第二章 预处理
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第二章 生物材料预处理技术
杂质多糖的去除方法：
• 酶解法
杂质DNA的去除法： • 核酸酶水解 • 超声波破碎 • 离子交换层析或亲和层析
12
应用实例：发酵液的预处理
一、降低发酵液黏度—加热法
• 将发酵液温度升高到80℃，保温即可将其黏度降 低数十甚至数百倍 二、凝聚沉降分离悬浮物—凝聚剂法 如明矾凝聚法（测产品澄清液浊度）
–双电层（以及带同种电荷）
（图见下页）
–水化层
• 预处理应破坏料液的胶体的稳定性。
3
正电荷分布
负电荷分布
图1 胶体双电层结构
4
一、 凝聚和絮凝技术
（一）凝聚技术
凝聚技术原理：中性盐作用下，中和胶体粒子表面电 荷和脱去其水化层而使胶体粒子沉淀。 中和电荷：一般，菌体或细胞带负电荷，其周围吸附 正电荷，加入中性盐后，阳离子会中和负电荷，减少了 胶体间斥力，胶体粒子由于热运动碰撞而聚集沉淀。 去水化：中性盐离子的水化作用而破坏胶体粒子的水 化层，使胶体粒子能相互碰撞而凝聚沉淀。
5
常用的凝聚剂 金属离子凝聚能力比较
Al 3+ >Fe 3+ >H + > Ca 2+ > Mg 2+ > K + > Na + > Li +
常用的凝聚剂中性盐
Al2(SO4)3·18H2O（明矾）明矾净水原理
AlCl3.6H2O、FeCl较小，分离仍较困难。
水溶性 • 絮凝剂的用量 • 料液的pH值 • 搅拌速度和时间：变速搅拌
9
常用的絮凝剂 人工合成高分子聚合物 聚丙烯酰胺类：用量少（10-6级）、絮凝体粗大、效 果好，速度快，种类多，适用范围广。 聚乙烯亚胺衍生物类。 聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。 无机高分子聚合物絮凝剂：聚合铜盐，聚合铁盐。 天然有机高分子絮凝剂 壳聚糖，葡聚糖，明胶， 海藻酸钠等 微生物絮凝剂 主要为糖蛋白、黏多糖、纤维素及核酸等高分子物质。 安全，无毒，不污染环境。
• 酶解法
杂质DNA的去除法： • 核酸酶水解 • 超声波破碎 • 离子交换层析或亲和层析
12
应用实例：发酵液的预处理
一、降低发酵液黏度—加热法
• 将发酵液温度升高到80℃，保温即可将其黏度降 低数十甚至数百倍 二、凝聚沉降分离悬浮物—凝聚剂法 如明矾凝聚法（测产品澄清液浊度）
–双电层（以及带同种电荷）
（图见下页）
–水化层
• 预处理应破坏料液的胶体的稳定性。
3
正电荷分布
负电荷分布
图1 胶体双电层结构
4
一、 凝聚和絮凝技术
（一）凝聚技术
凝聚技术原理：中性盐作用下，中和胶体粒子表面电 荷和脱去其水化层而使胶体粒子沉淀。 中和电荷：一般，菌体或细胞带负电荷，其周围吸附 正电荷，加入中性盐后，阳离子会中和负电荷，减少了 胶体间斥力，胶体粒子由于热运动碰撞而聚集沉淀。 去水化：中性盐离子的水化作用而破坏胶体粒子的水 化层，使胶体粒子能相互碰撞而凝聚沉淀。
5
常用的凝聚剂 金属离子凝聚能力比较
Al 3+ >Fe 3+ >H + > Ca 2+ > Mg 2+ > K + > Na + > Li +
常用的凝聚剂中性盐
Al2(SO4)3·18H2O（明矾）明矾净水原理
AlCl3.6H2O、FeCl较小，分离仍较困难。
水溶性 • 絮凝剂的用量 • 料液的pH值 • 搅拌速度和时间：变速搅拌
9
常用的絮凝剂 人工合成高分子聚合物 聚丙烯酰胺类：用量少（10-6级）、絮凝体粗大、效 果好，速度快，种类多，适用范围广。 聚乙烯亚胺衍生物类。 聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。 无机高分子聚合物絮凝剂：聚合铜盐，聚合铁盐。 天然有机高分子絮凝剂 壳聚糖，葡聚糖，明胶， 海藻酸钠等 微生物絮凝剂 主要为糖蛋白、黏多糖、纤维素及核酸等高分子物质。 安全，无毒，不污染环境。
第二章样品的采集与预处理
（一）吸附色谱—— 利用吸附剂对不同 组分的物理吸附性能的差异 进行分离。吸附力相差越大分离效果越好。 固定相——固体吸附剂 流动相——气体或液体
（二）分配色谱
利用不同组分在两相中的不同分配系数来进行分离。 （溶解度的不同） 固定相——固体支持剂（担体）+固定液 流动相——气体或液体（与固定相不相溶） 纸层析： 纸是支持剂，结合水为固定相，溶剂作为流动相。
（一）浸提法 （从固体中萃取有效成分） 用适当的溶剂将固体样品中某种待测成分浸提 出来，又称“液——固萃取法”。
1. 提取剂的选择 由相似相溶原理选择
选溶剂沸点在45～80℃之间的，低，易挥发； 高， 不易提纯，浓缩，溶剂与提取物不好分离。
选稳定性好的溶剂。
2. 提取方法： 1）振荡浸渍法 2）捣碎法 3）索氏提取法
1. 硫酸磺化法（磺化法）
用浓硫酸处理样品，引进典型的极性官能团 SO3使脂肪、色素、蜡质等干扰物质变成极性较 大，能溶于水和酸的化合物，与那些溶于有机溶 剂的待测成分分开。
主要用于有机氯农药残留物的测定。
2. 皂化法
原理: 酯 + 碱
酸或脂肪酸盐 + 醇
（1） 用于白酒中总酯的测定，用过量的NaOH 将酯皂化掉，过量的碱再用酸滴定，最后由用 碱量来计算总酯。
③有机物分解彻底，操作简单。
缺点
①所需时间长。 ②因温度高易造成易挥发元素的损失。 ③坩埚对被测组分有吸留作用，使测定结 果和回收率降低。
2. 湿法消化
原理：样品中加入强氧化剂，并加热消煮，使 样品中的有机物质完全分解、氧化，呈气态逸 出，待测组分转化为无机物状态存在于消化液 中。
常用的强氧化剂有浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、 高锰酸钾、过氧化氢等。
（二）分配色谱
利用不同组分在两相中的不同分配系数来进行分离。 （溶解度的不同） 固定相——固体支持剂（担体）+固定液 流动相——气体或液体（与固定相不相溶） 纸层析： 纸是支持剂，结合水为固定相，溶剂作为流动相。
（一）浸提法 （从固体中萃取有效成分） 用适当的溶剂将固体样品中某种待测成分浸提 出来，又称“液——固萃取法”。
1. 提取剂的选择 由相似相溶原理选择
选溶剂沸点在45～80℃之间的，低，易挥发； 高， 不易提纯，浓缩，溶剂与提取物不好分离。
选稳定性好的溶剂。
2. 提取方法： 1）振荡浸渍法 2）捣碎法 3）索氏提取法
1. 硫酸磺化法（磺化法）
用浓硫酸处理样品，引进典型的极性官能团 SO3使脂肪、色素、蜡质等干扰物质变成极性较 大，能溶于水和酸的化合物，与那些溶于有机溶 剂的待测成分分开。
主要用于有机氯农药残留物的测定。
2. 皂化法
原理: 酯 + 碱
酸或脂肪酸盐 + 醇
（1） 用于白酒中总酯的测定，用过量的NaOH 将酯皂化掉，过量的碱再用酸滴定，最后由用 碱量来计算总酯。
③有机物分解彻底，操作简单。
缺点
①所需时间长。 ②因温度高易造成易挥发元素的损失。 ③坩埚对被测组分有吸留作用，使测定结 果和回收率降低。
2. 湿法消化
原理：样品中加入强氧化剂，并加热消煮，使 样品中的有机物质完全分解、氧化，呈气态逸 出，待测组分转化为无机物状态存在于消化液 中。
常用的强氧化剂有浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、 高锰酸钾、过氧化氢等。
经济学第二章时间序列的预处理课件
9
平稳时间序列的意义
时间序列数据结构的特殊性
可列多个随机变量，而每个变量只有一个样 本观察值
平稳性的重大意义
极大地减少了随机变量的个数，并增加了待 估变量的样本容量
极大地简化了时序分析的难度，同时也提高 了对特征统计量的估计精度
10
平稳性的检验（图检验方法）
时序图检验
根据平稳时间序列均值、方差为常数的性质， 平稳序列的时序图应该显示出该序列始终在 一个常数值附近随机波动，而且波动的范围 有界、无明显趋势及周期特征
实际应用的局限性
3
特征统计量
均值 方差
t EX t xdFt (x)
DX t
E(Xt t )2
2
(x t ) dFt (x)
自协方差
(t, s) E( X t t )( X s s )
自相关系数
(t, s) (t, s)
DXt DXs
4
平稳时间序列的定义
30
例2.5时序图
31
例2.5自相关图
32
例2.5白噪声检验结果
延迟阶数 6 12
LB统计量检验
LB检验统计 量的值
75.46
P值 <0.0001
82.57
<0.0001
33
本章结构
平稳性检验 纯随机性检验
1
2.1平稳性检验
特征统计量 平稳时间序列的定义 平稳时间序列的统计性质 平稳时间序列的意义 平稳性的检验
2
概率分布
概率分布的意义
随机变量族的统计特性完全由它们的联合分布函数 或联合密度函数决定
时间序列概率分布族的定义 {Ft1,t2,,tm (x1, x2,, xm )} m(1,2,, m),t1,t2,,tm T
平稳时间序列的意义
时间序列数据结构的特殊性
可列多个随机变量，而每个变量只有一个样 本观察值
平稳性的重大意义
极大地减少了随机变量的个数，并增加了待 估变量的样本容量
极大地简化了时序分析的难度，同时也提高 了对特征统计量的估计精度
10
平稳性的检验（图检验方法）
时序图检验
根据平稳时间序列均值、方差为常数的性质， 平稳序列的时序图应该显示出该序列始终在 一个常数值附近随机波动，而且波动的范围 有界、无明显趋势及周期特征
实际应用的局限性
3
特征统计量
均值 方差
t EX t xdFt (x)
DX t
E(Xt t )2
2
(x t ) dFt (x)
自协方差
(t, s) E( X t t )( X s s )
自相关系数
(t, s) (t, s)
DXt DXs
4
平稳时间序列的定义
30
例2.5时序图
31
例2.5自相关图
32
例2.5白噪声检验结果
延迟阶数 6 12
LB统计量检验
LB检验统计 量的值
75.46
P值 <0.0001
82.57
<0.0001
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本章结构
平稳性检验 纯随机性检验
1
2.1平稳性检验
特征统计量 平稳时间序列的定义 平稳时间序列的统计性质 平稳时间序列的意义 平稳性的检验
2
概率分布
概率分布的意义
随机变量族的统计特性完全由它们的联合分布函数 或联合密度函数决定
时间序列概率分布族的定义 {Ft1,t2,,tm (x1, x2,, xm )} m(1,2,, m),t1,t2,,tm T
第二章时间序列的预处理
),,(),,(21,,21,,2121m t t t m t t t x x x F x x x F m m τττ+++=第二章 时间序列的预处理 2.1 平稳性检验 2.1.1 特征统计量 一、概率分布对时间序列},{T t X t ∈，,,,,21T t t t N m m ∈∀∈∀ 联合概率分布记为),,(21,,21m t t t x x x F m，由这些有限维分布函数构成的全体记为：},,,),,2,1(),,,({2121,,21T t t t m m x x x F m m t t t m ∈∀∈∀成为序列}{t X 的概率分布族二、特征统计量对时间序列},{T t X t ∈，取T s t ∈∀, 1、均值t t EX =μ为}{t X 在t 时刻的均值函数，},{T t t ∈μ反映},{T t X t ∈每时每刻的平均水平 2、方差2)(t t t X E DX μ-=3、自协方差函数（autocovariance function)和自相关函数(autocorrelatioi function) 定义 ),(s t γ为}{t X 的协方差函数：))((),(s s t t X X E s t μμγ--= 定义),(s t ρ为}{t X 的自相关系数，ACF. st DXDX s t s t ⋅=),(),(γρ2.1.2 平稳时间序列的定义 一、严平稳只有当序列所有的统计性质都不会随着时间的推移而发生变化时，该序列才能被认为是严平稳的。
定义 2.1 设}{t X 为一时间序列，对任意正整数m ，任取T t t t m ∈ ,,21，对任意整数τ 有则称时间序列}{t X 为严平稳时间序列。
二、宽平稳定义 2.2 如果}{t X 满足如下三个条件： （1）任取∞∈ 2,tEX T t 有；（2）任取μμ,,=∈tEXT t 有为常数；（3）任取),(),(T,t -s k T,k s,t,t s k k s t -+=∈+∈γγ有且; 则称}{t X 为宽平稳时间序列。
第二章：原料的预处理制药分离工程
二、细胞破碎评价及应用案例
细胞破碎评价：
细胞破碎率：被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分比
S = N0 − N 100% N0
N0和N主要通过直接和间接两类方式获得
应用案例：紫球藻细胞破碎方法研究
问题：紫球藻藻红蛋白为胞内产物，如何高产率的提取？ 关键：采用何种有效的藻类细胞破碎技术？ 工艺设计：对比反复冻融法和超声波细胞破碎法 反复冻融法破碎细胞方法：
一、 清洗及净选
1. 原料的清洗
2. 原料的净选
滚筒式洗药机
风选机
二、切片与粉碎 (一) 基本要求
切片目的：为了保证煎药或提取质量和效率，或者有利
于进一步炮制和调配
粉粹目的：均化和解离
(二) 基本方法和工艺
切片：切、镑、刨、锉、劈五种类型 粉粹： 干法、湿法、低温和超细粉碎
主要设备： 切片：往复式和旋转式切药机 粉粹：机械式粉碎机、气流粉碎机、
96 29.7 90
65 27.8
-20 478 249 47.9 272 145 46.7 230 116 49.5
-30
478 139
71
278
86 69.2 230
64 72.2
在相同温度下不同密度的细胞破碎率变化不大 而在同一密度下，温度对细胞破碎率的影响很大：随着冻融温 度的降低，细胞破碎率明显增大，-20℃ 时破碎率在50%左右 ，-30℃时破碎率达到70%左右
将三种不同密度的紫球藻藻液分别在-10℃、-20℃、-30 ℃ 温度下进行冻融，采用每次冷冻8 h，37 ℃温水浴中融解5 min 超声波法破碎细胞方法：
方案一 方案二 方案三 方案四
占空比（%） 0 20 50 50
输出功率（W） 135 140 150 150
第二章 发酵液的预处理
3、化学变性沉淀法 使蛋白质变性的化学因素有：极端pH、 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。 生产常用的方法： （1）调pH使蛋白质变性沉淀 如在抗生素生产中，常将发酵液pH调 至酸性范围(pH2~3)或碱性范围(pH8~9)使 蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质 较多。
（2）加入有机溶剂、碱金属中性盐、表面活性剂等， 使蛋白质粒子的双电层破坏，而沉淀。 （3）加入化学试剂 pH＜PI，与一价阴离子形成沉淀； pH＞PI，与一些阳离子形成沉淀 蛋白质在酸性溶液中，与阴离子（三氯乙酸盐 等）形成沉淀； 在碱性溶液中，与阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、 Fe3+、Pb2+）形成沉淀。
2、絮凝 （1）机理：絮凝剂主要起架桥作用，即一 个高分子聚合物（絮凝剂）的许多链节分 别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联 接时，形成了较大的絮团。
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物， 其相对分子量可达数万至一千万，具有长 链状结构，其链节上含有许多活性官能团。 通过静电引力、范德华力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的表面。 絮凝剂的结构要求： 一方面要求其分子必须含有较多的活性 官能团，使之能和胶体粒子结合； 另一方面要求有长链的线性结构，以便 同时和多个胶体粒子结合。
三、调整pH法（常用方法） pH直接影响发酵液中某些物质的电解质 和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤 特性。 原理： （1）等电点沉淀法 大多数蛋白质的等电点在酸性范围内 （pH4.0-5.5），利用酸性来调节发酵液pH 使之达到等电点，可除去蛋白质等酸性两 性物质。
（2）在膜过滤中，发酵液中的大分子物 质易于与膜发生吸附，调整pH改变易吸附 分子的电荷性质，减少堵塞和污染。 （3）细胞、细胞碎片及某些胶体物质等 在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大 颗粒，有利于过滤的进行。
生物工艺学第二章发酵液的预处理与固液分离2
收集胞内产物的细胞或菌体，分离除 去液相，
收集含生化物质的液相，分离除去固 体悬浮物（细胞、菌体、细胞碎片、 蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等）。
42
二 常见的固液分离方法
过滤 离心 膜分离 双水相萃取 ATPS 扩张床吸附 EBA
43
（一） 过 滤
过滤操作是借助于过滤介质，在一定的 压力差ΔP作用下，使悬浮液中的液体通过 介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上， 从而实现固液分离的单元操作。
发酵液中的杂质
A.高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）
在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。
B.杂蛋白
常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过滤效率。 采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力， 有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。
因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。
4
为何要对发酵液进行预处理？
固液分离方法主要是过滤和离心。 对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度
大，不能直接过滤，若用高速离心，能耗很大， 设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生 膜污染，通量降低。 发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它 有机粘性物质的存在也会影响固液分离。 因而寻找一种经济有效的方法来提高固液分离 速度显得十分必要。
24
目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺， 用于食品和医药工业时应谨慎。
25
2）天然有机高分子絮凝剂
收集含生化物质的液相，分离除去固 体悬浮物（细胞、菌体、细胞碎片、 蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等）。
42
二 常见的固液分离方法
过滤 离心 膜分离 双水相萃取 ATPS 扩张床吸附 EBA
43
（一） 过 滤
过滤操作是借助于过滤介质，在一定的 压力差ΔP作用下，使悬浮液中的液体通过 介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上， 从而实现固液分离的单元操作。
发酵液中的杂质
A.高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）
在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。
B.杂蛋白
常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过滤效率。 采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力， 有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。
因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。
4
为何要对发酵液进行预处理？
固液分离方法主要是过滤和离心。 对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度
大，不能直接过滤，若用高速离心，能耗很大， 设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生 膜污染，通量降低。 发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它 有机粘性物质的存在也会影响固液分离。 因而寻找一种经济有效的方法来提高固液分离 速度显得十分必要。
24
目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺， 用于食品和医药工业时应谨慎。
25
2）天然有机高分子絮凝剂
第二章 预处理及固—液分离
4、过滤技术在生物技术中的应用
23、惰性助滤剂的使用
1）基本概念和使用方法
种颗粒均匀．质地坚硬．不可压缩的粉状或纤维状 的固体，能形成疏松结构。它能使滤饼疏松，减 小过滤阻力．使滤速增大，提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。
要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液 中，且颗粒大小合适，助滤剂中还不应含有可溶 于滤液的物质，以免污染滤液。助滤剂必须不吸 附或很少吸附生化物质。
对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步
骤。常用来分离固体量较大的悬浮液.
在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收 率。
根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
澄清过滤：
过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当悬浮液通过滤 层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清，适合于固体 含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离，如河水、麦 芽汁、酒类和饮料等的澄清。
2）固体剪切：研磨，珠磨，捣碎。
• 高速珠磨法
• 设备是珠后机，瑞士WBC公司和德国西门 子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机 下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆 作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间 和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含 物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎 室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中， 生的热量由夹套中的冷却液带走。 存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计 并且珠子之间的液体损失30％左右。
4.酶解法（enzymatic lysis）：
外加酶法： 根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶：溶菌酶、 纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解， 使细胞内含物释放出来。有些细菌对溶菌酶不敏感，加入 少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏 感而溶解。 自溶法（autolysis）: 在一定PH和适当的温度下，利用组织细胞内自身的酶系 统将细胞破碎的方法。此过程需较长时间，常用少量防腐 剂如甲苯、氯仿等防止细胞的污染。
23、惰性助滤剂的使用
1）基本概念和使用方法
种颗粒均匀．质地坚硬．不可压缩的粉状或纤维状 的固体，能形成疏松结构。它能使滤饼疏松，减 小过滤阻力．使滤速增大，提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。
要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液 中，且颗粒大小合适，助滤剂中还不应含有可溶 于滤液的物质，以免污染滤液。助滤剂必须不吸 附或很少吸附生化物质。
对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步
骤。常用来分离固体量较大的悬浮液.
在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收 率。
根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
澄清过滤：
过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当悬浮液通过滤 层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清，适合于固体 含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离，如河水、麦 芽汁、酒类和饮料等的澄清。
2）固体剪切：研磨，珠磨，捣碎。
• 高速珠磨法
• 设备是珠后机，瑞士WBC公司和德国西门 子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机 下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆 作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间 和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含 物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎 室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中， 生的热量由夹套中的冷却液带走。 存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计 并且珠子之间的液体损失30％左右。
4.酶解法（enzymatic lysis）：
外加酶法： 根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶：溶菌酶、 纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解， 使细胞内含物释放出来。有些细菌对溶菌酶不敏感，加入 少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏 感而溶解。 自溶法（autolysis）: 在一定PH和适当的温度下，利用组织细胞内自身的酶系 统将细胞破碎的方法。此过程需较长时间，常用少量防腐 剂如甲苯、氯仿等防止细胞的污染。
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性废水流过此滤床即被中和。过滤中和法与投药中和法相 比，具有操作方便，运行费用低及劳动条件好等优点，它 产生的沉渣少．只有废水体积的0.1％，主要缺点是进水硫 酸浓度受到限制。常用的滤料有石灰石、大理石、白云石 三种，其中前两种的主要成分是 CaCO3，而第三种的主要 成分是 CaCO3、MgCO3。
4. 已知某化工厂的酸性废水的平均日流量 为1000m/d,废水流量及盐酸浓度列于表 中，求6h的平均浓度和调节池的容积。 数据如下表：
return
习题
return
第二节 筛滤 格栅 筛网 筛余物的处置
return
格栅分类 按形状分
格栅
return
按栅条净间隙e来分
按清渣方式来分
各种格栅及格栅除污机 动画演示
第二章 预处理
第一节 水质和水量调节
第二节 筛滤
第三节 中和 思考题 作业
第一节 水质和水量调节
水量调节
水质调节
水量水质调节
return
水量调节
水量调节池是一座变水位的贮水池，来水重力流，出水用泵 抽，贮存盈余，补充短缺。
图5-1 水量调节池
return
废水流量变化曲线
150
流量曲线
100 50
return
（2）调节池工艺尺寸的确定：
先取有效水深1.5～2.0m，则池面积,
F
WT H 有效
定池宽、池长
(3)水质调节池的形式 方形 圆形 点击看示意图
均质沉淀池：当废水中SS高时，则可 采用均质沉淀池。池侧沿程进水，使 同时进池的污水转变为前后出水，达 到与不同时序的污水混合的目的。
return
(1)调节池的容积
t qi
WT
i 1
2
实际要求的池容
t qi
WT i 1 2
式中：η=0.7（容积加大系数）
从废水的水量水质变化曲线图表上选择
其流量和水质浓度较高的时段。
求该时段废水平均浓度与废水累计量。
return
穿孔导流槽调节池
１－进水 ２－集水 ３－出水 ４－纵向隔墙 ５－横向隔墙 ６－配水槽
4. 沉淀池能否起到均量均质的作用？ 5. 水质污染的性质和成因以及危害？ 6. 常用的预处理方法有哪些？
return
习题
1. 山区浅水河流取水方式有何特点？试述低坝式取水和底栏 栅取水的构造组成和适用范围。 2. 水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、 特点及一般去处方法。 3. 已知某城市的最大设计污水量Q=0.2m/s，K=1.5，计算格 栅各部尺寸。
这时应采用中和处理，以减少对水生生物的影响。 ❖ (2)工业废水排入城市下水道系统前，以免对管道系统造
成腐蚀,在排入前对工业废水进行中和，比对工业废水与 其他废水混合后的大量废水进行中和要经济的多。 ❖ (3)化学处理或生物处理之前,对生物处理而言,需将处理 系统的 pH维持在6.5～8.5范围内，以确保最佳的生物 活力。
栅条间隙e 16～25mm：0.10～0.05m3渣/103m3污水 30～50mm：0.03～0.01m3渣/103m3污水 栅渣含水率80%±，容重960kg/m3 当栅渣量>0.2m3/日，则应采用机械清渣
设计计算
栅槽宽度B B=S（n-1）＋en(m) 式中：n—格栅间隙数（个）
n Qmax sinα ehV
return
栅槽总长度L（m）
L
l1
l2
1.0
0.5
H1
tg
(m)
式中：l1—渐扩部分长度，m l2—渐缩部分长度，m l2=l1/2 H1—栅前槽高，m， H1=h＋h2（m）
K总
栅渣量W（m3/d)
W Qmax •W1 86400 K总 1000
式中： W1—栅渣量标准（m3/103 m3污水） K总—总变化系数
中和滤池主要有普通中和滤池、 升流式滤池和滚筒中和滤池三种类 型。
普通中和滤池为固定床形式。按水流方向分平流式和 竖流式两种。目前较常用的为竖流式，它又可分为升流 式和降流式两种。普通中和滤池滤料粒径一般为30～ 50mm，不能混有粉料杂质。当废水中含有可能堵塞滤 料的杂质时，应进行预处理。
return
return
废水流量累积曲线如图2-1所示
1600
b
C
90m3
1400
A
废水累
1200
积曲线
Ed
1000
600
出水累
800
计曲线
400
220m3
600
300
90+220=310m3
400
200
池中水量
200
变化曲线
100
a
0
0
6
12
18
24
图2-1 某厂废水流量累积曲线
池中水量(m3)
return
质和水量变化决定采用何种中和设备。 ①当水质和水量较稳定或后续处理对
pH值要求较宽时，可直接在集水井、管 道或混合槽中进行连续中和反应。
②当水质和水量较稳定而后续处理对 pH值要求高时，可设连续流中和池。
二、碱性废水的中和处理
(一)利用废酸性物质中和法 废酸性物质包括含酸废水、姻道气等.烟道气中 CO2含量可
return
(三)利用碱性废水中和法 如厂内或区内也有碱性废水排出，则可利用碱性疲水来中
和酸性废水，达到以废治废的目的。此时应进行中和能力的 计算，即参与反应的酸和碱的当量数应相同。必须注意对于 弱酸或弱碱,由于反应生成盐的水解，尽管反应达到等当量点， 但溶液井非中性，pH值取决于生成盐的水解度。废水水
高达24％，此外有时还含有SO2和 H2S，故可用来中和碱性 废水。
利用酸性废水中和法和利用碱性废水中和酸性废水原理基本 相同.
return
(二)药剂中和法 常用的药剂是硫酸、盐酸及压缩二氧化碳。硫酸的价格较低，
应用最广。盐酸的优点是反应物溶解度高，沉渣量少，但价格 较高。用无机酸中和碱性废水的工艺流程与设备，和药剂中和 酸性废水的基本相同，在此不再赘述。用 CO2中和碱性废水， 采用设备与烟道气处理碱性废水类似，均为逆流接触反应塔。 用CO2做中和剂可以不需pH控制装置，但由于成本较高，在 实际工程中使用不多，一般均用烟道气。
Ga
KQ(c1a1
c2a2 )
式中 Ga—总耗药量， kg/d； Q— 酸性废水量, m3/d； c1、c2——废水中酸的浓度和酸性盐的浓度， kg/m3； α1 α2——中和lkg酸和酸性盐所需的碱量， kg/kg； K ——不均匀系数； α——中和剂的纯度，％。
return
中和过程中形成的沉渣体积庞大，约占处理水体积的 2％，脱水麻烦，应及时清除，以防堵塞管道。一艇可采用 沉淀池进行分离。沉渣量可根据试验确定，也可按下式计 算：
平均流量曲线 61.0
ΣQ=1464m/ 3 d
0
6
12
18
图2-1 某厂废水流量曲线
24
return
生产周期T内废水总量WT（m3）
T
WT
qi ti
ti 0
式中：qi——ti时段内废水的平均流量，m3/h ti——时段,h 在周期T内废水平均流量Q（m3/h）
Q WT T
T
qiti
ti 0 T
格栅设计注意点
1. 防止栅前垒水：栅后渠底应比栅前渠底低h。
2. 二个平行格栅的设计。
3. 栅前渠道的断面尺寸的确定：由栅前流速与栅前水深 而决定
筛网的各种形式
筛网
return
水力筛网
筛余物的处置
截留污物的去除:填埋、焚烧、堆肥或粉碎机粉碎后 返回废水中。
return
第三节 中和
❖ 中和处理适用于废水处理中的下列情况。 ❖ (1)废水排入受纳水体前，其pH值指标超过排放标准。
（1）出水累计曲线OA，其斜率即为出水流量。 （2）池中水量变化曲线。 （3）水量调节池的容积确定：V（m3）
V=DB+CE
return
水质调节
不仅要求有足够的池容，而且要求不同时段流入池内的废水 都能达到完全混合。
混合方式： 用动力混合 用水力混合：
水泵搅拌混合 空气搅拌混合 机械搅拌混合
return
同心圆型调节池
return
均质均量调节池
均量——池中水位应变化→V池 均质——池中水量应混合→V池。 二者之中取其大者。
return
思考题
1. 水量调节池容积应如何确定？正常运行的平流式沉 淀池能否起到水量和水质的调节作用，为什么？ 2. 废水均和调节有哪几种方式，各有何优缺点？ 3. 水体水质现状评价分类及其概念？
各种格栅 及格栅除污机动画演示
各种格栅
自动机械格栅 钢丝绳牵引格栅
WG型机械格栅
各种格栅除污机
弧形格栅除污机
进水泵房格栅除污机
格栅设计
设计参数
过栅流速：0.6～1.0m/s 栅前渠道内流速：0.4～0.9m/s 栅前倾角：45°～ 75°，90° 水头损失一般为：0.08～0.15m 栅渣量标准：与格栅间间隙大小有关
G＝Ga(Φ十e)十Q(S-c-d)
式中 G——沉渣量， kg/ d Φ——消耗单位药剂产生的盐量， kg/ks， e——单位药剂中杂质含量， kg/ks； S ——废水中悬浮物浓废， kg/m3； c ——中和后溶于废水中的盐量，kg/m3； d——中和后出水悬浮物浓度， kg/m3。
(二)过滤中和法 过滤中和法是选择碱性滤料填充成一定形式的滤床，酸
e—栅条净间隙，m Qmax —最大设计流量，m3/s α—格栅倾角；h—栅前水深（m） v—过栅流速，m/s
过栅水头损失h1（m）
4. 已知某化工厂的酸性废水的平均日流量 为1000m/d,废水流量及盐酸浓度列于表 中，求6h的平均浓度和调节池的容积。 数据如下表：
return
习题
return
第二节 筛滤 格栅 筛网 筛余物的处置
return
格栅分类 按形状分
格栅
return
按栅条净间隙e来分
按清渣方式来分
各种格栅及格栅除污机 动画演示
第二章 预处理
第一节 水质和水量调节
第二节 筛滤
第三节 中和 思考题 作业
第一节 水质和水量调节
水量调节
水质调节
水量水质调节
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水量调节
水量调节池是一座变水位的贮水池，来水重力流，出水用泵 抽，贮存盈余，补充短缺。
图5-1 水量调节池
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废水流量变化曲线
150
流量曲线
100 50
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（2）调节池工艺尺寸的确定：
先取有效水深1.5～2.0m，则池面积,
F
WT H 有效
定池宽、池长
(3)水质调节池的形式 方形 圆形 点击看示意图
均质沉淀池：当废水中SS高时，则可 采用均质沉淀池。池侧沿程进水，使 同时进池的污水转变为前后出水，达 到与不同时序的污水混合的目的。
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(1)调节池的容积
t qi
WT
i 1
2
实际要求的池容
t qi
WT i 1 2
式中：η=0.7（容积加大系数）
从废水的水量水质变化曲线图表上选择
其流量和水质浓度较高的时段。
求该时段废水平均浓度与废水累计量。
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穿孔导流槽调节池
１－进水 ２－集水 ３－出水 ４－纵向隔墙 ５－横向隔墙 ６－配水槽
4. 沉淀池能否起到均量均质的作用？ 5. 水质污染的性质和成因以及危害？ 6. 常用的预处理方法有哪些？
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习题
1. 山区浅水河流取水方式有何特点？试述低坝式取水和底栏 栅取水的构造组成和适用范围。 2. 水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、 特点及一般去处方法。 3. 已知某城市的最大设计污水量Q=0.2m/s，K=1.5，计算格 栅各部尺寸。
这时应采用中和处理，以减少对水生生物的影响。 ❖ (2)工业废水排入城市下水道系统前，以免对管道系统造
成腐蚀,在排入前对工业废水进行中和，比对工业废水与 其他废水混合后的大量废水进行中和要经济的多。 ❖ (3)化学处理或生物处理之前,对生物处理而言,需将处理 系统的 pH维持在6.5～8.5范围内，以确保最佳的生物 活力。
栅条间隙e 16～25mm：0.10～0.05m3渣/103m3污水 30～50mm：0.03～0.01m3渣/103m3污水 栅渣含水率80%±，容重960kg/m3 当栅渣量>0.2m3/日，则应采用机械清渣
设计计算
栅槽宽度B B=S（n-1）＋en(m) 式中：n—格栅间隙数（个）
n Qmax sinα ehV
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栅槽总长度L（m）
L
l1
l2
1.0
0.5
H1
tg
(m)
式中：l1—渐扩部分长度，m l2—渐缩部分长度，m l2=l1/2 H1—栅前槽高，m， H1=h＋h2（m）
K总
栅渣量W（m3/d)
W Qmax •W1 86400 K总 1000
式中： W1—栅渣量标准（m3/103 m3污水） K总—总变化系数
中和滤池主要有普通中和滤池、 升流式滤池和滚筒中和滤池三种类 型。
普通中和滤池为固定床形式。按水流方向分平流式和 竖流式两种。目前较常用的为竖流式，它又可分为升流 式和降流式两种。普通中和滤池滤料粒径一般为30～ 50mm，不能混有粉料杂质。当废水中含有可能堵塞滤 料的杂质时，应进行预处理。
return
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废水流量累积曲线如图2-1所示
1600
b
C
90m3
1400
A
废水累
1200
积曲线
Ed
1000
600
出水累
800
计曲线
400
220m3
600
300
90+220=310m3
400
200
池中水量
200
变化曲线
100
a
0
0
6
12
18
24
图2-1 某厂废水流量累积曲线
池中水量(m3)
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质和水量变化决定采用何种中和设备。 ①当水质和水量较稳定或后续处理对
pH值要求较宽时，可直接在集水井、管 道或混合槽中进行连续中和反应。
②当水质和水量较稳定而后续处理对 pH值要求高时，可设连续流中和池。
二、碱性废水的中和处理
(一)利用废酸性物质中和法 废酸性物质包括含酸废水、姻道气等.烟道气中 CO2含量可
return
(三)利用碱性废水中和法 如厂内或区内也有碱性废水排出，则可利用碱性疲水来中
和酸性废水，达到以废治废的目的。此时应进行中和能力的 计算，即参与反应的酸和碱的当量数应相同。必须注意对于 弱酸或弱碱,由于反应生成盐的水解，尽管反应达到等当量点， 但溶液井非中性，pH值取决于生成盐的水解度。废水水
高达24％，此外有时还含有SO2和 H2S，故可用来中和碱性 废水。
利用酸性废水中和法和利用碱性废水中和酸性废水原理基本 相同.
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(二)药剂中和法 常用的药剂是硫酸、盐酸及压缩二氧化碳。硫酸的价格较低，
应用最广。盐酸的优点是反应物溶解度高，沉渣量少，但价格 较高。用无机酸中和碱性废水的工艺流程与设备，和药剂中和 酸性废水的基本相同，在此不再赘述。用 CO2中和碱性废水， 采用设备与烟道气处理碱性废水类似，均为逆流接触反应塔。 用CO2做中和剂可以不需pH控制装置，但由于成本较高，在 实际工程中使用不多，一般均用烟道气。
Ga
KQ(c1a1
c2a2 )
式中 Ga—总耗药量， kg/d； Q— 酸性废水量, m3/d； c1、c2——废水中酸的浓度和酸性盐的浓度， kg/m3； α1 α2——中和lkg酸和酸性盐所需的碱量， kg/kg； K ——不均匀系数； α——中和剂的纯度，％。
return
中和过程中形成的沉渣体积庞大，约占处理水体积的 2％，脱水麻烦，应及时清除，以防堵塞管道。一艇可采用 沉淀池进行分离。沉渣量可根据试验确定，也可按下式计 算：
平均流量曲线 61.0
ΣQ=1464m/ 3 d
0
6
12
18
图2-1 某厂废水流量曲线
24
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生产周期T内废水总量WT（m3）
T
WT
qi ti
ti 0
式中：qi——ti时段内废水的平均流量，m3/h ti——时段,h 在周期T内废水平均流量Q（m3/h）
Q WT T
T
qiti
ti 0 T
格栅设计注意点
1. 防止栅前垒水：栅后渠底应比栅前渠底低h。
2. 二个平行格栅的设计。
3. 栅前渠道的断面尺寸的确定：由栅前流速与栅前水深 而决定
筛网的各种形式
筛网
return
水力筛网
筛余物的处置
截留污物的去除:填埋、焚烧、堆肥或粉碎机粉碎后 返回废水中。
return
第三节 中和
❖ 中和处理适用于废水处理中的下列情况。 ❖ (1)废水排入受纳水体前，其pH值指标超过排放标准。
（1）出水累计曲线OA，其斜率即为出水流量。 （2）池中水量变化曲线。 （3）水量调节池的容积确定：V（m3）
V=DB+CE
return
水质调节
不仅要求有足够的池容，而且要求不同时段流入池内的废水 都能达到完全混合。
混合方式： 用动力混合 用水力混合：
水泵搅拌混合 空气搅拌混合 机械搅拌混合
return
同心圆型调节池
return
均质均量调节池
均量——池中水位应变化→V池 均质——池中水量应混合→V池。 二者之中取其大者。
return
思考题
1. 水量调节池容积应如何确定？正常运行的平流式沉 淀池能否起到水量和水质的调节作用，为什么？ 2. 废水均和调节有哪几种方式，各有何优缺点？ 3. 水体水质现状评价分类及其概念？
各种格栅 及格栅除污机动画演示
各种格栅
自动机械格栅 钢丝绳牵引格栅
WG型机械格栅
各种格栅除污机
弧形格栅除污机
进水泵房格栅除污机
格栅设计
设计参数
过栅流速：0.6～1.0m/s 栅前渠道内流速：0.4～0.9m/s 栅前倾角：45°～ 75°，90° 水头损失一般为：0.08～0.15m 栅渣量标准：与格栅间间隙大小有关
G＝Ga(Φ十e)十Q(S-c-d)
式中 G——沉渣量， kg/ d Φ——消耗单位药剂产生的盐量， kg/ks， e——单位药剂中杂质含量， kg/ks； S ——废水中悬浮物浓废， kg/m3； c ——中和后溶于废水中的盐量，kg/m3； d——中和后出水悬浮物浓度， kg/m3。
(二)过滤中和法 过滤中和法是选择碱性滤料填充成一定形式的滤床，酸
e—栅条净间隙，m Qmax —最大设计流量，m3/s α—格栅倾角；h—栅前水深（m） v—过栅流速，m/s
过栅水头损失h1（m）