发酵工业清洁生产

发酵工业清洁生产微生物与环保微生物处理腈纶废水的塔式滤池29.1污水处理概述29.1.1水污染概述水体自净：水体中的污染物因被稀释，水解，氧化，光分解和微生物降解等而去除的能力。主要靠细菌、藻类等微生物。自净能力影响因素：溶氧污染物过量----细菌和藻类大量繁殖---溶解氧下降-----厌氧菌大量繁殖-----产生带有恶臭的硫化氢和硫化铁水环境保护水是地球上一切生命赖以生存、也是人类生活和生产中不可缺少的基本物质之一。20世纪以来，由于世界各国工农业的迅速发展，城市人口的剧增，缺水已是当今世界许多国家面临的重大问题。防治水污染，保护水资源是当今世界性的问题，更是我国城乡普遍面临的当务之急。饥饿与营养不良饥饿与营养不良较之疾病、污染与环境破坏更为亟待解决的世界性问题。应用生物技术发展粮食生产，这样既可提高农作物的生产能力，又能开垦荒芜地区，增加种植面积。土地变得沙化农民手里捧如此土地该如何生存大规模的工业生产矿藏开采投入环境生产消费排放废料农田森林中流失的农药环境问题包括：固体废物场地、地下储存罐（UST）和管道泄漏污染等。其中以固体废物场地、地下储存罐的污染问题最为突出。非点源污染主要来自许多扩散性的污染来源。如降水或融雪水在径流过程中携带污染物，最后进入地表水和地下水中、以及农业灌溉导致的化肥、除草剂、农药污染等。●固体废物填埋场的污染●农业灌溉对土壤和地下水的污染林树红水资源的利用现状世界各国和国民经济各部门对水资源的使用情况各有不同，一般可分为：工业用水：发电、造纸、人造纤维等部门的需水量最大。农业用水生活用水“水脏”问题主要是工业用水过程产生的。水是工业发展的基础，水可以是工业生产中的一种原料，也可以作为工业生产流程中的原料有用组分或杂质的浸出渗液，或作为工业生产工艺的反应介质。生产1吨钢材需水100m3以上制造1吨尼龙丝大约需水600m3染1万米布大约需300m3制1吨纸浆大约需水300m3等。目前，我国工业万元产值耗水量平均为600-700m3。农业和工业是人类社会的两个用水大户研究农业用水过程对于解决我国的“水少”问题具有决定性的作用研究工业用水过程则对解决我国“水脏”问题具有决定性的作用。我国90%以上的城市水域遭到污染，城市污水（包括生活污水和工业废水）以每年6.5%的速度增加，预计到2010年城市污水排放量将达到5300亿m3/d以上。我国‘八五’期间曾有全国污水处理厂达到150座，城市污水处理率达10%的规划目标，实际1995年处理率达到了15%。‘九五’期间拟新增污水处理设施，使日处理能力达400万m3以上，城市排水管网普及面积率达70%~75%，污水集中处理率达到20%，县以上工业企业废水处理率达76.8%目前我国城市工业水重复利用率约为50%左右（日本80年代末就达到75%以上）”。从这些数据可以看出，我国城市污水治理还是相对滞后的，处于欠帐状态。水污染控制（治理）工程就是以工程技术措施，来防止、减轻或消除水环境的污染，改善和保持水环境质量，保障人体健康，以及有效地保护和合理利用水资源。1989年5月联合国环境规划署(UNEP)首次提出清洁生产的概念，标志着人类工业生产观念的一次变革。清洁生产是与高投入、高消耗、粗放经营所支持的传统工业相对立的，推行清洁生产将导致工业用水方式的一次革命，这场“工业革命”是实现工业领域水资源可持续利用的必由之路。我国在90年代提出的《中国环境与发展十大对策》，强调了清洁生产。清洁生产正在成为我国实现可持续发展战略的重要措施和手段。29.1.2水体的污染与自净一、水体污染及水体自净作用二、水污染指标一、水体污染及水体自净作用水体：河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等“贮水体”的总称。在环境科学领域中，水体不仅包括水，而且也包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。从自然地理的角度看，水体是指地表被水覆盖的自然综合体。水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。造成水体污染的因素向水体排放未经过妥善处理的城市污水和工业废水；施用的化肥、农药及城市地面的污染物，被雨水冲刷，随地面径流而进入水体；随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等。有些赤潮生物会分泌出粘液，粘在鱼、虾、贝等生物的鳃上，妨碍呼吸，导致窒息死亡。含有毒素的赤潮生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡。人类食用含有毒素的海产品，也会造成类似的后果。环境工程海洋科学海洋生物资源与环境生物工程人类行为对生态系统的影响水体自净作用水体能够在其环境容量的范围以内，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，称之为水体的自净作用。水体自净机理①物理过程，其中包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等过程，水体中的污染物质在这一系列的作用下，其浓度得以降低；②化学及物理化学过程，污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低；③生物化学过程，污染物质中的有机物，由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度降低。二、水污染指标（一）生化需氧量（BOD）：表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，常用单位为mg／L，这是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。在20℃和在BOD的测定条件（氧充足、不搅动）下，以五日作为测定BOD的标准时间，称之为五日生化需氧量，以BOD5表示。（二）化学需氧量（COD）用强氧化剂——重铬酸钾，在酸性条件下能够将有机物氧化为H2O和CO2，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量（COD）。COD能够比较精确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，因此多作为工业废水的污染指标。用另一种氧化剂——高锰酸钾，也能够将有机物加以氧化，测出的耗氧量较COD低，称为耗氧量，以OC表示。（三）总需氧量（TOD）有机物主要是由碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）等元素所组成。当有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2，此时的需氧量称为总需氧量（TOD）。（四）总有机碳（TOC）：是污水中有机污染物的总含碳量。其测定结果以C含量表示，单位为mg／L。（五）悬浮物：是通过过滤法测定的，滤后滤膜或滤纸上截留下来的物质即为悬浮固体，它包括部分的胶体物质，单位为mg／L。（六）有毒物质：是指其达到一定浓度后，对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。非重金属的氰化物和砷化物及重金属中的汞、镉、铬、铅等，是国际上公认的六大毒物（砷有时与重金放在一起进行研究）。（七）pH值：对水体生物生长有较大影响，也直接影响水处理工艺及装置的选用。（八）大肠菌群数：是指单位体积水中所含的大肠菌群的数目，单位为个／L，它是常用的细菌学指标。29.1.3水体中主要污染物的来源及其危害无机无毒物无机有毒物有机无毒物有机有毒物放射性物质、生物污染物质和热污染等。所谓无毒害作用是相对而有条件的。一、无机无毒物砂粒、矿渣一类的颗粒状的物质；酸、碱无机盐类；氮、磷等植物营养物质。（一）悬浮物的污染危害（1）大大地降低了光的穿透能力，减少了水的光合作用并妨碍水体的自净作用；（2）对鱼类产生危害，可能堵塞鱼鳃，导致鱼的死亡，制浆造纸废水中的纸浆对此最为明显；（3）水中的悬浮物又可能是各种污染物的载体，它可能吸附一部分水中的污染物并随水流动迁移。（二）酸、碱、无机盐类的污染物质来源污染水体中的酸主要来自矿山排水及许多工业废水。金属加工酸洗车间、黏胶纤维和酸性造纸等工业部门排放酸性工业废水。雨水淋洗含二氧化硫的空气后，汇入地表水体也能形成酸污染。水体中的碱主要来源于碱法造纸、化学纤维、制碱、制革及炼油等工业废水。酸和碱的污染必然伴随着无机盐类的污染。酸、碱污染物危害酸、碱污染物能改变水体的pH值增加水中的一般无机盐类和水的硬度。（三）氮、磷等植物营养物主要来自于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和某些工业废水。污水中的氮可分为有机氮和无机氮两类。氮、磷污染危害及水体的富营养化（1）藻类在水体中占据的空间越来越大，使鱼类活动的空间越来越少；衰死藻类将沉积塘底。（2）藻类种类逐渐减少，并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主,不适于作鱼饵料，而其中有一些种属是有毒的。（3）藻类过度生长繁殖，将造成水体中溶解氧的急剧变化，严重影响鱼类生存。二、无机有毒物（一）非重金属的无机毒性物质1．氰化物:来源于电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤冷却水、某些化工厂的含氰废水及金、银选矿废水等。氰化物在水中的自净作用①氰化物的挥发逸散。②氰化物的氧化分解。2．砷（As）:工业生产排放含砷废水的有：化工、有色冶金、炼焦、火电、造纸、皮革等，其中以冶金、化工排放砷量较高。（二）重金属毒性物质重金属与一般耗氧的有机物不同，在水体中不能为微生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化以及分散和富集，这个过程称之为重金属的迁移。重金属在水体中的迁移主要与沉淀、络合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。重金属的毒性和对生物体的危害①在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应②微生物不能降解重金属，相反地某些重金属有可能在微生物作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性③地表水中的重金属可以通过生物的食物链，成千上万地富集，而达到相当高的浓度④重金属进入人体后能够和生理高分子物质如蛋白质和酶等发生强烈的相互作用使它们失去活性，也可能累积在人体的某些器官中，造成慢性累积性中毒，最终造成危害。微生物不能降解重金属，微生物作用于重金属主要是改变金属在环境中的存在状态从而改变它们的毒性。Hg的微生物转化无机汞（Hg2+）的甲基化无机汞（Hg2+）还原成HgO甲基汞还原成HgO微生物对重金属的转化三、有机无毒物（需氧有机物）属于碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物，它们易于生物降解，向稳定的无机物转化。在有氧条件下，由好氧微生物作用下进行转化，这一转化进程快，产物一般为CO2、H2O等稳定物质。在无氧条件下，则在厌氧微生物的作用下进行转化，这一进程较慢。首先在产酸菌的作用下，形成脂肪酸、醇等中间产物继之在甲烷菌的作用下形成H2O、CH4、CO2等稳定物质，同时放出硫化氢、硫醇、粪臭素等具有恶臭的气体。（一）水体中需氧污染物主要来自生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉类加工、罐头等食品工业和制革、造纸、印染、焦化等工业废水。有机污染物对水体的危害：对渔业水产资源的破坏。有机无毒物，又称耗氧(需氧)有机物，或可生物降解有机物。四、有机有毒物这一类物质多属于人工合成的有机物质，如农药（DDT、六六六等有机氯农药）、醛、酮、酚以及聚氯联苯、芳香族氨基化合物、高分子合成聚合物（塑料、合成橡胶、人造纤维）、染料等。来源：石油化学工业的合成生产过程及有关的产品使用过程中排放出的污水。主要污染特征①比较稳定，不易被微生物分解，所以又称难降解有机污染物。②它们都有害于人类健康，只是危害程度和作用方式不同。③这一类物质在某些条件下，好氧微生物也能够对其进行分解，因此，也能够消耗水体中的溶解氧，但速度较慢。农药石油洗涤剂多氯联苯氰和腈农药微生物作用被氧化被脱卤被还原被脱烃ClClClClClClCl大肠杆菌等脱卤作用微生物对有毒有机物的降解五、石油类污染物石油开采、储运、炼制和使用过程中，排出的废油和含油废水使水体遭受污染。石油化工、机械制造行业排放的废水也含有各种油类。海洋石油污染的危害：不仅影响海洋生物的生长、降低海滨环境的使用价值、破坏海岸设施，还可能影响局部地区的水文气象条件和降低海洋的自净能力。工程菌在环境工程中应用美国GE公司构造成功具有巨大烃