食品化学食品加工领域废水处理技术.docx
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食品化学食品加工领域废水处理技术
食品加工领域废水处理技术
一、食品加工废水的概念
1、基本概念
食品工业原料广泛，制品种类繁多，加工过程要使用大量水，因此有很多废物作为污水的形式排放。
排出废水的水量、水质差异很大。
废水中主要污染物有:
（1）漂浮在废水中固体物质，如菜叶、果皮、碎肉、禽羽等；
（2）悬浮在废水中的物质有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质等；
（3）溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等；
（4）原料夹带的泥砂及其他有机物等；
（5）致病菌毒等。
啤酒废水处理
渔业加工废水处理
2、食品工业废水的特点
（1）有机物质和悬浮物含量高，易腐败，一般无大的毒性。
其危害主要是使水体富营养化，以致引起水生动物和鱼类死亡，促使水底沉积的有机物产生臭味，恶化水质，污染环境。
衡量废水强度和浓度的最常用指标：
∙BOD（生物需用氧量）：
指在特定的时间和温度（通常为5天，20℃）下，微生物氧化有机物时所消耗的氧量，单位为mg/L.。
∙COD（化学需氧量）：
指水中可被氧化的物质氧化所消耗的氧量，常用强氧化剂高锰酸钾来测定，mg/L。
COD的数值一般大于BOD。
COD法测定的时间短，所以它更为常用。
二、一般处理步骤
食品工业废水处理除按水质特点进行适当预处理外，一般均宜采用生物处理。
如对出水水质要求很高或因废水中有机物含量很高，可采用两级曝气池或两级生物滤池，或多级生物转盘．或联合使用两种生物处理装置，也可采用厌氧—需氧串联的生物处理系统。
∙预处理——过筛，除去固形物，然后经过中和，使pH达到6.5-8.5等其它一系列操作。
∙第一级处理——通过沉降和浮选的方法去除悬浮的固体和漂浮的油脂层。
∙第二级处理——用生物处理法去除可溶性有机物，它是整个处理过程的关键。
表:
食品工业废水的生物处理法
废水生物处理过程
好氧处理过程
悬浊微生物系
活性污泥法
流化床化
固定微生物膜系
生物滤池法
接触氧化法
生物转盘法
氧化塘
厌氧处理过程——沼气发酵
1、好氧处理
是指污水净化的微生物需要有游离或分子状态氧存在的处理方法。
（1）活性污泥法
也称生化曝气法，是需氧处理中最主要的一种方法。
活性污泥是一种絮状污泥，能吸附和凝聚污水中有机物质和其它物质，通过构成活性污泥中的好气性微生物来时进行有机物的氧化和分解。
a、活性污泥中的微生物是由多种微生物构成的群体，其中以细菌为主，其次是霉菌和酵母菌，此外还有原生动物和无脊椎动物。
b、活性污泥必须经过一段时间的驯化。
oo 驯化：
是渐增加废水的量或浓度，使活性污泥中微生物的种类能适应所处理废水的性质
c、活性污泥法处理系统主要由一次沉淀池、曝气池、曝气设备、污泥回流设备、二次沉淀池等组成。
高精度滤板
工艺流程示意图
（2）生物转盘法
工艺概述
a、生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化，这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥——生物膜。
污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。
在气动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。
转盘表面覆有空气罩，从曝气管中释放出的压缩空气驱动空气罩使转盘转动，当转盘离开污水时，转盘表面上形成一层薄薄的水层，水层也从空气中吸收溶解氧。
b、生物转盘由许多片质轻腐蚀的贺板作等距离紧密排列，由中心横轴串联而成。
操作时，下部分浸没在盛有污水的半圆形形内，上部分暴露在空气中，由电动机带动而缓慢转动，靠圆板表面上形成的微生物膜进行BOD去除。
处理工艺方面特征
a.对水质、水量变动具有较强的适应性
b.易于固液分离，即使产生大量的丝状菌，在二沉池中也无污泥上浮现象发生
c.能够处理低浓度污水
d.动力费用低
e.产生的污泥量少
f.具有较好的硝化与脱氮功能
g.驱动装置简单
其缺点是：
没有定型的产品，一次性投资大等。
（3）滴滤池法
滴滤池法是使废水从碎石、塑料等铺成的滤池流下而与过滤材料表面上的薄层生物膜相接触的方法。
优点：
具有结构简单、占地面积小、维护费用低、对水质水量变化适应性强等。
缺点：
处理深度不如活性污泥法，尚有部分剩余有机物，需进一步处理。
（4）氧化塘法
利用水中自然存在的微生物和藻类，对废水进行好氧和厌氧生物处理的天然或人工池塘。
2、厌氧处理法
对污泥和某些高浓度有机废水（如屠宰厂废水、食品发酵工业、酿造厂废水等），其有机物含量相当高，不宜采用好氧法处理，一般都采用厌氧消化法,也称嫌气处理法、消化法、甲烷（沼气）发酵法。
在水中没有空气、缺少溶解氧的情况下，利用厌氧微生物的生命活动，来分解处理废水中的有机物，分解的最终产物是甲烷、CO2、N2、H2S和NH3。
（1）UASB型厌氧废水处理设备
a、概况
UASB升流式厌氧生物反应器（UpflowAnaerobicSludgeBlonket），它的工艺特征是在反应器的适当位置（上部）设计有适合于该废水的气、固、液的三相分离器；反应器中部为污泥悬浮层区，其间设置有软性填料，其表面极易存留生物膜形态生长的微生物群体，在其空隙中则截留了大量悬浮状态下生长的微生物。
因此，废水通过填料层，有机物被截留，吸附及代谢分解；下部为污泥床区。
反应器的水力停留时间比较短，且具有很高的容积负荷，回此，它不仅适用于高、中等浓度的有机废水，也适用于处理如“城市废水”这样的低浓度有机废水。
UASB运转时一般不加热，但采取保温措施，在30摄氏度和35摄氏度之间，COD去除率达70-90%，BOD去除率大于85%。
b、适用范围：
酿造废水、豆制品加工废水、食品加工废水、屠宰废水
c、工艺流程结构特点
结构特点
UASB反应器的结构是集生物反应和沉淀于一体，一般有下列几部分组成：
（1）进水配水系统：
主本能使废水均匀地分配到整个反应器，并具有水力搅拌的功能，它是反应器高效运行的关键之一；
（2）反应区:
包括污泥层区和污泥悬浮层区，此区特有软件填料层，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部分；
（3）三相分离器：
其主要作用是气（沼气）、固（污泥）和液（水）分开。
三相分离器的效果直接影响反应器的处理效果，它是反应器的沉淀区的主要构件；
（4）出水系统：
它是把沉淀区处理过的水均匀地收集并排出反应器至贮水池并进入二级处理没备；
（5）气室及水封：
沼气通过气室积聚后进入水封而流向贮气罐利用；
（6）排泥系统：
其功能是及时将污泥床区污泥均匀地排出反应器。
反应器还能分为两大类，开敞式反应器和封闭式反应器，开敞式是反应器顶部不密封，出水水面是开放的，它适用于中、低浓度的有机废水，封闭式则在反应器顶加盖密封，能全部收集反应器内产生的沼气并进行利用，它适用于高浓度有机废水的处理。
3、各种微生物处理法处理有机废水的比较
项目
活性污泥法
滴滤池法
氧化池池法
厌氧性消化法
处理废水的BOD浓度（mg/kg）
10000以下
10000以下
10000以下
10000以上
处理效率
高
中-高
低
高
BOD可能除去率（%）
90-95
80-95
70-85
80-90
设施面积
小
小-中
大
小
设备费
多
多
少
多
运转费
多
中等
少
中等
维持管理的难易
稍难
易
易
稍难
污泥生成量子力学
多
中等
少
中等
水产原料
一、水产原料的特性
1、水产原料的多样性
2、水产资历源的多变性
3、鱼体大小、部位对成分的影响
表:
鲷的大小和肌肉组成的关系
鱼体的大小
年龄
平均体长（厘米）
水分（%）
平均体重（克）
对干物质的%
脂肪
蛋白质
灰分
大
7
36.3
1.855
76.5
9.6
84.5
5.7
中
5
26.6
902
76.9
6.5
87.2
6.2
小
4
21.4
495
78.6
1.4
91.8
6.7
表:
鲷不同部位的成分
部位
水分（%）
脂肪（%）
蛋白质（%）
灰分（%）
头肉
71.66
7.94
18.98
1.21
背肉
73.99
4.12
20.53
1.37
腹肉
73.08
6.02
19.65
1.23
尾肉
74.27
4.95
19.54
1.23
4、不同季节的鱼体成分变化
5、容易腐败变质
二、鱼肉类的主要成分
1、鱼肉类的一般成分
种类
水分
蛋白质
脂肪
碳水化合物
灰分
鲣
70.0
25.4
3.0
0.3
1.3
鲔（赤身）
73.2
24.3
1.0
0.3
1.2
鲔（白身）
52.6
21.4
25.0
0.1
0.9
鲭
76.0
18.0
4.0
0.3
1.7
秋刀鱼
70.0
20.0
8.4
0.3
1.3
远东沙瑙鱼
75.0
17.5
6.0
0.3
1.2
鲑
72.2
20.0
6.0
0.3
1.5
真鲷
77.8
18.0
2.5
0.3
1.4
鳕
81.0
16.6
0.6
0.1
1.7
比目鱼
75.7
22.0
1.2
0.3
0.8
角鲛（油鲨）
72.0
16.2
10.0
0.3
1.5
鲤
67.0
22.4
9.0
0.3
1.3
鳗
60.7
22.0
18.0
0.3
1.0
蛤仔
85.4
10.6
1.3
1.5
1.2
文蛤
84.8
10.0
3.6
5.1
1.7
牡蛎
79.6
10.0
3.6
5.1
1.7
鲍鱼
73.4
23.4
0.4
0.8
2.0
墨鱼
80.3
17.0
1.0
0.5
1.2
章鱼
82.9
14.6
0.6
0.3
1.6
对虾
80.0
16.0
1.1
1.5
1.4
松叶蟹
76.0
20.0
0.5
1.5
2.0
海参
91.6
2.5
0.1
1.5
4.3
（1）水分
（2）蛋白质
（3）脂肪
（4）提出物
把磨碎的肌肉加水振摇,可以使各种成分溶出,因此我们把除蛋白质、脂肪、色素以外，残存的游离氨基酸、各种低分子氮化合物、有机酸、低分子碳水化合物等统称为提出物。
提出物
氨基酸
氧化三甲胺（TMAO）
尿素
甜菜碱
肌苷酸
糖类及有机酸
（5）
①肌肉色素
②血液色素
③皮的色素
（6）呈味成分
水产品风味的构成
TMAO→
脯氨酸→
甜菜碱→琥珀酸→
谷氨酸
+
IMP、AMP、ATP等
←甘氨酸
←丙氨酸
←蛋氨酸
\_____________________________________/
↑
糖元、脂肪、其它
3、鱼肉类的死后变化
（1）僵直期
（2）自溶和腐败
（3）鲜度判定法
感官法
细菌学方法
物理学方法
化学方法
a、以鱼肉分解产物为指标的方法
b、以鱼肉蛋白质变化产物为指标的方法
c、测定pH值的方法
（4）鱼肉类与微生物
（5）鱼肉类的保鲜
4、 加工过程的肉质变化
（1）物理变化
冷冻的变化
加热的变化
盐渍的变化
（2）化学变化
蛋白质的变化
a、蛋白质的加热变性
b、蛋白质的冷冻变性
c、蛋白质在盐藏时的变性
脂肪的变化
a、冷藏贮藏中的变化
b、蒸煮的变化
c、抗氧化剂的使用
变色
a、冷冻赤身鱼的褐变
b、鲔的青肉
c、蟹肉罐头的青肉
d、类胡萝卜素的褪色
e、酶促褐变
f、糖—氨反应的褐变
g、由重金属离子引起的变色
h、微生物引起的变色
i、白斑、结晶性物质析出
乳类原料
一、牛乳的组成
牛乳是同复杂的化学物质所组成，主要包括水、脂肪、蛋白质、乳糖及灰分等几大类，此外还有维生素、酶类等一些微量成分。
二、牛乳的化学成分
表:
牛乳主要成分的含量
成分
含量（1升乳中的重量）
1．水分
860-880
2．乳浊液中的脂类
⑴乳脂肪（甘油三酸酯混合物）
30-50克
⑵磷脂类（卵磷脂、脑磷脂、神经鞘磷脂等）
0.30克
⑶脑磷脂
?
⑷甾醇类
0.10克
⑸类胡萝卜素
0.10-0.60毫克
⑹维生素A
0.10-0.50毫克
⑺维生素D
0.4微克
⑻维生素E
1.0毫克
⑼维生素K
痕迹
3．胶体悬浮液中的蛋白质
⑴酪蛋白（α、β、γ）
25克
⑵β-乳球蛋白
3克
⑶α-乳白蛋白
0.7克
⑷血清白蛋白
0.3克
⑸真球蛋白
0.3克
⑹假球蛋白
0.3克
⑺其他白蛋白及球蛋白
1.3克
⑻粘蛋白（？
）
?
⑼脂肪球蛋白
0.2克
⑽酶类
?
a.过氧化氢酶
b.过氧化物酶
c.黄质氧化酶
d.磷酸酶（酸性及碱性）
e.醛缩酶
f.淀粉酶（α及β）
g.脂酶及其他
h.蛋白酶
i.碳酸酐酶
j.水杨酸苯酯酶（?
）
4．可溶性物质
⑴糖
a.乳糖（α及β）
40-50克
b.葡萄糖
50毫克
c.其他糖类
痕迹
⑵无机及有机离子与盐类
a.钙②
1.25克
b.镁②
0.10克
c.钠
0.50克
d.钾
1.50克
e.磷酸盐②
2.10克
f.柠檬酸盐（以柠檬酸计）②
2.00克
g.氯化物
1.00克
h.碳酸氢盐
0.20克
i.硫酸盐
0.10克
j.乳酸盐（?
）
0.02克
⑶水溶性维生素
a.硫胺素
0.4毫克
b.核黄素
1.5毫克
c.尼克酸
0.2-1.2毫克
d.吡哆醇
0.7毫克
e.泛酸
3.0毫克
f.生物素
50微克
g.叶酸
1.0微克
h.胆碱（合计）
150毫克
i.维生素B12
7.0微克
j.肌醇
180毫克
k.维生素C
20毫克
⑷非蛋白态及维生素态氮（以N计）
a.氨（以N计）
250毫克
b.氨基酸（以N计）
2-12毫克
c.尿素（以N计）
3.5毫克
d.肌酸及肌酸酐（以N计）
100毫克
e.甲胍（?
）
15毫克
f.尿酸
?
g.腺嘌呤
7毫克
h.鸟嘌呤
i.次黄质（?
）
j.黄质（?
）
k.乳清酸
50-100毫克
l.马尿酸
30-60毫克
m.尿兰母
0.3-2.0毫克
n.硫（代）氰酸盐（?
）
⑸气体（暴露于空气中之乳）
a.二氧化碳
100毫克
b.氧
7.5毫克
c.氮
15.0毫克
⑹其他杂质成分
（1）脂肪球的性状及脂肪球膜
（2）乳脂肪的脂肪酸组成
（3）乳脂肪的理化常数
3、乳糖的类型及性状
4、乳的酶类
（1）脂酶
（2）磷酸酶
（3）过氧化氢酶
2H2O2————>2H2O+O2
过氧化氢本酶
（4）过氧化物酶
（5）还原酶
5、乳的维生素及其在加工中的损失
6、乳的无机物
（1）乳的无机物
（2）乳的微量元素
7、乳的其它成分
（1）有机酸
（2）细胞成分
（3）气体
三、牛乳的物理性质
1、乳的色泽与光学性质
2、乳的热学性质
冰点、沸点、比热
3、乳的电学性质
导电率、氧化还原电势
4、乳的比重与密度乳的粘度与表面张力
四、牛乳的酸度
1、乳的滴定酸度及其pH值
（1）一般滴定法
用碱液滴定，以试料100g中之乳酸含量来表示，新鲜者在0.18%以下。
（2）Soxhlet
Henkel法－牛乳100ml，滴定所需之0.25NNaOHml数，新鲜牛乳之S.H.酸度为5～８。
2、乳中酸的来源
五、异常乳
生理异常乳
初乳
末乳
微生物污染乳
酸败乳
乳房炎乳
其它致病菌污染乳
粘质乳
着色乳
异常凝固分解乳
细菌性异常风味乳
噬菌性污染乳
化学异常乳
低成分乳
低酸度酒精阳性乳
冻结乳
风味异常乳
异物染杂乳
六、热处理及冻结对乳的影响
1、热处理的影响
（1）形成薄膜
（2）褐变反应
（3）形成乳石
（4）乳蛋白质的热变性
a、酪蛋白的变化
b、乳清蛋白质的变化
（5）乳糖的影响
（6）其他成分的变化
2、冻结的影响
（1）乳蛋白质胶体稳定性的降低
（2）乳脂肪乳浊状态的破坏
（3）乳成分分布的分层现象
（4）不良风味的出现
3、乳类的利用
图:
乳的利用
图:
牛奶制品加工线
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