汪教授生物环保技术在发酵行业节能减排中的应用进展-1

生物环保技术在发酵行业

污染减排中的应用进展

BeijingTech.andBusinessUni.汪苹一、发酵行业污染减排任务及排放标准介绍二、废水生物脱氮除磷技术发展三、CO2减排与利用技术四、菌株包埋技术一、国家污染减排要求发酵行业是轻工业行业中技术含量较高的行业，同时也是能耗、水耗较高、排放量较大的行业。国务院印发的《节能减排综合性工作方案》（国发[2007]15号文）总体目标：到2010年，万元国内生产总值能耗由2005年的1.22吨标准煤下降到1吨标准煤以下，降低20%左右；到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549万吨减少到2295万吨，化学需氧量（COD）由1414万吨减少到1273万吨；“十一五”时期淘汰落后生产能力3万吨以下味精生产企业，淘汰落后产能20万吨。按照国家的要求和部署，截止2009年已经淘汰味精18万吨落后产能。国家污染减排要求2008年国家发改委等三部委印发了《节水型社会建设“十一五”规划》，规划中要求到2010年单位GDP用水量比2005年降低20%以上。2009年颁布的《轻工业调整和振兴规划》中明确提出“在食品行业重点淘汰年产3万吨以下味精生产工艺及装置。”同时，也提出2009年-2011年的淘汰产能指标，在实现《节能减排综合性工作方案》(15号文)的基础上，进一步淘汰10万吨的落后产能。味精、柠檬酸是发酵污染减排重点行业发酵工业主要原料为粮食，主要有玉米、小麦、薯干等；味精（还包括其他氨基酸）和柠檬酸行业是其中污染较为严重的两个行业，产污量约占发酵行业总产污量的50%，排污量约占发酵行业总排污量的60%；淀粉糖行业吨产品污水排放量较少且不属于高浓度有机废水，污染减排难度不大；因此解决好味精、柠檬酸污染减排问题是发酵行业健康稳定发展的重中之重。某典型玉米味精企业废水水质项目水量t/dCOD浓度mg/L氨氮浓度mg/L淀粉生产过程水33415027糖化水20013900淀粉、精制废水33751657冷凝水538570935洗罐冲刷废水1978953410离交冲柱水66255571709蒸发冷凝污水39811502153注：氨氮和总氮浓度比值约3：3.5~4.0某典型玉米柠檬酸企业综合废水水量和水质

项目数值水量（m3/t）35温度60~70pH4~5CODCr(mg/L)11000~13000BOD5(mg/L)6000~7000总氮(mg/L)300~400氨氮(mg/L)50~70总磷(mg/L)100~120SS(mg/L)800~1000色度（倍）180~250COD、氨氮、总氮、总磷

是废水主要减排污染物发酵行业的一部分污染来自生产原料中未被利用的部分以及微生物发酵中产生的副产物；一部分污染来自生产过程中添加的化学品；富含蛋白质、氨基酸、糖类和酸碱物质成为废弃物，进入废水、废渣；即使在高浓废液全液回收后，氨基酸制造业的末端综合废水仍具有较高的COD（约1500~2500mg/L）、氨氮（约300~700mg/L）浓度

。只有生物技术才是最经济、降解产物彻底、无二次污染的最适减排技术表1《味精工业污染物排放标准》（GB19431－2004）

（2004年1月1日起建设（包括改、扩建）的项目）污染物项目化学需要量（CODcr）生化需氧量（BOD5）悬浮物（SS）氨氮排水量pH值

kg/t产品mg/Lkg/t产品mg/Lkg/t产品mg/Lkg/t产品mg/Lm3/t产品标准值

302001280151007.5501506-9排放标准表2新的《味精工业污染物排放标准》（2008）

现有企业水污染物排放限值（至2010年6月30日止）序号污染物项目排放限值mg/L(pH值除外)污染物排放监控位置1pH值6~9企业废水总排放口2悬浮物703五日生化需氧量40（80）4化学需氧量(CODcr)150（200）5氨氮30（50）6总氮507总磷1.0单位产品基准排水量(m3/t产品)80（150）排水量计量位置与污染物排放监控位置相同注：括号内是GB19431－2004标准数据表3新的《味精工业污染物排放标准》（2008）

新建企业及现有企业（自2010年7月1日起）水污染物排放限值序号污染物排放限值mg/L(pH值除外)污染物排放监控位置1pH值6~9企业废水总排放口2悬浮物503五日生化需氧量20（80）4化学需氧量(CODcr)100（200）5氨氮20（50）6总氮407总磷0.5单位产品基准排水量(m3/t产品)60（150）排水量计量位置与污染物排放监控位置相同注：括号内是GB19431－2004标准数据正在制定的柠檬酸新排放标准也有类似的指标值分析废水特征和达标的难度无有害有毒物质，主要达标指标有：BOD、COD，氨氮，总氮等；BOD/COD比较高，可生化性好，适合采用生物处理工艺；制作淀粉过程废水属于无氨氮高浓有机废水,适宜采用厌氧生物处理;高氨氮废水曾经沿用化学吹脱法：废水pH调至10以上吹脱预处理pH调到中性生化处理问题：两次pH调节将消耗大量的酸和碱；出水氨氮仍>200mg/L；吹脱的含氨气体必须回收，回收的氨溶液必须再解决利用问题。新标准《味精工业污染物排放标准》（2008）要求：CODCr150(100)mg/L，氨氮30(20)mg/L，总氮50(40)mg/L，相当于末端处理系统的CODCr，氨氮，总氮去除率分别要达到95%，95%，90%以上。除磷效率也要达到99%以上。在传统的厌氧好氧生化处理过程中，主要就是去除BOD5和CODCr，一般BOD5去除率可以完全满足达标要求，CODCr的去除率也可超过90%；去除氨氮的生化过程称为硝化过程，硝化必须是在好氧条件；去除总氮的生化过程称为反硝化，严格的说，只有总氮去除才能实现脱氮，但反硝化菌是异养菌，必须要提供碳源；

COHNSP（污水中的有机物）+O2

→CO2+H2O+NH4+

-----生化过程NH4+

→NO2-

→NO3-→

NO2-→N2

-----硝化过程-----反硝化过程二、废水生物脱氮除磷技术发展

生物脱氮基本原理生物除磷基本原理聚磷菌属于不动杆菌属、气单胞菌属和假单胞菌属等。在厌氧——好氧系统的活性污泥中磷含量达3%-8%，发现聚磷菌。生物学解释：化学法除磷形成铝、铁、钙等磷酸盐沉淀除去，去除率高，处理稳定。左图：聚磷菌分解体内聚磷酸盐产生ATP,并释放PO43-。ATP以主动运输形式吸入BOD，并以颗粒存于体内。右图：有机颗粒物氧化获能ATP;ATP的一部分合成磷酸盐蓄积细胞内。脱氮除磷影响因素1.温度5-40℃都能成功脱氮除磷2.pH值与碱度（1）脱氮系统硝化菌最适pH6.0-7.5；亚硝化菌最适pH7.0-8.5；反硝化菌最适pH7.0-7.5。这些菌对pH十分敏感，超出范围脱氮率会迅速下降，所以脱氮在pH6.5-8.0之间运行。理论上氧化1g氨氮需消耗碱度7.14g（以CaCO3），反硝化还原1gNO3--N产生3.5g碱度，所以需及时补充碱度（2）除磷系统最适pH大约6.0-8.0。3.DO脱氮系统硝化DO＞2.0mg/l

反硝化DO≯0.5mg/l除磷系统厌氧段DO＜2.0mg/l

好氧段DO=1.5～2.5mg/l由于聚磷菌中的气单胞菌同样也是反硝化菌，因此NO3--N的存在也影响聚磷作用，所以需严格控制DO＜2.0mg/l。4.C/N和C/P值不同的C/N比的脱氮效果除磷系统中进水的BOD5/TP至少＞15，一般20-30.脱氮效果COD/TKNBOD5/NH4+-NBOD5/TKN差<5<4<2.5一般5～74～62.5～3.5好7～96～83.5～5优>9>8>55.SRT(1)脱氮系统

SRT必须大于硝化菌的最小世代周期。硝化菌能量利用一般仅为氧化NH3-N和NO2—N产生能量的5%-14%.理论值应＞3d，实际值应＞15d。(2）除磷系统吸磷为可逆过程，曝气时间不能过长；污泥在二沉池停留时间尽可能短，缺氧易生释磷现象SRT从30d降到5d，脱磷效率从40%上升到87%。脱氮除磷条件存在一定矛盾基本流程脱氮基本流程A1/O法脱磷基本流程A2/O法特征：A1/O的缺氧段无分子氧即可。

A2/O的缺氧段必须既无分子氧也无硝基氮缺氧脱氮反应器需氧反应器沉淀池废弃污泥回流污泥回流混合液甲醇进水出水厌氧反应器沉淀池需氧反应器进水回流污泥出水废弃污泥再总结目前运行的典型城市污水脱氮工艺主要是A/O法，靠内循环回流脱氮,要达到高效率，回流比无限增大；工艺过程中pH、DO、碳源控制的不均衡性，增加操作的难度；高浓度NH4+-N和亚硝酸盐将抑制硝化菌的生长，而且氨氮的完全硝化需要大曝气量在味精、柠檬酸废水生物处理中，如何高效地脱氮除磷、并同时合理安排COD去除工艺和脱氮除磷所需要的碳源分配是目前该废水处理中亟待解决的一大难题！亚硝化和硝化是两组完全不同的菌属

NH4+NO2-N2

短程硝化反硝化在厌氧条件下，NO3-(NO2-)作电子受体，将NH4+氧化为N2等气体产物NH4++NO3-(或NO2-)气体产物

厌氧氨氧化异养硝化菌的发现某些硝化菌能进行正常的硝化作用外还能进行反硝化硝化脱氮菌好氧反硝化菌的发现好氧反硝化菌微环境理论——在污泥结构内部存在缺氧部位生长反硝化菌，外部硝化同时硝化反硝化工艺突破传统的新认识及新发现新型生物脱氮工艺-同时（步）硝化反硝化（SND）

80年代以来，发现曝气池内总氮含量存在丢失现象！解释作用原理（1）宏观环境理论由于充氧设备的位置，混合程度等，反应池内存在缺氧的部位，故SND可能存在。（2）微环境理论活性污泥菌胶团内部或生物膜内部存在多种微环境，由于氧的传递受阻，表层可能好氧，生长硝化菌，内部可能缺氧，以反硝化菌为主。微环境理论的缺陷：内部碳源？（1）和（2）的原理仍旧属于传统硝化反硝化。在传统反硝化理论中，认为反硝化菌是一种异养兼性菌，在有氧环境下，以O2作为电子接受体；只有在缺氧环境中，才以NO3-和NO2-作为电子接受体，也就是说O2被优先用于呼吸，甚至于DO浓度低于0.1mg/l时也是O2优先，所以反硝化只能在缺氧环境才能发生。因此在传统理论中，有氧状态下发生反硝化是不可能的。（3）微生物理论

1984年，Robertson在硝基氮和硫酸盐系统中首次分离得到好氧反硝化菌，有：

Pseudomonassp.(假单胞菌)、

Alcaligenesfaecalis(泛养硫球菌)、

Thiosphaera

pantotropha(粪产碱菌)等。后又有研究者提出：某些好氧反硝化菌本身实质是异养硝化菌，可以把氨氮直接转化为气态氮。

ASND（Aerobicsimultaneousnitrificationanddenitrification）技术就是建立在异养硝化菌和好氧反硝化菌的基础上提出的！ASND技术特点：（1）异养硝化菌的反应速度快，是传统自养硝化菌反应速度得10倍以上；（2）好氧反硝化菌的存在可以在好氧条件下，实现同时进行生化、硝化、反硝化，取消分级处理流程；（3）pH、DO、碳源互补，污泥量少，不需要补磷，工艺、操作简化；（4）CODCr，氨氮，总氮去除率能够达到95%，95%，85%以上。ASND技术解决了味精废水好氧生物处理高效脱氮、并同时合理安排COD去除工艺和脱氮所需要的碳源分配问题！

关于ASND技术的研究进展应用研究

垃圾渗滤液处理站中水站工程运行门城污水处理厂阜丰集团莲花集团温州皮革厂

反应动力学及反应模型研究

基础研究反应产物研究与N2O生物控逸

菌株物理和化学诱变优化

应用基础研究菌株功能、生理生化性能测定好氧反硝化菌，异养硝化菌株筛选

菌株研究16SrRNA、biolog鉴别菌剂（包埋）开发脱氮产物N2O等测定

案例-ASND技术处理味精废水（一）工艺原理简介

ASND其工艺特征是污泥系统中与好氧的生化菌、硝化菌共存的好氧反硝化菌（其中大部分本身是异养硝化菌），因此生化/硝化/反硝化可以同时进行，并形成反应链，促进反应的进行，使反应效率大大提高，适用于高浓度的氨氮和较低的C/N比废水处理。（二）工艺特点常采用推流式或SBR曝气池；和前置反硝化（A/O法）相比，不需要采用内循环，节能但去除效率更高，可以承受进水氨氮高达600-1000mg/L的废水；应用于味精废水处理，出水氨氮可以达到低于5mg/L。（三）示范案例情况介绍内蒙阜丰有限公司年产12万吨谷氨酸、10万吨淀粉糖。离交废母液通过混凝提取菌体蛋白，滤液蒸发浓缩造粒制成复合肥料。进入末端处理的废水有：蒸发冷凝液，精制过程的冷凝水和洗涤水，离