农产品加工工业废水处理以及副产品发电先进技术——以屠宰、乳制品、饮品废水为例外文翻译资料

 2022-02-27 21:59:31

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农产品加工工业废水处理以及副产品发电先进技术——以屠宰、乳制品、饮品废水为例

  1. Alayu1 bull; Z. Yirgu

Received: 19 September 2016 / Revised: 8 December 2016 / Accepted: 30 August 2017 / Published online: 18 September 2017

摘要：农产品加工工业废水以其高浓度的有机污染以及对环境水体造成的危害而著称。在全球范围内，此类污水的管理成为了一大难题，这也导致了相关的标准变得越来越严格，但同时不经处理以及未经彻底处理的工业废水排放的逐渐增加也变成了埃塞俄比亚的主要环境问题，在埃塞俄比亚国内工厂常常将不经处理的废水直接排放入附近水体中，只有一些工厂会利用简单的人工湿地作为污水处理措施。

本文的目的是总结厌氧污水处理技术在农产品加工废水处理、所产生的沼气发电再利用领域最新的研究进展及技术特点。很多发达国家利用经济绿色的方法处理农产品加工工业废水，在中国，每日仅仅从已投产的农副产品加工工业废水厌氧处理系统中产出的40000m3的沼气，就可供20000户家庭日常使用。同样，在埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴的啤酒厂使用了厌氧处理技术并平均产生甲烷487 Nm3/d、在Kera地区以及Luna地区的屠宰场以及Ada地区的牛奶加工厂的最大估计甲烷产量分别为4.5599LCH4, 0.1878LCH4, and 0.9952LCH4 证明了此类污水可以作为潜在的沼气生产源。啤酒厂存在的局限性是反应产生的能源不加利用直接燃烧以及一些量化参数超过了国家标准，而肉类加工以及乳制品工业的主要问题是废水直接排放。因此建议啤酒厂合理利用其产生能源的措施、扩大其处理工程规模利用集成序批式反应器处理以达到国家标准，同样建议屠宰厂以及乳制品工厂安装厌氧—好氧处理工艺进行废水处理。

关键词：工业废水、厌氧反应器、厌氧消化、诶塞俄比亚环境保护协会、污水管理

Advanced technologies for the treatment of wastewatersfrom agro-processing industries and cogeneration of by-products:a case of slaughterhouse, dairy and beverage industries

Abstract

Agro-industrial wastewaters are known by high strength of organic pollutants that cause an adverse effect on the water bodies. Wastewater management becomes a major task, leads environmental regulations to be stricter worldwide. Increased disposal of untreated/partially treated industrial wastewaters are major environmental problems in Ethiopia. In Ethiopia, industries most commonly dispose their untreated wastewater straight into the nearby rivers. Somewhat, constructed wetlands are used by some industries for treatment of wastewaters. The objective of this review paper was to summarize the characteristics and recent research efforts done on anaerobic treatment of some selected agro-industrial wastewaters and innovative technologies used for cogeneration of byproducts. Many developed countries designed cost effective approaches

for agro-industrial wastewater management. The fullscale anaerobic treatment system in China generates 40,000 m3 biogas daily for 20,000 households from agro-industrial wastes. Likewise, the Brewery, Addis Ababa, Ethiopia used full-scale anaerobic treatment technology and produce average methane yield of 487 Nm3/day. The estimated maximum methane production potential of Kera, Luna slaughterhouses, and Ada milk factory were 4.5599LCH4, 0.1878LCH4, and 0.9952LCH4, respectively. These indicate that they can be potential sources of biogas production. Limitations of the brewery are burning of the produced energy and some quantified parameters being become above national standards while meat processing and diary industries are discharging their wastewater without treatment into the rivers. We devised the brewery to use the produced energy properly and extend its treatment to achieve the national standards using integrated sequencing batch reactor. Similarly, slaughterhouse and diary industries should install anaerobic–aerobic integrated treatment techniques.

Keywords： Industrial wastewater , Anaerobic reactors ,Anaerobic digestion , Ethiopia environmental protection authority , Wastewater management

介绍：发展中国家与发达国家的农副产品工业极速的爆炸式发展是世界范围内环境问题的主要成因。尤其是在发展中国家中的持续增长的工业活动，由于大量的工业废水没有适合的处理工艺进行处理而直接排放，给地表水体造成了很大的环境压力。例如在农副产品工业中，众所周知啤酒工业会以排放尾水的方式对地表水、土壤等造成环境危害。农副产品工业废水中往往含有较高浓度的，能造成严重环境危害的有机污染物质，其余主要环境危害指标为总颗粒物（TS），总氮（TN），总磷（TP），五日生化需氧量以及化学需氧量（BOD5、COD），总致病菌。时至今日，环境保护问题得到了等多的关注，这也致使政府部门以及环境保护机构出台更加严格的环境保护规章制度从而达到促使工业企业达标排放。在众多农副产品工业中，屠宰场、酿酒厂、乳制品工业排放的污染物常常以其高有机污染物浓度而成为其突出特点。为了达到排放标准，这些工业企业逐渐开始使用可持续的技术措施进行全面综合的污水管理。环境友好型厌氧生物技术以其成本效益和经济效益优于传统的好氧技术，例如近些年部分发达国家中开始使用的UASB工艺以消除废水中高有机污染对环境带来的不利影响。

厌氧生物处理技术在农副产品废水的处理中扮演着很重要的角色，废水中的大分子有机物在厌氧的环境中被有微生物降解为以二氧化碳与甲烷为主的最终产物。在中国，共有约600座厌氧反应器用于处理宁就行业等农副产品工业产生的废水，其总容积约为220，000m，产生的沼气能为84000户家庭供热。这其中最大的厌氧处理系统由两座5000m的厌氧反应器组成，每日能产生40000m的沼气能供20000户家庭日常使用。纵观全球，厌氧反应器在巴西、印度、墨西哥、菲律宾、台湾、以色列、智利、南非、肯尼亚、马拉维、马来西亚等国家与地区都有广泛的应用。

由含有大量营养物质以及毒素的工业废水排放所引起的水质加速恶化已经成为发展中国家的重要问题。有估计表明发展中国家90%的废水仍然在不经任何处理而直接排放入水体，诶塞俄比亚也不例外，大多数的工厂没有废水处理相关的设施设备。通过自然水体以及人类居住环境的不断恶化，工业活动带来的影响越来越明显，因此本文的目标为总结屠宰厂、乳制品厂以及酿酒厂废水的主要特点；农副产品工业废水厌氧生物处理领域中最新的研究成果；废水处理副产品发电再利用领域的创新技术以及设计适宜在诶塞俄比亚使用的农副产品工业废水处理系统。

1 厌氧消化（AD）

厌氧消化过程中沼气是在多种微生物的组合作用下共同生成的。厌氧消化主要由能将高分子量有机分子水解的微生物发挥作用，高分子有机物经过水解后其产物进一步降解为例如挥发性有机酸（VAFs）（产酸阶段）等中间产物然后进一步生成乙酸以及二氧化碳和氢气（产乙酸阶段）。厌氧消化最后一步是由（产甲烷阶段）乙酸分解菌以及能将乙酸以及二氧化碳和氢气转化成甲烷的产甲烷菌完成（流程如图1）。总而言之，甲烷的产生在厌氧消化过程中主要由四个不同的步骤组成，分别为：水解阶段、产酸阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段

1.1水解阶段

酸化

有机物颗粒

碳水化合物、蛋白质、脂肪

氨基酸、糖、酒精、脂肪酸

中间产物：挥发性脂肪酸、醋酸盐、丙酸盐、乙醇、乳酸盐

H2，CO2

沼气

（主要为甲烷）

水解

产乙酸

产乙酸

乙酸盐

水解阶段是厌氧消化的第一阶段，主要包括生物酶促进下的将例如糖类、油脂以及蛋白质等高分子不溶有机物水解为可溶解的有机物的反应，即合成一些适合作为微生物能量源的物质(Adekunle and Okolie 2015) 。水解反应中所消耗的复杂高分子有机物在水解细菌的作用下发生以下反应被分解成更简单的产物：(Leung and Wang 2016).

产乙酸

碳水化合物：

脂肪：

蛋白质：

图1厌氧消化流程

1.2 产酸阶段

产酸阶段为厌氧消化的第二阶段，此阶段中发挥作用的微生物大多数也是参加发酵反应的微生物。在肠杆菌属、醋酸杆菌属、真细菌等的作用下水解过程的产物进一步降解为短链有机酸例如VAFs（乙酸、丙酸、丁酸、丁二酸、乳酸等），醇类，氨（从氨基酸中），二氧化碳，以及氢气。在这些不同的发酵反应中，水解阶段产生的单体被不同的产酸菌所消耗，总体上说这些产酸菌相对来说生长迅速。(Adekunle and Okolie 2015) 。不同VFAs中唯一化学相关联的官能团是羧基，它使这些化合物在性质上呈酸性，这个官能团分解过程如下式(Prochazka 2008)，式中R基代表氢（甲酸）或者制芳烃族（其他VAFs）

1.3 产乙酸阶段

在本阶段中，产酸菌将产酸阶段的中间产物转换成更简单的形式。(Yimer and Sahu 2014) 产乙酸阶段的基质主要由不同的脂肪酸、醇类、氨基酸以及一些芳香烃组成，除了氢气以外这些基质还会初步反应形成乙酸盐、二氧化碳。产乙酸阶段的反应由多种微生物共同完成，例如养单胞菌属、互营菌属、梭菌属。一些厌氧消化中很重要的氧化还原反应可以将发酵细菌发酵反应的产物转华为醋酸盐、氢气以及甲烷，具体反应式如下：

氧化反应：

丙酸盐→醋酸盐：

丁酸盐→醋酸盐：

乙醇→醋酸盐： 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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