Chapter3-水体污染的生物处理技术.pptx

第三章 废水生物处理工程技术,第一节 废水的来源及特点 废水的来源及特征 化学工业、多行业、多品种的工业部门、废水排放量大、含污染物成份、浓度分布复杂 主要来源： （1）原料和产品的生产、包装、运输、堆放过程中流失、经雨水或用洗水冲刷产生；（2）化学反应不完全而产生；（3）副反应过程产生的排污液；（4）冷却水；（5）生产工艺的排放废水；（6）设备和地面的冲洗水，雨、雪水；,2、废水分类 有机废水；无机废水；混合废水。 二、废水处理方法问题 1、一般处理原则：从清洁生产的角度，改革生产工艺和设备，实行原料，中间体综合利用减少污染物；对于必须排放的废水，实行集中排放，系统处理的原则；根据水质，分别采取一、二、三级处理： 、一级处理，主要分离水中悬浮固体物，胶状物，浮油或重油，常用物理方法,、二级处理， 是一级处理过的废水后续处理过程。主要去除可生物降解的有机溶解物和部分胶状物的污染，也就是去除废水的BOD和部分COD，二级处理一般以生物处理为主体，辅以化学混凝和化学沉降等方法。对于难以生物降解的废水，有时则以化学和物化处理法为主。 、三级处理， 水环境卫生标准要求高、排放还需再用的情况下，二级处理出水须予以深度净化，主要去除生物难降解的有机污染物和溶解的微量无机物，常用活性炭吸附、化学氧化、离子交换、膜分离技术处理。,衡量有机废水的污染指标,BOD5生物耗氧量 20下，pH78，1L污水中有机物，进行微生物氧化，5日消耗分子氧PPM数 所有影响微生物降解的因素， 如温度、时间等将影响BOD的测定。 最终BOD是指全部的有机物质经生化降解和细菌内源呼吸消耗的氧。一般采用20和培养5天的时间作为标准。以 BOD5表示，通常用毫克/升或ppm作为BOD的量度单位。 城市污水BOD一般在100250mg/L,CODCr 和 CODMn 化学需氧量（COD）：水中有机成分被完全氧化所需要的氧量。 化学需氧量的测定，根据所用氧化剂的不同，分为高锰酸钾法（OC，习惯称为耗氧量）和重铬酸钾法（Chemical Oxygen Demand，COD）。 CODCr重铬酸钾法：水样在强酸(K2Cr2O7+H2SO4)条件下，加热回流2小时，剩余的重铬酸钾用亚铁盐滴定测定。对有机物氧化比较完全，对苯、甲苯等芳香烃类较难氧化，适用于各种水样。 CODMn 高锰酸钾法：操作简便快速，所需时间短，但对含氮有机物测定困难。在一定程度上可以说明水体受有机物污染的状况， 常被用于污染程度较轻的水样。 三者关系：CODBODOC,TP 总磷 水体总磷反映的是可溶性磷和不可溶磷的总和。不可溶磷在微生物作用下降解成可溶磷，磷和氮是评价富营养化的指标。 TN 总氮 包含硝态氮、氨态氮、亚硝态氮和其他化合形式的氮。氨氮是评价水体污染的重要指标。 pH 微生物生长的适宜pH介于6.58.5. pH9.0, 微生物代谢速率受抑制。 MLSS 混合液体悬浮固体浓度,2、废水处理方法分类,（1）物理处理法 处理不溶性悬浮态污染物常用重力分离、离心分离、筛滤载流法等。 （2）化学处理法 通过化学反应分离去除废水中易溶解，胶体态的污染物。常用投加药剂产生化学反应的方法有混凝、中和、氧化还原等。 （3）物理化学法 通过分子扩散、传质作用分离去除废水中污染物质。常用吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法、气提和吹脱法。 （4）生物处理法 通过微生物代谢作用，使废水中易溶解、胶体及细微悬浮污染物转化为无毒、无害的物质的方法；生物法：好氧生物处理；厌氧生物处理；组合生物处理。,3、废水分级处理内容,一级处理： 筛滤法；沉淀法；上浮法；预曝气法。 二级处理： 活性污泥法（已有90多年历史）； 生物膜法； 化学和物化处理法。,三级处理： 废水深度处理或高级处理，包括： 除磷； 除氮；生物硝化反硝化法，物理化学法，包括气提法，折点氧化，离子交换； 难降解有机物去除，物理化学方法，活性炭吸附，O3氧化等； 溶剂性无机物去除，物理化学法，离子交换电渗析和反渗透等； 病毒去除，化学法：用聚铝、聚铁盐混凝沉淀，臭氧杀灭消毒，理化法，中空纤维膜分离。,第二节 生物处理法,一、概述 1、原理 利用微生物代谢食物链氧化分解有机物。 与净化有关的生物群 它们存在微生物食物链平衡的重要关系 有机物细菌、真菌原生动物后生动物小鱼虾 细菌对分解作用起主要作用。原生动物，后生动物为保持生态平衡起不可缺少的作用。,3、微生物形貌特征： 菌类:0.11.0m，1ml MLSS中多为107108，常见超过20种。 细菌报告最多的有假单胞菌属、黃杆菌、球衣菌属、链球菌、无色杆菌、动胶杆菌等。大肠杆菌，产碱杆菌等，真菌：酵母菌、霉菌、担子菌等。 藻类：550m 原生动物 100m 1ml正常活性污泥的混合液存活数目500020000。常见：鞭毛虫、钟虫、纤毛虫、草履虫，有益的主要是小口钟虫、沟钟虫，循纤虫等三种。 后生动物 100105m 1ml活性污泥混合液中存活旋轮虫属；异尾轮虫属，狭甲轮虫属。常见的袋形腔轮虫等各5001000个，此外：腹毛虫、线形虫、水蚯蚓。,4、微生物生长条件： 菌类：多嗜温菌，2030 藻类：多适生长温度：2030 钟虫等原生动物：333最佳25 轮虫等后生动物：538最佳35,二、水体净化过程中的生物降解作用,1、微生物自身代谢所涉及的化学反应 呼吸链的氧化作用： a、乙醇氧化，b、乙醛氧化 厌氧过程还原作用： 反硝化，NO2NH3，NH3N2，H2SO4H2S脱硫 脱羧作用 脱氨作用 水解作用,2、细菌的能源利用 总的能量消耗 = 降解有机物能耗+自身代谢能耗 光合细菌：利用光能； 化能自养菌：利用CO2，氧化无机物，如FeS 比率CNP = 10051 异养菌：降解有机物，利用BOD5NP = 10051 有毒物质限制： 、金属离子，Cu10mg/L、Pb1mg/L、Cr80mg/L，Cd5mg/L； 、有机物：苯100mg/L，酚类100mg/L，驯化后，极限可适当提高 BOD：生物耗氧量,2、活性污泥中的微生物,活性污泥为3001000um的不定形细菌的凝集体。 活性污泥曝气池特殊环境限制了微生物大小（通气、搅拌等 ）最大的约1mm，主要是细菌和原生动物。 细菌：直接摄取可溶性有机物。 菌胶团：生枝动胶菌、浮游球衣菌、动胶菌是菌胶团的主体。 球衣菌属异常增多会导致污泥膨胀。 常见细菌：无色菌属，产碱菌属、芽孢杆菌属、黄细菌属为多。正常城市污水活性污泥1mg含菌约2.01071.6108个。,原生动物： 纤毛虫为主，污水处理中的重要指示生物。 真菌： 大多为水节霉属（Leptomitus）、毛霉属（Mucor）和半知菌类的木霉，酵母类的假丝酵母等 微小的后生动物： 活性污泥中，主要有轮虫类和线虫类，后生动物摄食污泥中的细菌、原生动物残骸等 活性污泥混合液中1ml轮虫数目200100，不超过微小动物总数的5,3原生动物和微型后生动物的作用,指示作用： 随着污水自净程度增加，高级微生物出现的次序： 细菌植物性鞭毛虫肉足类动物性鞭毛虫游泳型纤毛虫、吸管虫固着型纤毛虫轮虫 活性污泥培养初期 活性污泥培养中期 活性污泥培养成熟期,净化作用 大多数原生动物吞食有机颗粒和游离细菌等微小生物，对水质净化起积极作用 促进絮凝和沉淀作用 污水中净化作用和絮凝作用的主体是细菌，有些细菌必须有原生动物存在才可以絮凝。 如：弯豆形虫的促絮凝作用，钟虫尾柄和细菌形成大的絮凝体。 固着型纤毛虫和细菌形成絮体，完善了二沉池的泥水分离。,在提高水质方面作用,使水质透明：促进细菌的絮凝作用，提高细菌的沉淀效率；固型原生动物迅速沉降，好气细菌粘裹在其分泌物上，提高细菌去除效率；捕食游离细菌，捕食细菌使细菌密度大为下降，提高了细菌活动能力和对可溶性有机物摄取能力、降解能力。 降低水溶性有机物：原生动物本身也摄取可溶性有机物；与一般细菌一起，共同摄取病原微生物,原生动物在降低剩余污泥方面作用（减少二次污染）： 因为其捕食细菌，所以细菌和原生动物的转换率为0.5。生物量的少部分就等于被氧化。间接地对可溶性有机物起到降解的作用； 捕食细菌明显减少了剩余污泥量，原生动物比细菌容易受到环境变化的影响。因为夏季原生动物浓度高，所以剩余污泥量比冬季少； 原生动物分泌物絮凝作用，作细菌变成絮凝球，难以捕食，倒保护了活化的细菌。使细菌和原生动物的各自浓度在一定范围内处于平衡； 原生动物营养条件和生长环境： 、单一细菌不能维持生存，须几种菌混合为食 、T=5 35 pH6.57.5,4、后生动物作用,后生动物：轮虫、腹毛虫、线性虫、袋形虫，100-150m ，pH6.5-7.5 1、破坏絮凝体，形成新絮凝体，制造絮凝核心 2、捕食游离细菌 3、粘性分泌物，或排泄物和水中粘性物质形成类球，促进絮凝 4、轮虫运动力比钟虫强得多，捕食量大得多，有利于保持水质透明。,5、废水中有机物可生化处理的概况,1、CODcr去除率： CODcr去除率约达70%左右，因为其中不可降解的物质可吸附在活性污泥或生物膜上被除去。所以： CODcr去除率可完全生化降解的有机物,2、废水生物氧化过程： 时间过程：BOD5测定瓶作用过程污水中微生物生物氧化分三阶段： 第一阶段，污水异养微生物在生长过程同时可降解得有机物，排出还原性代谢产物； 第二阶段，原生动物捕食大量繁殖的细菌 第三阶段，自养菌把氨转化为硝酸盐，并利用CO2，所以所测BOD5只是反映第一阶段好氧分解状况。,第一节 废水好氧生物处理工程技术与应用,一、活性污泥法 1、活性污泥法的基本流程,活性污泥系统有效运行的条件： 足够的可溶性易降解物质； 溶解氧； 活性污泥的悬浮状态； 连续回流，及时排除； 没有毒物进入。,3、活性污泥的净化反应过程,活性污泥中有机物的降解通过以下几个阶段和作用： 絮凝、吸附作用：污水与活性污泥接触后很短时间内有机物浓度迅速降低，主要由吸附作用引起。 微生物的氧化分解阶段：一部分有机物被氧化分解，进程较慢。 凝聚、沉淀与浓缩：增长的菌体有机体絮凝，通过重力作用沉淀分离。,絮凝、吸附作用,微生物细胞各组分的电荷吸附，具有生物、物理、化学吸附作用和凝聚、沉淀作用。 活性污泥的大表面积（200010000m2/m3混合液）可以迅速吸附有机污染物，使得废水中的BOD和COD大幅度下降。,吸附作用的影响因素： 主要和微生物的生长期有关。 （1）溶解氧： 供氧不足会导致丝状菌等耐低溶氧的微生物滋长，使污泥不易沉淀，即污泥膨胀。 （2）营养物： BOD5/N/P的需要量满足在100:5:1 （3）温度和pH值 2030，pH6.59.0,II.微生物的氧化作用,好氧条件下，进行合成代谢和分解代谢。 有机物的降解、微生物增殖、内源代谢和耗氧的过程在曝气池内同步进行。 适宜条件下（温度、溶解氧、无抑制物质），活性污泥的微生物增殖速率取决于有机质与微生物的比值。,菌胶团的作用,很强的吸附和氧化分解能力； 为原生动物和后生动物提供良好的生存环境； 为原生动物和后生动物提供附着场所； 指示作用：新生菌胶团色浅、透明、结构紧密，再生能力强；老化菌胶团色深、松散，活性弱。 枝动菌、动胶菌形成菌胶团。,III 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩,泥水分离是净化废水的最后程序。二次沉淀池中进行。 正常活性污泥静置30分钟，絮凝沉淀和成层沉淀可基本完成。浓缩过程比较慢。 重要影响因素：水温、pH、溶解氧、有机质负荷 评价指标：SVI（污泥指数）、SV（污泥沉降比）、MLSS（混合液悬浮固体）,4 活性污泥净化反应的影响因素,溶解氧 供氧不足导致正常代谢受阻，净化功能下降，丝状菌孳生，污泥膨胀。 曝气池出口处混合液溶解氧浓度保持在2mg/L 水温 最适温度1530，10功能产生影响。缓慢的温度降低可以起到驯化作用，通过降低负荷、提高溶氧、提高活性污泥浓度，在67时仍然可获得较好的处理效果 北方地区：大型处理系统露天建造，小型可置于室内 高温工业废水必先降温方可处理,营养物质 根据污水种类来确定是否添加N/P： 生活污水和城市废水无需添加，工业废水根据种类不同确定添加，添加量按BOD:N:P=100:5:1 实际需要量与剩余污泥量有关： X活性污泥增长量，以MLVSS计，kg/d pH 最适pH介于6.58.5 pH4.5 原生动物全部消失，丝状菌占优势，污泥膨胀 pH9.0 微生物代谢速率降低,Ndemand0.122X Pdemand0.023X,有毒和抑制物质 重金属、氰化物、H2S、卤素化合物、酚、醇、醛、染料等对微生物有抑制作用 经过长期驯化的活性污泥能够承受较高浓度的上述化合物 有机负荷率 有机负荷率又称BOD污泥负荷，表示曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机质质量，是影响微生物代谢的重要因素,S0进水BOD浓度(mg/L)； Q进水流量(m3/d); V曝气池有效容积(m3); X混合液污泥浓度(mg/L)。,污泥停留时间的影响,SRT，又称污泥龄x 高泥龄有助于出水水质； 根据经验，泥龄控制在410d。,好氧活性污泥的几种处理工艺流程,推流式活性污泥法 具有推流特征，微生物混合均匀； 曝气池前端耗氧高，容易产生厌氧； 抑制物质浓度高会减弱生物降解作用。 完全混合式活性污泥法 废水浓度一致，适合高浓度污染物； 出水中溶解性污染物浓度低； 适合可生物降解浓度适中毒物（苯酚，烷烃，氯代苯类） 污染物去除率低。,好氧活性污泥工艺流程,接触活性污泥法 废水与污泥接触1560min 混合液在二沉池分离； 污泥回流进入稳定池曝气氧化。 优点： 。反应器体积小，负荷高； 缺点： 需更多的运行管理： 1.实时监测两池混合液浓度； 2.出水易受冲击负荷影响。,三种工艺溶氧与底物浓度变化：,氧化塘（沟）处理废水机制,氧化塘： 仿生态，人工系统，利用多种微生物的关系进行水体自净。 机理： 有机废水在氧化塘被微生物氧化分解为无机盐和水，微生物吸收物质和能量维持水体的微生态环境。 用途： 用于三级深度处理，生活污水，N、P丰富的工业废水。,好氧活性污泥的培养,1、间歇式曝气培养 菌种：活性污泥（污水处理厂、不同水质污水处理厂、本厂污泥以及污水流经的河道淤泥） 驯化：异源污泥必须驯化后才能使用，采用间歇式曝气培养法：低浓度废水曝气23h，沉降1h，弃去上清，继续重复37d，然后逐步提高浓度。 培养：驯化好的污泥改用连续曝气法培养。培养阶段结束标志：混合液30min体积沉降比SV30达50以上，钟虫大量出现，漫游虫、轮虫相继出现。,2、连续曝气培养 适用对象：采本厂相同水质处理厂的活性污泥作菌种。 接种量：按曝气池有效体积510投入。 策略：小流量进水，逐级提高，每提高一次维持1周。 处理系数：,好氧生物膜法,生物膜法,生物膜的形成过程,Biofilm形成过程,结构示意图,自然状态下生物膜的变化,营养充足条件下形成生物膜状态模拟,营养不足条件下形成生物膜状态模拟,生物膜（biofilm）,1、定义：通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物，并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的过程。一般在23mm。 2、设备分类：分为填充式和漫渍式两类：分为普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘，接触氧化法等。特点：无污泥回流系统,填充式滤池： 床式生物滤池，填料：卵石、炉渣、炭、瓷环、陶粒等。一般BOD负荷为标准值，处理效果好。 缺点：占地面积大； 优点：污泥沉淀快，二沉池容积较小。,塔式生物滤池,高径比大于4：1 BOD负荷较池式高23倍，通风好，净化功能强，封闭卫生好。 缺点： 出水BOD浓度仍较高，常有游离细菌，宜作二次串联池的第一次处理设备,生物转盘 以一系列绕水平轴转动的盘式代替固定的滤料，盘浸没水中。 按照有无氧参与， 生物转盘分为好氧生物转盘和厌氧生物转盘。好氧生物转盘的转盘面积约40%浸没在槽内的污水中，转轴高出水面10-25cm；厌氧生物转盘的盘片大部分或全部浸没于水中，接触反应槽密封，以利于厌氧反应的进行和收集沼气。,图片来源：/,好氧生物转盘 盘片缓慢转动，浸没在接触反应槽内缓缓流动的污水中，有机物将被滋生在盘片上的生物膜吸附；当盘片离开污水时，盘片表面形成的薄薄水膜从空气中吸氧，氧溶解浓度升高，同时被吸附的有机物在好氧微生物酶的作用下进行氧化分解。 （图片资料来源：HBC生物转盘，环保设备网 ）,漫渍式，生物膜载体完全浸没在水中。 接触氧化法 载体固定，多为蜂窝式或列管式填料，上、下贯通，水力条件良好，氧量和有机物供应充分，适于微生物栖息增殖，降解有机物能力强。 优点：对冲击负荷有较强的适应能力，污泥生成量少；不产生污泥膨胀的危害，能够保证出水水质；卫生不产生池蝇，也不散发臭气。 缺点：填料易于堵塞；布气，布水不易均匀。,悬浮载体、流化床,生物膜载体：采用活性炭、砂、无烟及其它粒子，填于容器中。通过脉冲进水使载体流态化。因为载体比表面积大，能保持高浓度微生物量，效率较普通性污泥高1020倍，占地面积只是普通活性污泥法的5%左右。 缺点：高速氧化降解，要求有高速的供氧，美国HY-F10型悬浮载体流化床采用纯氧曝气，运行成本高。,生物膜法的新进展,1、改进转盘材料、性能、增加转盘的直径 2、采用空气驱动的生物转盘，藻类转盘 3、生物转盘与沉淀池或曝气池优化组合 4、生物转筒,厌氧处理,甲烷发酵 人工沼气发酵研究已经有