝气的过程除供 氧外，还起搅拌混合作用， 保持活性污泥在混合液中呈悬浮状态， 同时增加微生 物（以活性污泥或生物膜形式存在） 与基质污染物的碰撞几率， 使其与废水充分

21、接触混合。 好氧生物处理曝气方式主要有： 鼓风曝气、 表面加速曝气和射流曝气。 由于好 氧生物处理运行费用主要为电耗， 所有提高曝气过程空气中氧的利用率， 增加单 位电耗充氧量一直是曝气设备和技术开发的重点。 好氧处理主要方法有：活性污泥法、 SBR、生物接触氧化法、生物转盘、生物 滤池、氧化沟、氧化塘等。好氧生物处理主要适用于 COD一五 00mg/L 以下废水 的处理。 4.2 厌氧生物处理 厌氧生物处理法具有节能、 运转费用低、 能产生沼气等特点， 因而在处理高浓 度有机废水中被普遍采用。 厌氧处理废水是在无氧的条件下进行的， 是由厌氧微 生物作用的结果。 厌氧微生物在生命活动过程中不需

22、要氧， 有氧还会抑制或杀死 这些微生物。这类微生物主要分两大类群，即发酵细菌（产酸菌）和产甲烷菌。 废水中的这些有机物在这些微生物联合作用下，通过酸性发酵阶段和产甲烷阶 段，最终被转化成 CH4、CO2 等气体，同时使废水得到净化。 酸性发酵阶段是指微生物在分解有机物过程中产生大量的有机酸， 主要是挥发 性脂肪酸（ VFA）和醇，使发酵环境中 PH下降，呈现酸性。产甲烷阶段是指微生 物在这一阶段中， 分解第一阶段产生的有机酸和醇， 通过无氧呼吸产生 CH4、CO2、 9 陕西恒通果汁集团股9 份有限公司 H2S 等，使发酵环境中 PH值上升，此时，水中的 PH值可提高至 7-8 。参与第二 阶

23、段的细菌为严格厌氧菌， 主要是产甲烷菌。 因产甲烷细菌代谢速度很慢， 故第 二阶段需要较长时间。 厌氧生物处理可直接接纳 COD大于 2000mg/L 的高浓度有机废水，而这种高浓 度废水若采用好氧生物处理法必须稀释几倍甚至几十倍， 致使废水中处理的运行 费很高。但厌氧法处理后的出水 COD和 BOD5 仍很高，达不到排放标准的要求， 因而，欲达到国家排放标准， 后续常接好氧处理工艺， 果汁废水常用接触氧化法。 近年来的研究和实践表明，处理高浓度有机废水，先采用厌氧法处理，使废水中的 COD 和 BOD 5 大幅度降低，然后再用好氧法进行处理，可取得比较好的效果。 5、废水生物处理基本过程 废

24、水生物处理过程可归纳为四个连续进行的阶段， 即絮凝作用 （在生物膜法中称 为挂膜）、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。 下面以好氧法为例说明这四个阶段。 5.1 、絮凝作用 在废水生物处理中， 细菌常以絮凝体开式存在。 废水进入生物反应池后， 废水 中的产荚膜细菌可分泌出粘液性物质， 并相互粘连形成菌胶团。 菌胶团又粘连在 一起，絮凝成活性污泥和粘附在载体上形成生物膜。 所以， 活性污泥或生物膜是 微生物群体（包括细菌、真菌、放线菌、原生动物等）存在的形式，并在废水生 物处理中具有重大的生态学意义。 5.2 、吸附作用 吸附作用是发生在微小粒子表面的一种物理化学的作用过程。微生物个体很 小，并且细

25、菌也具有胶体粒子所具有的许多特性，如细菌表面一般带有负电荷， 而废水中有机物颗粒常带有正电荷， 所以它们之间有很大的吸引作用。 活性污泥 的有面积介于 2000-10000m2/m3，其表面附有的粘性物质对废水中的有机物颗粒、 胶体物质有较强的吸附能力， 而对溶解性有机物有吸附能力很小。 对于悬浮固体 和胶体含量较高的废水，吸附作用可使废水中有有机物含量减少 70%-80%左右。 5.3 、氧化作用 氧化作用是发生在微生物体内的一种生物化学的代谢过程。 被活性污泥和生物 膜吸附的大分子有机物质， 在微生物胞外酶的作用下， 水解为可溶性的有机小分 了物质， 然合透过细胞膜进入微生物细胞内。 这些

26、被吸收到细胞内的物质， 作为 10 陕西恒通果汁集团1股0 份有限公司 微生物的营养物质，经过一系列生化反应途径，被氧化为无机物CO2 和 H2O等， 并释放能量； 与此同时，微生物利用氧化过程中产生的一些中间产物和呼吸作用 释放的能量，合成细胞物质。 在此过程中微生物不断繁殖， 有机物也就不断地被 氧化分解。 5.4 、沉淀作用 废水中有机物质在活性污泥或生物膜的氧化分解作用下无机化后， 处理后水往 往排至自然水体中，这就要求排放前必须经过泥水分离。 活性污泥，特别是生物膜具有良好的沉降性能，使泥水分离，澄清水排走，污 泥沉降至池底， 这是废水生化处理必须经过的步骤， 也是非常重要的步骤。

27、若活 性污泥或脱落的生物膜不能泥水分离， 则这两种生物处理技术不可能实现。 若泥 水不经分离或分离效果不好， 由于活性污泥本身是有机体， 进入自然水体后将造 成二次污染。 根据废水生物处理中微生物对氧的要求， 可把废水生物处理分为好氧处理和厌 氧处理两大类型。 根据微生物存在的状态分为活性污泥法、 生物膜法及自然处理 技术。但不论是何种处理工艺， 污染物均有三个去向： 微生物的增长和细胞物 质积累；产生代谢产物和能量；残存物质。 废水生物处理对微生物的要求主要有： 能够代谢废水中的有机物； 能与处 理后的水彻底分离 （这对厌氧生物处理更为重要， 因为它既是保证出水水质， 又 是使处理能持续下去

28、的必要条件）。 同一种有机污染物在好氧和厌氧条件下转化的特点不同。 共同点： 微生物以 有机污染物作为营养物质通过合成代谢组成细胞物质， 通过分解代谢产生能量和 代谢产物。不同点：转化条件不同，好氧转化在有氧的条件下进行，厌氧转化 在无氧或缺氧的条件下进行； 有机污染物的降解途径不同； 代谢过程中的最终电 子受体（受氢体）不同，好氧转化的受氢体是分子氧，厌氧转化的受氢体是代谢 过程中产生的有机物（如小分子有机酸、醇）或含氧的无机物（如、 CO32- ）；代 谢的终产物不同，好氧转化的产物为最终的氧化产物（如 CO2、H2O、NO2-、 SO42- 等），厌氧转化的产物为小分子有机物或相应的还原

29、产物（如有机酸、醇、N2、 NH3、H2S、CH4等）；物质代谢的速度不同，好氧代谢速率高于厌氧代谢；细胞生 长速率不同，好氧转化过程积累的细胞物质质量高于厌氧转化过程。 11 陕西恒通果汁集团1股1 份有限公司 四、生物处理过程环境条件的影响因素 在废水生物处理过程中物理、化学和生物因素会影响分解污染物的微生物种 群、数量、活性、生物化学转化速率和生物降解产物等。为使生物处理系统中微 生物生态系统最大地发挥效率， 弄清各种因素对废水生物处理的影响， 对如何优 化调控系统中微生物种群，提高废水处理效率十分重要。 1、物理化学因子对生物处理系统的影响 每个微生物菌株对影响生长和活动的生态因素（如

30、温度、 PH、盐分等）均有耐 受范围，有耐受上限和耐受下限。 如果某一环境中有几种降解微生物， 就比在同 一环境中只有一种降解微生物的耐受范围要宽。 但如果环境条件超出系统中所有 微生物的耐受范围，降解作用就不会发生。 、温度 在生化反应上， 温度支配着酶反应动力学、 微生物生 度等。温度对微生物的生理活动的影响主要反映在两个方 定范围内升高， 细胞中的生物化学反应加快， 增殖速率 质，如蛋白质、核酸等对温度很敏感，如果温度大幅度升 使微生物组织遭到不可逆破坏， 因而对控制污染物的降 种类的微生物对温度的适应能力有很大差别， 生物处理 目标、工艺的不同种类也不同。各类厌氧菌的温度范围见 表 1

31、 各类厌氧菌的温度范围 长速度以及化合物的溶解 面： 一是随着温度在一 也加快； 二是细胞组成物 高并超过一定限度，会 解转化着关键作用。 不同 中应用的微生物根据处理 下表： 细菌种类 生长的温度范围 / （） 最适温度 / （） 低温菌 1030 20 中温菌 3040 3538 高温菌 5060 5153 尽管产甲烷菌可按生存的温度范围分为三类， 但大多数产甲烷菌最适宜温度为 3540之间。一般在大多数厌氧反应器中，都基本符合温度每增加10，反 应速度增加一倍的规律。 一般来说，好氧生物处理在 5下速率很低，微生物基本处理于休眠状态；通 常温度范围为一五 35；最适宜温度为 20 30。

32、 、PH 大多数微生物强酸强碱都会抑制其生物活性， 通常在 PH4-9 范围内微生物生长 12 陕西恒通果汁集团1股2 份有限公司 最好。一般细菌和放线菌更喜欢中性或微碱性环境， 酸性条件下有利于霉菌及酵 母菌的生长。在极端酸性条件或碱性条件下微生物活性降低；在合适的PH值条 件下微生物性增高，生物降解趋向加快。表 2 为了般微生物生长的 PH范围，从 中可见，以细菌为主体的废水生物处理系统， PH6.57.5 较适宜。 表 2 一般微生物生长的 PH 范围 微生物 最低 PH值 最适 PH值 最高 PH值 细菌 35 6.5 7.5 810 酵母菌 23 4.5 5.5 78 霉菌 13 4

33、.5 5.5 78 、盐分 盐分比较高时可能会影响微生物的活动。 有些废水中的盐分较高， 抑制了微生 物的活动， 造成抑制某些降解有机物的微生物种群的生长， 从而抑制生物降解过 程。 、压力 有些油类污染物的密度比海水大， 会沉积到海底。 海底属于高静水压和低温环 境，在这样的环境中微生物活性很低， 有机物的降解十分缓慢。 在平常的污水处 理工作很少出现此类情况，主要针对的海洋污染。 2、养分供应对生物处理系统的影响 、碳源 碳源对细菌和真菌的生长十分重要。 对废水处理来讲， 微生物的碳源来源于有 机污染物， 但这些有机污染物的碳源能否供给处理系统的微生物利用， 与污染物 的化合物特征有关。通

34、常，结构简单、分子量小的化合物比结构复杂、分子量大 的化合物易降解，聚合物和复合物较难生物降解。 、氮和磷及其它营养元素 微生物生长除需要碳源外，还需要一些营养元素，如氮、磷、硫、镁等。如果环境中这些 营养成分一种或几种供应不足， 微生物降解污染物的过程则会受到抑制。 好氧处理中碳、 氮、 磷控制为 100： 5： 1为宜；厌氧处理中碳、氮、磷控制为 200 300 ：5： 1 为宜，厌氧比好 氧值要大，主要为厌氧微生物对碳等营养的利用率较好，而好氧微生物低有关。 五、厌氧消化过程的控制 5.1 厌氧消化过程的酸碱平衡及 PH控制 13 陕西恒通果汁集团1股3 份有限公司 PH值是影响厌氧消化

35、过程的重要因素，许多研究结果和实际运行经验表明， 厌氧消化要一个相对稳定的 PH范围，一般来说，对于以产甲烷为主要目的的厌 氧过程，为 6.5 7.5 。如果生长环境的 PH值过高（大于 8.0 ）或过低（小于 6.0 ）， 产甲烷菌的生长代谢和繁殖率就会受到抑制， 并进而对整个厌氧消化过程产生严 重的不利影响。这是因为在厌氧体系中，其他非产甲烷菌如发酵细菌等对PH值 的变化不如产甲烷菌敏感，在 PH发生变化时，这些细菌受到的影响较小，它们 能继续将进水中的有机物转化为脂肪酸类， 导致反应器内有机酸的积累、 酸碱平 衡失调，使产甲烷菌的活性受到更大的抑制，最终导致反应器运行失败。因此， 在厌氧

36、生物处理过程中，应特别注意反应器内 PH的控制，一般应维持在产甲烷 菌的最适范围内，即 6.5 7.5 （最佳 6.8 7.2 ）之间。为了维持这样的 PH值， 在利用厌氧工艺处理某些工业废水时， 有时就需要投加碱或酸来调节和控制反应 器内的 PH值。 5.1.1 厌氧微生物的适宜 PH值 不同的厌氧微生物类群的适宜 PH范围实际上各不相同。 产酸细菌能适应的 PH较宽，一般来说，其最适宜的 PH值是在 6.5 7.5 之间， 此时，其生化反应的能力最强。但是， PH略低于 6.5 或高于 7.5 时，产酸细菌 仍有较强的生化反应能力。 为甲烷细菌所能适应的 PH范围较窄，一般认为其最适 PH

37、范围为 6.8 7.2 ， 实际经验表明，当 PH值在 6.5 7.5 之间，产甲烷菌均有较强的活性。 5.1.2 厌氧消化体系中的酸碱平衡 厌氧消化体系中的 PH值是由体系中的酸碱平衡所控制的，因此很必要对厌氧 消化体系中的酸碱平衡进行分析和研究。 根据对厌氧消化体系中的成分的分析， 可知，与酸碱平衡有关的主要物质有脂 肪酸、氨氮、 H2S、CO2 等。 、脂肪酸的产生与消耗 虽然脂肪酸用为厌氧第一阶段产酸细菌的产物， 但如果绝大多数的脂肪酸都能 在后续的产甲烷阶段被消耗掉，而在出水中仅剩下极少量的VAF，则不会对厌氧 缓冲体系产生很大的影响。 但是， 当反应器超负荷运行和受不良条件的冲击，

38、 由 于产酸细菌的生长较快且对环境条件的变化不太敏感， 则会造成 VAF的积累，此 14 陕西恒通果汁集团1股4 份有限公司 时，厌氧体系的 PH值就会下降。 、氨的产生与消耗 在厌氧菌消化过程中氨的产生主要有以下几个来源： 甲胺的甲烷化， 氨基酸和 蛋白质的发酵，其它含氮有机物的降解等。降解的终产物都是以NH3-N 的形式存 在。而游离氨是厌氧缓冲体系中的一种致碱物质，因此，含氮有机物的降解，将 会导致厌氧体系中碱度的增加。 5.1.3 厌氧生物处理过程中 PH值的控制技术 为了保持厌氧反应器中的 PH值稳定在适宜的范围内，就必须采取一定的措施 对反应器的运行状况进行调节和控制。 在实际运行

39、中， 主要通过以下几种方法来 调节和控制厌氧反应器的 PH值。 、投加致碱或致酸物质 在进水中或直接在反应器中加入致酸或致碱物质， 是最直接的调控厌氧反应器 内 PH 值的方法。实际运行中所用的致碱物质主要有碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化 钠及氢氧化钙等。这种方法要消耗化学药品，从而增加了运行费用。而且，对现 场操作人员来说，应在废水中加入多少致碱物质不好掌握。 、稳定培养产甲烷菌 产甲烷菌生长世代较长， 培养数量多且性状好的产甲烷菌是厌氧调试的最终目 标。在培养过程投加必要的营养物质， 特别是氮元素， 一方面能加快产甲烷菌的 增殖，加快消耗厌氧第一阶段生成的 VAF，不致于造成 VAF的积累，引起

40、 PH下 降；另一方面生成的游离氨能增加厌氧缓冲体系中的一种致碱物质。 、出水回流 一般情况下， 厌氧反应器的出水碱度会高于进水碱度， 所以可采用出水回流的 方法来控制反应器内的 PH值，同时出水回流还可起到稀释作用。采用回流法控 制反应器内 PH值，回流比一般应控制在 520 之间。 、出水吹脱 CO2 回流 出水中的 CO2是主要的酸性物质，把出水中的 CO2 经吹脱去除后再回流，是一种更好的 调控厌氧反应器内 PH 值的方法。但在采用该方法时，由于一般均采用空气进行吹脱，所以 回流液中会含有一定的溶解氧，也会对反应器的运行产生一定的不利影响。 5.2 温度对厌氧生物处理的影响 15 陕西

41、恒通果汁集团1股5 份有限公司 温度是影响厌氧生物处理工艺的重要因素，它的影响主要表现在以下几个方 面：温度主要是通过对厌氧微生物细胞内的某些酶的活性的影响微生物的生长 速率和微生物对基质的代谢速率， 这样就会影响到废水厌氧生物处理工艺中污泥 的产量、有机物的去除速率、 反应器所能达到的处理负荷； 温度还会影响有机 物在生化反应中的流向和某些中间产物的形成以及各种物质在水中的溶解度， 因 而可能会影响到沼气的产量和成分等； 另外温度还可能会影响剩余污泥的成分 和性状；在废水厌氧生物处理装置和设备的运行中， 要维持一定的反应温度又 与能耗成本有关。 、温度突变对厌氧消化的影响 厌氧微生物对反应温

42、度的突变十分敏感， 温度突降会对其生物活性产生显著的 影响，降温幅度越大，低温时间越长，产气的下降就更严重，升温后产气量的恢 复更困难。一般认为，厌氧生物处理系统每日的温度波动以不大于2 3为佳。 、厌氧生物处理反应温度的选择与控制 从前已述可以看出， 反应温度对于厌氧生物处理工艺是十分重要的参数， 在设 计和运行厌氧生物反应器时， 反应器温度的选择就显得十分关键。 但反应器温度 的选择不能仅仅考虑处理效果， 为了维持合适的反应温度所需要消耗的能量也是 我们必须考虑的问题。 高温厌氧消化能达到的处理负荷高， 处理效果好， 但为了维持较高的反应器温 度所需要消耗的能量也相对较高，因此，只有在原废

43、水温度较高（如 4870） 或者在有大量废热可以利用的条件下才可以选用。 目前绝大多数人数运行的厌氧 反应器都是在中温条件下运行， 这样既可以获得较稳定、 高效的处理效果， 同时 为了维持反应器温度所需要消耗的能量还可以接受。 厌氧反应器温度控制主要有以下几种方式： 直接在厌氧反应器内进行温度的控制， 即将 蒸汽管直接安装到厌氧反应器内部， 再通过温度传感器保证反应器内部的温度一直处于所需 要的温度范围之内； 通常只对厌氧反应器本身进行保温处理， 或者采用钢混结构将构筑物 半埋地设计， 而将加热放在进入厌氧反应器之前的调节池中， 即将蒸汽管直接安装在调节池 中，将其中废水的温度加热略高于所需要

44、的温度， 然后通过进水泵将加热后的废水泵入厌氧 反应器；采用热交换器对进水进行间接加热。 5.3 厌氧消化过程中的营养物质 16 陕西恒通果汁集团1股6 份有限公司 厌氧废水处理过程是由细菌来完成的， 因此细菌必须维持在良好的状态， 否则 细菌最终会从反应器中流失。 为此废水中必须含有足够量的细菌用以合成自身细 胞物质的化合物。 细菌细胞的化学组成是了解其营养需求的基础。 一般认为， 产甲烷细菌的实验 分子式与普通细菌一样可以用 C5H7O2N来表示，这说明为甲烷细菌对生物细胞中 基本元素 C、H、O、N 的需求与普通细菌细胞没有什么差别。但除 C、H、O、N 以外，产甲烷细菌的化学组成却具有

45、其自身的特殊性， 如表 3 可以看出， 产甲烷 菌的主要营养物质有氮、磷、钾和硫，生长所必须的少量元素有钙、镁、铁，微 量金属元素有镍、钴、钼、锌、锰、铜等。 表 3 产甲烷细菌的化学组成单位： g/kg 干细胞 元素 含量 元素 含量 元素 含量 氮 65 镁 3 锌 0.06 磷 一五 铁 1.5 锰 0.02 钾 10 镍 0.10 铜 0.01 硫 10 钴 0.075 钙 4 钼 0.06 以上所讨论的主要是厌氧污泥中的产甲烷菌的营养组成情况， 但是，厌氧污泥 中除了产甲烷细菌以处还有多种非产甲烷菌， 如水解细菌、 产酸菌、产乙酸细菌、 硫酸盐还原菌等。 但一般来说， 厌氧生物处理系

46、统中， 产甲烷细菌是其中最关键 的一种细菌， 因为产甲烷菌本身世代周期很长， 生长缓慢， 对环境条件的要求很 高，对于环境条件的微小变化很敏感， 而且在整个厌氧系统中， 产甲烷菌处在食 物链的最后， 如果产甲烷细菌生长不好， 其活性不能得到充分发挥， 就会引起整 个厌氧消化过程无法进行。因此，在讨论厌氧消化过程中的微生物营养物质时， 主要关心的就是产甲烷细菌的营养要求。 在利用厌氧生物处理工艺处理废水时， 可以根据一表中各种元素的含量， 利用 下列公式来估算出所需要的营养物的浓度： =CODBD Y cell 1.14 （ mg/L） 式中所需最低营养元素的浓度（ mg/L） COD BD进水

47、中可生物降解的 COD浓度（ g/L ） Y污泥产率系数（ gVSS/g CODBD） 17 陕西恒通果汁集团1股7 份有限公司 cell 该元素在细胞中的含量（ mg/g 干细胞） 这里的泥泥产率系数 Y，与废水是否已经酸化有关，对于未酸化的废水， Y 值 可取 0. 一五；对于已经完全酸化的废水，则可取 0.03 。计算结果在实际应用时 还应扩大至两倍，保证在厌氧系统中有足够的营养物质。 厌氧微生物对氮、磷的需求。 同样的，在讨论厌氧微生物对氮、磷的需求时，主要讨论就是产甲烷细菌的 需求。 所有产甲烷细菌均能利用 NH4+作为氮源，它们利用有机氮源的能力较弱， 因此， 即使在环境中有氨基酸

48、或肽等有机氮存在时， 也必须经氨化细菌将这些有机氮转 化为氨氮后，才能保证产甲烷细菌的正常生长。 不同的厌氧生物处理系统， 其中厌氧污泥的净细胞合成量大约为其去除有机物 量的 2.5%5%，而前已述及产甲烷细菌的经验式 C5H7O2N 来表示，则每去除 1000kgCOD对氮的需要量约为 36kg，或者，每产生 60m3甲烷约需氮 0.5 1.0kg 。 针对不同的废水，也可以按上公式来计算，如一个浓度为 4000mg/L 的废水， 其 CODBD占 COD的 80%，则其中氮元素最低浓度应为（假定完全酸化的废水）： N=40.8 0.03 65 1.14=7.1mg/L 上述结果再乘以 2，

49、可知该废水的氮含量应补充到 14.2 mg/L 。 一般来说，在厌氧生物反应器中氨氮浓度必须大于 4070 mg/L，否则会减少 生物体内活性。当反应器内氨氮浓度为 12 mg/L，乙酸利用速率只有其最大值的 54%，这说明，氨氮不仅是厌氧微生物生长必须的基本氮源，而且还对促进厌氧 污泥的活性具有重要的作用。 磷也是厌氧微生物所必需的常量元素之一。 一般认为， 厌氧微生物对磷的需要 量是其对氮的需要量的 1/7 1/5 。在磷缺乏时，厌氧细菌细胞的增殖速率会受 到明显影响而降低， 但产甲烷过程仍能正常进行。 因此，可以利用磷的浓度来控 制整个厌氧反应器的剩余污泥的产量。 在厌氧反应器的运行过程

50、中， 可以采用如 下的运行策略， 即在反应器的启动过程中， 可以采用相对较高浓度的氮和磷以刺 激细菌的增殖， 加速获得足够的活性厌氧污泥； 而在正常的运行过程中， 则将进 水中的磷浓度控制在较低的水平， 以减少细菌细胞的合成， 降低剩余污泥的产量。 一般，对于基本未酸化的废水，即当 Y 0.一五时， CODBD：N：P 可取大约 350：5：1 18 陕西恒通果汁集团1股8 份有限公司 或 C：N：P=一三 0：5：1。对于基本上完全酸化的废水， Y 0.一五时， CODBD：N：P 可 取大约 1000：5：1或 C：N：P=330：5：1。对于部分酸化的废水，则可在此基础上进行合 进推算。

51、 5.4 厌氧消化过程中的抑制物质 许多工业废水中常常会含有一种或几种对厌氧微生物 （特别是为甲烷细菌） 产 生抑制作用的化学物质， 这些抑制物质的存在会导致厌氧污泥活性的下降， 甚至 会导致厌氧污泥中几大类间的平衡关系被破坏，最终导致反应器运行的失败。 抑制程度通常可以用两种指标来表达， 一种指标是用某种浓度下某种抑制性物 质使厌氧污泥下降的百分率；另一种指标是，使厌氧污泥产甲烷活性下降50%时 的抑制物的浓度，记做 IC50 值。某种物质的 IC50值越小，就说明该物质对产甲烷 过程的抑制性（或毒性）越大。 5.4.1 无机抑制性物质 无机抑制性物质主要包括：氧气及其他最子受体、氨氮、硫化

52、物及硫酸盐、无 机盐类、重金属等。 氧及其它电子受体 在利用厌氧工艺处理低浓度污水时， 通常会遇到溶解氧的影响的问题。 由于产 甲烷菌通常被认为是严格厌氧菌， 因此进水中溶解氧的存在会抑制为甲烷菌的活 性。但在 UASB或 EGSB反应器中由于颗粒污泥的形成以及大量兼性菌的存在， 提 高了其内部的厌氧污泥对溶解氧的抵抗能力。 氨氮 很多废水中都含有较高浓度的氨氮， 也有一些废水本身可能含有较低浓度的氨 氮，但含有较高浓度的有机氮如蛋白质和氨基酸等， 在厌氧处理的过程中， 会被 转化为氨氮。一般在水处理中所谓的氨氮是指以离子形式存在的氨（NH4+）和非 离子形式存在的游离氨（ NH3）的总和。一

53、般，氨氮的毒性主要是由游离氨引起 的，因此氨氮在废水中的存在形式对其毒生的大小有很大影响，也因此废水的 PH值对氨氮毒性的大小有直接的影响， 因为 PH值对游离氨在氨氮中所占比例有 很大影响，当 PH值为 7.0 时，游离氨仅占氨氮的 1%；而 PH值上升到 8.0 时， 其比例可以提高 10 倍。一般认为，氨氮浓度在 50200mg/L时，对厌氧反应器 消化液中的微生物有机激化作用，在一五 003000mg/L 则有明显的抑制作用。 氨氮的毒性是可逆的， 即当氨氮被去除或稀释到一定程度以下后， 产甲烷活性 19 陕西恒通果汁集团1股9 份有限公司 仍可恢复。 硫化物及硫酸盐 许多工业废水中含

54、有无机形式存在的硫， 如硫酸盐和来硫酸盐， 在厌氧处理过 程中，这些含硫化合物会被微生物还原为硫化氢。 硫化氢的毒性由其非离子形式引起，取游离硫化氢（ H2S）， PH值对游离的硫 化氢在总硫化物中的比例有很大影响。 在 PH7.0 以下时，游离硫化氢所占比例较 大，而当 PH值在 7.0-8.0 的范围内，游离硫化氢比例随 PH值升高迅速下降。 游离硫化氢对颗粒污泥的 IC50 值大约为 250mg/L，而对絮状污泥的 IC50 值仅 为 50mg/L。 无机盐类 一般来说， 无机盐类只在浓度非常高时才会引起毒性。 在处理某些含有高浓度 无机盐的工业废水时，应对盐类引起的毒性作用加以考虑。

55、重金属 重金属离子会对厌氧体系产生抑制作用，且浓度越高，抑制作用越大。 5.4.2 天然有机抑制性物质 在天然抑制有机化合物中也有很多物质对厌氧污泥的产甲烷活性具有很强的 抑制作用，其中有些正是我们希望厌氧污泥对其进行降解的物质。 挥发性脂肪酸（ VAF） VAF的毒性取决于 PH值，因为只有游离的 VAF是有毒性的。如果厌氧反应器 的 PH 值较低，则游离的 VAF 所占比例就会较高，进而导致产甲烷细菌受到较严 重的抑制；相反，在 PH值为 7.0 时或略高时， VAF是相对无毒的。 长链脂肪酸 脂类物质 5.4.3 人工合成有机抑制性物质 随着化工工业中人工合成有机物的日益增多， 进入环境

56、的有机物种类也日益复杂， 有时我 们将人为制造的、 在自然环境中难于发现的有机化合物称为生物异型化合物， 这些物质常常 会对厌氧微生物产生抑制作用。典型的有卤代有机物、不饱和烃、甲基化合物、洗涤剂、抗 生素等。它们也是在达到一定浓度才对厌氧起抑制作用。 20 陕西恒通果汁集团2股0 份有限公司 六、果汁生产工艺和污染物产生情况分析 6.1 浓缩果汁加工业的主要生产工艺简介 浓缩果汁生产企业的产品和工艺虽然不完全一致，但是基本工艺是相似的， 无论生产果汁或梨汁还是其它品种， 基本工艺图 1 所示。果汁生产的工艺主要包 括以下步骤： 原料的清洗与预处理、 原料破碎和压榨提汁、 酶处理、 澄清、过滤

57、、 吸附浓缩、杀菌，最后进行罐装。 图 1 果汁生产工艺流程及产污环节 21 陕西恒通果汁集团2股1 份有限公司 、原料的清洗与预处理 原料首先要进行清洗， 清洗用水是果汁生产用水的最主要部分， 此工序主要产生 含有机物的洗果废水，多为果品碎屑、烂果肉、泥砂等， SS 含量高。 、原料破碎和压榨提汁工艺 榨汁前先行破碎可以提高出汁率。 压榨是通过挤压力将液相从液固两相混合物中 分离出来的一种单元操作。此工序会产生果渣。 、酶处理工艺 在果汁加工技术中， 应用最多的是果胶酶。 其作用是增加出汁率同时也利于果汁 澄清，以便果汁中悬浮的粒子能用沉降、过滤或离心的方法分离。 、澄清、过滤工艺 果汁加工

58、工艺适用酶技术和膜分离技术相结合， 以获得澄清果汁。 目前多采用超 滤技术。超滤膜可以截留压榨的果汁中多数大分子物质， 使糖类、 有机酸和水等 小分子成分透过膜而得到水果清汁。截留的罐底物是大分子有机物质，其 COD 浓度值很高，排入水体后，使废水的处理难度增大。 、吸附与离子交换工艺 果汁加工用活性炭过滤或树脂吸附色度、 农残和霉菌等， 现多采用树脂吸附。 在 吸附工序，间歇地排放树脂再生漂洗废水。废水含难降解的高浓度有机物和酸、 碱以及消毒剂。 浓缩工艺 原果汁的含水量通常在 80%85%以上，需要经过浓缩，使水分从水果原汁中分 离出来提高果汁的化学稳定性，便于储藏和运输。 蒸发浓缩是主要

59、的水果原汁浓缩工艺。 在此过程中产生 4 倍以上浓缩原汁的蒸发 冷凝水，导致排水量高于用水量。蒸发冷凝水含香精等有机酸、醇和酯类物质， COD浓度较高。 杀菌工艺和 CIP 清洗 在果汁加工过程中一般采用“巴氏杀菌” ，杀死果汁中的致病菌、产毒菌、腐败 菌，并破坏果汁中的酶使果汁在储藏期内不变质。 生产线还要定期进行 CIP 清洗，间歇性的排放含有机物的酸、碱废水。 6.2 浓缩果汁加工业废水的特征 22 陕西恒通果汁集团2股2 份有限公司 果汁废水是由酸、碱、消毒剂和高分子有机物组成的高浓度有机废水。主要 产于洗果、生产线清洗（设备、地面的冲洗、 CIP 清洗及树脂再清洗） 、罐底物 排放、

60、蒸发冷凝水、反渗透浓水排放和锅炉房排水 （软化处理盐水、 水收尘排水）、 车间生活污水。其主要特点是水量和水质波动大、废水有一定的温度、 N 和 P 含量偏低、废水 SS 含量较高，多为果品碎屑、泥砂等。 其中造成水量波动的原因有以下几点： 进厂原料果的品质好坏，直接影响到用水量的大小和排放废水的污染物浓度； 当设备进行集中清洗时污水量比正常生产时的水量高出一倍甚至更多； 生产和排水具有间歇和周期性， 各工序排水有时间段， 当果池换水时所排废水 水量和水质波动相当大。 同时，果汁企业的排水量高于取水量， 这是由于清汁到 浓缩果汁过程有蒸发冷凝水的产生，其产生量为浓缩果汁产量的44.5 倍。 造