176
第十章 废弃物处理
由于食品和食品服务业中产生的废弃物含有大量碳水化合物蛋白质脂肪和无机盐因此废弃物成为食品行业中的难题之一例如如果不能合理处理乳品厂食品冷冻厂食品脱水厂肉禽制品和海洋食品加工企业的废弃物将产生异味并造成严重污染因此在废弃物进入下水道前必须对其中的有机物质进行生物稳定化处理不恰当的废水处理将给人类和水栖生物带来危害
联邦政府地方管理部门以及公众要求各企业更好地处理废弃物的呼吁日益增加加工企业和管理机构应该承担起及时处理废弃物的职责因为尽管废弃物堆积的时间很短但是也会吸引昆虫和啮齿动物产生臭味使企业内外环境都变得令人讨厌不堪入目
废弃物之所以引起种种问题是因为其中的有机物质为微生物繁殖提供了良好的营养由于营养充足微生物迅速繁殖导致水中的溶解氧减少在正常情况下水中的溶氧量为8ppm百万分之一鱼类生存所需溶解氧的最低标准为5ppm如果溶解氧低于这一水平鱼类便会窒息而死
如果水中有机物含量很高导致溶解氧从水中逸出水便会出现腐败现象发出难闻的气味颜色变黑含硫蛋白在易腐败的环境中或硫酸盐含量高的水中能产生硫化氢气体该气体气味难闻而且能使建筑物变黑
食品加工和食品服务业中产生的废弃物内有机物含量很高如果不对其进行合理处理将会带来危害有机物含量用生化需氧量BOD来衡量许多设施将大量BOD值很高的废水排入市政处理系统从而增加了废水处理的负担结果不得不交纳更多的费用由于直接排放废水给小型城市处理设施带来较大的负担因此要求许多大型企业对排放的废水进行部分或彻底处理
食品加工企业排出的污水含有大量有机残留物因此许多企业在其周期性生产计划中对污水处理系统提出了更多的要求在食品加工中必须用水清洗产品用水将废弃物冲入污水处理体系中由于这些水中含有悬浮的不溶性有机物因而给废水处理过程带来困难
第一节 废弃物处理策略
关于废弃物处理之调查的内容包括确定废弃物的排放量及其特征本节将详细讨论这些内容
一制订调查计划
废弃物处理调查的第一步就是对其操作过程进行研究以确定废弃物的来源工程设计图含有平面图管道图设备布置图因此根据工程设计图能确定所有进出水源
177
管道图应该包括上水道雨水下水道卫生污水道加工废弃物排放管道和处理管道管道图上应该标明管道尺寸位置加工设备连接类型以及流向
食品企业的生产计划如关于企业每天每周每月每季度和全年生产的产品体积类型班次等数据对废弃物处理调查是相当重要的根据前几年的生产记录可获得这方面的信息同时还应该检查水消耗记录
进行初始废弃物调查有助于制定的废弃物处理计划符合联邦州和地方政府对排放流体的要求取得或促使国家消除污染排放系统NPDES的允许NPDES允许废弃物排放公司自我监督其排放的废弃物环境保护机构EPA定期监测废弃物排放情况以核实申请者和已获废弃物排放允许证书的企业所递交的报告
初始调查还有利于确定所需监控设备的型号和安装位置以建立连续监测程序初始调查的另一优点就是有助于企业确定是否需要对废弃物进行处理使其达到排放标准的要求并在需要处理的情况下确定最佳处理方法
二调查
应该根据对生产过程的研究结果确定具体调查内容如果某企业所生产的产品类型和数量随季节的变化而变化许多食品企业都有这种特点特别是果蔬加工企业那么就有必要对各季节的生产情况分别进行调查调查内容包括水平衡的测定废水取样测定污染程度
1水平衡的测定
必须将测量仪放在所有水道入口处以测量从各个水源流出的废水体积和流速适宜的测量仪有帕歇尔流水槽三角堰矩形堰文丘里流量计通过对整个企业进行水平衡计算就可以测定一定时期内污水的排放量和因蒸汽泄露蒸发或其它方式失水的总量所有这些水的总量必须等于该研究期内企业的用水量通过这项计算可以确定隐藏的水损失或主要泄露这些损失将会影响卫生计划并导致废弃物增加同时还额外增加了废水排放量结果导致利润降低
2废水取样
应根据废水流速比确定取样计划所谓随机取样指不考虑废水体积和流速的变化也不考虑企业生产情况的改变直接取一定量的排放液体于抽样容器内采用该法取得的样品对测定废弃物的真正特征参考价值不大而且有可能提供错误的结果生产和停产期间根据废水流量比按计划适时统计取样可提供与企业废水特征相关的有效数据
取样装置应放在废水排放系统中以获得具有代表性的样品样品取自废弃物均匀的地方如可在堰或斜流槽下面取样操作时应注意避免由于坝上游固体沉淀或紧接着坝下游的脂肪聚集引起的取样错误样品应从靠近渠道中央且离水表面距离为水深
20~30%的地方采集因为该处流速足以防止固体沉淀对于污水道以及窄而深的渠
178
道必须在水深33%处取样而且采样点经过宽渠道循环若要测定废水中的溶氧在样品处理和收集过程中要避免搅拌由于室温下食品企业的废弃物极易分解因此如果不能在取样后立即分析的话应将样品迅速冷到0~-5
3污染程度的测定
清洗果蔬用水动物屠宰时的冲洗水和清洁用水中常产生块状物大的块状物可以筛去可通过筛孔的细小固体胶态有机物和真溶液其需氧量超过水中溶解氧含量测定污染程度的常用方法如下
1生化需氧量BOD
测定污染程度的常用方法是测量5天内BOD值污物污液和工业废水的生化需氧量指由于好氧微生物的作用在可降解有机物稳定化过程中所需的氧量以ppm表示在一定温度下将样品置于气密性容器中贮存一定时间20下废弃物完全稳定需要100天这么长的培养时间在例行分析中是不可行的公职分析化学家协会推荐采纳5天培养期的程序称之为五日生化需氧量或BOD
5
此值仅是可生物降解有机物总量的指数并不是有机废弃物的实际测定值
家庭污水不含工业废弃物其生化需氧量大约为200ppm食品加工废弃物的BOD
通常更高一般超过1000ppm表10-1列出了一些食品加工企业和相关工业产生的悬浮固体的典型生化需氧量由表可知生化需氧量数据和悬浮固体的值呈平行关系
BOD
5
值与悬浮固体量的关系就不是十分密切的了
尽管BOD是测量水污染的常用方法而且该方法易于操作但其耗时长重现性差而化学需氧法COD和总有机碳法TOC重现性好更快更可靠
表10-1 食品和相关工业废弃物的典型成份
废弃物类型 BOD
5
ppm 悬浮固体ppm
乳品和牛奶废弃物 670 390
食品废弃物 790 500
胶和凝胶废弃物 430 300
肉类废弃物 1,140 820
包装车间和仓库废弃物 590 600
炼油废弃物 1,180 630
植物油 530 475
2化学需氧量COD
COD测定采用重铬酸钾K
2
Cr
2
O
4
回流法化学氧化化合物而不是生物氧化作为化学分析法它还可以测定不能采用BOD法测定的不可降解物质如果某企业需要监测排入城市处理系统的流体每日COD测定对确定生物或化学流体是否会给废水处理厂造成处理问题以及何时会造成问题具有指导作用但是该测定方法不能显示有机物能否被生物降解如果能降解其降解速度是多少Foster(1985) 指出该处理方法不能
179
氧化所有的分子虽然这种测定方法重现性好但其结果与BOD
5
值不一致采用
COD法获得的测定结果与溶解的有机固体关系密切只有在确定了COD/BOD比率的情况下管理部门才同意用COD数据替代BOD值
3溶解氧
无论是对废水还是供应用水溶解氧的浓度都是一个值得关心的问题因为其不但影响水栖生命而且对废弃物处理系统如污水池也很重要通常采用碘滴定法测定溶解氧该法利用氧化物和高锰酸钾除去具干扰作用的亚硝酸和铁离子尽管如此该方法并不是十分可靠的此外可利用电极测定溶解氧这一方法比碘滴定法更迅速更方便而且更适于大量工业废水测定但是某些金属离子比分子氧更强的气态氧化剂和高浓度的清洗剂能干扰用于测定溶解氧的电极
4总有机碳法TOC
总有机碳法能测定所有有机物质在900温度下对废水中的固体物质进行催化氧化测定其产生的CO
2
量这种测定污染的方法快速且重复性好与标准BOD
5
和
COD测定方法有高度的相关性但该方法操作难度大需要高级实验室设备如果企业所产的全部固体大部分是有机物质而且操作体积较大采用该法非常有效但是
TOC分析所需的费用较高因此小型企业或季节性生产企业一般不采用该法
5废水中的残渣
残渣影响上文所讨论的各种测定方法因而也被认为是一种污染蒸发性残渣全是固体挥发性残渣有机溶剂和固体部分残渣灰分都可以进行常规检测
总沉降性固体SS
沉降性固体可在一小时内沉淀至底部通常在带刻度的Imhoff锤形瓶中测定实验结果表示为mL/L沉降性固体指能够在澄清器和沉淀池中沉淀下来的固体废弃物含量该检测方法易于实施可在考察实地时操作
总悬浮性固体TSS
总悬浮性固体又称为不可过滤残渣将一定测量体积的废水通过Gouch坩锅内的配衡膜滤器或玻璃纤维进行过滤即可测定TSS量在103~105下加热一小时后即得总悬浮固体的干重
总溶解性固体TDS
总溶解性固体又称为可过滤残渣称量蒸发后过滤样品的重量或将总悬浮固体减去蒸发锅中的残渣量即可测得TDS值这些污染物难以从废水中除去因此了解其含量是十分必要的溶解性固体的处理通常采用微生物将其转化为其它特殊物质如微生物细胞
脂肪油和油污FOG
180
脂肪油和油污对生物体有害而且不美观FOG所形成的薄膜减少了空气与水之间的交换结果导致对鱼或其它水生生物的危害水禽也会受到厚油膜的影响这些化合物的存在增加了完全氧化废弃物所需要的氧气
悬浮物质
悬浮物质有机物微生物和其它泥土颗粒的存在能导致液体混浊尽管混浊不是污染但它影响了样品的光学性质导致光的散射和/或吸附而不是透射光这种光学性质的变化可采用烛式浊度计来测定不过这种方法所获得的结果不能正确反映用重量法测定的悬浮物质含量因为后者指颗粒重量而前者与光学性质有关
氮
氮在废弃物中的存在形式有多种从还原态氮到氧化态硝基化合物高浓度的氮对某些植物有毒大部分氮在废水中以氨蛋白质硝酸盐亚硝酸盐的形式存在还原态氮如有机氮和氨可采用凯氏滴定法TKN测定氮的总量氧化态氮如硝酸盐和亚硝酸盐必须用其它方法测定
磷酸盐
废水中的磷以磷酸盐正磷酸和多磷酸盐的形式存在磷元素可以存在于无机化合物中也可以存在于有机化合物中自然水中只有痕量可溶性磷酸盐其含量如果太高对海洋生物有害例行分析只能测定可溶性正磷酸盐对于总磷酸盐多磷酸盐和沉淀磷酸盐通常将多磷酸和沉淀磷酸盐通过酸水解将其转化为正磷酸盐然后再用比色法测定正磷酸盐的含量该法需要一些化学试剂比色计或分光光度计分析操作应该由训练有素的分析人员承担
二氧化硫
用二氧化硫进行水果的预处理或在加工中使用亚硫酸氢钠常导致废水中硫含量过高造成污染其污染物通常以硫酸盐和亚硫酸盐或沉淀形态存在如果水中存在硫化物则需要更多的氧硫化物离子与各种多价金属离子结合形成难溶性沉淀利用这一性质可将硫沉淀析出再与污泥一起除去训练有素的分析人员只需一台小型设备就能测定硫酸盐和亚硫酸盐含量硫化物常使饮用水产生一种难闻的气味和不良风味因此如果有废水排入供应饮用水的河流中检测这些硫化物是很重要的
第二节 固态废弃物的处理
固态废弃物处理是食品加工企业的主要问题之一食品加工企业如罐头厂所采用的原料中至少有65%必须作为固体废弃物处理最常用的处理方法是将这些废弃物运到城市垃圾堆中如果垃圾堆不在附近必须在企业所在地处理垃圾时容易造成吸引昆虫和产生不良气体等问题一些加工企业用堆肥法处理固体废弃物成熟的堆肥将
181
作为肥料用于改良土壤对经过堆肥处理的物质进行分析其中含氮1.25%磷酸盐
0.4%碳酸钾0.3%一些城市废弃物处理站利用堆肥法制造并销售农用固体肥料
若用堆肥法处理固体废弃物其中的有机物质必须经微生物作用进行稳定废弃物稳定过程中所产生的腐植质能提高土壤肥力改善土壤耕作性质堆肥的基本方法包括以下四步
1 将固体废弃物粉碎粉化使有机物质充分暴露以利于微生物作用
2 将粉碎后的废弃物堆积于通风室内其高约2米宽约3米
3 室内通风
4 经充分通风后将堆肥再次粉碎
如果在固体废弃物中接种可加速堆肥过程好氧嗜热菌在废弃物中发酵10~20天即可制成有机混合肥具体处理时间取决于废弃物的组成和温度
除堆肥外可将各种食品加工废弃物经干燥粉碎作饲料用例如土豆加工废弃物的榨出液就可这样处理制造酒精所产生的残渣也可在干燥后饲喂家畜柑桔废弃物包括处理后的活性污泥因为其含有维生素A和蛋白质所以在干燥后可作为动物饲料使用加工后的乳清和炼油后的残留动物副产品也是有较高价值的动物饲料
第三节 液态废弃物的处理
食品在处理加工包装贮存过程中随时都会产生废水产生废水的数量污染强度和组成性质将在经济和环境两方面影响企业的处理能力和排放状况产品在加工过程中损失的量和这些废弃物的处理费用直接影响到处理的经济情况决定废弃物处理费用的重要指标就是废水的相对强度和每日排放体积
通过废水的循环利用回收固体等方法可使其得到充分利用废水的回收程度和再利用价值由以下因素决定处理可回收物质的废水处理设施独立处理的操作费用可回收物质的市场价值地方流体质量标准企业将废水排入公共污水道需增付的费用和未来期望的排放体积处理固体浓缩液血液和浓缩粘液在湿法炼油中时的经济投入决定了废水排入下水道前可除去多少污染固体废弃物废水控制计划必须能够用干法除去并转化有机固体能将有机固体排入下水道中同时要将清洗操作过程中的耗水量减至最小
消耗的清洗剂和消毒剂都被排入废弃物处理系统中由于能杀死微生物的消毒剂肯定是有毒的其毒性自然引起了人们的关注但是这些有机化合物作为间接食品添加剂符合食品和药品管理局的要求而且在水中得到一定程度的稀释因而毒性随之降低到安全水平一般认为用于清洗剂和润滑剂的许多成份与食品添加剂一样安全
Bakka,1992这表明废水处理的主要问题就是pH值的变化和可能长期进入的痕
182
量金属只要对企业进行合理设计和选择最佳清洗剂和消毒剂的使用浓度便可以控制和减少这些不良影响
清洗剂和消毒剂中除含有机酸和有机碱外还含有表面活性剂螯合剂和高聚物等故其能提高BOD/COD值传送器的润滑油也含有类似能提高BOD/COD值的物质不过在食品企业中这些化合物的BOD/COD值仅占总量的10%食品企业卫生用水占整个污水排放量的30%以上这类废水BOD/COD值较低因此其pH问题就成为最主要的问题
如果将未经充分处理的废水排入河流或其它水体中其中可生物降解的耗氧化合物可使废水呈过营养状态如果不消除这种状态任其持续下去将破坏接受废水排入体系的生态平衡一般说来在废弃物预防技术和废弃物利用方面的投资比在废弃物处理设施上投资更经济由于许多食品加工企业排放污染废液致使城市废弃物处理厂的处理能力不够因此大部分食品加工企业需要专用废弃物处理设施废水处理仍是一个有待进一步研究的技术它需要环保局废弃物排放厂和废弃物处理厂之间进行密切合作
一预处理
在食品加工废水排入城市废弃物处理系统前通常要求对其进行预处理下水道法规规定了排入城市废弃物处理体系中废水的各项指标决定了废水预处理的程度过去
EPA曾认为来自加工企业的许多废水能相互混合且可生物降解
通常城市污水厂对来自食品加工企业的污水有一定的限制虽然食品加工过程中产生的废弃物不会含有毒物质但存在不能处理的物质这类物质会造成堵塞需要另外处理比较难以处理的废弃物包括油脂肪动植物组织和废料因此在废弃物排入城市废弃物处理系统前进行一些分离和预处理是很有必要的
如果废弃物增加导致城市废弃物处理系统处理额外增加废弃物的能力降低那么食品加工企业在废弃物预处理时必须承担更多的责任或支助城市废弃物处理厂改进和扩建工作加工企业应该计算一下增加的污水处理费用以决定具体废水参数的处理工程是采取企业内预处理的形式还是从经济上支助城市废弃物处理系统的扩建以获准直接排放废水额外费用的计算从基本流动速率开始并利用BOD
5
悬浮固体和油污等成份的浓度系数进行例如向所有的下水道使用者包括人排放的废水按水费的50%对其基本流量进行收费当BOD悬浮固体通常还包括废弃物浓缩量的增加高于根据正常负荷标准确定的最低值时应增收废弃物处理费
一般情况下小型企业认为对废水进行足够的预处理使其达到城市管理部门的要求更经济合算但是大型企业则相反他们发现对废水按照高于法规要求的水平进行预处理更有利有些企业对废水进行充分的预处理以减少由于排放未经处理废水而增加费
183
用为了避免交纳昂贵处理费用或城市废弃物处理厂不能处理增加的废水许多大型食品加工企业对其排出的全部废水进行预处理
对废水按高于地方法规要求的标准进行预处理具有以下优点
1来自企业和动物产品的脂类物质和固体物质具有较好的市场价值由于肥皂厂饲料厂和其它工业对固态废弃物的需要使固态废弃物的回收有利可图同时固体回收减少了废水的处理量
2如果市政府收费和额外增加费用高那么增加预处理过程就更经济因为有效的预处理可降低这些费用
3促使食品加工企业负责废水预处理可减少城市废水处理厂的负担
下述几项缺点限制了废水预处理的应用
1预处理设备昂贵而且提高了加工操作的复杂性
2维护费监测费以及废水处理操作过程的记录都很昂贵
3如果州级管理部门不允许废弃物处理免税那么预处理设备属于需要纳税的财产
如果进行预处理其过程必须根据废弃物处理调查中所获得的事实决定对企业进行实地调查的结果以及对废弃物回收和水循环利用系统的评价结论对预处理系统的确定设计和评估都是十分必要的费用评估应包括预处理对流速的影响如溶解的气体漂浮物和油污池这样根据流量BOD悬浮固体和油污减少的程度便可推测企业内废水回收和水循环的主要费用
最常用的预处理过程包括流量平衡可漂浮物质和悬浮固体的分离添加石灰和明矾三氯化铁FeCl
3
或多聚物可提高分离的程度在加入明矾和石灰或三氯化铁之后漂动的漂浮物有助于悬浮固体的凝结并通过重力沉降或气体浮选将其分离在分离前需采用振动筛旋转筛或静止筛进行筛分以浓缩分离可漂浮固体和沉淀固体
1流量平衡
通常采用流量平衡和中和法减少废弃物流动过程中的水力负担所需的设备是用以减少液体排放波动的容纳装置和抽送装置不论是加工企业自行处理废水还是在预处理后排入城市废弃物处理系统其操作都是很经济的一个平衡罐具有足以贮存循环水或再利用水的容量而且还能以稳定的流速将废水送入处理系统这个单元操作的特征就是废水以不同的流速流量进入罐内再以稳定的流速从罐内流出平衡罐可以是污水池钢罐水泥池这些罐通常没有盖子
2筛分
最常用的预处理过程就是筛分一般用振动筛固定筛或转动筛进行筛分由于预振动筛和转动筛能预处理大量含有较多有机物质的废水因而比较常用这些筛分装置更适于流分的操作模式通过筛水向前流固体则不断地除去这些筛分装置在孔
184
径大小和机械作用方面有很大的差别用于预处理的网孔直径为12.5mm静止筛
~0.15mm光滑高速圆形振动筛有时将不同的筛子结合使用以达到除去固体的理想效果如预处理筛和光滑筛结合使用
3撇去漂浮物
如果存在大块漂浮固体常常要采用该方法将这些固体采集起来并移入某些处理设备或前文所述的设备中为了提高固体分离效果可添加石灰和三氯化铁或多聚物漂动的漂浮物也能促进这些固体的凝结
二预处理技术
预处理的主要目的就是除去废水中的颗粒物质具体过程常用沉淀和浮选技术
一沉淀
多数污水中含有大量易于沉淀的固体物质因此沉淀是最常用的从废水中除去固体物质的预处理技术在预处理过程中通过筛分和初步沉淀可除去40~60%的固体或使
BOD
5
值减少25~35%除去的固体中有些呈惰性不能用BOD法测出
预处理过程中最常用的设备是矩形沉淀罐或圆罐清洁器许多沉淀罐装有慢速旋转收集器该收集器带有刮板桨式可刮去沉淀在罐底的污泥或撇去漂浮在表面的浮渣
在设计沉淀系统时应该考虑滞留容器的大小用于废水的静止过程废水温度的变化也会影响沉淀因为温度变化易产生热对流而且对边缘沉淀颗粒有潜在的干扰在这个预处理过程中通过除去表面的浮渣还可除去油污
二浮选气浮
浮选可除去废水中的油油污和其它悬浮物质浮选法用于食品工业的主要原因就是它能有效除去废水中的油
溶解气体浮选法DAF利用小气泡除去废水中的悬浮固体当某个小颗粒粘附于小气泡上时其比重小于水因此附于小气泡上的颗粒具有向上的动力结果实现与废水的分离便于将其从废水中除去此外预处理过程还包括将未经处理的废水和已经在压力罐通过注入气体而进行压缩的澄清回收液体进行混合在混合液体进入澄清罐后释放压力以形成小气泡小气泡再带着悬浮颗粒移向水表面
利用漂浮原理小气泡能除去油和悬浮颗粒关于气泡在废水中的形成方法有下列几种用旋转促进器或空气分布器在常压下形成小气泡利用气体饱和液体介质将该混合物置于真空状态下形成小气泡在高压下使液体中的空气达饱和状态然后释放压力形成气泡
在DAF设备处理前通常需要加入絮凝剂对废水进行预处理DAF法不但具有处理速度快的优点而且还能除去密度与水相近或更小的固体因此DAF处理法的应用
185
甚为广泛但该处理方法技术投资高操作费用昂贵尤其是化学添加剂和污泥处理费用昂贵
DAF系统中需要保持一定浓度的细菌这类细菌能在DAF系统中存活用于生物降解液体中的污染物脱水装置如带式过滤器能与DAF系统联合使用将漂浮的油和油污收集起来后可对其进行化学处理和物料调整此过程与固液分离过程相似
漂浮技术也可用于污泥处理和废水的第二次第三次处理由于食品企业废水中有大量油脂因此可将该技术作为废水处理系统的一部分过去在湍流液体中进行漂浮处理是一个难题但现在发明了消除湍流的商用高速漂浮装置其薄板装置垂直叶片可防止不利的流动和短流如果再合理设计一个进料井就可以提高固液分离的效果在重力增稠器底部产生高浓度的固体改善重力澄清器内液体的性质
预处理过程中收集的污泥约含2~6%的固体应该在最后处理前对这些固体进行浓缩处理如果收集的固体不能作为肥料或不具备其它实际应用价值那么排放和处理污泥的费用将是污水处理的主要费用有些处理系统将大部分有机物质生物降解掉最终产生的污泥很少从而减少处理和排放费用如果沉淀的污泥能作为副产品回收便可减少排放费用因为回收固体污泥的价值所产生的利润一般足以支付其它处理费用也可利用生物氧化法处理回收固体一般说来这是最后一种处理方法
过去曾发明了一种方法Sofranec,1991就是在排放前利用一系列由玉米淀粉形成的凝结剂分离废水中的油脂和悬浮固体从DAF系统中回收的油脂可用于炼油这些淀粉凝结剂通常在进行DAF系统操作前加入平衡罐内以减少悬浮固体和油脂表面的带电量促使这些物质凝结进而被DAF系统除去
过去废水处理一般指从液体中除去固体根据水圈原理设计的新设备可安装在冷却器后过滤从冷却器中流出的水然后再使水流经过一系列过滤器重新流至冷却器在这一过程中有机物被过滤掉因此水可循环使用将有机物含量只有3%的液体浓缩物通过精炼设备循环处理如碟式干燥器最终可将产品浓缩成干燥粉末循环过程中产生的蒸汽可直接作为蒸发系统的能源由蒸发系统提供自由能Sorfrance,
1991
三二次处理
最常用的二次处理技术就是利用生物氧化对溶解状态的有机物质进行生物降解处理二次处理的范围从污水池的应用到复杂的活性污泥处理也可包括采用化学处理法除去磷和氮以及促进固体絮凝等方面
大部分污水池是泥塘其中含有水和废弃物的混合物能连续除去污水池中混合物但要注意不能使污水池流空Safley 等1993许多曝气池的设计非常相似通常有一个坝或小路围绕在污水池的四周防止废水泼撒和溢流聚水池污水池的
186
深度由待处理废水的体积决定但是在设计过程中要增加一定容积以防止无法预料事件的发生如天气情况
为了适应无法预料的环境变化通常需要设计一处盛放雨水的地方具体降雨量由过去100年中最大暴雨在24小时内所累积的雨量决定也可以根据过去25年中雨水最多月份中的降雨量决定为安全起见所增加的空间还包括刮风和浪花掀起的空间以防止溢出
圆形和方形污水池不但造价便宜而且利于废水混和如果用矩形池其长宽比为
3 1或更小应该避免存在与主体水部分隔离的狭小地方因为这种地方有利于蚊子的繁殖大部分污水池深度约3m但污水池越深其所占面积越小而且深水池可提高混和程度减少气味污水池应该密封以防止渗漏否则会污染地下水通常采用密封性强的粘土或工业衬垫密封污水池一般情况下如果污水池低边低部和四周的最大漏水量为10
-7
cm/秒Safley 等1993那么就可以认为它是密封的污水池底部和周边密封粘土的最小厚度通常为30cm但是各地方法规制定的标准也许不同随着污水池的加深所需的密封厚度增加在确定污水池的位置时要考虑泥土的类型离水位的深度以及到岩床的深度
尽管预处理能除去可被筛分和易沉淀的固体物质但溶解的固体仍存在于废水中二次处理的主要目的就是继续除去废水中的有机物质降低废水的BOD值和悬浮固体含量参与固体生物氧化的微生物主要存在于水和土壤环境中这些微生物菌群可消化一些溶解固体并且将其转化为最终氧化产物如二氧化碳和水或将其转化成细胞物质这类细胞物质能作为颗粒物质除去微生物细胞物质和吸收的有机物进一步氧化降解
内生呼吸反应需要氧气经处理后微生物悬浮固体通过重力沉降作用与水分离某些溶解的固体和小悬浮固体则以凝胶或超凝胶颗粒形式存在这类固体在二次处理中不能澄清除去如果流体浓度太高在排放前应将流体过滤或添加凝絮剂以提高澄清效果
四厌氧污水池
厌氧污水池可设计成单级也可设计成多级虽然多级污水池投资费用高占用土地多但其具有下列优点
1由于经过第二和第三级厌氧污水池处理后废水中漂浮碎片减少从而减少了冲洗系统和抽水泵的阻塞现象
2第一级污水池中废弃物浓度高故不会溢出
3有大量细菌用于废弃物处理
OH2.4NH0.8CO4NOHC0.2O4NOHC 2323932392 +++→+
187
4最终流体的处理更加完全彻底
Safley 等1993认为因为细菌需要一定的时间生长繁殖所以污水池在第一次投入使用时应该有计划地控制需要进行生物处理的废水容量厌氧菌生长缓慢通常需要一年或更长时间才能使污水池成熟一般情况下污水池应该在未春或夏天起用让细菌在比较温暖的季节中生长当污水池启用2~3个月后可逐步增加投入的废弃物量随着时间的推移污水池会因沉淀而积蓄流体因此应该定期清除池中沉淀通常应该保留40~50%体积的活性污泥而且应该在较暖季节除去液体以确保细菌能自我重新补充而不至于降到有效水平以下对多级污水池而言应该除去最后一级池中的液体
污水池使用10~20年以后其中会积累大量污泥在这种情况下应该除去污泥以防微生物过量清除污泥的常用技术有三种第一种技术利用搅拌器使污泥重新悬浮起来在其与液体完全混合后用泵排出一旦停止搅拌剩下的污泥将重新沉淀第二种技术利用浮动挖泥机除去污泥随着挖泥机在污泥表面的移动泵将污泥抽送到另一台置于岸上的泵内第二台泵再将污泥送至容罐内或放于地上第三种技术将液体抽至另一只污水池内让剩下的污泥自然干燥这个过程可能长达数月
预处理和二次处理中都可能产生废污泥在对这些污泥进行最后处理前一般要将其进一步稳定化所谓稳定池即厌氧污水池和需氧污水池已广泛用于处理污水和稳定污泥过程中这项技术所需投资相对较少处理费用较低而且操作容易所以自50年代以来其应用日益广泛但厌氧污水池和好氧污水池不适用于地价很高废弃物量极大的情况
污水池处理原理是生物氧化和固体沉淀将溶解悬浮和沉淀的固体转化成挥发性气体如氧二氧化碳和氮水以及菌体如小菌落大菌落和动物厌氧污水池和其它污水池使排放液呈均匀状态以便于其流入下道处理设施或接受水体中
厌氧污水池的深度一般在2.5~3.0m之间表面面积/体积比应尽可能小利用高浓度有机物可使整个污水池处于无氧状态在无氧条件下厌氧菌消化有机物加料速度可用BOD
5
COD SS或其它单位体积的测量值来表示进料BOD
5
值的范围为
225~1120 kg/公倾/天操作温度一般需要在22以上滞留时间为4~20天处理后
BOD的降低率为60~80%这仅仅是部分流体的BOD
5
值和测量时间厌氧污水池用于起始有机物含量高的流体的预处理和二次处理也可用于污泥处理系统通常厌氧处理后进行好氧处理或滴滤因为经过厌氧处理后流体中有机物质含量高例如BOD
5
值大于100mg/L
有些处理过程将厌氧和好氧处理结合起来使用在一个充分混合的厌氧罐内将复杂有机化合物降解为CO
2
CH
4
和简单有机物质使废水BOD
5
值减少85~95%从水中
188
分离出的气体约含65~70%CH
4
最后将经厌氧处理后的液体送入好氧反应器中待进一步处理
上文所述过程包括将经过厌氧处理的流体送入脱气和絮凝罐后再送入薄板清洁器在清洁器内将厌氧微生物分离出来并送回厌氧罐上清液在重力作用下流入好氧池好氧池由机械供气器提供氧气因为该过程只要求通过好氧处理使BOD
5
值减少
5~15%所以所需的供气能量较低至此该过程仍需进一步处理在终端清洁器中使好氧污染物质沉淀出来然后将其送回到好氧池内其余的污泥再循环到厌氧罐内以提高细菌活力并且进一步分解
将厌氧和好氧结合起来的方法可以处理各种差别较大的流体厌氧处理对流体差异反应迟钝因为厌氧微生物生长速度慢而生长速度较快的需氧微生物能处理经厌氧处理后废弃物含量高的流体注意废弃物不再是厌氧的
五好氧污水池
好氧污水池用机械供气器提供空气氧以促进生物氧化机械搅拌器在水下搅动空气并使其在水平方向旋转这样即使在BOD值高达450 kg/公倾/天的情况下也可保持溶氧浓度在1~3mg/L内由于水下氧传递的作用既不会产生冻结也不会产生凝结好氧污水池可分为兼性好氧污水池其混合程度足以使溶解氧分散但不能使所有固体物质悬浮在液体中送入好氧污水池约20%的BOD被转化成污泥固体BOD
流体减少了70~90%产生的固体将在兼性好氧污水池中的厌氧污泥罐中发生部分分解但是完全混合流体需要进行其它处理例如进行澄清或送入光滑池中处理
六滴滤池
废水薄层经过位于排水道上面的固定介质通常是石块时滴滤池通过细菌作用和生物氧化减少废水中的BOD值和悬浮固体量确切地说在活性污泥处理过程中发生了生物降解此外在过滤三相体系时其中的生物膜固定于固体介质中石块或塑料通过将大面积废水暴露于空气中从而使其中溶入足够的空气在介质表面生长的菌胶团过滤污泥薄层紧紧吸附于介质表面如果废水中悬浮固体的浓度超过
100mg/L那么在滴滤处理过程之前应该进行预处理
滴滤池的效率受温度废弃物性质水流速度过滤介质的性质和滤池深度的影响介质性质如尺寸大小空隙表面积等以及水流速度对滴滤池的影响大于其它因素滴滤池的处理效率不依赖于表面有机物的加样速度表面积和孔隙更大的塑料介质比石块过滤介质在设计和过滤效率方面都有较大改进与活性污泥处理法比较该处理方法在操作上更简单处理系统更易维护
七活性污泥法
活性污泥法广泛应用于废水处理中该处理体系需要一个反应器曝氧罐或曝氧池一个澄清器和一台输送泵负责将部分沉淀下来的污泥送至反应器并且将其中
189
平衡废弃物排放至处理装置中该处理法不一定需要预处理过程在澄清器中沉淀下来的部分污泥被送回到反应器内与其中的废水混合此过程所产生的生物固体浓度高于循环过程用活性污泥这个术语是因为返回反应器的污泥中含有能迅速降解待处理废水的微生物流动废水与返回的生物悬浮固体的混合物称为混合液活性污泥法处理过程通常被称为流动生物氧化系统而滴滤则被称为固定床系统
目前使用方便的活性污泥法处理系统已广泛用于家庭污水连续二次处理过程中该方法不能处理溶解的无机固体但对除去废水中的各种有机物质很有效混合过程可使用表面供气器或布气器当待处理废水从反应器末端流向排放终点时流体中有机物与活性污泥充分混合同时进行生物降解流体在反应器内停留的时间可以在6小时到
3天之间或者更长停留时间的长短取决于废水的强度和选用的操作方法当活性污泥与废弃物流体接触时流体中粒状物很快被吸附在活性污泥的胶体基质上其时间很短不到30分钟通过吸附作用可除去大部分流体BOD活性污泥系统中供气的机械和电力设备相对昂贵而且能耗高但该方法处理效率高达95~98%经过改装后能在不添加化学试剂的情况下除去氮磷化合物
延时曝气处理法是活性污泥法的改进形式其典型应用实例就是Pasveer和
Carrousel型氧化沟这种方法在欧洲和其它国家得到广泛的应用用延时曝气这个术语来描述该过程是因为它能减少废污泥量延长曝气时间能有效延长混合液体中悬浮固体在澄清器中的沉降时间由于污泥有足够的时间被充分无机化残余的污泥在脱水前不需要在消化池里作进一步处理但是有机物质的稳定过程需要氧因此延时曝气系统要消耗更多的能量该方法的主要优点就是它能非常有效地除去BOD 95~98%
减少废污泥的处理量而且不需要预处理
污泥经好氧消化得到挥发性固体其稳定过程类似于机械和气动供气所进行的好氧消化有时该方法用于稳定活性污泥法或由活性污泥法改造而成的其它方法以及滴滤法产生的过多生物活性污泥同时它也可用于稳定生物处理过程前的主要沉淀物
接触稳定化法也是由活性污泥法改造而成的处理方法该法的优点就是只需两步处理便可除去废弃物在第一步过程中活性污泥固体迅速吸附在污水中的胶体物质上从而使有机物质处于稳定的悬浮溶解状态持续时间为0.5~1.0小时第二步利用沉降作用分离吸附于活性污泥上的有机物质同时将浓缩的混合液体氧化3~6小时第一步处理过程在接触罐内进行第二步在稳定罐内进行因此将吸附过程从氧化延滞期中分离出来
八氧化沟
该处理技术已发展成为一种操作简单经济有效的废水处理方法该技术在不断搅拌和通气的条件下使废弃物与污泥菌体保持20~30小时的接触状态经生物反应器处理后再将稳定化的悬浮固体送入澄清器中进行澄清处理通过沉淀作用除去废水中的
190
固体对氧化沟而言每一立方米空间吸附了空气的空间能处理的BOD量为
200~500 g/天每增加1kg BOD可产生约200~300g活性污泥固体经过该过程
BOD减少95~95%温度对氧化沟除去废弃物的效果有显著影响因为处理过程中生成的微量生物絮凝物将随澄清流体一起排出在低温条件下操作会降低处理效率
典型的氧化沟/通气池有单封闭槽和能连续流动的多级封闭槽采用氧化沟处理废水的最大优点在于一旦建立了合理的操作程序再操作时就无需费神美国有多家食品加工企业采用氧化沟处理废水
现在十分流行采用全障碍氧化沟TBOD处理食品加工废弃物和工业废弃物
TBOD生物净化水的具体操作过程如下将废弃物颗粒与氧气混合同时让细菌吸附于这些污染物上生长从而实施水的生物净化过程该系统可在氧化沟中某一点得到较高的氧气传递效率从而便于实施有效过程控制以及允许灵活地进行设计应该防止菌落在氧化沟反应器底部沉淀使废水的流动始终处于稳定而有力的状态供气和输送泵系统由浸入水下的管式轮涡供气器组成该装置将氧气送入混合液体中
九土地处理技术
最有效的两种土地处理技术是渗入过滤和地面流通过地面流动体系在土地处理技术中如果操作不正确废水中的污染物会损害菜地土壤地表水和地下水但是这两种处理技术都能有效除去高强度废水中的有机碳渗入过滤体系除去污染物的效率约为90%而地面流体系为84%渗入过滤系统的优点是处理效率较高缺点是分配系统复杂投资昂贵污染较少的地下饮用水供应体系常采用地面流处理系统
虽然过去曾采用土地处理法处理一些食品加工废弃物但现在该方法的应用已受到限制营养物质过剩也许会限制植物生长积累于土壤中的矿物质和其它成份也许具有人们迄今为止尚未发现的长期残留能力
十旋转式生物接触器
旋转式生物接触器RBC属于粘附生长型生物处理系统其原理与滴滤过程相似该设备的初期投资费用很高但操作费用和占地面积适中该系统由许多大直径约3m重量轻的碟盘组成这些碟盘安装于水平轴上每根轴上装一组碟盘碟盘间隔为2~3cm防止生长菌落之间相连接每组碟盘之间装有叶片以减少波动或短流所有这些装置便组成了一个RBC单元图10-1当废水通过一只水平开口罐时浸没了正在缓慢旋转0.5~10rpm的部分叶片30~40%而且开口罐半圆形的底部通常与碟盘轮廓相配套RBC设备的功能就是将微生物粘附于碟盘表面上然后使这些微生物吸附并利用废水中的营养而生长如果将某碟片表面旋转至水平面以上直接暴露于空气中的微生物或粘附于碟盘表面的薄薄的水膜将吸收空气增加旋转速度可提高罐内氧气的含量在滴滤池里这些生物膜会导致腐烂因此这些生物固体必
191
须被沉淀掉或除去尽管该方法属于二次处理法但是当废水中悬浮固体含量不高时
240mg/L可以省去预沉淀过程
十一磁性分离
这种二次物理处理法已应用于三次处理过程中用磁铁矿物质Fe
3
O
4
化学处理悬浮物质中的有机废固体导致氧化铝和氯化铁形成凝聚的絮状物并使这些凝聚颗粒带上磁性
该处理体系由一个处理室组成室内含有处于磁场中的羊毛状不锈钢基质当废水悬浮物中带磁性的凝聚颗粒通过处理室时便粘附于磁场中羊毛状不锈钢基质上将磁场强度降至零后便可除去这些吸附的有机废弃物该技术在澳大利亚应用甚广但是在北美很少应用
图10-1旋转生物接触器用于除去排放废水中的氨
十二三次处理
废水三次处理过程统称为废水高级处理主要用于提高废水处理的质量以满足
PDES国家消除污染排放系统指南的要求三次废弃物处理主要用于处理食品加工业废水以除去食品加工中的污染物如有色物质发出异味的物质盐类和风味化合物在城市废弃物处理中使用的一些三次处理方法常用于预处理食品企业中的废弃物
1物理分离
沙滤和微滤法常用于废水的三次处理和纯化过程中这两种分离方法可除去小至微米级悬浮固体
微滤器是一个旋转的圆锤体其上覆盖一层过滤材料通常是精纺网孔尼龙或金属织物将其水平放置于一开口罐内废水进入圆锤体内部并流经过滤器过滤当圆锤体缓慢旋转时反洗位于废水表面以上的部位以清洗筛网同时将固体收集于分离槽内微孔过滤器能除去直径大于筛孔的颗粒筛孔范围一般为20~65 m由于筛子可自动清洗操作和维修费用较低因此这种三次处理法的费用相对较低但是筛孔
192
容易堵塞从而影响了该处理方法的有效性同时也降低了筛子的使用寿命由于微生物能在圆锤体的二次水中生长从而在筛子上形成粘质物利用紫外线或氯化处理可减少粘质物的生长
快速沙滤法混和介质法和连续逆流过滤法常用于三次废水处理过程中该处理方法需要排除澄清液体的下水道和收集固体的回收系统现在可采用自动反洗机械来清洗过滤器
2物理-化学分离法
食品加工废水中含有大量溶解性固体这类污染物可采用各种物理化学分离法进行有效处理其中能够除去难以处理的有机物而且费用最低的三次处理法是活性碳吸附法有机溶质对碳的亲和力取决于碳的类型和该溶质对水的溶解度系数离子交换法利用带电树脂用其它离子置换无机盐阴阳离子从而将其除去
一般说来高价离子被单价离子(如H
+
或Na
+
)置换阴离子被OH
-
或Cl
-
置换该技术的基本目的就是除去对供应水有害的无机盐或从工业加工废水中回收有价值的无机盐
离子交换树脂由具有网状结构的交联有机分子又称为多聚物组成分子中含有反应官能团一般为强酸弱酸或强碱树脂上的阳离子如H
+
或Na
+
离子被废水中的高价离子置换必须用强酸和强碱溶液定期再生树脂离子交换法特别适用于除去水或乳清中的无机盐随着脉冲型离子单元设备的出现使该处理方法在经济上是可行的
电渗析法用于除去盐水中或乳清中的无机盐该方法的原理是在流体通道上交替放置阳离子和阴离子选择膜以除去无机盐当离子溶液通过时阴阳离子的行为类似于电流阳离子通过阳离子选择膜阴离子通过阴离子选择膜因此在电渗析内部离子的浓度变大而流出水中则除去了无机盐电渗析法作为三次处理方法存在盐沉淀阴离子板上易形成无机盐污垢以及水中有机成份经常堵塞膜等问题因而其应用受到很大限制
3三级污水池
通常将成熟的污水池称为光滑池常用于对活性污泥和滴滤系统中流出的二次流体进行三次处理该类污水池池深一般为0.3~1.5m通过自然通气机械供气-光合作用来供氧BOD
5
的加样速度通常为17~34 kg/公倾/天经处理后BOD和悬浮固体的减少量为80~90%该系统对废弃物的处理效率受温度影响在实际操作中这个简单的处理方法无需设备和能量而且在日常操作中也无需费神但是该工艺的土地占用量是各种处理方法中最高的
4化学氧化
193
化学氧化法利用各种化学试剂对三次处理过程中的废水组成进行进一步氧化臭氧处理法是可行的化学氧化处理法臭氧作为强氧化剂在水中裂解生成氧和初生态氧也可与有机物质快速反应臭氧处理法具有消毒除去不良风味和气味以及漂白等作用化学氧化法中常用的化学试剂还有氯气二氧化氯和高锰酸钾
5消毒
为了民众的健康经过处理的废水在最终排放前必须经过消毒处理由于初次和二次废水处理过程中已除去微生物或因长时间暴露于自然环境中病原菌已被杀死所以很少进行灭菌处理但是消毒剂能与有机物反应因此实际操作过程中通常在废水处理后期进行消毒处理从表10-2列出的家庭废水中微生物污染及其数量可知食品加工操作废水中微生物的污染问题是不容忽视的
消毒方法有很多如化学氧化剂紫外线射线微波照射以及各种物理方法如超声波和热处理由于经氯气消毒的水中可能存在致癌性有机氯化物而且对废水进行氯化处理对鱼有毒害作用因此近五年来氯化法的应用日益减少氯化法和其它化学处理法不能杀死所有的微生物某些藻类孢子病毒包括致病性病毒在氯化处理过程中仍能存活
用紫外线设备对适当体积的流体进行消毒是可行的紫外线法是一种有效的消毒方法该方法不会产生对水中动植物有害的残留物质热处理法也很有效但对于体积较大的流体是不可行的
表10-2 家庭废水的微生物特征
微生物 个/100mL废水
菌落总数 10
9
~10
10
大肠杆菌 10
6
~10
9
粪便单链球菌 10
5
~10
6
沙门氏菌 10
1
~10
4
病毒噬菌体
10
2
~10
4
第四节 总结
最佳废弃物处理系统的确定必须以废弃物的排放量及其特性水消耗记录为基础水污染程度用BOD COD OD TOC SS TSS TDS和FOG等指标来衡量
通过循环利用和回收固体对废水进行处理和利用废水处理的基本步骤是利用流体平衡筛分撇去等方法进行预处理利用沉淀和气浮进行初步处理通过厌氧曝气好氧曝气滴滤活性污泥氧化沟处理法土地法RBCS法进行二次处理通过物理分离三级曝气池化学氧化等方法进行三次处理处理后的废水应该消毒为了减少消毒剂与有机物的反应通常在废水处理后期进行消毒处理
194
思考题
1 什么是生化需氧量
2 对废水进行预处理的优缺点
3 废水预处理方法有哪三种
4 废水的基本处理方法有哪二种
5 为什么采用厌氧池法作为废水二次处理法
6 好氧污泥池处理废水的原理是什么
7 什么是活性污泥
8 沙滤和微滤的功能是什么
参考文献
1,Arceivala,S.J,1981,Wastewater treatment and disposal,New York,Marcel Dekker,
Inc,
2,Bakka,R.L,1992,Wastewater issues associated with cleaning and sanitizing
chemicals,Dairy Food Sci Environ Sanit 12:274,
3,Forster,C.F,1985,Biotechnology and wastewater treatment,London,Cambridge
University Press,
4,Rushing,J.E,1992,Water issues in food processing,Dairy Food Sci Environ Sanit
12:280,
5,Safley,L.M.,ET AL,1993,Lagoon management,Pork industry handbook,West
Lafayette,IN:Purdue University,coop,Ext,Serv,
6,Sofranec,D,1991,Wastewater woes,Meat Proc 46,November,
推荐阅读文献
1.AOAC,1990,Official methods of analysis,15
th
ed,Washington,DC,Association of
Official Analytical Chemists,
第十章 废弃物处理
由于食品和食品服务业中产生的废弃物含有大量碳水化合物蛋白质脂肪和无机盐因此废弃物成为食品行业中的难题之一例如如果不能合理处理乳品厂食品冷冻厂食品脱水厂肉禽制品和海洋食品加工企业的废弃物将产生异味并造成严重污染因此在废弃物进入下水道前必须对其中的有机物质进行生物稳定化处理不恰当的废水处理将给人类和水栖生物带来危害
联邦政府地方管理部门以及公众要求各企业更好地处理废弃物的呼吁日益增加加工企业和管理机构应该承担起及时处理废弃物的职责因为尽管废弃物堆积的时间很短但是也会吸引昆虫和啮齿动物产生臭味使企业内外环境都变得令人讨厌不堪入目
废弃物之所以引起种种问题是因为其中的有机物质为微生物繁殖提供了良好的营养由于营养充足微生物迅速繁殖导致水中的溶解氧减少在正常情况下水中的溶氧量为8ppm百万分之一鱼类生存所需溶解氧的最低标准为5ppm如果溶解氧低于这一水平鱼类便会窒息而死
如果水中有机物含量很高导致溶解氧从水中逸出水便会出现腐败现象发出难闻的气味颜色变黑含硫蛋白在易腐败的环境中或硫酸盐含量高的水中能产生硫化氢气体该气体气味难闻而且能使建筑物变黑
食品加工和食品服务业中产生的废弃物内有机物含量很高如果不对其进行合理处理将会带来危害有机物含量用生化需氧量BOD来衡量许多设施将大量BOD值很高的废水排入市政处理系统从而增加了废水处理的负担结果不得不交纳更多的费用由于直接排放废水给小型城市处理设施带来较大的负担因此要求许多大型企业对排放的废水进行部分或彻底处理
食品加工企业排出的污水含有大量有机残留物因此许多企业在其周期性生产计划中对污水处理系统提出了更多的要求在食品加工中必须用水清洗产品用水将废弃物冲入污水处理体系中由于这些水中含有悬浮的不溶性有机物因而给废水处理过程带来困难
第一节 废弃物处理策略
关于废弃物处理之调查的内容包括确定废弃物的排放量及其特征本节将详细讨论这些内容
一制订调查计划
废弃物处理调查的第一步就是对其操作过程进行研究以确定废弃物的来源工程设计图含有平面图管道图设备布置图因此根据工程设计图能确定所有进出水源
177
管道图应该包括上水道雨水下水道卫生污水道加工废弃物排放管道和处理管道管道图上应该标明管道尺寸位置加工设备连接类型以及流向
食品企业的生产计划如关于企业每天每周每月每季度和全年生产的产品体积类型班次等数据对废弃物处理调查是相当重要的根据前几年的生产记录可获得这方面的信息同时还应该检查水消耗记录
进行初始废弃物调查有助于制定的废弃物处理计划符合联邦州和地方政府对排放流体的要求取得或促使国家消除污染排放系统NPDES的允许NPDES允许废弃物排放公司自我监督其排放的废弃物环境保护机构EPA定期监测废弃物排放情况以核实申请者和已获废弃物排放允许证书的企业所递交的报告
初始调查还有利于确定所需监控设备的型号和安装位置以建立连续监测程序初始调查的另一优点就是有助于企业确定是否需要对废弃物进行处理使其达到排放标准的要求并在需要处理的情况下确定最佳处理方法
二调查
应该根据对生产过程的研究结果确定具体调查内容如果某企业所生产的产品类型和数量随季节的变化而变化许多食品企业都有这种特点特别是果蔬加工企业那么就有必要对各季节的生产情况分别进行调查调查内容包括水平衡的测定废水取样测定污染程度
1水平衡的测定
必须将测量仪放在所有水道入口处以测量从各个水源流出的废水体积和流速适宜的测量仪有帕歇尔流水槽三角堰矩形堰文丘里流量计通过对整个企业进行水平衡计算就可以测定一定时期内污水的排放量和因蒸汽泄露蒸发或其它方式失水的总量所有这些水的总量必须等于该研究期内企业的用水量通过这项计算可以确定隐藏的水损失或主要泄露这些损失将会影响卫生计划并导致废弃物增加同时还额外增加了废水排放量结果导致利润降低
2废水取样
应根据废水流速比确定取样计划所谓随机取样指不考虑废水体积和流速的变化也不考虑企业生产情况的改变直接取一定量的排放液体于抽样容器内采用该法取得的样品对测定废弃物的真正特征参考价值不大而且有可能提供错误的结果生产和停产期间根据废水流量比按计划适时统计取样可提供与企业废水特征相关的有效数据
取样装置应放在废水排放系统中以获得具有代表性的样品样品取自废弃物均匀的地方如可在堰或斜流槽下面取样操作时应注意避免由于坝上游固体沉淀或紧接着坝下游的脂肪聚集引起的取样错误样品应从靠近渠道中央且离水表面距离为水深
20~30%的地方采集因为该处流速足以防止固体沉淀对于污水道以及窄而深的渠
178
道必须在水深33%处取样而且采样点经过宽渠道循环若要测定废水中的溶氧在样品处理和收集过程中要避免搅拌由于室温下食品企业的废弃物极易分解因此如果不能在取样后立即分析的话应将样品迅速冷到0~-5
3污染程度的测定
清洗果蔬用水动物屠宰时的冲洗水和清洁用水中常产生块状物大的块状物可以筛去可通过筛孔的细小固体胶态有机物和真溶液其需氧量超过水中溶解氧含量测定污染程度的常用方法如下
1生化需氧量BOD
测定污染程度的常用方法是测量5天内BOD值污物污液和工业废水的生化需氧量指由于好氧微生物的作用在可降解有机物稳定化过程中所需的氧量以ppm表示在一定温度下将样品置于气密性容器中贮存一定时间20下废弃物完全稳定需要100天这么长的培养时间在例行分析中是不可行的公职分析化学家协会推荐采纳5天培养期的程序称之为五日生化需氧量或BOD
5
此值仅是可生物降解有机物总量的指数并不是有机废弃物的实际测定值
家庭污水不含工业废弃物其生化需氧量大约为200ppm食品加工废弃物的BOD
通常更高一般超过1000ppm表10-1列出了一些食品加工企业和相关工业产生的悬浮固体的典型生化需氧量由表可知生化需氧量数据和悬浮固体的值呈平行关系
BOD
5
值与悬浮固体量的关系就不是十分密切的了
尽管BOD是测量水污染的常用方法而且该方法易于操作但其耗时长重现性差而化学需氧法COD和总有机碳法TOC重现性好更快更可靠
表10-1 食品和相关工业废弃物的典型成份
废弃物类型 BOD
5
ppm 悬浮固体ppm
乳品和牛奶废弃物 670 390
食品废弃物 790 500
胶和凝胶废弃物 430 300
肉类废弃物 1,140 820
包装车间和仓库废弃物 590 600
炼油废弃物 1,180 630
植物油 530 475
2化学需氧量COD
COD测定采用重铬酸钾K
2
Cr
2
O
4
回流法化学氧化化合物而不是生物氧化作为化学分析法它还可以测定不能采用BOD法测定的不可降解物质如果某企业需要监测排入城市处理系统的流体每日COD测定对确定生物或化学流体是否会给废水处理厂造成处理问题以及何时会造成问题具有指导作用但是该测定方法不能显示有机物能否被生物降解如果能降解其降解速度是多少Foster(1985) 指出该处理方法不能
179
氧化所有的分子虽然这种测定方法重现性好但其结果与BOD
5
值不一致采用
COD法获得的测定结果与溶解的有机固体关系密切只有在确定了COD/BOD比率的情况下管理部门才同意用COD数据替代BOD值
3溶解氧
无论是对废水还是供应用水溶解氧的浓度都是一个值得关心的问题因为其不但影响水栖生命而且对废弃物处理系统如污水池也很重要通常采用碘滴定法测定溶解氧该法利用氧化物和高锰酸钾除去具干扰作用的亚硝酸和铁离子尽管如此该方法并不是十分可靠的此外可利用电极测定溶解氧这一方法比碘滴定法更迅速更方便而且更适于大量工业废水测定但是某些金属离子比分子氧更强的气态氧化剂和高浓度的清洗剂能干扰用于测定溶解氧的电极
4总有机碳法TOC
总有机碳法能测定所有有机物质在900温度下对废水中的固体物质进行催化氧化测定其产生的CO
2
量这种测定污染的方法快速且重复性好与标准BOD
5
和
COD测定方法有高度的相关性但该方法操作难度大需要高级实验室设备如果企业所产的全部固体大部分是有机物质而且操作体积较大采用该法非常有效但是
TOC分析所需的费用较高因此小型企业或季节性生产企业一般不采用该法
5废水中的残渣
残渣影响上文所讨论的各种测定方法因而也被认为是一种污染蒸发性残渣全是固体挥发性残渣有机溶剂和固体部分残渣灰分都可以进行常规检测
总沉降性固体SS
沉降性固体可在一小时内沉淀至底部通常在带刻度的Imhoff锤形瓶中测定实验结果表示为mL/L沉降性固体指能够在澄清器和沉淀池中沉淀下来的固体废弃物含量该检测方法易于实施可在考察实地时操作
总悬浮性固体TSS
总悬浮性固体又称为不可过滤残渣将一定测量体积的废水通过Gouch坩锅内的配衡膜滤器或玻璃纤维进行过滤即可测定TSS量在103~105下加热一小时后即得总悬浮固体的干重
总溶解性固体TDS
总溶解性固体又称为可过滤残渣称量蒸发后过滤样品的重量或将总悬浮固体减去蒸发锅中的残渣量即可测得TDS值这些污染物难以从废水中除去因此了解其含量是十分必要的溶解性固体的处理通常采用微生物将其转化为其它特殊物质如微生物细胞
脂肪油和油污FOG
180
脂肪油和油污对生物体有害而且不美观FOG所形成的薄膜减少了空气与水之间的交换结果导致对鱼或其它水生生物的危害水禽也会受到厚油膜的影响这些化合物的存在增加了完全氧化废弃物所需要的氧气
悬浮物质
悬浮物质有机物微生物和其它泥土颗粒的存在能导致液体混浊尽管混浊不是污染但它影响了样品的光学性质导致光的散射和/或吸附而不是透射光这种光学性质的变化可采用烛式浊度计来测定不过这种方法所获得的结果不能正确反映用重量法测定的悬浮物质含量因为后者指颗粒重量而前者与光学性质有关
氮
氮在废弃物中的存在形式有多种从还原态氮到氧化态硝基化合物高浓度的氮对某些植物有毒大部分氮在废水中以氨蛋白质硝酸盐亚硝酸盐的形式存在还原态氮如有机氮和氨可采用凯氏滴定法TKN测定氮的总量氧化态氮如硝酸盐和亚硝酸盐必须用其它方法测定
磷酸盐
废水中的磷以磷酸盐正磷酸和多磷酸盐的形式存在磷元素可以存在于无机化合物中也可以存在于有机化合物中自然水中只有痕量可溶性磷酸盐其含量如果太高对海洋生物有害例行分析只能测定可溶性正磷酸盐对于总磷酸盐多磷酸盐和沉淀磷酸盐通常将多磷酸和沉淀磷酸盐通过酸水解将其转化为正磷酸盐然后再用比色法测定正磷酸盐的含量该法需要一些化学试剂比色计或分光光度计分析操作应该由训练有素的分析人员承担
二氧化硫
用二氧化硫进行水果的预处理或在加工中使用亚硫酸氢钠常导致废水中硫含量过高造成污染其污染物通常以硫酸盐和亚硫酸盐或沉淀形态存在如果水中存在硫化物则需要更多的氧硫化物离子与各种多价金属离子结合形成难溶性沉淀利用这一性质可将硫沉淀析出再与污泥一起除去训练有素的分析人员只需一台小型设备就能测定硫酸盐和亚硫酸盐含量硫化物常使饮用水产生一种难闻的气味和不良风味因此如果有废水排入供应饮用水的河流中检测这些硫化物是很重要的
第二节 固态废弃物的处理
固态废弃物处理是食品加工企业的主要问题之一食品加工企业如罐头厂所采用的原料中至少有65%必须作为固体废弃物处理最常用的处理方法是将这些废弃物运到城市垃圾堆中如果垃圾堆不在附近必须在企业所在地处理垃圾时容易造成吸引昆虫和产生不良气体等问题一些加工企业用堆肥法处理固体废弃物成熟的堆肥将
181
作为肥料用于改良土壤对经过堆肥处理的物质进行分析其中含氮1.25%磷酸盐
0.4%碳酸钾0.3%一些城市废弃物处理站利用堆肥法制造并销售农用固体肥料
若用堆肥法处理固体废弃物其中的有机物质必须经微生物作用进行稳定废弃物稳定过程中所产生的腐植质能提高土壤肥力改善土壤耕作性质堆肥的基本方法包括以下四步
1 将固体废弃物粉碎粉化使有机物质充分暴露以利于微生物作用
2 将粉碎后的废弃物堆积于通风室内其高约2米宽约3米
3 室内通风
4 经充分通风后将堆肥再次粉碎
如果在固体废弃物中接种可加速堆肥过程好氧嗜热菌在废弃物中发酵10~20天即可制成有机混合肥具体处理时间取决于废弃物的组成和温度
除堆肥外可将各种食品加工废弃物经干燥粉碎作饲料用例如土豆加工废弃物的榨出液就可这样处理制造酒精所产生的残渣也可在干燥后饲喂家畜柑桔废弃物包括处理后的活性污泥因为其含有维生素A和蛋白质所以在干燥后可作为动物饲料使用加工后的乳清和炼油后的残留动物副产品也是有较高价值的动物饲料
第三节 液态废弃物的处理
食品在处理加工包装贮存过程中随时都会产生废水产生废水的数量污染强度和组成性质将在经济和环境两方面影响企业的处理能力和排放状况产品在加工过程中损失的量和这些废弃物的处理费用直接影响到处理的经济情况决定废弃物处理费用的重要指标就是废水的相对强度和每日排放体积
通过废水的循环利用回收固体等方法可使其得到充分利用废水的回收程度和再利用价值由以下因素决定处理可回收物质的废水处理设施独立处理的操作费用可回收物质的市场价值地方流体质量标准企业将废水排入公共污水道需增付的费用和未来期望的排放体积处理固体浓缩液血液和浓缩粘液在湿法炼油中时的经济投入决定了废水排入下水道前可除去多少污染固体废弃物废水控制计划必须能够用干法除去并转化有机固体能将有机固体排入下水道中同时要将清洗操作过程中的耗水量减至最小
消耗的清洗剂和消毒剂都被排入废弃物处理系统中由于能杀死微生物的消毒剂肯定是有毒的其毒性自然引起了人们的关注但是这些有机化合物作为间接食品添加剂符合食品和药品管理局的要求而且在水中得到一定程度的稀释因而毒性随之降低到安全水平一般认为用于清洗剂和润滑剂的许多成份与食品添加剂一样安全
Bakka,1992这表明废水处理的主要问题就是pH值的变化和可能长期进入的痕
182
量金属只要对企业进行合理设计和选择最佳清洗剂和消毒剂的使用浓度便可以控制和减少这些不良影响
清洗剂和消毒剂中除含有机酸和有机碱外还含有表面活性剂螯合剂和高聚物等故其能提高BOD/COD值传送器的润滑油也含有类似能提高BOD/COD值的物质不过在食品企业中这些化合物的BOD/COD值仅占总量的10%食品企业卫生用水占整个污水排放量的30%以上这类废水BOD/COD值较低因此其pH问题就成为最主要的问题
如果将未经充分处理的废水排入河流或其它水体中其中可生物降解的耗氧化合物可使废水呈过营养状态如果不消除这种状态任其持续下去将破坏接受废水排入体系的生态平衡一般说来在废弃物预防技术和废弃物利用方面的投资比在废弃物处理设施上投资更经济由于许多食品加工企业排放污染废液致使城市废弃物处理厂的处理能力不够因此大部分食品加工企业需要专用废弃物处理设施废水处理仍是一个有待进一步研究的技术它需要环保局废弃物排放厂和废弃物处理厂之间进行密切合作
一预处理
在食品加工废水排入城市废弃物处理系统前通常要求对其进行预处理下水道法规规定了排入城市废弃物处理体系中废水的各项指标决定了废水预处理的程度过去
EPA曾认为来自加工企业的许多废水能相互混合且可生物降解
通常城市污水厂对来自食品加工企业的污水有一定的限制虽然食品加工过程中产生的废弃物不会含有毒物质但存在不能处理的物质这类物质会造成堵塞需要另外处理比较难以处理的废弃物包括油脂肪动植物组织和废料因此在废弃物排入城市废弃物处理系统前进行一些分离和预处理是很有必要的
如果废弃物增加导致城市废弃物处理系统处理额外增加废弃物的能力降低那么食品加工企业在废弃物预处理时必须承担更多的责任或支助城市废弃物处理厂改进和扩建工作加工企业应该计算一下增加的污水处理费用以决定具体废水参数的处理工程是采取企业内预处理的形式还是从经济上支助城市废弃物处理系统的扩建以获准直接排放废水额外费用的计算从基本流动速率开始并利用BOD
5
悬浮固体和油污等成份的浓度系数进行例如向所有的下水道使用者包括人排放的废水按水费的50%对其基本流量进行收费当BOD悬浮固体通常还包括废弃物浓缩量的增加高于根据正常负荷标准确定的最低值时应增收废弃物处理费
一般情况下小型企业认为对废水进行足够的预处理使其达到城市管理部门的要求更经济合算但是大型企业则相反他们发现对废水按照高于法规要求的水平进行预处理更有利有些企业对废水进行充分的预处理以减少由于排放未经处理废水而增加费
183
用为了避免交纳昂贵处理费用或城市废弃物处理厂不能处理增加的废水许多大型食品加工企业对其排出的全部废水进行预处理
对废水按高于地方法规要求的标准进行预处理具有以下优点
1来自企业和动物产品的脂类物质和固体物质具有较好的市场价值由于肥皂厂饲料厂和其它工业对固态废弃物的需要使固态废弃物的回收有利可图同时固体回收减少了废水的处理量
2如果市政府收费和额外增加费用高那么增加预处理过程就更经济因为有效的预处理可降低这些费用
3促使食品加工企业负责废水预处理可减少城市废水处理厂的负担
下述几项缺点限制了废水预处理的应用
1预处理设备昂贵而且提高了加工操作的复杂性
2维护费监测费以及废水处理操作过程的记录都很昂贵
3如果州级管理部门不允许废弃物处理免税那么预处理设备属于需要纳税的财产
如果进行预处理其过程必须根据废弃物处理调查中所获得的事实决定对企业进行实地调查的结果以及对废弃物回收和水循环利用系统的评价结论对预处理系统的确定设计和评估都是十分必要的费用评估应包括预处理对流速的影响如溶解的气体漂浮物和油污池这样根据流量BOD悬浮固体和油污减少的程度便可推测企业内废水回收和水循环的主要费用
最常用的预处理过程包括流量平衡可漂浮物质和悬浮固体的分离添加石灰和明矾三氯化铁FeCl
3
或多聚物可提高分离的程度在加入明矾和石灰或三氯化铁之后漂动的漂浮物有助于悬浮固体的凝结并通过重力沉降或气体浮选将其分离在分离前需采用振动筛旋转筛或静止筛进行筛分以浓缩分离可漂浮固体和沉淀固体
1流量平衡
通常采用流量平衡和中和法减少废弃物流动过程中的水力负担所需的设备是用以减少液体排放波动的容纳装置和抽送装置不论是加工企业自行处理废水还是在预处理后排入城市废弃物处理系统其操作都是很经济的一个平衡罐具有足以贮存循环水或再利用水的容量而且还能以稳定的流速将废水送入处理系统这个单元操作的特征就是废水以不同的流速流量进入罐内再以稳定的流速从罐内流出平衡罐可以是污水池钢罐水泥池这些罐通常没有盖子
2筛分
最常用的预处理过程就是筛分一般用振动筛固定筛或转动筛进行筛分由于预振动筛和转动筛能预处理大量含有较多有机物质的废水因而比较常用这些筛分装置更适于流分的操作模式通过筛水向前流固体则不断地除去这些筛分装置在孔
184
径大小和机械作用方面有很大的差别用于预处理的网孔直径为12.5mm静止筛
~0.15mm光滑高速圆形振动筛有时将不同的筛子结合使用以达到除去固体的理想效果如预处理筛和光滑筛结合使用
3撇去漂浮物
如果存在大块漂浮固体常常要采用该方法将这些固体采集起来并移入某些处理设备或前文所述的设备中为了提高固体分离效果可添加石灰和三氯化铁或多聚物漂动的漂浮物也能促进这些固体的凝结
二预处理技术
预处理的主要目的就是除去废水中的颗粒物质具体过程常用沉淀和浮选技术
一沉淀
多数污水中含有大量易于沉淀的固体物质因此沉淀是最常用的从废水中除去固体物质的预处理技术在预处理过程中通过筛分和初步沉淀可除去40~60%的固体或使
BOD
5
值减少25~35%除去的固体中有些呈惰性不能用BOD法测出
预处理过程中最常用的设备是矩形沉淀罐或圆罐清洁器许多沉淀罐装有慢速旋转收集器该收集器带有刮板桨式可刮去沉淀在罐底的污泥或撇去漂浮在表面的浮渣
在设计沉淀系统时应该考虑滞留容器的大小用于废水的静止过程废水温度的变化也会影响沉淀因为温度变化易产生热对流而且对边缘沉淀颗粒有潜在的干扰在这个预处理过程中通过除去表面的浮渣还可除去油污
二浮选气浮
浮选可除去废水中的油油污和其它悬浮物质浮选法用于食品工业的主要原因就是它能有效除去废水中的油
溶解气体浮选法DAF利用小气泡除去废水中的悬浮固体当某个小颗粒粘附于小气泡上时其比重小于水因此附于小气泡上的颗粒具有向上的动力结果实现与废水的分离便于将其从废水中除去此外预处理过程还包括将未经处理的废水和已经在压力罐通过注入气体而进行压缩的澄清回收液体进行混合在混合液体进入澄清罐后释放压力以形成小气泡小气泡再带着悬浮颗粒移向水表面
利用漂浮原理小气泡能除去油和悬浮颗粒关于气泡在废水中的形成方法有下列几种用旋转促进器或空气分布器在常压下形成小气泡利用气体饱和液体介质将该混合物置于真空状态下形成小气泡在高压下使液体中的空气达饱和状态然后释放压力形成气泡
在DAF设备处理前通常需要加入絮凝剂对废水进行预处理DAF法不但具有处理速度快的优点而且还能除去密度与水相近或更小的固体因此DAF处理法的应用
185
甚为广泛但该处理方法技术投资高操作费用昂贵尤其是化学添加剂和污泥处理费用昂贵
DAF系统中需要保持一定浓度的细菌这类细菌能在DAF系统中存活用于生物降解液体中的污染物脱水装置如带式过滤器能与DAF系统联合使用将漂浮的油和油污收集起来后可对其进行化学处理和物料调整此过程与固液分离过程相似
漂浮技术也可用于污泥处理和废水的第二次第三次处理由于食品企业废水中有大量油脂因此可将该技术作为废水处理系统的一部分过去在湍流液体中进行漂浮处理是一个难题但现在发明了消除湍流的商用高速漂浮装置其薄板装置垂直叶片可防止不利的流动和短流如果再合理设计一个进料井就可以提高固液分离的效果在重力增稠器底部产生高浓度的固体改善重力澄清器内液体的性质
预处理过程中收集的污泥约含2~6%的固体应该在最后处理前对这些固体进行浓缩处理如果收集的固体不能作为肥料或不具备其它实际应用价值那么排放和处理污泥的费用将是污水处理的主要费用有些处理系统将大部分有机物质生物降解掉最终产生的污泥很少从而减少处理和排放费用如果沉淀的污泥能作为副产品回收便可减少排放费用因为回收固体污泥的价值所产生的利润一般足以支付其它处理费用也可利用生物氧化法处理回收固体一般说来这是最后一种处理方法
过去曾发明了一种方法Sofranec,1991就是在排放前利用一系列由玉米淀粉形成的凝结剂分离废水中的油脂和悬浮固体从DAF系统中回收的油脂可用于炼油这些淀粉凝结剂通常在进行DAF系统操作前加入平衡罐内以减少悬浮固体和油脂表面的带电量促使这些物质凝结进而被DAF系统除去
过去废水处理一般指从液体中除去固体根据水圈原理设计的新设备可安装在冷却器后过滤从冷却器中流出的水然后再使水流经过一系列过滤器重新流至冷却器在这一过程中有机物被过滤掉因此水可循环使用将有机物含量只有3%的液体浓缩物通过精炼设备循环处理如碟式干燥器最终可将产品浓缩成干燥粉末循环过程中产生的蒸汽可直接作为蒸发系统的能源由蒸发系统提供自由能Sorfrance,
1991
三二次处理
最常用的二次处理技术就是利用生物氧化对溶解状态的有机物质进行生物降解处理二次处理的范围从污水池的应用到复杂的活性污泥处理也可包括采用化学处理法除去磷和氮以及促进固体絮凝等方面
大部分污水池是泥塘其中含有水和废弃物的混合物能连续除去污水池中混合物但要注意不能使污水池流空Safley 等1993许多曝气池的设计非常相似通常有一个坝或小路围绕在污水池的四周防止废水泼撒和溢流聚水池污水池的
186
深度由待处理废水的体积决定但是在设计过程中要增加一定容积以防止无法预料事件的发生如天气情况
为了适应无法预料的环境变化通常需要设计一处盛放雨水的地方具体降雨量由过去100年中最大暴雨在24小时内所累积的雨量决定也可以根据过去25年中雨水最多月份中的降雨量决定为安全起见所增加的空间还包括刮风和浪花掀起的空间以防止溢出
圆形和方形污水池不但造价便宜而且利于废水混和如果用矩形池其长宽比为
3 1或更小应该避免存在与主体水部分隔离的狭小地方因为这种地方有利于蚊子的繁殖大部分污水池深度约3m但污水池越深其所占面积越小而且深水池可提高混和程度减少气味污水池应该密封以防止渗漏否则会污染地下水通常采用密封性强的粘土或工业衬垫密封污水池一般情况下如果污水池低边低部和四周的最大漏水量为10
-7
cm/秒Safley 等1993那么就可以认为它是密封的污水池底部和周边密封粘土的最小厚度通常为30cm但是各地方法规制定的标准也许不同随着污水池的加深所需的密封厚度增加在确定污水池的位置时要考虑泥土的类型离水位的深度以及到岩床的深度
尽管预处理能除去可被筛分和易沉淀的固体物质但溶解的固体仍存在于废水中二次处理的主要目的就是继续除去废水中的有机物质降低废水的BOD值和悬浮固体含量参与固体生物氧化的微生物主要存在于水和土壤环境中这些微生物菌群可消化一些溶解固体并且将其转化为最终氧化产物如二氧化碳和水或将其转化成细胞物质这类细胞物质能作为颗粒物质除去微生物细胞物质和吸收的有机物进一步氧化降解
内生呼吸反应需要氧气经处理后微生物悬浮固体通过重力沉降作用与水分离某些溶解的固体和小悬浮固体则以凝胶或超凝胶颗粒形式存在这类固体在二次处理中不能澄清除去如果流体浓度太高在排放前应将流体过滤或添加凝絮剂以提高澄清效果
四厌氧污水池
厌氧污水池可设计成单级也可设计成多级虽然多级污水池投资费用高占用土地多但其具有下列优点
1由于经过第二和第三级厌氧污水池处理后废水中漂浮碎片减少从而减少了冲洗系统和抽水泵的阻塞现象
2第一级污水池中废弃物浓度高故不会溢出
3有大量细菌用于废弃物处理
OH2.4NH0.8CO4NOHC0.2O4NOHC 2323932392 +++→+
187
4最终流体的处理更加完全彻底
Safley 等1993认为因为细菌需要一定的时间生长繁殖所以污水池在第一次投入使用时应该有计划地控制需要进行生物处理的废水容量厌氧菌生长缓慢通常需要一年或更长时间才能使污水池成熟一般情况下污水池应该在未春或夏天起用让细菌在比较温暖的季节中生长当污水池启用2~3个月后可逐步增加投入的废弃物量随着时间的推移污水池会因沉淀而积蓄流体因此应该定期清除池中沉淀通常应该保留40~50%体积的活性污泥而且应该在较暖季节除去液体以确保细菌能自我重新补充而不至于降到有效水平以下对多级污水池而言应该除去最后一级池中的液体
污水池使用10~20年以后其中会积累大量污泥在这种情况下应该除去污泥以防微生物过量清除污泥的常用技术有三种第一种技术利用搅拌器使污泥重新悬浮起来在其与液体完全混合后用泵排出一旦停止搅拌剩下的污泥将重新沉淀第二种技术利用浮动挖泥机除去污泥随着挖泥机在污泥表面的移动泵将污泥抽送到另一台置于岸上的泵内第二台泵再将污泥送至容罐内或放于地上第三种技术将液体抽至另一只污水池内让剩下的污泥自然干燥这个过程可能长达数月
预处理和二次处理中都可能产生废污泥在对这些污泥进行最后处理前一般要将其进一步稳定化所谓稳定池即厌氧污水池和需氧污水池已广泛用于处理污水和稳定污泥过程中这项技术所需投资相对较少处理费用较低而且操作容易所以自50年代以来其应用日益广泛但厌氧污水池和好氧污水池不适用于地价很高废弃物量极大的情况
污水池处理原理是生物氧化和固体沉淀将溶解悬浮和沉淀的固体转化成挥发性气体如氧二氧化碳和氮水以及菌体如小菌落大菌落和动物厌氧污水池和其它污水池使排放液呈均匀状态以便于其流入下道处理设施或接受水体中
厌氧污水池的深度一般在2.5~3.0m之间表面面积/体积比应尽可能小利用高浓度有机物可使整个污水池处于无氧状态在无氧条件下厌氧菌消化有机物加料速度可用BOD
5
COD SS或其它单位体积的测量值来表示进料BOD
5
值的范围为
225~1120 kg/公倾/天操作温度一般需要在22以上滞留时间为4~20天处理后
BOD的降低率为60~80%这仅仅是部分流体的BOD
5
值和测量时间厌氧污水池用于起始有机物含量高的流体的预处理和二次处理也可用于污泥处理系统通常厌氧处理后进行好氧处理或滴滤因为经过厌氧处理后流体中有机物质含量高例如BOD
5
值大于100mg/L
有些处理过程将厌氧和好氧处理结合起来使用在一个充分混合的厌氧罐内将复杂有机化合物降解为CO
2
CH
4
和简单有机物质使废水BOD
5
值减少85~95%从水中
188
分离出的气体约含65~70%CH
4
最后将经厌氧处理后的液体送入好氧反应器中待进一步处理
上文所述过程包括将经过厌氧处理的流体送入脱气和絮凝罐后再送入薄板清洁器在清洁器内将厌氧微生物分离出来并送回厌氧罐上清液在重力作用下流入好氧池好氧池由机械供气器提供氧气因为该过程只要求通过好氧处理使BOD
5
值减少
5~15%所以所需的供气能量较低至此该过程仍需进一步处理在终端清洁器中使好氧污染物质沉淀出来然后将其送回到好氧池内其余的污泥再循环到厌氧罐内以提高细菌活力并且进一步分解
将厌氧和好氧结合起来的方法可以处理各种差别较大的流体厌氧处理对流体差异反应迟钝因为厌氧微生物生长速度慢而生长速度较快的需氧微生物能处理经厌氧处理后废弃物含量高的流体注意废弃物不再是厌氧的
五好氧污水池
好氧污水池用机械供气器提供空气氧以促进生物氧化机械搅拌器在水下搅动空气并使其在水平方向旋转这样即使在BOD值高达450 kg/公倾/天的情况下也可保持溶氧浓度在1~3mg/L内由于水下氧传递的作用既不会产生冻结也不会产生凝结好氧污水池可分为兼性好氧污水池其混合程度足以使溶解氧分散但不能使所有固体物质悬浮在液体中送入好氧污水池约20%的BOD被转化成污泥固体BOD
流体减少了70~90%产生的固体将在兼性好氧污水池中的厌氧污泥罐中发生部分分解但是完全混合流体需要进行其它处理例如进行澄清或送入光滑池中处理
六滴滤池
废水薄层经过位于排水道上面的固定介质通常是石块时滴滤池通过细菌作用和生物氧化减少废水中的BOD值和悬浮固体量确切地说在活性污泥处理过程中发生了生物降解此外在过滤三相体系时其中的生物膜固定于固体介质中石块或塑料通过将大面积废水暴露于空气中从而使其中溶入足够的空气在介质表面生长的菌胶团过滤污泥薄层紧紧吸附于介质表面如果废水中悬浮固体的浓度超过
100mg/L那么在滴滤处理过程之前应该进行预处理
滴滤池的效率受温度废弃物性质水流速度过滤介质的性质和滤池深度的影响介质性质如尺寸大小空隙表面积等以及水流速度对滴滤池的影响大于其它因素滴滤池的处理效率不依赖于表面有机物的加样速度表面积和孔隙更大的塑料介质比石块过滤介质在设计和过滤效率方面都有较大改进与活性污泥处理法比较该处理方法在操作上更简单处理系统更易维护
七活性污泥法
活性污泥法广泛应用于废水处理中该处理体系需要一个反应器曝氧罐或曝氧池一个澄清器和一台输送泵负责将部分沉淀下来的污泥送至反应器并且将其中
189
平衡废弃物排放至处理装置中该处理法不一定需要预处理过程在澄清器中沉淀下来的部分污泥被送回到反应器内与其中的废水混合此过程所产生的生物固体浓度高于循环过程用活性污泥这个术语是因为返回反应器的污泥中含有能迅速降解待处理废水的微生物流动废水与返回的生物悬浮固体的混合物称为混合液活性污泥法处理过程通常被称为流动生物氧化系统而滴滤则被称为固定床系统
目前使用方便的活性污泥法处理系统已广泛用于家庭污水连续二次处理过程中该方法不能处理溶解的无机固体但对除去废水中的各种有机物质很有效混合过程可使用表面供气器或布气器当待处理废水从反应器末端流向排放终点时流体中有机物与活性污泥充分混合同时进行生物降解流体在反应器内停留的时间可以在6小时到
3天之间或者更长停留时间的长短取决于废水的强度和选用的操作方法当活性污泥与废弃物流体接触时流体中粒状物很快被吸附在活性污泥的胶体基质上其时间很短不到30分钟通过吸附作用可除去大部分流体BOD活性污泥系统中供气的机械和电力设备相对昂贵而且能耗高但该方法处理效率高达95~98%经过改装后能在不添加化学试剂的情况下除去氮磷化合物
延时曝气处理法是活性污泥法的改进形式其典型应用实例就是Pasveer和
Carrousel型氧化沟这种方法在欧洲和其它国家得到广泛的应用用延时曝气这个术语来描述该过程是因为它能减少废污泥量延长曝气时间能有效延长混合液体中悬浮固体在澄清器中的沉降时间由于污泥有足够的时间被充分无机化残余的污泥在脱水前不需要在消化池里作进一步处理但是有机物质的稳定过程需要氧因此延时曝气系统要消耗更多的能量该方法的主要优点就是它能非常有效地除去BOD 95~98%
减少废污泥的处理量而且不需要预处理
污泥经好氧消化得到挥发性固体其稳定过程类似于机械和气动供气所进行的好氧消化有时该方法用于稳定活性污泥法或由活性污泥法改造而成的其它方法以及滴滤法产生的过多生物活性污泥同时它也可用于稳定生物处理过程前的主要沉淀物
接触稳定化法也是由活性污泥法改造而成的处理方法该法的优点就是只需两步处理便可除去废弃物在第一步过程中活性污泥固体迅速吸附在污水中的胶体物质上从而使有机物质处于稳定的悬浮溶解状态持续时间为0.5~1.0小时第二步利用沉降作用分离吸附于活性污泥上的有机物质同时将浓缩的混合液体氧化3~6小时第一步处理过程在接触罐内进行第二步在稳定罐内进行因此将吸附过程从氧化延滞期中分离出来
八氧化沟
该处理技术已发展成为一种操作简单经济有效的废水处理方法该技术在不断搅拌和通气的条件下使废弃物与污泥菌体保持20~30小时的接触状态经生物反应器处理后再将稳定化的悬浮固体送入澄清器中进行澄清处理通过沉淀作用除去废水中的
190
固体对氧化沟而言每一立方米空间吸附了空气的空间能处理的BOD量为
200~500 g/天每增加1kg BOD可产生约200~300g活性污泥固体经过该过程
BOD减少95~95%温度对氧化沟除去废弃物的效果有显著影响因为处理过程中生成的微量生物絮凝物将随澄清流体一起排出在低温条件下操作会降低处理效率
典型的氧化沟/通气池有单封闭槽和能连续流动的多级封闭槽采用氧化沟处理废水的最大优点在于一旦建立了合理的操作程序再操作时就无需费神美国有多家食品加工企业采用氧化沟处理废水
现在十分流行采用全障碍氧化沟TBOD处理食品加工废弃物和工业废弃物
TBOD生物净化水的具体操作过程如下将废弃物颗粒与氧气混合同时让细菌吸附于这些污染物上生长从而实施水的生物净化过程该系统可在氧化沟中某一点得到较高的氧气传递效率从而便于实施有效过程控制以及允许灵活地进行设计应该防止菌落在氧化沟反应器底部沉淀使废水的流动始终处于稳定而有力的状态供气和输送泵系统由浸入水下的管式轮涡供气器组成该装置将氧气送入混合液体中
九土地处理技术
最有效的两种土地处理技术是渗入过滤和地面流通过地面流动体系在土地处理技术中如果操作不正确废水中的污染物会损害菜地土壤地表水和地下水但是这两种处理技术都能有效除去高强度废水中的有机碳渗入过滤体系除去污染物的效率约为90%而地面流体系为84%渗入过滤系统的优点是处理效率较高缺点是分配系统复杂投资昂贵污染较少的地下饮用水供应体系常采用地面流处理系统
虽然过去曾采用土地处理法处理一些食品加工废弃物但现在该方法的应用已受到限制营养物质过剩也许会限制植物生长积累于土壤中的矿物质和其它成份也许具有人们迄今为止尚未发现的长期残留能力
十旋转式生物接触器
旋转式生物接触器RBC属于粘附生长型生物处理系统其原理与滴滤过程相似该设备的初期投资费用很高但操作费用和占地面积适中该系统由许多大直径约3m重量轻的碟盘组成这些碟盘安装于水平轴上每根轴上装一组碟盘碟盘间隔为2~3cm防止生长菌落之间相连接每组碟盘之间装有叶片以减少波动或短流所有这些装置便组成了一个RBC单元图10-1当废水通过一只水平开口罐时浸没了正在缓慢旋转0.5~10rpm的部分叶片30~40%而且开口罐半圆形的底部通常与碟盘轮廓相配套RBC设备的功能就是将微生物粘附于碟盘表面上然后使这些微生物吸附并利用废水中的营养而生长如果将某碟片表面旋转至水平面以上直接暴露于空气中的微生物或粘附于碟盘表面的薄薄的水膜将吸收空气增加旋转速度可提高罐内氧气的含量在滴滤池里这些生物膜会导致腐烂因此这些生物固体必
191
须被沉淀掉或除去尽管该方法属于二次处理法但是当废水中悬浮固体含量不高时
240mg/L可以省去预沉淀过程
十一磁性分离
这种二次物理处理法已应用于三次处理过程中用磁铁矿物质Fe
3
O
4
化学处理悬浮物质中的有机废固体导致氧化铝和氯化铁形成凝聚的絮状物并使这些凝聚颗粒带上磁性
该处理体系由一个处理室组成室内含有处于磁场中的羊毛状不锈钢基质当废水悬浮物中带磁性的凝聚颗粒通过处理室时便粘附于磁场中羊毛状不锈钢基质上将磁场强度降至零后便可除去这些吸附的有机废弃物该技术在澳大利亚应用甚广但是在北美很少应用
图10-1旋转生物接触器用于除去排放废水中的氨
十二三次处理
废水三次处理过程统称为废水高级处理主要用于提高废水处理的质量以满足
PDES国家消除污染排放系统指南的要求三次废弃物处理主要用于处理食品加工业废水以除去食品加工中的污染物如有色物质发出异味的物质盐类和风味化合物在城市废弃物处理中使用的一些三次处理方法常用于预处理食品企业中的废弃物
1物理分离
沙滤和微滤法常用于废水的三次处理和纯化过程中这两种分离方法可除去小至微米级悬浮固体
微滤器是一个旋转的圆锤体其上覆盖一层过滤材料通常是精纺网孔尼龙或金属织物将其水平放置于一开口罐内废水进入圆锤体内部并流经过滤器过滤当圆锤体缓慢旋转时反洗位于废水表面以上的部位以清洗筛网同时将固体收集于分离槽内微孔过滤器能除去直径大于筛孔的颗粒筛孔范围一般为20~65 m由于筛子可自动清洗操作和维修费用较低因此这种三次处理法的费用相对较低但是筛孔
192
容易堵塞从而影响了该处理方法的有效性同时也降低了筛子的使用寿命由于微生物能在圆锤体的二次水中生长从而在筛子上形成粘质物利用紫外线或氯化处理可减少粘质物的生长
快速沙滤法混和介质法和连续逆流过滤法常用于三次废水处理过程中该处理方法需要排除澄清液体的下水道和收集固体的回收系统现在可采用自动反洗机械来清洗过滤器
2物理-化学分离法
食品加工废水中含有大量溶解性固体这类污染物可采用各种物理化学分离法进行有效处理其中能够除去难以处理的有机物而且费用最低的三次处理法是活性碳吸附法有机溶质对碳的亲和力取决于碳的类型和该溶质对水的溶解度系数离子交换法利用带电树脂用其它离子置换无机盐阴阳离子从而将其除去
一般说来高价离子被单价离子(如H
+
或Na
+
)置换阴离子被OH
-
或Cl
-
置换该技术的基本目的就是除去对供应水有害的无机盐或从工业加工废水中回收有价值的无机盐
离子交换树脂由具有网状结构的交联有机分子又称为多聚物组成分子中含有反应官能团一般为强酸弱酸或强碱树脂上的阳离子如H
+
或Na
+
离子被废水中的高价离子置换必须用强酸和强碱溶液定期再生树脂离子交换法特别适用于除去水或乳清中的无机盐随着脉冲型离子单元设备的出现使该处理方法在经济上是可行的
电渗析法用于除去盐水中或乳清中的无机盐该方法的原理是在流体通道上交替放置阳离子和阴离子选择膜以除去无机盐当离子溶液通过时阴阳离子的行为类似于电流阳离子通过阳离子选择膜阴离子通过阴离子选择膜因此在电渗析内部离子的浓度变大而流出水中则除去了无机盐电渗析法作为三次处理方法存在盐沉淀阴离子板上易形成无机盐污垢以及水中有机成份经常堵塞膜等问题因而其应用受到很大限制
3三级污水池
通常将成熟的污水池称为光滑池常用于对活性污泥和滴滤系统中流出的二次流体进行三次处理该类污水池池深一般为0.3~1.5m通过自然通气机械供气-光合作用来供氧BOD
5
的加样速度通常为17~34 kg/公倾/天经处理后BOD和悬浮固体的减少量为80~90%该系统对废弃物的处理效率受温度影响在实际操作中这个简单的处理方法无需设备和能量而且在日常操作中也无需费神但是该工艺的土地占用量是各种处理方法中最高的
4化学氧化
193
化学氧化法利用各种化学试剂对三次处理过程中的废水组成进行进一步氧化臭氧处理法是可行的化学氧化处理法臭氧作为强氧化剂在水中裂解生成氧和初生态氧也可与有机物质快速反应臭氧处理法具有消毒除去不良风味和气味以及漂白等作用化学氧化法中常用的化学试剂还有氯气二氧化氯和高锰酸钾
5消毒
为了民众的健康经过处理的废水在最终排放前必须经过消毒处理由于初次和二次废水处理过程中已除去微生物或因长时间暴露于自然环境中病原菌已被杀死所以很少进行灭菌处理但是消毒剂能与有机物反应因此实际操作过程中通常在废水处理后期进行消毒处理从表10-2列出的家庭废水中微生物污染及其数量可知食品加工操作废水中微生物的污染问题是不容忽视的
消毒方法有很多如化学氧化剂紫外线射线微波照射以及各种物理方法如超声波和热处理由于经氯气消毒的水中可能存在致癌性有机氯化物而且对废水进行氯化处理对鱼有毒害作用因此近五年来氯化法的应用日益减少氯化法和其它化学处理法不能杀死所有的微生物某些藻类孢子病毒包括致病性病毒在氯化处理过程中仍能存活
用紫外线设备对适当体积的流体进行消毒是可行的紫外线法是一种有效的消毒方法该方法不会产生对水中动植物有害的残留物质热处理法也很有效但对于体积较大的流体是不可行的
表10-2 家庭废水的微生物特征
微生物 个/100mL废水
菌落总数 10
9
~10
10
大肠杆菌 10
6
~10
9
粪便单链球菌 10
5
~10
6
沙门氏菌 10
1
~10
4
病毒噬菌体
10
2
~10
4
第四节 总结
最佳废弃物处理系统的确定必须以废弃物的排放量及其特性水消耗记录为基础水污染程度用BOD COD OD TOC SS TSS TDS和FOG等指标来衡量
通过循环利用和回收固体对废水进行处理和利用废水处理的基本步骤是利用流体平衡筛分撇去等方法进行预处理利用沉淀和气浮进行初步处理通过厌氧曝气好氧曝气滴滤活性污泥氧化沟处理法土地法RBCS法进行二次处理通过物理分离三级曝气池化学氧化等方法进行三次处理处理后的废水应该消毒为了减少消毒剂与有机物的反应通常在废水处理后期进行消毒处理
194
思考题
1 什么是生化需氧量
2 对废水进行预处理的优缺点
3 废水预处理方法有哪三种
4 废水的基本处理方法有哪二种
5 为什么采用厌氧池法作为废水二次处理法
6 好氧污泥池处理废水的原理是什么
7 什么是活性污泥
8 沙滤和微滤的功能是什么
参考文献
1,Arceivala,S.J,1981,Wastewater treatment and disposal,New York,Marcel Dekker,
Inc,
2,Bakka,R.L,1992,Wastewater issues associated with cleaning and sanitizing
chemicals,Dairy Food Sci Environ Sanit 12:274,
3,Forster,C.F,1985,Biotechnology and wastewater treatment,London,Cambridge
University Press,
4,Rushing,J.E,1992,Water issues in food processing,Dairy Food Sci Environ Sanit
12:280,
5,Safley,L.M.,ET AL,1993,Lagoon management,Pork industry handbook,West
Lafayette,IN:Purdue University,coop,Ext,Serv,
6,Sofranec,D,1991,Wastewater woes,Meat Proc 46,November,
推荐阅读文献
1.AOAC,1990,Official methods of analysis,15
th
ed,Washington,DC,Association of
Official Analytical Chemists,
