汪教授生物環(huán)保技術(shù)在發(fā)酵行業(yè)節(jié)能減排中的應(yīng)用進(jìn)展-1

生物環(huán)保技術(shù)在發(fā)酵行業(yè)

污染減排中的應(yīng)用進(jìn)展

BeijingTech.andBusinessUni.汪蘋一、發(fā)酵行業(yè)污染減排任務(wù)及排放標(biāo)準(zhǔn)介紹二、廢水生物脫氮除磷技術(shù)發(fā)展三、CO2減排與利用技術(shù)四、菌株包埋技術(shù)一、國家污染減排要求發(fā)酵行業(yè)是輕工業(yè)行業(yè)中技術(shù)含量較高的行業(yè)，同時也是能耗、水耗較高、排放量較大的行業(yè)。國務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能減排綜合性工作方案》（國發(fā)[2007]15號文）總體目標(biāo)：到2010年，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗由2005年的1.22噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到1噸標(biāo)準(zhǔn)煤以下，降低20%左右；到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549萬噸減少到2295萬噸，化學(xué)需氧量（COD）由1414萬噸減少到1273萬噸；“十一五”時期淘汰落后生產(chǎn)能力3萬噸以下味精生產(chǎn)企業(yè)，淘汰落后產(chǎn)能20萬噸。按照國家的要求和部署，截止2009年已經(jīng)淘汰味精18萬噸落后產(chǎn)能。國家污染減排要求2008年國家發(fā)改委等三部委印發(fā)了《節(jié)水型社會建設(shè)“十一五”規(guī)劃》，規(guī)劃中要求到2010年單位GDP用水量比2005年降低20%以上。2009年頒布的《輕工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中明確提出“在食品行業(yè)重點(diǎn)淘汰年產(chǎn)3萬噸以下味精生產(chǎn)工藝及裝置?！蓖瑫r，也提出2009年-2011年的淘汰產(chǎn)能指標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)《節(jié)能減排綜合性工作方案》(15號文)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步淘汰10萬噸的落后產(chǎn)能。味精、檸檬酸是發(fā)酵污染減排重點(diǎn)行業(yè)發(fā)酵工業(yè)主要原料為糧食，主要有玉米、小麥、薯干等；味精（還包括其他氨基酸）和檸檬酸行業(yè)是其中污染較為嚴(yán)重的兩個行業(yè)，產(chǎn)污量約占發(fā)酵行業(yè)總產(chǎn)污量的50%，排污量約占發(fā)酵行業(yè)總排污量的60%；淀粉糖行業(yè)噸產(chǎn)品污水排放量較少且不屬于高濃度有機(jī)廢水，污染減排難度不大；因此解決好味精、檸檬酸污染減排問題是發(fā)酵行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的重中之重。某典型玉米味精企業(yè)廢水水質(zhì)項目水量t/dCOD濃度mg/L氨氮濃度mg/L淀粉生產(chǎn)過程水33415027糖化水20013900淀粉、精制廢水33751657冷凝水538570935洗罐沖刷廢水1978953410離交沖柱水66255571709蒸發(fā)冷凝污水39811502153注：氨氮和總氮濃度比值約3：3.5~4.0某典型玉米檸檬酸企業(yè)綜合廢水水量和水質(zhì)

項目數(shù)值水量（m3/t）35溫度60~70pH4~5CODCr(mg/L)11000~13000BOD5(mg/L)6000~7000總氮(mg/L)300~400氨氮(mg/L)50~70總磷(mg/L)100~120SS(mg/L)800~1000色度（倍）180~250COD、氨氮、總氮、總磷

是廢水主要減排污染物發(fā)酵行業(yè)的一部分污染來自生產(chǎn)原料中未被利用的部分以及微生物發(fā)酵中產(chǎn)生的副產(chǎn)物；一部分污染來自生產(chǎn)過程中添加的化學(xué)品；富含蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類和酸堿物質(zhì)成為廢棄物，進(jìn)入廢水、廢渣；即使在高濃廢液全液回收后，氨基酸制造業(yè)的末端綜合廢水仍具有較高的COD（約1500~2500mg/L）、氨氮（約300~700mg/L）濃度

。只有生物技術(shù)才是最經(jīng)濟(jì)、降解產(chǎn)物徹底、無二次污染的最適減排技術(shù)表1《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB19431－2004）

（2004年1月1日起建設(shè)（包括改、擴(kuò)建）的項目）污染物項目化學(xué)需要量（CODcr）生化需氧量（BOD5）懸浮物（SS）氨氮排水量pH值

kg/t產(chǎn)品mg/Lkg/t產(chǎn)品mg/Lkg/t產(chǎn)品mg/Lkg/t產(chǎn)品mg/Lm3/t產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)值

302001280151007.5501506-9排放標(biāo)準(zhǔn)表2新的《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（2008）

現(xiàn)有企業(yè)水污染物排放限值（至2010年6月30日止）序號污染物項目排放限值mg/L(pH值除外)污染物排放監(jiān)控位置1pH值6~9企業(yè)廢水總排放口2懸浮物703五日生化需氧量40（80）4化學(xué)需氧量(CODcr)150（200）5氨氮30（50）6總氮507總磷1.0單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量(m3/t產(chǎn)品)80（150）排水量計量位置與污染物排放監(jiān)控位置相同注：括號內(nèi)是GB19431－2004標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表3新的《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（2008）

新建企業(yè)及現(xiàn)有企業(yè)（自2010年7月1日起）水污染物排放限值序號污染物排放限值mg/L(pH值除外)污染物排放監(jiān)控位置1pH值6~9企業(yè)廢水總排放口2懸浮物503五日生化需氧量20（80）4化學(xué)需氧量(CODcr)100（200）5氨氮20（50）6總氮407總磷0.5單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量(m3/t產(chǎn)品)60（150）排水量計量位置與污染物排放監(jiān)控位置相同注：括號內(nèi)是GB19431－2004標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)正在制定的檸檬酸新排放標(biāo)準(zhǔn)也有類似的指標(biāo)值分析廢水特征和達(dá)標(biāo)的難度無有害有毒物質(zhì)，主要達(dá)標(biāo)指標(biāo)有：BOD、COD，氨氮，總氮等；BOD/COD比較高，可生化性好，適合采用生物處理工藝；制作淀粉過程廢水屬于無氨氮高濃有機(jī)廢水,適宜采用厭氧生物處理;高氨氮廢水曾經(jīng)沿用化學(xué)吹脫法：廢水pH調(diào)至10以上吹脫預(yù)處理pH調(diào)到中性生化處理問題：兩次pH調(diào)節(jié)將消耗大量的酸和堿；出水氨氮仍>200mg/L；吹脫的含氨氣體必須回收，回收的氨溶液必須再解決利用問題。新標(biāo)準(zhǔn)《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（2008）要求：CODCr150(100)mg/L，氨氮30(20)mg/L，總氮50(40)mg/L，相當(dāng)于末端處理系統(tǒng)的CODCr，氨氮，總氮去除率分別要達(dá)到95%，95%，90%以上。除磷效率也要達(dá)到99%以上。在傳統(tǒng)的厭氧好氧生化處理過程中，主要就是去除BOD5和CODCr，一般BOD5去除率可以完全滿足達(dá)標(biāo)要求，CODCr的去除率也可超過90%；去除氨氮的生化過程稱為硝化過程，硝化必須是在好氧條件；去除總氮的生化過程稱為反硝化，嚴(yán)格的說，只有總氮去除才能實(shí)現(xiàn)脫氮，但反硝化菌是異養(yǎng)菌，必須要提供碳源；

COHNSP（污水中的有機(jī)物）+O2

→CO2+H2O+NH4+

-----生化過程N(yùn)H4+

→NO2-

→NO3-→

NO2-→N2

-----硝化過程-----反硝化過程二、廢水生物脫氮除磷技術(shù)發(fā)展

生物脫氮基本原理生物除磷基本原理聚磷菌屬于不動桿菌屬、氣單胞菌屬和假單胞菌屬等。在厭氧——好氧系統(tǒng)的活性污泥中磷含量達(dá)3%-8%，發(fā)現(xiàn)聚磷菌。生物學(xué)解釋：化學(xué)法除磷形成鋁、鐵、鈣等磷酸鹽沉淀除去，去除率高，處理穩(wěn)定。左圖：聚磷菌分解體內(nèi)聚磷酸鹽產(chǎn)生ATP,并釋放PO43-。ATP以主動運(yùn)輸形式吸入BOD，并以顆粒存于體內(nèi)。右圖：有機(jī)顆粒物氧化獲能ATP;ATP的一部分合成磷酸鹽蓄積細(xì)胞內(nèi)。脫氮除磷影響因素1.溫度5-40℃都能成功脫氮除磷2.pH值與堿度（1）脫氮系統(tǒng)硝化菌最適pH6.0-7.5；亞硝化菌最適pH7.0-8.5；反硝化菌最適pH7.0-7.5。這些菌對pH十分敏感，超出范圍脫氮率會迅速下降，所以脫氮在pH6.5-8.0之間運(yùn)行。理論上氧化1g氨氮需消耗堿度7.14g（以CaCO3），反硝化還原1gNO3--N產(chǎn)生3.5g堿度，所以需及時補(bǔ)充堿度（2）除磷系統(tǒng)最適pH大約6.0-8.0。3.DO脫氮系統(tǒng)硝化DO＞2.0mg/l

反硝化DO≯0.5mg/l除磷系統(tǒng)厭氧段DO＜2.0mg/l

好氧段DO=1.5～2.5mg/l由于聚磷菌中的氣單胞菌同樣也是反硝化菌，因此NO3--N的存在也影響聚磷作用，所以需嚴(yán)格控制DO＜2.0mg/l。4.C/N和C/P值不同的C/N比的脫氮效果除磷系統(tǒng)中進(jìn)水的BOD5/TP至少＞15，一般20-30.脫氮效果COD/TKNBOD5/NH4+-NBOD5/TKN差<5<4<2.5一般5～74～62.5～3.5好7～96～83.5～5優(yōu)>9>8>55.SRT(1)脫氮系統(tǒng)

SRT必須大于硝化菌的最小世代周期。硝化菌能量利用一般僅為氧化NH3-N和NO2—N產(chǎn)生能量的5%-14%.理論值應(yīng)＞3d，實(shí)際值應(yīng)＞15d。(2）除磷系統(tǒng)吸磷為可逆過程，曝氣時間不能過長；污泥在二沉池停留時間盡可能短，缺氧易生釋磷現(xiàn)象SRT從30d降到5d，脫磷效率從40%上升到87%。脫氮除磷條件存在一定矛盾基本流程脫氮基本流程A1/O法脫磷基本流程A2/O法特征：A1/O的缺氧段無分子氧即可。

A2/O的缺氧段必須既無分子氧也無硝基氮缺氧脫氮反應(yīng)器需氧反應(yīng)器沉淀池廢棄污泥回流污泥回流混合液甲醇進(jìn)水出水厭氧反應(yīng)器沉淀池需氧反應(yīng)器進(jìn)水回流污泥出水廢棄污泥再總結(jié)目前運(yùn)行的典型城市污水脫氮工藝主要是A/O法，靠內(nèi)循環(huán)回流脫氮,要達(dá)到高效率，回流比無限增大；工藝過程中pH、DO、碳源控制的不均衡性，增加操作的難度；高濃度NH4+-N和亞硝酸鹽將抑制硝化菌的生長，而且氨氮的完全硝化需要大曝氣量在味精、檸檬酸廢水生物處理中，如何高效地脫氮除磷、并同時合理安排COD去除工藝和脫氮除磷所需要的碳源分配是目前該廢水處理中亟待解決的一大難題！亞硝化和硝化是兩組完全不同的菌屬

NH4+NO2-N2

短程硝化反硝化在厭氧條件下，NO3-(NO2-)作電子受體，將NH4+氧化為N2等氣體產(chǎn)物NH4++NO3-(或NO2-)氣體產(chǎn)物

厭氧氨氧化異養(yǎng)硝化菌的發(fā)現(xiàn)某些硝化菌能進(jìn)行正常的硝化作用外還能進(jìn)行反硝化硝化脫氮菌好氧反硝化菌的發(fā)現(xiàn)好氧反硝化菌微環(huán)境理論——在污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺氧部位生長反硝化菌，外部硝化同時硝化反硝化工藝突破傳統(tǒng)的新認(rèn)識及新發(fā)現(xiàn)新型生物脫氮工藝-同時（步）硝化反硝化（SND）

80年代以來，發(fā)現(xiàn)曝氣池內(nèi)總氮含量存在丟失現(xiàn)象！解釋作用原理（1）宏觀環(huán)境理論由于充氧設(shè)備的位置，混合程度等，反應(yīng)池內(nèi)存在缺氧的部位，故SND可能存在。（2）微環(huán)境理論活性污泥菌膠團(tuán)內(nèi)部或生物膜內(nèi)部存在多種微環(huán)境，由于氧的傳遞受阻，表層可能好氧，生長硝化菌，內(nèi)部可能缺氧，以反硝化菌為主。微環(huán)境理論的缺陷：內(nèi)部碳源？（1）和（2）的原理仍舊屬于傳統(tǒng)硝化反硝化。在傳統(tǒng)反硝化理論中，認(rèn)為反硝化菌是一種異養(yǎng)兼性菌，在有氧環(huán)境下，以O(shè)2作為電子接受體；只有在缺氧環(huán)境中，才以NO3-和NO2-作為電子接受體，也就是說O2被優(yōu)先用于呼吸，甚至于DO濃度低于0.1mg/l時也是O2優(yōu)先，所以反硝化只能在缺氧環(huán)境才能發(fā)生。因此在傳統(tǒng)理論中，有氧狀態(tài)下發(fā)生反硝化是不可能的。（3）微生物理論

1984年，Robertson在硝基氮和硫酸鹽系統(tǒng)中首次分離得到好氧反硝化菌，有：

Pseudomonassp.(假單胞菌)、

Alcaligenesfaecalis(泛養(yǎng)硫球菌)、

Thiosphaera

pantotropha(糞產(chǎn)堿菌)等。后又有研究者提出：某些好氧反硝化菌本身實(shí)質(zhì)是異養(yǎng)硝化菌，可以把氨氮直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮。

ASND（Aerobicsimultaneousnitrificationanddenitrification）技術(shù)就是建立在異養(yǎng)硝化菌和好氧反硝化菌的基礎(chǔ)上提出的！ASND技術(shù)特點(diǎn)：（1）異養(yǎng)硝化菌的反應(yīng)速度快，是傳統(tǒng)自養(yǎng)硝化菌反應(yīng)速度得10倍以上；（2）好氧反硝化菌的存在可以在好氧條件下，實(shí)現(xiàn)同時進(jìn)行生化、硝化、反硝化，取消分級處理流程；（3）pH、DO、碳源互補(bǔ)，污泥量少，不需要補(bǔ)磷，工藝、操作簡化；（4）CODCr，氨氮，總氮去除率能夠達(dá)到95%，95%，85%以上。ASND技術(shù)解決了味精廢水好氧生物處理高效脫氮、并同時合理安排COD去除工藝和脫氮所需要的碳源分配問題！

關(guān)于ASND技術(shù)的研究進(jìn)展應(yīng)用研究

垃圾滲濾液處理站中水站工程運(yùn)行門城污水處理廠阜豐集團(tuán)蓮花集團(tuán)溫州皮革廠

反應(yīng)動力學(xué)及反應(yīng)模型研究

基礎(chǔ)研究反應(yīng)產(chǎn)物研究與N2O生物控逸

菌株物理和化學(xué)誘變優(yōu)化

應(yīng)用基礎(chǔ)研究菌株功能、生理生化性能測定好氧反硝化菌，異養(yǎng)硝化菌株篩選

菌株研究16SrRNA、biolog鑒別菌劑（包埋）開發(fā)脫氮產(chǎn)物N2O等測定

案例-ASND技術(shù)處理味精廢水（一）工藝原理簡介

ASND其工藝特征是污泥系統(tǒng)中與好氧的生化菌、硝化菌共存的好氧反硝化菌（其中大部分本身是異養(yǎng)硝化菌），因此生化/硝化/反硝化可以同時進(jìn)行，并形成反應(yīng)鏈，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，使反應(yīng)效率大大提高，適用于高濃度的氨氮和較低的C/N比廢水處理。（二）工藝特點(diǎn)常采用推流式或SBR曝氣池；和前置反硝化（A/O法）相比，不需要采用內(nèi)循環(huán)，節(jié)能但去除效率更高，可以承受進(jìn)水氨氮高達(dá)600-1000mg/L的廢水；應(yīng)用于味精廢水處理，出水氨氮可以達(dá)到低于5mg/L。（三）示范案例情況介紹內(nèi)蒙阜豐有限公司年產(chǎn)12萬噸谷氨酸、10萬噸淀粉糖。離交廢母液通過混凝提取菌體蛋白，濾液蒸發(fā)濃縮造粒制成復(fù)合肥料。進(jìn)入末端處理的廢水有：蒸發(fā)冷凝液，精制過程的冷凝水和洗滌水，離