酵母由废糖蜜经酿酒酵母的厌氧发酵加工制成。作为发酵工业的一个分支，近年来，酵母行业发展较快。但与此同时，产生了严重的污染问题。酵母行业的污染主要来自酵母废水。酵母废水特点是水量大，有机物浓度高，水质成份复杂。经过常规的生化处理，其中的可生化部分基本降解，但废水中的色素(类黑素)具有耐氧化的性质，几乎无法通过生化过程去除，是生化出水中颜色和有机物的主要来源。酵母废水处理难度很大，目前，国内生产酵母的厂家中真正实现达标治理的范例几乎没有。 通过深度处理，有效消减酵母废水中的有机物浓度，降低废水色度，是行业可持续发展的要求，也是日益严格的环境质量标准的要求，对促进“三农”，提高居民生活质量意义重大。 作为《酵母工业污染物排放标准》项目的课题，研究本着效果显著、经济可行的原则，根据类黑素大分子聚合物的特性，以水处理常规的絮凝工艺为主，结合活性炭吸附，对酵母废水进行深度处理。 絮凝方法中，比较水处理市场常用的无机絮凝剂与有机絮凝剂的处理效果，系统研究了各种影响因素，如 pH 值、絮凝剂用量、搅拌条件等对絮凝效果的影响，对絮凝过程的机理进行了探讨，考察了絮凝剂与废水浓度间的化学计量关系以及溶液化学性质对计量关系的影响。利用凝胶渗透色谱，对絮凝出水中有机物分子量的变化及分布特征进行了深入描述。结合 <27>Al 核磁共振等测试方法，分析了铝盐絮体的结构特征。通过粒径测试，表征了氯化铁用量对絮体沉降性能的影响。 本次研究的主要结论如下： 1．酵母废水生化出水主要由类黑素贡献，因此，酵母废水深度处理也是废水脱色的过程。 2．常规的无机絮凝剂中，氯化铁对有机物(类黑素)的去除效果最佳，絮凝效果最差的是硫酸铝。除铁和铝的络合能力不同，阴离子对絮凝效果有显著影响：氯化铁优于硫酸铁，氯化铝由于硫酸铝。 3．对于无机低分子絮凝剂，废水的初始pH值，絮凝剂用量都影响絮凝效果。初始pH值应在中性条件以上，工程中不必对pH值进行调节。金属盐中的阴离子不同，对用量不足和过量区间的影响不同：硫酸根离子对用量不足范围的影响更大，氯离子容易造成过量区间的絮凝出水水质恶化。 4．控制絮凝剂处理效果的影响因素是出水的pH值。铁盐(包括聚合硫酸铁)的出水有效pH值范围大致在4～5；硫酸铝与氯化铝的有效pH值范围5～6，如果金属结合的阴离子不同，有效范围略有差别。 5．无机低分子絮凝剂的机理与絮凝剂用量和pH值有关：絮凝剂用量少，出水pH值高，絮凝过程由氢氧化铝的吸附作用控制：用量增多，pH 值降低，氢氧化铝的吸附与共沉淀同时作用；最佳用量时的机理以电中和为主，包括氢氧化铝的共沉淀作用：当絮凝剂过量，pH值下降幅度导致生成氢氧化铝的水解反应受到抑制，絮凝机理只有电中和作用。 6．絮凝剂过量引起处理效果下降，一方面原因在于有机物，尤其是分子量小的组分表面重新带电，导致絮体颗粒重新稳定；初始pH值6时，即使z电位显示絮体用量不足，当出水pH值低于有效范围，也造成絮凝效果下降。这表明，絮凝剂的形态对于絮体颗粒的沉降性能有至关重要的影响。有机物通过电中和脱稳后，与絮凝剂形成的难溶络合物(初级颗粒)能否沉降，取决于有机物的分子量：分子量大的组分可以通过颗粒间有效碰撞，长成可沉降絮体：小分子有机物与絮凝剂形成的初级颗粒粒径过小，难以长成自然沉淀的絮体尺寸。络合物颗粒不是吸附在大尺寸的絮体表面去除，而是以大颗粒(氢氧化物)为晶核，生长成具有沉降性能的絮体。因此，最佳条件下，有机物主要通过电中和作用脱稳，絮凝(即颗粒形成聚集体)过程必须包含氢氧化物的共沉淀作用。 7．对生化出水以及氯化铁絮凝出水的凝胶渗透色谱分析表明，生化出水中类黑素包含大分子与小分子组分。絮凝过程中，两种组分同步被去除。在氯化铁最佳条件下，两种分子量的组分几乎完全脱除。类黑素组分消除的同时，产生新的分子量更小的未定性成分，浓度随絮凝剂用量增加而递增。未定性有机物是电中和过程的产物，可能由于类黑素聚合物结构破坏产生。絮凝剂过量，凝胶渗透色谱没有显示类黑素中的大分子组分浓度增高。因此，更有可能由于pH值低于有效范围，氢氧化铁分量减少，小分子组分脱稳形成的胶体颗粒不能长成沉降分离的絮体，引起絮凝效果和出水水质下降。 8．搅拌条件对絮凝效果影响小，但快搅强度对絮体沉降性能影响很大，搅拌强度不足，将导致絮体上浮现象。原因在于：搅拌强度小，絮凝剂与有机物不能充分接触，虽然可以促进金属的水解反应，生成更多的氢氧化物形态，使絮体沉降速率加快，由于絮凝剂中电荷数量多的阳离子形态分量减少，影响了有机物的电中和脱稳过程。导致出水中出现悬浮颗粒。快搅强度增加，絮凝剂继续水解前可以与有机物充分混合接触，形成电中性的难溶络合物，使有机物脱稳。絮凝过程中，尺寸大的络合物颗粒碰撞聚集，自身生长成沉降絮体；粒径小的颗粒与水解产生的适量大颗粒形态(氢氧化物)结合，共同形成沉淀体。 9．聚合硫酸铝的絮凝结果以及絮凝机理与低分子盐相同，取决于絮凝剂用量与体系pH值。 聚合氯化铝受 pH 值和絮凝剂用量影响小，机理也明显不同，有机物(类黑素)通过电中和以及聚铝自身形态形成沉淀产生的吸附网捕作用去除。聚铝形态产生的絮体结构松散，沉降速率慢。而且絮体强度小，容易被破坏，形成悬浮颗粒，影响出水水质。 10．无机絮凝剂中，由于铁与有机物的配位能力比铝强，铁盐的絮凝效果优于铝盐。阴离子对絮凝效果也有显著影响。硫酸根可以影响金属的水解动力学过程，促进氢氧化物沉淀生成。对于以电中和脱稳的絮凝过程，与硫酸根结合的金属，水解形态的正电荷量少，对有机物的脱稳能力不如与氯离子结合的金属。因此，即使是同一种金属，硫酸铁的絮凝效果不如氯化铁，硫酸铝的絮凝性能也不如氯化铝。 11．无机絮凝剂最佳条件下的凝胶渗透色谱也显示，阴离子对有机物的去除特征有重要影响。硫酸根的金属盐，絮凝出水中类黑素中的小分子组分的强度较高；与氯离子和硝酸根结合的金属，絮凝后小分子组分含量明显降低。由于无机絮凝剂的絮凝过程都存在电中和作用，絮凝出水中的未定性有机物浓度增高。阴离子配位能力越小，这部分有机物洗脱时间越长，即分子量越小。这表明可能存在硫酸根和氯离子与表面小分子基团的取代反应，使未定性有机物分子量增加。 12．有机絮凝剂单独处理生化出水，阳离子型聚丙烯酰胺通过电荷补丁作用，可以去除生化出水中有机物，只是去除率不高；阴离子型聚丙烯酰胺不产生絮凝作用，反而使废水有机物浓度增高。 13．有机絮凝剂作为助凝剂使用，不会增强无机絮凝剂的去除效果，但阳离子型聚丙烯酰胺可以显著增加絮体尺寸，改善絮体沉降性能，减少絮体体积；而阴离子型聚丙烯酰胺对絮体没有明显的促进作用。 14．对不同浓度生化出水絮凝处理表明，除聚合氯化铝，无机絮凝剂主要通过电中和作用使有机物脱稳，因此，用量与废水浓度间存在化学计量关系。这种受废水化学性质影响。化学性质发生改变，化学计量关系不再存在。 15．絮凝工艺深度处理生化出水，最佳条件下，有机物去除率与脱色率分别在85％与96％以上，出水浊度低于 5NTU。 16．吸附实验结果表明，活性炭类型对絮凝出水有机物的去除效果有显著影响：粉末活性炭去除效果最佳，其次是粒状活性炭，圆柱状活性炭效果较差。 17．粉末活性炭对生化出水小分子有机物的吸附符合Langmuir吸附等温线，颗粒活性炭的吸附更符合Freundlich模型。 18．絮凝与吸附工艺联用，优化条件下，生化出水有机物去除率达到95％以上，并可实现完全脱色。出水有机物浓度低于50mg/L，出水可以回用，以减少处理费用。