第六章發(fā)酵食品工業(yè)污染物的處理自學(xué)第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)食品工業(yè)的廢棄物的種類與特點一、食品工業(yè)廢渣的種類和特點大部分都是無害的,無毒的,一般可以直接作為家禽的飼料,也可以作為固體發(fā)酵產(chǎn)品或單細胞蛋白的生產(chǎn)原料.

來源企業(yè):酒廠\淀粉廠\味精廠\屠宰場等等第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日一、食品工業(yè)廢水的種類和特點——種類多,有機物和懸浮物含量高，易腐敗。使接納的水體富營養(yǎng)化，造成藻類等大量繁殖，迅速消耗水體中的溶解氧，造成水體缺氧，致使魚類和其他水生動植物死亡；促使水底沉積的有機物質(zhì)在厭氧條件下分解，產(chǎn)生臭氣，惡化水質(zhì)，污染環(huán)境。第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、廢水的水質(zhì)污染指標生化需氧量（BOD）

水中的有機物在好氧性微生物作用下進行氧化分解時所消耗的溶解氧的量，用它來間接表示廢水中有機物的含量。實際測定時采用20℃條件下，5天的BOD值，單位mg/L。

化學(xué)需氧量（COD）

表示廢水中有機物在化學(xué)氧化過程中所消耗氧的量。COD越高，表示廢水中有機物越多。常用強氧化劑重鉻酸鉀來測定，單位mg/L。COD測定需時短，不受水質(zhì)限制，可作為水中有機物污染物含量的一種間接指示。COD一般較BOD高，它們的差值表示不能被微生物降解的那部分有機物的含量。

懸浮固體（SS）也稱懸浮物，指不溶于水但懸浮于水中的固體物，即使在靜止條件下也不易沉淀，是廢水的重要污染指標之一。酸度、堿度一般用pH表示。pH超過一定范圍，對廢水的處理及綜合利用，水生生物的生長繁殖均有很大影響。有毒物含量:主要是一些重金屬和有機致癌化合物等等.此外還有顏色\臭味\等綜合性指標,在污水排放時.第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日廢水的排放標準我國規(guī)定的水系水質(zhì),可按照三種標準進行管理:1供人飲用水和風(fēng)景游覽區(qū)的標準.2農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)\養(yǎng)殖魚類和其他水生生物的水源,要保證動植物生存.3工業(yè)用水,必須保證符合工業(yè)生產(chǎn)需要.第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日三、食品工業(yè)廢水處理的方法

1.一級處理主要指預(yù)處理,即用機械方法或簡單的化學(xué)方法去除水中的固形物,懸浮固體和漂浮的油脂層,以及初步中和酸、堿度等。一級處理只能除去BOD的30%左右。2.二級處理用生物處理法除去可溶性有機物。一般能除去90～95%的固體懸浮物和80～95%的BOD。二級處理可大大改善水質(zhì)，甚至可使出水水質(zhì)達到排放標準。3.三級處理（深度處理）進一步除去二級處理未能除去的污染物質(zhì),其中包括微生物未能降解的有機物,磷和氮等能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。所使用的方法有生物脫氮法、混凝沉淀法、活性炭過濾法、離子交換法等。三級處理只是在嚴重缺水地區(qū),要求工業(yè)廢水閉路循環(huán)或接納廢水的水體作為水源時才考慮。第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日（一）物理法

常用于廢水的一級處理或預(yù)處理,它既可作為獨立的處理方法,也可用作化學(xué)處理、生物處理的預(yù)處理方法。常用的物理處理法有:沉降與氣浮、隔截與過濾、離心分離、重力分離及蒸發(fā)濃縮等。物理法簡單,經(jīng)濟,但往往不能達到理想的處理效果,還需要配合使用其他方法。第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日（二）化學(xué)處理法

借助于化學(xué)反應(yīng)的作用,以去除或回收廢水中溶解物或膠體物質(zhì)的方法,可達到回收有用物質(zhì),降低廢水中的酸、堿度,去除金屬離子,氧化某些有機物等目的。常用的化學(xué)處理法有化學(xué)沉淀法、混凝法、中和法、氧化還原法等。由于化學(xué)處理法常需采用化學(xué)藥劑和材料,處理費用較高。第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日（三）物理化學(xué)處理法

利用傳質(zhì)過程,分離廢水中溶解性物質(zhì),回收有用成分,使廢水得到深度處理,常用的物理化學(xué)處理法有浮選、汽提、吹脫、萃取、吸附、電滲析等。第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日（四）生物處理法

利用微生物的代謝作用,使廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定、無害的物質(zhì)。生物處理法是食品廢水整個處理過程的關(guān)鍵。按起作用的微生物對氧的要求不同，可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.好氧生物處理法在好氧微生物的氧化分解過程中，廢水中呈溶解性的有機物首先透過細菌的細胞壁被細菌吸收。而固體有機物與膠體有機物先被細菌所吸附，并在細菌所分泌的胞外酶作用下分解成溶解性物質(zhì)，然后再滲入細菌細胞內(nèi)。進入細胞內(nèi)的溶解狀有機物在胞內(nèi)酶的作用下，一部分被氧化分解成簡單的無機物，如CO2、H20、NO3－、NH3、PO43－和SO42－等，同時放出能量。細菌利用這部分能量作為其生命活動的能源，將另一部分有機物作為其生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，合成新的細胞物質(zhì)，使細菌得以增殖。要求廢水中有機物應(yīng)有一定濃度，以BOD計，一般應(yīng)為100～500mg/L。BOD與其主要營養(yǎng)物氮和磷的比例關(guān)系為BOD:N:P=100:5:1。要求廢水的pH為6～9。常見的好氧微生物有：好氧細菌、真菌、原生動物、藻類等。其中數(shù)量最多、作用最大的是細菌。第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.好氧生物處理法活性污泥法向富含有機物并有微生物的廢水中不斷打入空氣，使其中的微生物生長繁殖，一定時間之后就會出現(xiàn)絮狀泥粒，它具有很強的分解有機物的能力，稱之為活性污泥。利用活性污泥處理廢水的方法就是活性污泥法。生物膜法好氧微生物在有充足的氧和豐富的有機物的條件下迅速繁殖起來，在介質(zhì)(濾料或轉(zhuǎn)盤)表面形成一層由各種微生物組成的薄膜，即生物膜。因此稱之為生物膜法。第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.厭氧生物處理法也稱為厭氧消化或厭氧發(fā)酵，就是在厭氧條件下，利用微生物對有機物進行降解的過程。消化過程分兩個階段進行，即酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵階段。

酸性發(fā)酵階段：廢水中的復(fù)雜有機物在產(chǎn)酸菌的作用下，分解為簡單的有機酸，包括甲酸、丁酸、醇、氨和硫化物等。堿性發(fā)酵階段：參與作用的微生物是甲烷菌，代謝產(chǎn)物主要是甲烷和二氧化碳，及少量的氨、氫、硫化氫等。第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日3.厭氧－好氧生物處理法第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日4.自然生物處理法生物氧化塘利用水中自然存在的微生物和藻類，對有機廢水進行好氧和厭氧生物處理的天然或人工池塘。土地處理系統(tǒng)利用土壤及其中的微生物和植物根系對污染物的綜合凈化能力處理食品工業(yè)廢水，同時利用廢水中的水分和肥分來促進農(nóng)作物、牧草或樹木生長與增產(chǎn)的系統(tǒng)設(shè)施。第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)食品工業(yè)廢棄物的利用一、食品工業(yè)廢水的利用利用廢水生產(chǎn)單細胞蛋白（SCP）利用廢水生產(chǎn)能源第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、食品加工固體廢物的利用飼料應(yīng)用食品和食品添加劑提取利用療效成分第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日單細胞蛋白（SCP）的開發(fā)蛋白質(zhì)資源短缺是全世界面臨的重大課題，特別是發(fā)展中國家日趨嚴重，為此，各國都在重視加強開發(fā)蛋白質(zhì)資源研究。單細胞蛋白質(zhì)是食品工業(yè)和飼料工業(yè)的重要蛋白質(zhì)來源，也是一條生產(chǎn)人類蛋白質(zhì)食品資源的有效途徑，目前已發(fā)展成為與人類生存有密切關(guān)系的生物工程產(chǎn)業(yè)。

單細胞蛋白又稱微生物蛋白或菌體蛋自，一般是指酵母、非病性細菌、微型菌、真菌等單細胞生物體內(nèi)所含蛋白質(zhì)，其粗蛋白含量可達45％～70％，且各種氨基酸搭配合理，維生素含量高，而作物中蛋白質(zhì)含量最高的大豆僅達35％～45％。在國際上，單細胞蛋白總產(chǎn)量達250萬t，其中前蘇聯(lián)為130萬t、美國80萬t。60年代中期，生產(chǎn)單細胞蛋白的原料主要以石油、乙醇、甲醇及天然氣為主。70年代中后期，由于世界范圍的石油危機轉(zhuǎn)向以工業(yè)廢料、農(nóng)副產(chǎn)品加工下腳料及農(nóng)作物粗纖維為主要原料生產(chǎn)單細胞蛋白，這類資源來源廣泛，成本低廉，成為當(dāng)今各國生產(chǎn)單細胞蛋白的主要方向SCP的優(yōu)點：第一，生產(chǎn)效率高，比動植物高成千上萬倍，這主要是因為微生物的生長繁殖速率快。第二，生產(chǎn)原料來源廣，一般有以下幾類：①農(nóng)業(yè)廢物、廢水，如秸稈、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纖維素的廢料及農(nóng)林產(chǎn)品的加工廢水；②工業(yè)廢物、廢水，如食品、發(fā)酵工業(yè)中排出的含糖有機廢水、亞硫酸紙漿廢液等；③石油、天然氣及相關(guān)產(chǎn)品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；④H2、CO2等廢氣。第三，可以工業(yè)化生產(chǎn)，它不僅需要的勞動力少，不受地區(qū)、季節(jié)和氣候的限制，而且產(chǎn)量高，質(zhì)量好。第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日單細胞蛋白（SCP）的開發(fā)1．應(yīng)用微生物生產(chǎn)SCP的優(yōu)點細胞的蛋白質(zhì)含量高達50%左右，并含有多種氨基酸、維生素、礦物元素和粗脂肪等營養(yǎng)成分，易被人畜消化吸收；微生物繁殖快，短時間可獲得大量產(chǎn)品；微生物對營養(yǎng)要求適應(yīng)性強，可利用多種廉價原料進行生產(chǎn)；微生物的生長條件完全受人工控制，可在工廠中大量生產(chǎn)。

2．開發(fā)單細胞蛋白常用菌種及其使用的主要原料開發(fā)SCP的微生物主要是酵母菌，其次藻類。用于生產(chǎn)SCP的原料有以下幾類：①工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和下腳料，如紙漿廢液、啤酒廢渣、味精廢液、淀粉廢液、豆制品廢液；②碳水化合物類，如淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)的水解糖液；③碳氫化合物類，如甲烷、乙烷、丙烷及短鏈烷烴；④石油產(chǎn)品類。

生產(chǎn)SCP常用菌種及其主要原料

菌種 學(xué)名 主要原料

產(chǎn)朊假絲酵母 Candidautilis 紙漿廢液、木屑等

產(chǎn)朊假絲酵母大細胞變種

糖蜜Candidautilisvar.major

日本假絲酵母 Mycotorulajaponica 紙漿廢液

熱帶假絲酵母 Candidatropicalis 短鏈烷烴

甲烷假單孢菌 Pseudomonasmethanica 甲烷

畢赤氏酵母 Pichia 甲醇或乙醇

漢遜氏酵母 Hansenula 甲醇或乙醇

粉粒小球藻 Chlorellapyrenoidosa CO2和光能

普通小球藻 Chlorellavulgaris CO2和光能第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日第四節(jié)生物膜法處理污水生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入?yún)挌鈱舆M行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復(fù)以達到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點：（1）對水量、水質(zhì)、水溫變動適應(yīng)性強；（2）處理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量?。s為活性污泥法的3／4）且易于固液分離；（4）動力費用省。第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、生物膜常見的微生物最新技術(shù)：復(fù)合微生物菌群（EM）EM是由日本琉球大學(xué)比嘉照夫教授研制出來的含有5科10屬80多種微生物，以光合細菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為代表性微生物的有效微生物菌群。其間的各種微生物在生長過程中通過相互間的共生增殖關(guān)系，形成一個復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，并發(fā)揮多種功能。80年代后期，EM在水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用和研究，如處理生活污水，高濃度工業(yè)廢水，富營養(yǎng)水體等。第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日生物膜處理的方法（1）曝氣生物濾池曝氣生物濾池(BAF，BiologicalAeratedFilter)也叫淹沒式曝氣生物濾池。國外從20世紀初開始進行研究，于80年代末基本成型，后不斷改進，并已開發(fā)出多種形式。在開發(fā)過程中，充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設(shè)計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物，定期反沖洗等特點于一體。曝氣生物濾池工藝是普通生物濾池的一種變形形式，也可看成是生物接觸氧化法的一種特殊形式，其基本原理是：在濾池中裝填一定量粒徑較小的顆粒狀濾料，濾料表面附著生長生物膜，濾池內(nèi)部曝氣。污水流經(jīng)時，污染物、溶解氧及其它物質(zhì)首先經(jīng)過液相擴散到生物膜表面及內(nèi)部，利用濾料上高濃度生物膜的強氧化降解能力對污水進行快速凈化，此為生物氧化降解過程；同時，因污水流經(jīng)時，濾料呈壓實狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會隨水漂出，此為截留作用；運行一定時間后，因水頭損失的增加，需對濾池進行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過程。曝氣生物濾池工藝作為一種新型生物處理技術(shù)，從誕生至今經(jīng)歷了一段快速發(fā)展的過程，最初僅用于污水的三級處理，后發(fā)展成直接用于二級處理，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到水體富營養(yǎng)化控制，中水回用和微污染水、高濃度廢水、城市生活污水處理等各個領(lǐng)域，其最大特點是集生物氧化和截留懸浮固體功能于一身，節(jié)省了后續(xù)二沉池，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡化。根據(jù)污水在濾池運行中過濾方向不同，曝氣生物濾池可分為上向流和下向流濾池，但池型結(jié)構(gòu)基本相同，其主體都是由濾池池體、濾料層、承托層、布水系統(tǒng)、布氣系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、管道和自控系統(tǒng)組成。上向流曝氣生物濾池在結(jié)構(gòu)上采用氣水平行上向流態(tài)，同時采用強制鼓風(fēng)曝氣技術(shù)，使氣、水得到極好的均分，防止了氣泡在濾料中的凝結(jié)，氧氣利用率高且能耗低；同時，采用氣水平行上向流，使空間過濾作用能被更好地運用，空氣能將污水中的懸浮物帶入濾床深處，在濾池中得到高負荷、均勻的固體物質(zhì)，延長反沖洗周期，減少清洗時間和清洗需水、氣量。早期曝氣生物濾池應(yīng)用形式大多采用下向流，近些年來由于下向流形式的諸多缺陷以及上向流形式的眾多優(yōu)點在應(yīng)用中被證實，上向流曝氣生物濾池的應(yīng)用和研究也因此逐漸成為主流。

第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日（2）生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理技術(shù)。是具有活性污泥法特點的生物膜法，兼具兩者的優(yōu)點。附著在填料上的生物膜是生物接觸氧化處理系統(tǒng)的主體作用物質(zhì)。由于生物接觸氧化法工藝中需要大量的軟性或半軟性填料，使運行維護困難，且投資增大。較之普通活性污泥法，占地面積大大減小，耐沖擊負荷能力明顯提高，但其動力消耗大、處理效率較低。

該法中微生物所需氧由鼓風(fēng)曝氣供給，生物膜生長至一定厚度后，填料壁的微生物會因缺氧而進行厭氧代謝，產(chǎn)生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會造成生物膜的脫落，并促進新生物膜的生長，此時，脫落的生物膜將隨出水流出池外。生物接觸氧化法具有以下特點：

1、由于填料比表面積大，池內(nèi)充氧條件良好，池內(nèi)單位容積的生物固體量較高，因此，生物接觸氧化池具有較高的容積負荷；

2、由于生物接觸氧化池內(nèi)生物固體量多，水流完全混合，故對水質(zhì)水量的驟變有較強的適應(yīng)能力；

3、剩余污泥量少，不存在污泥膨脹問題，運行管理簡便。第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日食品工業(yè)廢渣——生物質(zhì)（biomass）生物質(zhì)是一種通過大氣,水,大地以及陽光產(chǎn)生的持續(xù)性資源.生物質(zhì)如果不通過能源或物質(zhì)方式被利用,微生物會將它分解成基本成分水,二氧化碳以及熱能.人類利用生物質(zhì)為能源來源,無論是作為糧食,取暖,發(fā)電或生產(chǎn)液體燃料,都符合大自然的循環(huán)體系生物質(zhì)數(shù)量方面的潛能幾乎無限,因為地球上不斷成長的植物遠遠高過我們的能源需求量.所謂的凈基本產(chǎn)量(NETPRIMARYPRODUCTION-NPP)(NPP),指的是每年儲存近生物質(zhì)的太陽能,相當(dāng)于500億噸原油單位(標準油).人類目前的基本能源需求量卻是97億噸標準油.當(dāng)然,只有部分生物質(zhì)可以通過生態(tài),技術(shù)和經(jīng)濟合理的方式得到利用.但是,目前已經(jīng)具備這些條件生物質(zhì)的數(shù)量已經(jīng)非常巨大了.

通過重新造林培養(yǎng)占世界地面25%的荒地和空地還可以提高能源農(nóng)作物產(chǎn)量.聯(lián)邦德國境內(nèi)每年成長的木材利用率才達到三分之二.剩余的產(chǎn)量在森林保留著-可以說是備用生物質(zhì).這些備用資源50%的原料潛能就足夠提供十一大型太陽柴油廠的原料量,相當(dāng)于生產(chǎn)250萬噸太陽柴油.

此外,每年4千萬噸的農(nóng)業(yè)秸桿無法利用而被送回耕地,相當(dāng)于400萬噸太陽柴油或聯(lián)邦德國14%的年柴油需求量.如果利用德國10%的耕地生產(chǎn)提供給太陽柴油工藝的農(nóng)作物–這是目前無利用耕地面積-還可以再生產(chǎn)300–600萬噸太陽柴油.實際產(chǎn)量根據(jù)植物種類變動.

Kassel/Witzenhausen大學(xué)的Scheffer1.博士估計聯(lián)邦德國可利用生物質(zhì)潛能高達5600萬噸標準油1.第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日目前，生物質(zhì)能技術(shù)的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)?shù)谋戎亍Ｄ壳埃瑖獾纳镔|(zhì)能技術(shù)和裝置多已達到商業(yè)化應(yīng)用程度，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國一次能源消耗量的4％、16