工业废水处理论文范文
时间：2023-03-28 06:17:22
导语：如何才能写好一篇工业废水处理论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
1.1普通工业废水特点
普通工业废水量大、污染物成分复杂，不同行业产生的废水所含污染物成分区别较大，有的废水温度高，容易造成环境的热污染；有些具有明显的酸碱度；有些含有易燃、易爆、有毒物质。针对工业废水中所含的不同成分，选择不同的处理工艺，往往需要物理、化学、生物代谢等多种不同工艺组合处理。
1.2放射性废水特点
具有放射性的重金属元素是放射性废水处理的主要去除对象，而放射性核素只能通过自然衰变来降低其放射性，所有的水处理方法都不能改变其固有的放射性衰变特性。在进行放射性废水处理的时候，我们只有通过各种方法将放射性核素浓缩到较小体积的废物内，降低处理后可排放废水的放射性核素浓度。
2普通工业废水处理方法
为了使工业废水得到净化，一般将废水中所含的污染物分离出来，或将其转化为无害、稳定的物质。我们按照处理原则，将工业废水处理方法中物理化学法分为吸附法、离子交换法、膜分离法、汽提法、吹脱法、萃取法、蒸发法、结晶法等。离子交换法在普通工业废水处理中，主要用以回收贵重金属离子。膜分离技术在70年代后大规模应用到各个工业领域及科研中，发展非常迅速。蒸发法处理多用于酸、碱废液的回收。自然界存在种类繁多的具有氧化分解有机物能力的微生物，这些微生物具有数量巨大、分布范围广、繁殖力强等特点，被广泛应用于制革造纸、炼油化工、印染纺织、食品制药等行业的废水处理中。
3放射性废水的处理方法
放射性核素使用任何水处理方法都改变不了其固定的放射性衰变特性，其处理一般都是遵循以下两个基本原则：①将放射性废水排入水体，通过稀释和扩散达到无害水平。主要适用于极低水平的放射性废水的处理。②将放射性废水浓缩后，将其浓缩产物与人类的生活环境长期隔离，任其自然衰减。对高、中、低水平放射性废水均适用。目前国内外普遍做法是对放射性废水进行浓缩处理后贮存或固化处理。
3.1蒸发法
蒸发浓缩法具有较高的浓缩倍数和去污因子，可用于处理高、中、低放废水。尉凤珍等利用真空蒸发浓缩装置处理中低水平核放射废水，对总α和总β的去污因子能达到104量级，出水满足国内放射性废水排放标准。
3.2化学沉淀法
化学沉淀法主要通过投加合适的絮凝剂，然后与废水中的微量放射性核素发生沉淀后，将放射性核素转移并浓缩到体积量小的沉淀底泥中。在进行化学沉淀法时主要投加铝盐、铁盐、磷酸盐、苏打、石灰等，同时可投加助凝剂，如粘土、活性二氧化硅等加快凝结过程。罗明标等的试验结果显示氢氧化镁处理剂具有良好的除铀效果，特别适合酸溶浸铀后的地下低放射性含铀废水的处理。
3.3离子交换法
目前离子交换主要处理低放废水，包括有机离子和无机离子两种交换体系。此法特点是操作方便、设备简单、去除效率高且减容比高，适用于含盐量低、悬浮物含量少的水体。国内外研究都表明离子交换剂对Cs的有很高的吸附容量。
3.4膜分离技术
膜处理方法是处理放射性废水相对经济、高效、可靠的方法，此法具有出水水质好、物料无相变、低能耗、操作方便和适应性强等特点等特点，膜技术的研究比较广泛。美国、加拿大许多核电站采用反渗透和超滤工艺处理放射性废水。
3.5生物处理法
生物处理法包括植物修复法、微生物法。微生物治理低放射性废水是20世纪60年代开始研究的新工艺，国内外都有人开展研究微生物富集铀的工作。美国研究人员发现一种名为Geobactersulfurreducens的细菌能够去除地下水中溶解的铀，Geobacter能够还原金属离子，从而降低金属在水中的溶解度，使金属以固体形式沉淀下来，因此，这种细菌有可能被用于放射性金属的生物处理。生物法处理流程复杂，处理周期长，运行管理难度大，国内核电厂还未采用生物法处理放射性废水。
4放射性废水和普通工业废水处理方法比较
工业废水中污染物成分复杂多样，我们采用单一的处理方法很难达到完全净化的效果，因此需要我们寻找适合的工艺进行处理。其中废水处理工艺的组成需要遵循先易后难的原则，先除去大块垃圾和漂浮物质，然后依次去除悬浮固体、胶体物质及溶解性物质。放射性废水与普通工业废水处理的一个根本区别是：能够用物理、化学或者生物方法将普通工业废水的一些有毒物分解破坏，转化为无毒物质，例如六价铬、氰、有机磷等；而用这些方法无法破坏放射性核素，不能改变其衰变辐射的固有特性，只能靠其自然衰变来降低直至消失其放射性。物理、化学或物理化学方法一般是普通工业废水处理中的预处理或深度处理方法，主要处理方法采用生物处理法。而物理化学法是目前放射性废水处理的主要方法。有些处理方法只适用于处理普通工业废水，而较难应用于处理放射性废水。
5结论
篇2
关键词：废水，氨氮，饮用水
1.概述
氨氮的存在使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中氯量增大；对某些金属，特别是对铜具有腐蚀性；当污水回用时，再生水中的氨氮可以促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率，更严重的是氨氮是造成水体富营养化的重要原因。氨氮存在于许多工业废水中。钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业，均排放高浓度的氨氮废水。某些工业自身会产生氨氮污染物，如钢铁工业（副产品焦炭、锰铁生产、高炉）以及肉类加工业等。而另一些工业将氨用作化学原料，如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃。此外，皮革、孵化、动物排泄物等废水中氨氮初始含量并不高，但由于废水中有机氮的脱氨基反应，在废水存积过程中氨氮浓度会迅速增加。不同类的工业废水中氨氮浓度千变万化，即使同类工业不同工厂的废水中氨氮浓度也不完全相同，这取决于原料性质、工艺流程、水的耗量及水的复用等。进入水体的氮主要有无机氮和有机氮之分。无机氮包括氨态氮（简称氨氮）和硝态氮，亚硝态氮不稳定可以还原成氨氮，或氧化成硝态氮。有机氮有尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮的有机物。在一定的条件下有机氮会通过氨化作用转化成无机氮。免费论文参考网。
2.水体富营养化及其危害
2.1水体富营养化现象及主要成因
“富营养化”是湖泊分类与演化方面的概念，过量的植物性营养元素氮、磷排入水体会加速水体富营养化的进程。水体富营养化现象是指在光照和其它适宜环境条件情况下，水中含有的植物性营养元素氮的营养物质使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类植物的死亡以及异样微生物的代谢活动中，水体中的溶解氧逐步耗尽，造成水体质量恶化、水生态环境机构破坏。
当水体中含N>0.2mg/L，含P>0.02mg/L水体就会营养化。水体营养化后会引起某些藻类恶性繁殖，一方面有些藻类本身有藻腥味会引起水质恶化使水变得腥臭难闻；另一方面有些藻类所含的蛋白质毒素会富集在水产物体内，并通过食物链影响人体的健康，甚至使人中毒。如海生腰鞭毛目生物的过度繁殖能使海水呈红色或褐色，即俗称“赤潮”；沟藻属是形成赤潮的常见种类，它们所产生的毒素会被贝类动物所积累，人体食用后会引起严重的胃病甚至死亡。水体中大量藻类死亡的同时会耗去水体中的溶解氧，从而引起水体中鱼虾类等水产物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至变浅、变成沼泽地甚至消亡。据统计，我国平均每年有20个天然湖泊消亡。我国广东珠海沿江、厦门沿海、长江口近海水域、渤海湾曾多次发生藻类过度繁殖引起的赤潮，造成鱼类等水产物大量的死亡，使海洋渔业资源遭到的破坏，经济损失严重。而水体一旦富营养化后没有几十年的时间是很难恢复的，有的甚至无法恢复，如美国的伊利湖是典型的富营养湖，科学家估计需要100年才能恢复。
2.2降低水体的观赏价值
通常1mg氨氮氧化成硝态氮需消耗4.6mg溶解氧。水体中氨态氮愈多，耗去的溶解氧就愈多，水体的黑臭现象就越发严重。这就影响了水体中鱼类等水生生物的生存，使其易因缺氧而死亡。富营养的水质不仅又黑又臭，且透明度差（仅有0.2m），往往影响了江河湖泊的观赏和旅游价值。随着改革开放的深入，人民群众的生活水平日趋提高，旅游已成为人们越来越广泛的需求。而水质优良的江河、湖泊、公园是城市景观的重要组成部分，也是人们生活娱乐、游泳、观赏、休闲的最佳场所。但我国的大部分湖泊已呈现出不同程度的营养态。有些通常发黑、发臭，人们已无法在其中游泳、游览了，更观赏不到鱼类在其中嬉戏的情景，大大降低了这些湖泊的利用价值。影响当地人民的生活，并且也严重影响当地的旅游业发展，造成较大的经济损失。
2.3危害人类及生物生存
当水体中pH值较高时。氨态氮往往呈游离氨的形式存在，游离氨对水体中的鱼及生物皆有毒害作用，当水体中NH3－N>1mg/L时，会使生物血液结合氧的能力下降；当NH3－N>3mg/L在24～96h内金鱼及鳊鱼等大部分鱼类和水生物就会死亡。可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去血红蛋白在体内的输氧能力，出现缺氧的症状，尤其是婴儿。当人体血液中高铁血红蛋白>70%时会发生窒息现象。若亚硝酸盐长时间作用于人体可引起细胞癌变。经水煮沸后的亚硝酸盐浓缩，其危害程度更大。免费论文参考网。以亚硝酸盐为例，自来水中含量为0.06mg/L时，煮沸5min后增加到0.12mg/L，增加了100%。亚硝酸盐与胺类作用生成亚硝酸胺，对人体有极强的致癌作用，并有致畸胎的威胁。美国推荐水中亚硝酸盐的最高允许浓度时1mg/L，而我国上海第一医院建议在饮用水中的亚硝酸盐的浓度必须控制在0.2mg/L以下。
水体中的氮营养来源是多方面的，其中人类活动造成的氮的来源主要有以下几方面:1.未经处理的工业和生活污水直接排入河道和水体：这类污水的氨氮含量高，排入江河湖泊，造成藻类过度生长的危害最大。城市污水、农业污水，食品等工业的废水中含有大量的氮、磷和有机物质。据统计，全世界每年施入农田的数千万吨氮肥中约有一半经河流进入海洋。美国沿海城市每年仅通过粪便排入沿海的磷近十万吨。2.污水处理场出水：采用常规工艺的污水处理厂，有机物被氧化分解产生了氨氮，除了构成微生物细胞组分外，剩余部分随出水排入河道，这是城市污水虽经过二级常规处理但河道仍然出现富营养化和黑臭的重要原因之一。3.面源性的农业污染物，包括废料、农药和动物粪便等。
3.氨氮废水处理的研究现状及主要处理技术
氨氮处理技术的选择与氨氮浓度密切相关，而对一给定废水，选择技术方案主要取决于以下几方面：(1)水的性质；(2)处理要求达到的效果；(3)经济效益，以及处理后出水的最后处置方法等。根据废水中氨氮浓度的不同，可将废水分为3类：高浓度氨氮废水、中等浓度氨氮废水、低浓度氨氮废水。随着工业的发展，中、高浓度的氨氮废水排放日益增多。免费论文参考网。现在，由于对氨氮废水的控制日益严格，对氨氮废水的处理技术要求越来越高。工业废水的氨氮去除方法有多种，主要包括物理法、化学法、生物法等。其中物理法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉等技术；化学法有离子交换、氨吹脱、折点氯化、焚烧、催化裂解、电渗析、电化学处理等技术；生物法有藻类养殖、生物硝化、固定化生物技术等。虽然每种处理技术都能有效地去除氨氮，但应用于工业废水的处理必须具有应用方便、处理性能稳定、适用于废水水质且经济实用的特点。根据国内外工程实例及资料介绍和环境工作者所研究的重点，目前处理氨氮废水比较实用的方法主要有折点氯化法、选择性离子交换法、氨吹脱法、生物法以及化学沉淀法等。下面就这几种方法作一简单介绍。
3.1折点氯化法去除氨氮
折点氯化法是将氯气（生产上用加氯机将氯气制成氯水）或次氯酸钠通入废水中将废水中的NH4+－N氧化成N2的化学脱氮工艺。当氯气通入废水中达到某一点时水中游离氯含量最低，氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯量就会增多。因此该点称为折点，该状态下的氯化法称为折点氯化。废水中的氨氮常被氧化成氮气而被脱去，处理氨氮废水所需的实际氯气量取决于温度、pH值及氨氮浓度。氧化每克氨氮需要9～10mg氯气，pH值在6～7反应最佳，接触时间为0.5～2小时。在上述条件下，出水中氨氮浓度小于0.1mg/L。
折点加氯法处理后的出水在排放前一般需要用活性碳或二氧化硫进行反氯化，以去除水中残留的氯。1mg残留氯大约需要0.9～1.0mg的二氧化硫。在反氯化时会产生氢离子，但由此引起的pH值下降一般可以忽略，因此去除1mg残留氯只消耗2mg左右的碱（以CaCO3计）。
折点氯化法最突出的优点是可通过正确控制氯的添加量和对流量进行均化，使废水中全部氨氮降为零，同时使废水达到消毒的目的。对于氨氮浓度低于5mg/L的废水来说，用这种方法较为经济。为了克服单独采用折点加氯法处理氨氮废水需要大量加氯的缺点，常将此法与生物硝化连用，先硝化再除微量残留氨氮。氯化法的处理率达90%～100%，处理效果稳定，不受水温影响，在寒冷地区此法特别有吸引力。虽初次投资较少，但运行费用高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染，所以氯化法只适用于处理低浓度氨氮废水。
3.2选择性离子交换法去除氨氮
离子交换是指在固体颗粒和液体界面上发生的离子交换过程。离子交换法选用对NH4+离子有很强选择性的沸石作为交换树脂，从而达到去除氨氮的目的；而常规的离子交换树脂不具备对氨离子的选择性，故不能用于废水中去除氨氮。沸石具有对非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用，它是一类硅质的阳离子交换剂，储量丰富价格低廉，对NH4+有很强的选择性。
【参考文献】
[1]沈耀良,王宝贞.废水生物处理新技术－理论与应用[M].中国环境科学出版社,2000:11-8
[2]钱易,唐孝炎.环境保护与可持续性发展[M].高等教育出版社,115-128
[3]郑兴灿,李亚新.污水除磷脱氮技术[M].中国建筑工业出版社,1998:15-87
[4]陈慧中,杨宏.给水系统中藻类研究现状及进展[J].现代预防医学,2001,28(l):79-80
[5]孙锦宜.含氮废水处理技术与应用[M].化学工业出版社.2003:15-36
[6]许国强,曾光明,殷志伟等.氨氮废水处理技术现状及发展[J].湖南有色金属,2002,18(2):29-30
[7]胡孙林,钟理.氨氮废水处理技术[J].现代化工,2001,21(6):47-50
[8]李晔.沸石改性及其对氨氮废水处理效果的研究[J].非金属矿,2003,26(2):53-55
[9]袁俊生,郎宇琪,张林栋等.天然沸石法工业污水氨氮资源化治理技术[J].环境污染治理技术与设
篇3
关键词：给水排水工程；毕业设计；选题
中图分类号：TU9903；G642477 文献标志码：A 文章编号：
1005-2909(2012)03-0133-03
毕业设计是理论与实践相结合的学习过程，是对四年专业学习一次全面、彻底的总结和应用，同时也是培养学生结合工程实际提高分析、解决问题能力的必要环节。毕业设计对巩固、深化和拓展学生所学知识，培养学生独立思考能力和创新能力具有重要意义［1］。毕业设计由多个环节组成，其中选题是做好毕业设计的基础，决定了毕业设计的研究方向和研究内容，直接影响毕业设计质量［2］。给水排水工程专业是涉及多学科知识体系并且与工程实践紧密结合的综合学科［3］，在此笔者根据其培养目标及教学基本要求和教学工作实践，对给水排水专业毕业设计的选题工作进行探讨。
一、现状及问题分析
给水排水工程专业的毕业设计题目可以分为设计和论文两大类，设计类主要包括给水排水管道系统、给水系统、城市污水处理厂、工业废水处理厂（站）、建筑给水排水等；论文类有各种水处理的试验研究和其他专题研究等，因此，给水排水毕业设计可供选题的范围非常广泛。学校给水排水专业近几年毕业设计题目和选题人数见表1。
（3.5%）由表1中可以看出，目前给水排水专业的毕业设计大多是设计类题目，论文
类的题目比较少。在设计类题目中，城市污水处理厂、建筑给水排水和给水排水管道系统设计的题目占有较大比重，约占毕业设计题目的75%左右。结合学生毕业设计成果对近年毕业设计的题目进行分析，发现存在以下几个方面的问题。
(一)选题与工程实际结合不紧密
设计类题目可以是直接选自工程实践中的实际课题，也可以是明确工程背景下的模拟课题。由于采用实际课题不易把握工程量和时间进度，选题难度较大；而模拟课题工作量和时间进度容易掌握，便于指导教师按照毕业设计的要求进行安排和组织教学，因此目前毕业设计题目大多是模拟课题。模拟课题由于缺少实际工程背景，涉及实际问题较少，需要学生分析的客观资料不多，导致一些学生的毕业设计缺乏深度，图纸与工程实际有较大差距。
（二）题目范围过大
闫怡新，等 给水排水工程专业毕业设计选题探讨
毕业设计是从调查研究、查阅文献、收集资料、理论分析、制订设计方案到设计、计算、绘图以及编制技术文件等过程对学生综合能力的全面锻炼。宏观的题目会使学生感觉无从下手，顾此失彼。目前学校给水排水专业学生毕业设计工作的总学时只有14周左右。在这14周的时间内，除了要完成设计说明书的撰写和绘图工作外，还要进行外文资料的阅读翻译以及答辩的准备工作等。一些毕业设计的题目范围过大导致学生对设计说明书的撰写不够细致，涉及范围虽广但不深入，工程制图也过于简单，与实际工程相差较远，还有的学生为了应付差事，出现一些抄袭行为。
（三） 选题内容重复性高
给水排水专业的毕业设计多集中于城市污水厂、建筑给水排水及给水排水管道系统的设计等，虽然其题目较多，但是设计内容比较固定。例如，城市污水处理厂的设计虽然可以根据不同的处理规模和处理工艺给出较多的设计题目，如奥贝尔氧化沟、卡鲁赛尔氧化沟、三沟式氧化沟、TE氧化沟、A2O、A/O、SBR、CASS、UCT工艺等，但是由于城市污水水质变化不大，而且其处理模式比较固定，基本上都是粗格栅—提升泵房—细格栅—沉砂池—生物处理系统—二沉池—消毒池，重复性内容较多，导致学生抄袭现象有增加趋势。特别是近年来毕业设计成果均有电子版本，网络上甚至出现了给水排水专业的全套毕业设计成果可以下载，更为学生抄袭提供了方便。
（四）论文类题目较少
给水排水专业的论文类题目中，主要是采用生物、物理和化学等方法来进行各种水处理的试验研究。论文类题目中虽然涉及的专业知识范围较小，但是对具体问题研究深入，有利于考上研究生或将来从事相关工作的学生继续学习或研究。然而受试验条件的限制，给水排水专业的论文类题目一直较少。
二、 对毕业设计选题改进的建议
（一）加强毕业设计与工程实际相结合
为使毕业设计更好地与工程实际相结合，有人提出选择实际课题进行真题真做的毕业设计模式［4］。这固然是使毕业设计贴近工程实际的好方法，但是由于设计时间和学生的设计能力有限，采用学生毕业设计的图纸作为实际工程的施工依据显然并不合适，所以真题真做在给水排水专业的毕业设计中不可行。但是毕业设计选用真题，有利于激发学生对毕业设计的兴趣和积极性，增强学生对设计工作的责任感，并且真题可为学生提供更为详实的设计资料，促进学生在设计过程中对诸多因素进行综合考虑，提高解决实际问题的能力。因此，在毕业设计中可以采用真题假做的方式，一方面制造一个实战的氛围，让学生感到在参与一项真正的设计工作；另一方面，虽然是模拟，但仍然按照实际工程的标准来要求，使学生高水平完成设计课题。真题假做吸取了实际课题和模拟课题的优点，既发挥了模拟课题对学生进行综合能力训练比较方便快捷的长处，又使毕业设计更切合工程实际，在给水排水专业的毕业设计中应以提倡［5］。
篇4
【论文摘要】：微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂是最具发展潜力的新型高效环保型絮凝剂。
目前广泛应用于水处理中的絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂。由于无机絮凝剂一般用量较大且可能对环境产生二次污染，有机高分子絮凝剂的残留物不易被微生物降解，且其单体具有强烈的神经毒性和"三致"(致畸形、致突变、致癌)效应。而微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂是最具发展潜力的新型高效环保型絮凝剂。
1. 微生物絮凝剂化学组成及微观结构
微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。
微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物，相对分子质量在105以上。
2. 微生物絮凝剂的絮凝机理
关于微生物絮凝剂的作用机理目前较为普遍接受的是"桥联作用"机理。该机理认为，絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸引多个胶体颗粒，因而在颗粒中起了"中间桥梁"的作用，形成一种网状三维结构而沉淀下来。该理论可以解释大多数微生物絮凝剂引起的絮凝现象，以及一些因素对絮凝的影响。絮凝体的形成是一个复杂的过程，"桥联"机理并不能解释所有的现象，絮凝剂的广谱活性说明它是由多种机理共同起作用。为了更进一步解释絮凝机理，还需作更深入地研究。
3. 微生物絮凝剂的合成
微生物絮凝剂的合成与微生物代谢活动有关。微生物代谢变缓之后，由于自身的分解才能释放絮凝剂，形成絮体。最好在细菌对数生长后期或静止早期收获微生物絮凝剂，此后，絮凝活性即使不下降也不会再有提高。
4. 影响微生物絮凝剂絮凝效果的因素
同一般的化学絮凝剂一样，微生物絮凝剂效果的好坏主要受絮凝剂和胶体颗粒的本身特性及反应条件的影响。
⑴ 微生物絮凝剂本身特性的影响
微生物絮凝剂的主要成分中含有亲水的活性基团，如氨基、羟基、羧基等，故其絮凝机理与有机高分子絮凝剂(利用其线性分子的特点起到一种粘接架桥作用而使颗粒絮凝)相同。微生物絮凝剂分子量大小对其絮凝效果的影响很大，分子量越大，絮凝效果就越好。当絮凝剂的蛋白质成分降解后，分子量减小，絮凝活性明显下降。一般线性结构的大分子絮凝剂的絮凝效果较好，如果分子结构是交链或支链结构，其絮凝效果就差。
⑵ 胶体颗粒表面电荷的影响
由"桥连作用"理论和"电荷中和"理论知絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间产生"架桥"现象，形成一种三维网状结构而沉淀下来。故胶体颗粒表面电荷对絮凝有重要影响，相反电荷的聚合电解质能减少颗粒表面电荷密度，以至颗粒可以彼此充分紧密接近，使吸引力变得有效。
⑶ 反应条件
微生物絮凝剂的絮凝效果受加样量、PH值、金属离子、温度、搅拌速度、水质等多种反应条件的影响。用自己提取的微生物絮凝剂处理染料废水时，发现Ca2+有促进絮凝物生成，加大沉降速度的协同作用。也有的文献中认为体系中盐的加入会降低微生物的絮凝活性，这可能由于Na+的加入破坏了大分子与胶体之间氢键的形成。因絮凝的形成是一个复杂的过程，为了更好地解释机理，需要对特定絮凝剂和胶体颗粒的组成、结构、电荷、构象及各种反应条件对它们的影响作更深入的研究。
5. 微生物絮凝剂在环境污染治理中的应用及发展前景
与有机高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有絮凝范围广、活性高、安全无毒、不污染环境等特点，而且作用条件粗放，具有广谱絮凝活性，因此，可以广泛用于给水和污水处理中。
⑴ 高浓度有机废水处理高浓度有机废水主要包括畜产废水及其它一些食品加工厂废水，此类废水在生化处理之前一般加絮凝等预处理过程。微生物絮凝剂比SPA的絮凝效果更好，还指出如果同时将微生物絮凝剂和少量SPA混合后，对味精废水的预处理效果可进一步提高，且药剂的总投加量明显减少。
⑵ 印染废水的脱色印染废水因其色泽深，组分复杂，含有染料、浆料、助剂、纤维、果胶、蜡质、无机盐等多种物质，仍为国内现行工业废水治理上的几大难题之一。其处理难点一是COD高，而B/C值较小，可生化较差；二是色度高且组分复杂。处理印染废水关键在于脱色，在各种处理方法中以絮凝法因其投资费用低、设备占地少、处理容量大、脱色率高而被普遍采用。同聚铁类絮凝剂类相比微生物絮凝剂不仅具有良好的絮凝沉淀性能，而且具有良好的脱色效果，在印染废水中有着一般絮凝剂不具有的优势。
⑶ 高浓度无机物悬浮废水的处理高浓度无机悬浮废水是一类不可生化降解的废水，传统工艺一般采用化学絮凝及处理法。微生物絮凝剂也可用于高岭土、泥水浆、粉煤灰等水样处理中，在试验中通过用微生物絮凝及处理陶瓷厂废水，釉药废水和坯体废水。
⑷ 活性污泥处理系统的效率常因污泥的沉降性能变差而降低，在活性污泥中加入微生物絮凝剂时，可使污泥容积指数能很快下降，防止污泥解絮，消除污泥膨胀状态，从而恢复活性污泥沉降能力，提高整个处理系统的效率。
作为一种新型的絮凝剂，微生物絮凝剂有着良好的应用前景，已广泛应用于高浓度有机废水的处理、染料废水的脱色、活性污泥的处理等废物处理中，并显示了强大的生命力。微生物絮凝剂已成为环保中的新研究方向。
参考文献
[1] 陈坚， 任洪强. 环境生物技术应用与发展， 北京:中国轻工业出版社， 2001.
[2] 庄源盖. MBF除浊脱色作用的初步研究， 城市环境与城市生态， 1997.
[3] 张本兰. 新型高效、无毒水处理剂-MBF的开发与应用，工业水处理，1996.
[4] 陶淘， 卢秀清. 冷静，MBF的研究与应用进展，环境科学进展， 1999.
篇5
关键词：环保 多孔陶瓷 蜂窝陶瓷 陶瓷分离膜
1 前言
环境问题已经成为国际社会日益关心的重大问题，工业废水、废气的排放严重影响着人们的生产和生活。陶瓷材料具有各种优良的性能，在水污染、大气污染的治理及固体废弃物的利用方面有着广泛的应用。陶瓷材料与环境保护之间存在着许多共同领域，在环境保护中起到了极为重要的作用。
2多孔陶瓷与环境问题
多孔陶瓷具有优异的热特性(热膨胀、热传导、热扩散等)、机械特性(弹性模量、强度等)、抗化学腐蚀性以及质轻等特性，近年在环境保护中广泛应用，例如各种过滤器(气体分离、固体分离、除菌、除尘等)、催化载体、吸音材料、轻质建材、绝热材料等[2-5]。
2.1排气净化用多孔性堇青石蜂窝陶瓷
美国于上世纪70年代，针对大气污染严重的汽车排气制定了划时代的马斯基法。该法至今仍是汽车排气规定的重要基础。目前，排气中的HC、CO、NOx的量比未规定时减少约1/10，今后的目标是减少到现状的1/3水平。中国的一些大城市，如北京、广州、上海都相继出台了汽车尾气排放标准。
汽车尾气净化器采用薄壁堇青石质蜂窝陶瓷载体，载体表面涂覆贵金属、稀土元素、过渡金属等复合制成的催化剂，将汽车尾气中的CO、HC、NOx等有害成分，通过催化分解变成无害的CO2、H2O和N2等气体，达到国家规定的排放标准。产品具有尺寸规整、比表面积大、导热快、抗压强度高、热膨胀系数低、热稳定性好等性能。
蜂窝陶瓷以及催化剂的开发对汽车排气净化作出了很大的贡献。汽车尾气净化器用蜂窝陶瓷要求材质膨胀系数低、耐温性好，因此堇青石是首选材质。催化剂多以贵金属Pt、Rn、Pd等组成，我国还开发了稀土氧化物催化剂。堇青石蜂窝陶瓷的气孔率一般在20%～60%，标准气孔率为35%。一般堇青石蜂窝体网眼密度有400孔和600孔两类，壁厚分别为6密耳 (150μm)和4密耳(100μm)。目前正在开发900孔及壁厚为2密耳(50μm)的堇青石蜂窝体。堇青石蜂窝陶瓷的孔壁向薄型化发展的同时，其蜂窝体的直径向大型化发展，即最大直径从100mm向150mm、300mm发展，以提高效率并适应大排气量的净化需要。这种大型堇青石蜂窝陶瓷净化器已在大型载重汽车、柴油发动机排气上得到应用，也适用于压缩天然气(CNG)发动机或乙醇发动机排气净化。
2.2多孔质碳化硅
柴油清洁排放系统（Diesel Particulate Filter简称DPF）的关键材料是纯SiC蜂窝陶瓷材料。这是目前唯一能满足欧Ⅳ、欧Ⅴ排放标准的蜂窝陶瓷。它可以清除汽车尾气排放中96.5％以上的颗粒，包括极细的微粒。使汽车尾气排放颗粒率指标达到欧Ⅳ以上的标准，同时也广泛应用于其它领域，如废气、废烟环保处理。捕集器采用蜂窝式结构，它的工作原理为：在两端设有独立的敞开与堵塞的通道，废气从敞开的一端进入，穿越多孔的蜂窝壁，然后从相邻通道排出，烟灰颗粒由于过大，而无法穿越壁孔，因而被收集在通道壁上，而不会被排放到空气中。该捕集器将会定期再生和加热，以消除烟灰，从而保持清洁。
（1） 多孔SiC的特点
多孔SiC具有均匀的立体网状结构；气孔率高，可达85%，有大的连续孔；导电性好，压力损失小；通电可发热(比电阻小，室温1～2Ω・cm)；耐温高，可达200℃；导热率高，6～8W/m・K；优良的抗化学腐蚀性；切割、钻孔等冷加工容易；与流体的接触面积大。
（2） 多孔SiC的用途
1） 用于柴油机油烟捕集过滤器：柴油机的排气中含有浮游颗粒物质和NOx，他们是造成大气污染的原因之一。多孔SiC捕集过滤效率比堇青石蜂窝陶瓷要好。
2） 用于废气处理：家庭和饮食店厨房从排气口排出的烟和油雾等废气也是大气污染源之一。对于这类废气的处理，可在排气口装多孔SiC分解器，通电加热(＜400℃)废气就可分解。
3） 作为催化剂载体：因为多孔SiC导热率高、化学稳定性好，所以可用作催化剂载体。
2.3陶瓷分离膜
陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺制成的非对称膜，呈管状及多通道状，管壁密布微孔。它主要是依据“筛分”理论，根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体)被膜截留而达到分离、浓缩、纯化和环保的目的。
陶瓷分离膜技术与先前的分离技术相比具有小型化、节能、维护管理方便等特征。陶瓷膜的耐久性、抗化学腐蚀性、耐热性及强度比一般有机膜优异。陶瓷膜的材质主要有A12O3、ZrO2、TiO2和SiO2等，气孔率达40%～50%，抗弯强度＞35MPa。根据制备工艺不同，膜孔的孔径可以做到40nm~15μm，适用于不同的应用领域。
将一些单个分离膜用收集水的顶盖把膜的端部组合起来的整体称为分离膜组件。随无机膜制膜技术的快速发展，分离膜的适用范围从超纯水制造、药品、食品领域发展到各种排水处理领域。在水处理时，可以反冲洗及化学试剂强力洗净，所以过滤器的恢复性好，能够长期安全运转。
浸渍型陶瓷分离膜装置适用于水处理，也可以在反应槽内进行活性污泥处理。把活性污泥法与浸渍型膜处理组合工艺称为BIOREM；把凝聚法与浸渍型膜处理组合工艺称为FILCERA，其分离过程是：把陶瓷分离膜组件浸渍在反应槽内，从其下部鼓气，将搅拌气泡上升流提供给膜表面，然后除去在陶瓷膜外侧形成的粘结层(滤饼)等附着物。FILCERA工艺可用于净水处理，BIOREM工艺可用于下水处理、小规模下水及合并净水槽、农村积水排水处理以及有机系工业废水处理等方面。
3结语
本文介绍了堇青石蜂窝陶瓷、多孔碳化硅、陶瓷分离膜在环境保护中的作用，堇青石蜂窝陶瓷多用于汽车尾气处理，多孔碳化硅用于柴油清洁排放系统，陶瓷分离膜用于净化水系统，它们在环境保护中起了重要作用，是大有可为的。随着科学技术的不断发展，陶瓷材料在环境保护领域将取得更多更有价值的研究成果，陶瓷在环境保护中将发挥更大的作用。
参考文献
[1]安井至等.“セラミツクスと环境问题”特集.1998，28(2)：81～102
[2]松尾阳太郎等.环境を守る多孔性セラミツクス.セラミツク
ス.1998，33(7)：525～541
[3]高丽宽纪，今井茂雄等.抗菌材料特集.工业材料.1997，145(8)：
26～45.
[4]守山嘉人等.银含有釉药面を持っセラミツクスの抗尿石污れ
性能日本セラミツクス协会学术论文志,1998,106(1231):303～307.
篇6
论文关键词:城市建设;城市污染;环境问题
一、城市环境和资源的压力
城市规划中的环境问题跟经济活动和人口的密度成正比,因而,巨大的资源与环境压力也接踵而来,加上日益加快的城市化进程,城市猛增的人口,人民日益提高的生活水平和升级的消费,都带给了紧张的城市环境和资源更重的压力。
(一)大气的污染和大气污染物
大气污染物目前已知的约有100多种。主要由自然因素(如森林火灾、火山爆发等)和人为因素(如工业废气、汽车尾气等)引发,后者更甚,特别是工业生产和交通运输死带来的。城市中的空气污染源大致来自于以下方面:1、工业:工业是导致大气污染的重要因素。因为工业排放到大气中的污染物性质复杂,种类繁多;2、交通运输:尤其是城市汽车,数量多又集中性强,它所排放的污染物能对人呼吸器官直接造成很大的危害,严重污染城市空气,是城市空气的重要污染源;3、各种喷雾剂,新增了空气中的有害成分,造成空气污染(如各种空气清新剂、杀虫剂等)。城市化日渐加快,相伴相生的工业、交通运输业也发展迅速,这些发展就导致了更多空气污染。当污染物:大量的废气、粉尘、硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物、臭氧等被排入大气中后,空气的质量就受到了严重的破环。
(二)废水污染
城市水污染主要涉及如下三点:
1、工业废水;2、生活污水。生活排放污水的数量正在逐渐增加,有资料显示,有一半的废水是生活排出的;3、农业中用的化肥、农药,通过雨水进入到到河流中后,使地表水受到污染。据相关环境部门调查,我国城镇未经任何处理直接排入水中的污水每天至少有l亿吨。全国七大水系中,一半以上的河段水已受到污染,全国不适合鱼类生存水占到1/3,不能用于灌溉的占到1/4,严重污染的已达到了90%,有一半的城镇水源不符合饮用标准,40%的水已不适合饮用,甚至水体污染已经成为导致南方城市总缺水量的60%—70%的罪魁祸首。
(三)固体废物污染
固体废物主要涉及到生活垃圾、一般工业固体废物和危险废物三种。另外,也包括农业固体废弃物和建筑废物。固体废物一定要妥善处理后才能丢弃,否则就会对大气、水体和土壤带来严重污染,危害人体健康。固体污弃物具有两重性,也就是说,在不同的时间和地点,对于不同的人而言,被废弃的某物品有可能是废物,但如果转换一定条件,废弃物也能变为资源。防治固体废物污染就是利用废物的这个双重性,使固体废物减量、无害化,并且变成资源。对于不能利用和一定会产生污染的固体废物,一定要妥善处理。
(四)噪声污染
噪声一般可分为高、低两种。一般而言,低强度的噪声对人体是无害的,而且在满足一定条件的情况下可以提高工作效率。但高强度的噪声则会对人体有害,使人疲劳,情绪低落,甚至引发疾病。高强度噪声,无论是对人的听觉、视觉、智力还是神经系统、消化系统、内分泌系统、心血管系统等都有伤害。高强度噪声主要来自工业机器、现代交通工具、高音喇叭、建筑工地以及商场、文体娱乐场所所带来的喧闹声等。伴随城市化进程的加快,噪音污染已发展为城市污染的严重灾害之一。城市的噪声污染主要来源于机动车数量的猛增。
二、防治污染的举措
(一)大气污染综合整治规划
大气污染的治理应当在维持现有城市的能源与交通状况的前提下,找出危害广,影响大的最严重污染物,以便能有针对性的有效治理。城市规划的大气污染治理方法主要有:1、合理工业布局;2、减少交通废气的污染;3、绿化造林
(二)水污染综合整治规划
生活污水主要是有机物的污染,工业污水主要的污染物就没那么简单了。虽然每个城市水污染的程度各异,但仍可普遍采取如下措施加以防治:1、提倡节约用水,对废水进行循环再利用。实在不能用的废水经过处理后再排入水管道中;2、划分区域用水,在污染严重区域开办废水处理基地,尝试多种处理方法,采用新的科学方法净化水,严格杜绝未经处理的污水直接倒入江河湖海中。
(三)固体废物综合整治计划
处理城市生活垃圾一般采取两种方式:一种是填埋,另一种就是焚烧。虽说目前,我国填埋生活垃圾已经发展到稳步推进的阶段,但实施填埋时一定要妥善处理土地资源,确保最大限度的减少填埋场的污染和浪费,变填埋气体为资源。焚烧垃圾主要适用于可燃垃圾,东部沿海城市因其土地资源的宝贵性,就决定了焚烧处理会慢慢演变为这一地区生活垃圾处理的主要方式。
(四)综合整治和规划噪声污染
篇7
关键词：大学生；环境工程教育；实践能力；培养模式改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）34-0029-02
高等学校担负着为国家培养高素质人才的重任，在创业创新的大潮中，人才是创业创新、推动经济社会发展最活跃的因素。教育要面向时代，历史性地承担起知识和技术创新的伟大使命，为创新创业提供强有力的智力支撑和人才保证[1]，如何让学生拥有创新应用能力成为了人才培养的核心工作。
全国目前有14000多个工程教育专业，占高等学校专业总布点数的 ；工程专业类在校生超过400万人，占全国本科总数的。这些数据清楚地告诉我们，工程教育的质量和水平高低直接关系到本科生的培养质量。教育界对工程教育非常关注，从工程师的培养目标、知识体系和培养模式等多方位进行积极的探讨改进。
环境工程专业是一门将环境保护落实到工程措施上的综合学科，是环境保护产业的理论和技术基础。它的主要任务是培养学生的动手能力和解决实际工程问题的能力[2，3]，将来能为企事业单位解决生产生活过程中产生的污染问题[4]，对实践能力要求较高，因此，本科教育应高度重视学生实践能力的培养，加强创新能力和实践应用能力，培养企事业单位急需的技术人才。目前很多院校在环境工程教育中上存在诸多不足，实践教育弱化趋势尤其明显，与企业联系不紧密，重“学”轻“术”，造成工程性缺失和创新性不足。为此，以环境工程学科为例探讨实践能力的培养意义重大。
一、环境工程专业本科生工程能力培养的社会背景
在科本生培养过程中，当前高等学校以工程能力提升为目标的培养模式改革面临多方面的压力。
1.工程教育认证。我国从2005年开始开展工程教育认证，使得一直强调的“提高教学质量”第一次有了明确合理的参照标准，几乎所有相关院校都对参与工程教育认证表现出空前的热情。申请工程教育认证的各高校要深化课堂教学改革，提高课堂教学质量。环境工程专业作为试点专业，在2007年下半年启动了认证工作。工程教育认证作为保证教育质量的外部评估，由专门职业学会会同专业领域的教育工作者共同进行，以质量保证和质量改进为出发点，强调工程教育的基本质量要求，以提高工程人才培养对工业产业的适应性。
2.卓越工程师教育培养计划。教育部为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，培养造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，2010年启动了“卓越工程师教育培养计划”，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。
3.大众创业、万众创新的社会背景。2015年国务院关于大力推进大众创业万众创新若干政策措施的意见，将推进创业创新作为发展的动力之源、富民之道、强国之策[5]。这相应对高校培养高素质应用型人才提出了更高要求，没有创新的教育，就不可能有创新的人才。
4.环境污染的巨大压力。我国目前处在经济快速发展阶段，面临的环境问题复杂多样，压力巨大[6]，环境污染和生态破坏已经成为制约国民经济发展和影响社会稳定的重要因素，人们已经意识到破坏生态环境的代价极大，对环境保护日益重视起来，国家已将保护生态环境纳入经济和社会发展的重大战略之中[7]。随着国家环境保护力度的加大，环保产业近年来得以快速发展，产业领域不断拓展，技术和产品结构逐步优化升级，未来发展潜力巨大[8]，亟需具有良好职业能力的环境工程技术人才。
鉴于上述社会背景，基于社会需求和环境工程专业特点，以提升工程能力为目标，以教学改革创新为动力，创新教育模式势在必行。
二、环境工程专业培养要求
环境工程专业作为一门交叉学科，与许多学科具有千丝万缕的联系。现代环境工程所具有的科学性、社会性、实践性、创新性、复杂性、本土性等特征日益突出，覆盖面也不断扩展。
在创新创业背景下，环境工程毕业生应当具有更为深厚的理论基础知识、扎实的工程专业技能，还要具备创新应变能力、组织管理能力、终身学习能力。具体来看，毕业生应获得以下几方面的知识和能力。
1.掌握环境基础学科基本理论、基本知识。
2.掌握环境监测、环境影响评价、环境污染治理的原理、方法和技术。
3.具有环境工程与管理的基本理论、基本知识和设计能力。
4.熟悉国家环境自然资源保护、环境可持续发展、知识产权等有关政策和法律法规。
5.了解国内外环境科学、环境工程理论及技术前沿、生物工程技术的应用前景、环境科学的发展动态以及环境保护产业的发展动态。
6.具有一定科学研究和实际工作能力，具有一定的批判性思维能力。
7.掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的试验设计，创造实验条件的能力；归纳、整理、分析试验结果，撰写论文；参与学术交流的能力。
三、以工程能力提升为目标的环境工程课程体系改革
为适应社会发展需求、全面提高环境工程专业本科生的培养质量，我校以优化课程体系为核心，在课程建设方面按照“加强基础、深化实践”的原则来改进课程体系。课程体系构建如下。
1.学科基础课的构成。除跨学科数学、物理、计算机基础课外，重点以化学类课程（包括无机及分析化学、有机化学、物理化学、化学工程）为基础课，凸显我校环境工程专业在化学污染物监测治理方向基础雄厚的特色，各课程都设置了相应的实验课；此外，设置了生物生态类（包括环境微生物、环境生态学、生物化学）及工程类基础课程（电工学、工程测量、土木工程施工、流体力学），目的是使学生具有扎实的工程应用基础。
2.专业理论课的构成。主干课程为环境化学、环境监测、环境工程学，为使学生具有扎实的专业基础，在水、气、土壤、固废、噪声分别设置相应的污染控制技术专门课程。理论教学成为系统传授环境工程专业知识的重要途径。
3.专业实践教学体系的构建。实践教学是高校人才培养体系中的关键环节，是提升学生社会适应能力和就业竞争力的重要手段[9]。实践教学环节是我校本科生培养计划制定过程中重点改革内容，新制定的培养计划中的实践课程主要包括以下几类：（1）化学化工类基础课程实验；（2）课程设计，包括水污染控制课程设计、大气污染控制课程设计、固体废物处理处置课程设计；（3）专业基础课实验，包括环境化学实验、环境监测实验、环境工程学实验、环境工程微生物实验，该类实验以验证性实验为主，适当增加了设计性实验；（4）集中实践课程，利用三周进行环境工程综合实验，主要为综合性、设计性实验，实验讲义与学生方案设计相结合，进行工业废水处理、生活废水处理、水质综合监测评价和数据的质量控制；（5）认识实习、生产实习和毕业实习，分别在二、三、四年级开设；（6）毕业论文（设计），利用第八学期，在教师指导下，学生独立进行研究性实验或工程项目方案设计。
上述各实践环节层层递进，形成了课程设计、验证性实验、综合实验、现场实习、毕业论文（设计）实践能力五级培养模式，可明显提升学生的实践动手能力和工程设计能力。通过从模拟验证，到综合性、研究性实践，最后完成独立课题，逐步培养学生的动手能力和实践能力。我校培养的学生动手能力强，在实验室工作的适岗时间短，企业对学生的满意度也有所提高。
从创新能力形成的原理来看，实践是人的创新能力形成的唯一途径，又是人的创新能力发展的动力，还是检验人的创新活动成果的唯一标准。实践教学尤其是综合性、研究性实践环节，对提高学生实际动手能力和知识应用能力有着特殊的作用。
为进一步提高学生的工程应用能力，近年来，我们正在积极探索依托环保行业企业、面向社会的培养新途径，加强与企业的合作，鼓励学生参加社会实践和应用型课题的科研训练，收到了良好的效果。
四、结束语
提高大学生工程能力是高等院校人才培养的一项重要工作和一个系统工程，创新人才培养的核心在于培养方式，通过上述一系列课程建设手段，逐步构建符合社会发展和环境工程学科专业要求的课程体系，使学生掌握必备的知识和实践技能，才能使培养高素质人才的目标得以落实。
参考文献：
[1]邱荣富，唐方利，李相林，周剑.对我国高校培养创新人才的几点思考[J].时代教育，2008，（7）：131-132.
[2]黄丽坤，王鑫，夏至，黎晨晨，徐忠，吴春.以提高实践能力为目标的环境工程专业教学改革与探索[J].教育教学论坛，2015，（51）：97-98.
[3]孙红文，戴树桂，徐建，马小东，汪磊，张彦峰.以重点学科为依托培养本科创新人才――南开大学环境化学创新人才的培养实践[J].中国大学教学，2009，（7）：11-13.
[4]胡庆昊，韩照祥，马卫兴，陈文宾.浅谈环境工程专业教学中实践能力的培养[J].甘肃科技，2010，26（11）：176-177.
[5]于爽.“大众创业，万众创新”背景下对大学人才培养的思考[J].亚太教育，2015，（33）：263.
[6]杨明，贾向桐.我国市场经济发展中的生态和谐问题研究[J].生态经济，2013，（7）：55-59.
[7]王金南，秦昌波，田超，程翠云，苏洁琼，蒋洪强.生态环境保护行政管理体制改革方案研究[J].中国环境管理，2015，（5）：9-14.
篇8
我国环境工程专业从1977年清华大学、同济大学等一批院校开设开始，经过30多年的发展，目前年招生人数已达到2万人左右。环境工程的最大特点在于它是一门边缘交叉型的综合性学科。广义地说，几乎任何一门基础学科或工程学科的技术应用于环境保护领域都会在环境工程专业占有一席之地。在现有专业目录中，环境工程可能算得上是一门对其他各门学科的知识体系包容性很强的学科，也正是由于这一特点，我国环境工程本科专业的知识结构和教学计划自专业创建之始至今一直处于发展、完善之中。
虽然各高校的环境工程专业已统一相同的名字，但各高校依旧保持了传统的特色。全国各院校环境工程专业的培养体系也呈百花齐放、多种特色并存的特点。一般环境工程专业教学体系强调基础教学，以环境工程原理为专业基础，以水污染控制工程、大气污染控制工程、噪声污染控制工程、固体废物处理处置与资源化工程、环境监测、环境规划与管理等为专业课。培养过程过于强调教学过程，轻视综合能力这一最终目标。强调课堂教学，重视提供大量的实践锻炼，学生毕业论文或设计课题多为模拟，缺乏“真刀真枪”的实际训练。[1]国家环境保护“十二五”规划中对涉核环境保护与辐射安全管理提出本文由收集整理了明确的要求，按此规划要求，在核原料开采、纯化和核废物处置循环全过程、核电设计、核工程技术、核反应堆工程、核与辐射安全、运行管理等领域均需要大量具有核环境保护知识的专门人才。为了满足这个需求，探索南华大学有核特色环境工程学科新的教学体系，培养厚基础、宽专业、强能力的专门人才，使之理论扎实、知识面广、素质高、创新意识和独立工作能力强，服务于国防建设、核工业发展、地方经济建设与社会发展的各个领域。通过十多年的建设和发展，在教学体系建设与实践方面进行了有效探索，积累了一些成功的经验，并逐步形成了特色。
一、有核特色环境工程教学体系的建立
随着环境保护政策的深入，环境保护相关产业的发展基本走过了以“三废”治理为主要特征的发展阶段，正在朝着有利于改善经济的环境品质、促进经济增长、提高经济档次的方向发展，这样就对环境专业人才应具备的知识、能力、素质提出了更高要求。
环境工程专业既坚持“统一”性又注意发展“特殊”性，突出“个性”。统一性就是在培养规格和基本要求上做到一致。特殊性就是要根据学校相关学科优势和自身条件及毕业生服务行业、部门和区域的要求，使培养的人才在某个或某些方面具有特色或优势，得到社会的认可。kyoto大学本科生的教学重点以有毒有害及放射性废物管理为主。德国环境工程专业本科生的教学目标是使学生能够从事一般性的环境技术问题，更多地强调工程教学的实践性和应用性，并以应用型人才的培养为主。[2]国内大多数高校已经或正在使自己的环境工程教育特色化。为使南华大学环境工程专业学生能满足国防事业、核电建设、地方经济发展对环境工程专业人才的需求，实现“厚基础、高素质、重实践、强能力、宽适应”的全新的教学内容和课程体系，拓宽学生专业知识，为培养多样化、个性化、高素质的创造性人才构建好平台。在教学体系的制订过程中，以市场需求为导向，以追求教学质量和教学效果为目标，以学生的能力提高为核心，多平台设置课程，将实践教学、实习与校内课堂教学放在同等重要的位置。设有公共基础课平台、学科基础课平台、专业课平台、实践教学平台。每个平台又分为必修和选修，开设跨专业修双学士学位课程，对学生实行弹性管理模式，学生在一定的时间内修满180课程学分、10分第二课堂学分即可申请学位。为了达到上述目的，根据教育部高等学校环境工程专业教学指导分委员会的意见，将所有的课程分为四大类：一是公共基础课，重点培养学生的基本素质，尤其强调世界观、道德、外语和计算机应用知识的学习。二是学科基础课，在于让学生打好基础，开设了“大学物理”、“分析化学”和“核工业生产概论”等课程。三是专业课程，提供1～2个专业课程模块，让学生了解相关专业的情况，实行主修和辅修相结合的教学机制。将“水污染控制工程”与“排水工程”的相关内容结合起来教学；“环工原理与设备”、“环境微生物学”、“大气污染控制工程”、“固体废弃物的处置和综合利用”、“噪声控制工程”为主要专业课程。特别增设了“核环境学”、“放射性辐射防护”、“放射性三废处理”、“放射性环境监测与评价”等课程，以“环境保护与可持续发展”、“环境系统工程”等课程强调持续发展理念以及环境伦理学的观念。四是专业选修类课程，分为限制选修和任意选修。鼓励学生跨专业跨学科选修课程，也可在大类学科范围内任意选课，以建立合理的知识结构，扩展知识面，开设了“环境管理与法律”、“工程监理”等课程。培养计划的模块化操作除了落实教育部高等学校环境工程专业教学指导分委员会制订的高等学校本科环境工程专业专业规范所要求的教学任务外，其显著的特点是增加涉核课程，突出实践教学，使毕业生能快速地适应国防、核工业等有关领域的工作需要。
二、培养核特色环工人才的实践
1.整合资源，促进发展
不同层次学校学科建设的目标和建设思路有所不同，如何坚持走以内涵发展为主的道路，突出特色，优化资源配置，打破学科壁垒，增强学科间的内在联系和相互支撑是实施资源整合、培养有核特色的环境工程人才的前提条件。核心能力是资源整合的结果，但核心能力首先不是单指一个组织所拥有的一、两种“我有你没有”、“我行你不行”的专长设备、专长技术，而是获取、配置并充分运用各种资源的有效优化的整合能力。教学资源整合可分为四个方面。专业内课程资源整合：同一专业、不同研究方向的教师共享教学资源，就教学内容、教学形式等进行交流与合作，形成基于课程的教师学习与教研共同体；专业之间教学资源的整合：与辐射防护与环境工程、市政工程及安全工程专业实现教学资源的整合与共享；校内教学资源的整合：在专业课之外，与校内采矿工程、核技术及应用、市政工程等6个省级重点学科中环境相关的研究领域建立资源共享机制，拓展专业的课程内容，丰富课程学习资源；校园—社会相关资源的整合：为了营造学术氛围，学校经常开展学术报告、咨询、讲座等活动，让学生在这个大环境中受到潜移默化的影响，充分利用核类企业实践教学资源。
2.改革实验教学，培养动手能力
实验室是“知识创新的源头、人才培育的基地”。实验室在提高学生的实践能力、创新能力以及实施素质教育的过程中发挥着不可替代的作用。学校一直高度重视实验室建设，以培养学生的实践能力、创新能力和社会竞争力，体现专业特色为基础，构建了校园微型专业环境，进行专业之间的横向拓展，实现专业之间的教学资源、校内教学资源整合；市政与环境实验室、基础化学实验室、放射性辐射防护实验室和环境监测实验室对学生全面开放；作为部省级重点实验室的节能与环境实验室和氡实验室向学生的科研、毕业论文开放，不仅使实验室的功能得到了拓展，而且使仪器设备的功能得到了开发和利用。
在实验内容和形式上，增加设计性实验、综合性实验、创新性实验和探索实验，减少单纯验证性实验。部分实验，学生在独立查阅文献的基础上自己设计方案，采用“三开放”形式，实验时间、实验地点和实验方式开放，以此培养学生的初步工程意识和提高学生的工程实践能力。
3.强化实践，培养工程能力
在实验教学和课程设计、实习、毕业设计等环节大幅度提高实践教育的地位，并以实验的设计上最充分地调动学生的主体性和充分发挥他们的主观能动性作为实验室设计的主要宗旨，使高仿真的实验环境和主体角色体验成为促进学生主动学习的兴趣源、动力源，强化学生创新和科研能力的培养。为此，设置研究型课程和第二课堂学分，广泛开展科技文化活动；进行了公共场所空气质量评价、校园环境监测、湘江流域（衡阳段）水质评价、放射性核素和重金属在表层土壤中的迁移行为研究等；让学生根据情况查阅相关的文献资料，在老师的指导下自己制订方案，实施实验，对实验现象及结果进行分析和解释。同时，鼓励学生参加省、市、学校和环境保护协会举办的大学生科研创新活动。通过这些活动使他们的创新思维和实践动手能力得到了很好的锻炼。充分利用已开辟的6处教学实习基地（中核集团二七二铀业有限责任公司、桂林污水处理厂和耒阳电厂等），让学生有充分的接触和认知工程的机会。
篇9
1.1 工艺设计概述
1.1.1 厌氧反应器设计背景和意义[1-4]
我省农业生态环境面临巨大压力。2006年全省畜禽养殖污水排放量达8.68亿吨，化学需氧量排放量为20.10万吨，相当于全省工业废水排放量的64%和化学需氧量排放量的59%。农业面源污染状况日益加剧。
畜禽养殖污染物的污染成分极为复杂，主要包括：氮、磷等水体富营养化物质；氨气、硫化氢、甲烷、甲醇、甲胺、二甲基硫醚等恶臭气体；铁、锌、锰、钴、碘等矿物元素；铜、砷、汞、硒等重金属物质；抗生素、抗氧化剂、激素等兽药残留物；大肠杆菌、炭疽、禽流感、五号病、布氏杆菌病等人畜共患传染病病菌。此外，还包括畜禽尸体、死胚、蛋壳等固体废物，焚烧疫病畜禽尸体所散布出来的烟尘等。
畜禽废物对环境的危害主要表现在以下几个方面[5-10]：
水体污染：畜禽粪尿、废水及粪尿堆置场的地面径流是造成地表水、地下水及农田的主要污染途径。畜禽粪尿的溶淋性极强，粪尿中所含氮、磷及BOD等的溶淋量很大，如不妥善处理，就会通过地表径流和土壤渗滤进入地表水体、地下水层，或在土壤中积累，致使水体严重污染，土地丧失生产能力，树木枯死、绿草不生。很多畜禽养殖场均位于城市主要河道、饮用水水库或地下水源地附近，是造成这些水体的主要污染源。特别是粪尿中所含大量的含氮化合物，在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等生化反应而形成了NH3-N、NO2-N和NO3-N，并渗入地下水，造成地下水中硝酸盐含量增高，使水质不宜于饮用，严重影响人体健康。
大气污染：畜禽粪尿中含有大量的未被消化吸收的有机物，大体可分为碳水化合物和含氮化合物。碳水化合物可分解为甲烷、有机酸和醇类。含氮化合物主要是蛋白质，在有氧条件下，蛋白质分解的最终产物是硝酸盐类；无氧条件下，可分解成氨、乙烯醇、二甲基硫醚、硫化氢、甲胺等恶臭气体。不仅危及周围居民的健康，而且也会影响场内畜禽的生长。
氮、磷污染：畜禽粪便中含有N、P是作物生长必不可少的营养元素。但是，如果不加限制地还田，则会起相反效应，作物会“疯长”，使产品质量下降，产量减少。因此，畜禽粪便的施用也得在量上进行控制。
微生物污染：畜禽体内的微生物主要是通过消化道排出体外的，粪便是微生物的主要载体。在1g猪场的粪污水中，含有83万个大肠杆菌，69万个肠球菌，还含有寄生虫卵、活性较强的沙门氏菌等。这些有害病菌，如果得不到妥善处理，将污染环境，不仅会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重危害人体健康。
畜禽养殖废弃物治理难度大，主要表现在：畜禽养殖业排水量大、废水温度低、冲洗栏舍的时间相对集中、冲击负荷大、废水固液混杂、有机质浓度较高、粘稠度大，同时畜禽养殖业属微利行业，难以投入很多资金用于废水处理。
对于畜禽养殖业带来的环境问题，国外已有了深刻的认识和体会。日本早在20世纪60年代就提出了“畜产公害”问题。德国则大力提倡生态农业，养殖场中将秸秆经畜禽踩踏，与粪便浸泡后，可沤制成有机肥料，同时养殖场内建有沼气池，定期将圈内粪便、秸秆添加到沼气池，产生的沼气被输送到养殖场附近的居民家中作为生活能源，残余物则作为有机肥施入农田，以补充土壤的养分。
我国集约化畜禽养殖业虽起步较晚，但发展势头十分迅猛，目前已达到相当的规模，畜禽养殖场排放的大量而集中的粪尿与废水是一些城市环境污染的主要因素。
目前国内外畜禽粪污的处理模式可归纳为三种：还田模式、自然处理模式和工厂化处理模式。自然处理模式包括氧化塘、人工湿地等；工厂化处理工艺，主要有厌氧处理、好氧处理、厌氧好氧组合处理，其中厌氧处理在工厂化处理中占主导地位。
尽管有这些处理方法，我省畜禽废水的处理率仍然很低，而且很多针对畜禽废水处理的工艺研究基本上都忽略了对其中可再利用物质的回收，或者在实际工程实践中不利于回收这些有用的物质，从而造成了资源的极大浪费。畜禽废水中的高浓度有机物既是国家限制排放的污染指标之一，同时也可以加工成农业上急需的肥料。此外废水中高浓度的氮、磷等污染物也是国家严格控制的污染指标，同时也是农作物生长所必须的营养元素。有效回收这些污染物质不但可以减轻环境压力，同时还可以为养殖场增加更多的收益，这对于行业利润本来不高，且受自然和市场的双重风险压力的养殖行业来说应该是可行的。
畜禽废水的厌氧处理工艺中，核心技术是厌氧反应器的开发，据调研，整体来说，与国际先进的厌氧处理技术相比，目前我省大多数规模化养猪场污水处理技术仍十分落后，在工业生产规模上，尚不能很好形成污泥颗粒，反应器有机负荷低，处理成本高。在此背景下，对我省畜禽养殖业废水综合利用中关键技术反应器及其颗粒污泥的培养便具有了极其重要的意义。
1.1.2 国内外工艺研究现状和发展趋势[11-14]
二十世纪40年代在澳大利亚出现了连续搅拌的厌氧反应器(CSTR)，改善了反应器内污水和活性污泥之间的传质效果，提高了污染物的处理效率。上世纪50年代后期，美国斯坦福大学的P.L.McCarty等人在研究生活污水厌氧生物处理时候，使用了一种充填卵石的反应器Anaerobic Filter(AF)，即厌氧滤器。厌氧滤器其实质类似于平推流反应器(PFR)，可以在常温下处理中等浓度有机废水。CSTR和AF反应器在厌氧生物处理有机废水上的成功应用，标志着第一代厌氧生物反应器技术的成熟。
国际上污泥颗粒化厌氧处理技术迅速发展，在欧洲已经开发出以污泥颗粒化为关键技术的一类反应器，厌氧工艺的处理时间也由原来的几十天缩短为一天到几天，有机负荷从几公斤提高到几十公斤，反应效率提高了几十乃至上百倍。以污泥颗粒化为标志的第二代厌氧处理反应器技术将投入工业化生产。
进入到21世纪，在UASB的基础上，开发了以厌氧颗粒污泥膨胀床反应器为代表的高效厌氧反应器。这些反应器除了包括上流式的反应器，比如流化床、上流式厌氧滤器、厌氧气提式反应器等，还包括一些非上流式反应器，如序批式反应器、厌氧折流板反应器、厌氧复合床反应器等，一些研究者称之为第三代，但因缺乏显著性的技术进步作为标志，故作者认为以上反应器只能是第二代的改良。
国内研究UASB反应器大约始于上世纪80年代初，1982年7月北京环境保护科学研究所和化学工业部设计公司共同协作，在石家庄华北制药厂 进行了容积为140L的UASB反应器装置处理丙酮丁醇废水的试验。清华大学环境工程系1983年起比较系统地进行了在UASB反应器内培养颗粒污泥规律的研究，在常温下培养出了少量的厌氧颗粒污泥。此后，国内一些科研单位和大专院校也开展了研究工作，分别对UASB反应器的颗粒污泥培养、颗粒污泥性能分析、反应器工艺运行条件的控制等进行了一定程度的研究，但主要还是停留在实验室规模，距离工业化生产仍须进行广泛而深入的研究。
UASB及其改进的厌氧反应器，因国外技术拥有者的严格保密，对其尺寸、操作运行数据，外人不得而知。根据调研结果，我省现在还不能很好的将UASB反应器推广到生产规模，从当前自主开发的正在运行或拟投产的反应器来看，基本上仍以间歇操作为主。由于操作方式主要为间歇，产生了一系列不良后果，如生产能力低下，微生物细胞难以固定，不能培养出颗粒污泥。目前国内所掌握的UASB及改进的反应器产业化与国际先进水平相比存在较大差距，相当于国外上世纪70年代水平。对颗粒污泥的研究仍停留在实验室水平上，尚无法在大规模的生产装置上形成稳定的颗粒污泥。而从使用的领域来看，也主要是工业废水，对养殖废水很少涉及。
因此，设计出高效的厌氧反应器，研究反应器的操作行为对颗粒污泥的培养影响，并进而应用到养殖废水领域，以及实现工业化生产，最终为建设生态农村，改善农村生态环境做出贡献。
1.2 污泥颗粒概述[15]
1.2.1 污泥颗粒的形态、组成与结构
在相差显微镜下观察发现，实验室与生产性UASB反应器中的污泥颗粒均很不规则，但大部分接近圆形。它们的直径平均为1毫米，一般的变化范围为0.1～2毫米，最大的可达3～5毫米。污泥颗粒多数呈黑色，也有的呈灰白色。
污泥颗粒中的常常夹杂着无机物质，其含量因来源不同而有较大的差异。同一反应器不同时间取样测得的灰分为8.8～29.5%；不同反应器取样测得的灰分为11～55%。灰分的数量与污泥颗粒的密度有很好的相关性(r =0.943)；但与污泥颗粒强度间的相关性不显著(r=0.676)。在污泥颗粒内，经常可以检测到无机沉淀物。X射线分析证明，这些沉淀物的主要成分是碳酸钙、磷酸钙、硫化铁和硅酸盐等。它们在污泥颗粒中的空间分布是不均匀的，可能与特定为微生物代谢所形成的微环境有关。
污泥颗粒的表面和内部，一般均可见透明发亮的粘液性物质，主要成分有聚多糖、蛋白质和糖醛酸等。胞外多聚物的含量差异很大，以胞外聚多糖为例，少的只占污泥颗粒干重的1～2%，多的要占20～30%。
污泥颗粒的主体是各种厌氧消化微生物。其中，常见的占优势产甲烷细菌有所是产甲烷丝菌、马氏产甲烷八叠球菌、巴氏产甲烷球菌等；非产甲烷细菌有丙酸盐降解菌、伴生杆菌和伴生单细胞等。
用扫描电镜和透射电镜研究高温UASB反应器中污泥颗粒的形态和结构发现，直径为1～3毫米的颗粒污泥可区分为三层：外面是堆积密实的大包囊层，含有30个左右的产甲烷细菌，它们主要是产甲烷八叠球菌和产甲烷球菌；里面为疏松堆积层，一些直径约1～2微米的卵圆形产甲烷细菌被包埋于污泥颗粒内的间隙中；中间为孔腔，直径达30微米，其中生长着游离的非产甲烷杆菌。污泥颗粒的表面还经常可见纤维状结构。
1.2.2 污泥颗粒的形成机理
1.2.2.1 污泥颗粒的类型
在实验室UASB反应器的启动试验中，De Zeeuw用下水污泥接种，以挥发性脂肪酸作基质，曾获得三种不同类型的污泥颗粒。其中，两种完全由菌体构成，另一种则含惰性固体颗粒。它们依次是：
以产甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污泥（简称A型污泥颗粒）。这种污泥颗粒比较密实，表面不规则，在扫描电镜下可清楚地看到产甲烷八叠球菌组成的大包裹。包裹可细分为大小两种。大的直径可达50微米，小的只含少量细胞。大包裹外常可见产甲烷丝菌缠绕。
以产甲烷丝菌为主体的污泥颗粒（简称B型污泥颗粒）。这种污泥颗粒在UASB反应器中出现的频率很高。用低倍扫描电镜观察发现，其表面比较规则；在高倍下可见缠绕成各种形态的产甲烷丝菌。B型污泥颗粒也可细分出两种。一种内含很长的产甲烷丝菌的丝状体，长度可达1000单位。这种B型污泥颗粒又称为丝状体颗粒。通常只见于实验室UASB反应器。另一种只含较短的产甲烷丝菌菌体，长度约5～10单位。它又称为杆状颗粒，常见于各种规模的UASB反应器。丝状体颗粒与杆状颗粒的密度不同，分别为1.033和1.045g•cm-3，颗粒沉降速度也有差异。
含有惰性固体颗粒核的污泥颗粒（简称C型污泥颗粒）。在这种污泥颗粒中，产甲烷丝菌缠绕于惰性固体颗粒的表面。
1.2.2.2 污泥颗粒中两种优势产甲烷细菌的特性
对污泥样品所作的显微观察证明，产甲烷八叠球菌与产甲烷丝菌是两属重要的产甲烷细菌。产甲烷八叠球菌具有明显的成团性能。在乙酸浓度较高的环境中，
该属细菌能以较高的比增长速率增殖(uMax=0.45天-1)，并能自发地形成颗粒。在中温和高温反应器内，只要条件适宜，即使对其进行搅拌培养，也能照样形成颗粒。它的直径可达3毫米。产甲烷八叠球菌对基质的亲和力较低，利用乙酸的KS值约5.5mmol•L-1。
产甲烷丝菌的生长情况类似于霉菌。在其生长过程中，菌体能逐渐伸长并能相互缠绕，也能缠绕于惰性固体颗粒的表面。虽然产甲烷丝菌的比增长速率(uMax=0.1天-1)不如产甲烷八叠球菌快，但其对基质的亲和力明显高于产甲烷八叠球菌，它利用乙酸的KS约为0.7 mmol•L-1。
1.2.2.3 污泥颗粒的形成机理
在反应器水力负荷和容积产气率较低的条件下，产甲烷八叠球菌能够通过其杰出的成团能力，形成肉眼可见的A型污泥颗粒。这种污泥颗粒内有空洞，可作为其他细菌的栖息场所。据推测，B型污泥颗粒就是产甲烷丝菌栖息于上述空洞内形成的，其理由是两属产甲烷细菌对乙酸的亲和力有利于这种独特的分布格局。事实上，在幼龄的B型污泥颗粒周围也确实见到了大量的产甲烷八叠球菌。对这些颗粒污泥作超薄切片观察，也在接近边缘的地方发现了产甲烷八叠球菌簇，然而在中心部位则未见产甲烷八叠球菌存在。当污泥颗粒长至肉眼可见的大小时，位于外层的产甲烷八叠球菌极易脱落。因此，在B型污泥颗粒的形成后期，其中往往已不含产甲烷八叠球菌。
在反应器水力负荷和容积产气率较高的条件下，流体对接种污泥有一定的分选作用，只有相对密度较大的颗粒才有可能被滞留于反应器内，密度 较小或分散状态的污泥则被溢流带出反应器。由于厌氧消化细菌的密度较小，要保留于装置中，唯一的途径是附着生长在密度较大的固体颗粒核上。产甲烷丝菌具有相互缠绕的性能，可附着于废水中存在的固体颗粒（初级核）表面，进而形成C型污泥颗粒。供细菌附着生长的核即可以是无机颗粒，也可以是细菌聚体。细菌在固体核上生长增殖以后，能够形成生物膜或粒径较大的聚体。由于膜的厚度和聚体的大小有限（受内部结合力和菌丝缠绕程度的支配），长至一定时期，生物膜会脱落，污泥颗粒也会破碎。这些碎片又可作为次级核供细菌附着生长，形成新的污泥颗粒。依次渐进，致使污泥颗粒不断增加。
研究发现，前面提及的丝状体颗粒和杆状颗粒并没有质的差别，其差异要比原先设想的少得多。将取自生产性UASB装置中的污泥颗粒破碎，就能见到产甲烷丝菌构成的杆状颗粒。在高温UASB反应器中，则可发现另一类由产甲烷丝菌构成的污泥颗粒，虽然它们在宏观上很像杆状颗粒，但其中却含长丝状体。显然，上述两类污泥颗粒均可看成是杆状颗粒与丝状颗粒之间的过渡类型。之所以出现这种变化，可能是因为细菌增殖导致了菌体的高密度。除此之外，采用高菌龄的接种污泥和菌体密度较高的接种污泥，都有利于杆状污泥颗粒的形成。
2 实验部分
2.1 实验试剂及仪器
2.1.1 接种污泥
实验用接种污泥为XXX猪场废水沉淀池内污泥，将通过过滤、沉淀除去大颗粒悬浮物以及泥沙而得。
2.1.2 营养液
营养液的配制参照产甲烷活性测定营养液配制方法。
2.1.2.1 厌氧污泥富集驯化用溶液
厌氧污泥富集驯化用溶液中各营养物质的成分如下(g•L-1)：
NH4C1 170
KH2PO4 37
CaCl2•2H2O 8
MgSO4•4H2O 9
酵母粉 0.2
2.1.2.2 微量元素溶液
所需微量元素溶液中微量元素的成分如下(mg•L-1)：
FeCl3•4H2O 2000
CoCl2•6H2O 2000
MnCl2•4H2O 500
CuCl2•H2O 30
ZnCl2 50
H3BO3 50
(NH4)6Mo7O24•4H2O 90
Na2SeO3•5H2O 100
NiCl2•6H2O 1000
EDTA 1000
36%HC1 1mL•L-1
2.1.2.3 硫化钠母液
Na2S•9H2O 100mg•L-1
2.1.2.4 猪粪废水
猪粪废水就是猪粪经过淘洗、过滤去除大颗粒泥沙以及部分悬浮物后所得的液体。猪粪取自XXX猪场。
2.1.3 主要仪器
表1 蠕动泵型号
名称 型号 厂家
电子天平 FA1104N 上海菁海仪器有限公司
电热恒温鼓风干燥箱 DFG-9053A 上海精宏实验设备有限公司
恒温电热套 TC-15 海宁市华星仪器厂
数控超级恒温槽 SC-15 宁波市海曙天恒仪器厂
蠕动泵 BT01-YZ1515 天津市协达电子有限公司
气象色谱仪 GC-1690B 杭州科晓化工仪器设备有限公司
2.2 测定项目及方法
2.2.1 COD值测定
COD：重铬酸钾滴定法，采用GB 11914-89。
2.2.2 产气量和甲烷气体含量测定
产气量：根据排出液体确定产气量，用气相色谱分析甲烷气体含量。
2.3 实验流程
2.3.1 工艺流程图
图1 实验室工艺流程图
1、厌氧反应器 2、上下嘴过滤瓶 3、集气瓶 4、量筒 5、三口烧瓶 6、蠕动泵
7、超级恒温槽 8、温度计 9、10、11、两通阀门 12、13、三通阀门
2.3.2 工艺流程说明
厌氧反应器1内装填有含产甲烷菌的一定量的污泥，塔内其余体积充满猪粪废水，当计量泵6将三口烧瓶5中的猪粪废水从塔底打入塔内，处于反应器顶部的液体和产生的甲烷气则进入到上下嘴过滤瓶2，甲烷气则从过滤瓶2的顶部进入集气瓶3，并将集气瓶内的水压入量筒4中，过滤瓶2中的部分猪粪废水流入三口烧瓶5，再由泵6打入塔内，重新循环，一部分来自过滤瓶2的猪粪废水则进入到下一个厌氧反应器。
当计量泵将三口烧瓶中的猪粪废水从塔底打入塔内，会使塔内污泥颗粒处于流化状态，此时污泥颗粒与猪粪废水的接触面积将远远大于污泥固定时的接触面积，使产甲烷菌与猪粪废水更有效地接触，从而提高甲烷的产量。上下嘴过滤瓶在整个流程中起气液分离器的作用，将甲烷和猪粪废水分离。三口烧瓶位于超级恒温槽内，控制温度使反应器内的温度保持在35℃左右，在此温度，产甲烷菌的活性最佳。控制计量泵的流量使反应器内的颗粒处于流化状态，亦可使反应器内的颗粒处于全混状态，即此反应器类似于全混反应器，而让部分从过滤烧瓶出去进入到下一个厌氧反应器的猪粪废水使该塔内颗粒处于流化状态，而该塔则类似于平推流反应器。
2.4 实验步骤
按图1搭好装置，并在室温下开始实验。
2.4.1 开车操作
1、 往过滤后的粪水中加入适量的自来水，将其COD值调到实验所需的初始值，并装入三口烧瓶中；
2、 启动蠕动泵，将粪水打入反应器中，待反应器中的粪水液面没过填料关闭蠕动泵；
3、 用量筒量取150mL污泥（约占整个反应器的1/3），从反应器顶部加入，用粪水洗涤量筒多次，并将粪水加入反应器中；
4、 根据所加猪粪废水的体积，以700:1的比例往三口烧瓶中加入适量的厌氧污泥富集驯化用溶液、微量元素溶液和硫化钠母液；
5、 再次启动蠕动泵，让粪水在装置中循环；
6、 往集气瓶3中加适量自来水，使整个实验装置出于密封状态；
7、 调节蠕动泵，观察反应器中污泥床的高度并记录相关数据。
2.4.2 稳定操作
1、 观察反应器中污泥颗粒的流化状态；
2、 定时测量反应器进出口的COD值并记录量筒中的排水量；
3、 定时测量集气瓶中的气体含量；
4、 定时补充集气瓶中的水。
2.4.3 停车操作
1、 当量筒中液面不再变化，进出口COD值降到所需值时，关闭蠕动泵；
2、 放出系统中一定量的粪水，保持反应器中的粪水液面始终高于污泥液面，以免污泥中的厌氧细菌失活；
3、 拆卸并清洗除反应器外的其他装置以进行下一次实验。
3 结果与讨论
3.1 蠕动泵标准曲线的测定
由工艺流程图可知，实验过程所需动力由蠕动泵提供。实验所用蠕动泵型号为BT100–01，泵头为YZ1515，软管为17号管。由于泵上显示的是其转数，因此实验之前必须对泵进行标定，以获得转数与流量之间的关系。标定方法为：在泵出口处用量筒计量液体体积，再除以所需时间，从而获得流量。结果见图2：
图2 蠕动泵的流量V和转数N的标准曲线
对实验数据进行回归处理获得泵的流量与转数之间关系如下：
式中：V–流量，ml•min-1；N–泵转数。
由数据相关性R值可知，流量与转数之间具有较好的线性关系。
3.2 流量对反应床层膨胀率的影响研究
3.2.1 初始 流化速度umf的实验测定
厌氧反应器操作时粪水从下向上通过颗粒床层，污泥颗粒在反应器中所处状态主要取决于流体的空塔流速u0与颗粒的起始流化速度umf的对比。当u0<umf时，床层为固定床，空隙率基本不变，床层没有膨胀；当u0=umf时，床层处于流化状态，床层空隙率将随流速的升高而升高，膨胀率也不断升高。因此由实验获得umf将十分重要。实验测定了不同流量下污泥床高度Lf，静床层高度计为L0，结果作图如下：
图3 床层膨胀率随流量的变化曲线
注：图中纵坐标床层膨胀率δ定义为：
由图可知，当流量大于3.73 mL•min-1时，床层开始膨胀，流量为4.16 mL•min-1时，膨胀率为2.26%，因此可判断初始流化流量vmf在3.73～4.16 mL•min-1之间。
当粪水流量约为15mL•min-1时，有少量污泥小颗粒被粪水带出反应器，浓相区和稀相区分界明显；当粪水流量约为25mL•min-1时，观察到较多的污泥小颗粒被粪水带出反应器，因此膨胀率几乎不变。
3.2.2 初始流化速度umf的理论计算
3.2.2.1 污泥颗粒粒度测定实验
在100mL量筒中投入污泥，轻轻搅拌，颗粒开始沉降，同时计时，结果列表如下。
表2 污泥颗粒沉降距离与时间的关系
时间/t•s-1 距离/m
14.65 3.2×10-2
3.2.2.2 粒度计算
因为：当 时，
颗粒密度ρP约1100kg/m3，ρ为水，密度为1000kg•m-3，黏度μ为10.9×10-4Pa•s，则：
验证： ，故计算可靠。
3.2.2.3 初始流化速度计算
对于小颗粒，当 时：
实验所用反应器直径 ，面积 ，故初始流化时流量 。
实验结果和理论计算数据基本一致，故知实验结果可靠。
3.3 流化床厌氧反应器生产负荷变化规律研究
3.3.1 反应器进出口处COD值随时间分布考察
为研究床层流化和反应特性，实验采取全循环流程，即反应器出口流体通过蠕动泵全部从入口输入，因此反应器进出口处COD值也随时间变化而变化，结果如图4、5所示：
图4 不同转速下反应器进口COD值随时间的变化曲线
图5 不同转速下反应器出口COD值随时间的变化曲线
由以上两图可知：进出口出粪水COD分布具有相似规律，都是随时间的变化而不断减小，开始时下降较快，一定时间后，下降速率变慢。速率变慢所需时间随流量、初始COD值的不同而有所区别，初始COD值越小、流量越大，则该时间越短，如流量为11.2mL•min-1时，3天后出口浓度几乎不再变化。
3.3.2 不同初始COD值时反应负荷随时间变化考察
根据进出口COD变化量，可以计算在不同蠕动泵转速下反应器的反应负荷。反应负荷W定义为单位时间单位反应器体积内反应消耗的COD量，即： ，其中， 。
符号说明： —粪水流量，mL•min-1； –反应器进出口浓度差，mg•L-1； –反应体积，mL； –反应器内径，5.87cm； –静床层高度，6.30cm。
图6 不同转速下的反应负荷随时间的变化曲线
由上图可知：蠕动泵转数为1.95–2.10时反应量明显高于转数为0.90–1.05，说明在一定范围内，流量增大对反应量的提高是有利的。当流量为11.2mL•min-1时，单位时间内的反应量达到最大，该曲线随反应时间的延长，反应负荷迅速下降，则是因为本实验采取了全循环装置，COD下降速度远远高于其它转速时的情况，浓度的快速降低必然影响到反应量的快速减少。
结论：在实际生产过程中，建议流量维持在该数值上。
3.3.3 最大及平均反应负荷随流量变化考察
根据进出口粪水COD值，可以计算最大及平均反应负荷，计算式如下：最大反应负荷 ，平均反应负荷 。
式中： –反应器进出口最大浓度差，mg•L-1； –反应器进出口平均浓度差，mg•L-1。结果作图如下：
图7 反应负荷随流量的变化曲线
由图可知，最大反应负荷曲线和平均反应负荷曲线遵循相似的规律，开始时，随粪水流量增大，反应负荷都随之而增大，表明反应器处理能力变大；当流速增到11.2mL•min-1、初始COD浓度为2670 mg•L-1时，反应负荷达到最大值，为4.66mg•L-1•min-1。
随着粪水流量的进一步增大，反应负荷反而下降，原因在于存在两个方面的因素使得反应速率下降：一是由于流速的增大，反应器中的部分小直径污泥颗粒由于其实际空塔速率u0大于带出速率ut，将被粪水带出反应器，从而降低了单位反应器体积所含的微生物量；二是由于流速的增大，粪水在反应器中的停留时间缩短，部分降低了反应负荷。
3.4 流量对各组分产气量的影响研究
所产气体体积的计量是通过排水集气法进行的，气体成分由色谱分析获得，以下是不同流量下气体体积随时间的变化关系，结果见图8和图9：
图8 不同转速下反应产生的甲烷气体体积随时间的变化曲线
图9 不同转速下反应产生的二氧化碳气体体积随时间的变化曲线
由上图可知，当蠕动泵转速过低，即通过反应器的粪水流量过小时，产生的气体不易及时从污泥颗粒中出来；当流量合适时，产生的气体能及时从污泥颗粒中出来；当流量过大时，虽也能及时产生气体，但气体的量并不大，主要原因是在实验过程中由于通过反应器的粪水流量大且装置启动之后不久即产生气体，两者效果叠加致使污泥颗粒迅速充满全塔并由粪水从反应器出口带出，反应器中活性污泥颗粒减少，产生的气体也随之减少。
3.5 流量对产生气体中各组分含量的影响研究
对收集到的气体，用气相色谱测定各组分的含量，结果见图10：
图10 不同流量下产生气体中各组分的百分含量
由上图可知，甲烷气体和二氧化碳气体的含量随粪水流量的变化并不显著，且产生的气体中主要为甲烷气体，其相对含量达到87.63%，是二氧化碳含量的7倍。
3.6 气体产生对床层膨胀率的影响研究
为研究反应过程中所产气体对流化床性能的影响，分别设计了冷、热模两种实验，记录了不同流量下床层高度的变化，结果如下图所示：
图11 床层膨胀率随流量的变化曲线
由上图可知：热模时床层膨胀率明显高于冷模，在实验范围内，随流量的增大，膨胀率相差有越来越大的趋势。原因如下：开始时，反应产生的小气泡较均匀地分布于污泥颗粒的表面，随着反应的进行，气泡越来越大，由于浮力作用，气泡会脱离原先的污泥颗粒而上浮，上浮过程中，气泡之间有可能发生聚并，半径不断增大，上升速度加快，并和颗粒发生碰撞，将动量 传递给颗粒。颗粒在气泡的撞击作用下由原来的致密状态变得较为疏松，从而膨胀率较冷模时为大。
3.7 流量对反应器内污泥颗粒大小的影响研究
通过观察，在一定流量范围内，当流量逐渐变大时，污泥颗粒逐渐变大，且靠近反应器入口处的污泥颗粒较其他区域的污泥颗粒要大而且清晰可见该处污泥颗粒上下流动。在同一流量下，较大的污泥颗粒处于床层的底部，较小的污泥颗粒处于床层的顶部，当污泥颗粒直径小于某一值时，污泥颗粒即从浓相区进入稀相区；在稀相区中，有部分小直径污泥颗粒相互碰撞重新凝聚成较大直径的污泥颗粒从而沉降到稀相区和浓相区的交界面处；部分小直径污泥颗粒则被粪水从反应器出口带出。因此，在合理的范围内，粪水流量应适当大些，这有助污泥颗粒的成长。
3.8 污泥性质与成分的测定
3.8.1 污泥含水率的测定
将60mL蒸发皿放在烘箱内，以105~110℃的温度烘干2h，取出后放在干燥器内冷却0.5h，用万分之一分析天平称重，记录质量W1；再用粗天平称20g污泥置烘干后的蒸发皿中，用水浴锅蒸于。然后放入105~100℃的烘箱内烘2h，取出放入干燥器内冷却0.5h，用万分之一分析天平称重，记录质量W2，代入下式计算含水率。
式中：
P–污泥含水率，%；
Wl–第一次称重（空蒸发皿质量），g；
W2–烘干后称重（蒸发皿质量+样品质量），g；
20–所取污泥质量，g。
数据处理：
，
3.8.2 污泥固体挥发含量的测定
将测定完含水率的污泥样品放在电炉上炭化(烧至不冒烟)，再放入600℃高温炉中，灼烧0.5h，然后冷却或将温度降至l10℃左右；取出放入105~110C的烘箱内烘0.5h；再在干燥器内干燥0.5h，然后称重，并记录质量W3，代入下式，求出污泥挥发固体含量。
式中：
VS–挥发固体含量，%；
W3–灼烧后的蒸发皿和样品质量之和，g。
数据处理：
4 中试规模厌氧反应器处理猪粪废水工艺设计
4.1 工艺流程设计
4.1.1 工艺流程图
图12 中试阶段工艺流程
1、脱硫装置 2、3、清液储罐 4、换热器 5、7、循环泵 6、热水器 8、酸化池 9、沉降池
4.1.2 工艺流程说明
反应器产生的气体经过脱硫装置1去气包，从副反应器出来的清液一部分去鱼塘，一部分清液与新鲜也混合后经过换热器加热后由泵打回反应器底部再次进行反应。新鲜粪水经过沉降池除去其中的固体，然后再经过硝化池，最后与循环的清液混合。
4.2 主要设备选型
4.2.1 泵的选型与计算
由于原料粪水中由少量固体颗粒；液体流量为 ，即6.94 mL•min-1，考虑裕量，乘上系数1.2，得最大流量为8.33mL•min-1，流量很小。所以选择蠕动泵较为合适，具体型号列表如下。
表3 蠕动泵型号
驱动器型号 泵头 软管 流量/mL•min-1 通道
BT100–01 YZ1515 13# 0.07–38 1
4.2.2 换热器的选型与计算
设定粪水走管程，入口温度为15℃，出口温度为50℃，流量为25L•h-1；清水走壳程，入口温度为75℃，出口温度为22℃。用化工换热器模拟软件进行模拟，确定换热器的型号为 ，材料为碳钢，因猪粪废水有轻微的腐蚀性，管内壁需涂防腐材料。
计算结果：所需换热面积/实际换热面积=1.0996m2/1.3430m2；
裕量：22%。
4.2.3 流化床厌氧反应器计算
4.2.3.1 流化床内径计算
设液体流量为 ，实际操作流速u0=10umf，则：
取整，则：
4.2.3.2 流化床高度计算
按经验， ，取
4.2.3.3 流化床结构图
图13 关键设备结构图
1、污泥加料阀 2、取样口 3、热水出口 4、12、三相分离器 5、排污阀 6、进料阀 7、止回阀 8、受承器 9、11、两通阀门 10、热水进口 13、清液出口 14、集气柜 15、放空阀
4.2.3.4 流化床反应过程说明
新鲜粪水通过进料阀6由主反应器底部进入反应器与处于主反应器底部的污泥颗粒进行反应，反应产生的大部分气体通过三相分离器4进入到集气柜14中。部分小直径污泥颗粒随粪水的上流而上浮，当污泥颗粒碰到三相分离器是又回落到主反应器中，而少量小直径污泥颗粒则被粪水带入到副反应区，即旋液分离器中，在旋液分离区中污泥颗粒在粪水的带动下作离心运动，撞击到器壁后慢慢掉落到旋液分离器底部并在受承器中汇聚，当受承器中的污泥量达到一定程度则打开阀门9，让新鲜粪水进入到受承器中并把受承器中的污泥颗粒冲入到主反应器中，而止回阀7则能防止粪水和污泥颗粒从主反应器中进入到受承器中。反应后的粪水清液则通过副反应器的清液出口排出。
5 总结与展望
本次实验，主要研究了流量对反应床层膨胀率的影响，流化床厌氧反应器生产负荷变化规律，流量对各组分产气量、产生气体中各组分含量、反应器内污泥颗粒大小的影响和气体产生对床层膨胀率的影响，并对关键设备进行了计算和设计，同时还进行了工艺流程设计和相关设备的选型。
研究结果显示：
（1） 实际初始流化流量vmf在3.73～4.16 mL•min-1之间，理论初始流化时流量vmf为3.864 mL•min-1；
（2） 在一定范围内，流量增大对反应量的提高是有利的，当流量为11.2mL•min-1时，单位时间内的反应量达到最大，为4.66mg•L-1•min-1；
（3） 适当提高流量有利于提高各组分的产气量，但流量对气体相对含量的影响不显著，甲烷含量约是二氧化碳含量的7倍；
（4） 由于气体，热模时床层膨胀率明显高于冷模，在实验范围内，随流量的增大，膨胀率相差有越来越大的趋势；
（5） 适当提高流量有助于污泥颗粒的成长；
（6） 污泥含水率为94.73%，污泥固体挥发含量为38.28%；
（7） 蠕动泵的驱动器型号为BT100–01，泵头为YZ1515，软管为13#，流量范围为0.07–38 mL•min-1，通道1；
（8） 换热器型号为 ，所需换热面积/实际换热面积=1.0996m2/1.3430m2，裕量：22%。
下一步将对所设计的新型厌氧反应器进行停留时间分布的测定，提出动力学模型。
致 谢
在本课题的研究过程中，从前期的资料搜集到中期的实验探索，再后期的论文整理，都经历了挫折和艰辛。但在指导老师张良佺老师的大力帮助和悉心指导下，我们顺利地完成了整个研究过程。张老师学识渊博，在本课题实验方面有丰富的理论知识和研究经验，而且他治学的严谨保证了我实验过程中数据的精确性。在半年的时间里，我学到了很多知识。在此，献上我真挚的感谢。
同时在实验分析测试当中得到了实 验室老师的帮忙，在此，我对他们表示由衷的感谢！另外，同组实验的邵迪等同学在诸多方面也给予了我很大的帮忙和协助，在此一并表示感谢！
参考文献
[1] 雷英春, 张克强等. 国内外规模化猪场废水处理工艺技术新进展[J]. 城市环境与城市生态, 2003, 6(16): 218-220
. WaterSci. Technol., 24: 87
. WaterSci. Technol., 40: 297
[4] 贺延龄, 废水的厌氧生物处理[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 1998
. Biotech. Bioeng, 1980, 22: 669-737
[6] Stronach. Anaerobic digestion process[J]. Industrial Wastewater Treatment. 1986, (6): 23-35
[7] 申立贤. 高浓度有机废水厌氧处理技术[M]. 中国环境科学出版社. 1991: 1-10
[8] 伍掸翠. 刘康怀. 淀粉废水资源化利用的现状和前景[J]. 矿产与地质, 2004. 18(2): 179-182
[9] 胡纪萃等. 废水厌氧生物处理理论与技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版, 2003. (17)1: 154-186
[10] 马三剑, 吴建华, 刘锋等. 多级内循环(MIC)厌氧反应器的开发应用[J]. 中国沼气, 2002, 20(4): 24-27
[11] 中国环境科学研究所等, 中国2000年水环境预测与对策研究[M]. 1987
[12] 斯皮. 工业废水的厌氧生物处理技术[M], 北京: 中国建筑工艺出版社, 2001
[13] 邓良伟, 陈铬铭. IC工艺处理猪场废水试验研究[J], 中国沼气, 2001, 19(2): 12-15
.Appl Microbiol Biotechnol, 2006, 71:145-154
