矿大(北京)化工新技术专题双语教学课件

1、Microbiological principle of wastewater treatment11.1 The action and types of wastewater 11.1 The action and types of wastewater biological treatmentbiological treatment11.2 Wastewater aerobic treatment11.2 Wastewater aerobic treatment11.3 Wastewater anaerobic treatment11.3 Wastewater anaerobic trea

2、tment11.4 Wastewater biological nitrogen removal11.4 Wastewater biological nitrogen removal11.5 Wastewater biological phosphate removal11.5 Wastewater biological phosphate removal11.1 The action and types of wastewater biological treatmentFThe action of wastewater treatmentFThe types of wastewater t

3、reatmentgMethods of wastewater treatmentMethods of wastewater treatment It physically separates the large solids from the waste stream physical It changes the chemical property or physical property of pollutant through the chemical reaction.ChemicalBiological It is a biological oxidation process tha

4、t is carried out by microorganisms. It includes aerobic biological treatment and anaerobic biological treatment. gThe steps of wastewater treatmentThe steps of wastewater treatment Primary treatment Primary treatment is the first step in municipal sewage treatment. It physically separates large soli

5、ds from the waste stream. The grating, the grit tank and the settling tank are used to remove the insoluble pollutant.Secondary treatment Secondary treatment consists of biological degradation, in which the remaining suspended solids are decomposed and the number of pathogens is reduced. In this sta

6、ge, the effluent from primary treatment may be pumped into a trickling filter bed, and aeration tank or a sewage lagoon.Tertiary treatmentIt is usually a physicochemical process that removes turbidity caused by the presence of nutrients (e. g., nitrogen), dissolved organic matter, metals or pathogen

7、s.Types of wastewater treatmentgThe microbial speciesThe microbial species Aerobic treatmentActivated sludgeAnaerobic treatmentanaerobic digestionFacultative treatmentaerobic biomembranegMicrobial being stateMicrobial being state Suspend systemActivated sludgeFixed systembiological filtergThe types

8、of reactorThe types of reactorfixed bed reactor and fluidized bed reactorThe batch reactor and continuous reactor Complete mixing reactor and plug flow reactorgThe types of pollutantThe types of pollutant Biological carbon removalBiological nitrogen removalBiological phosphate removal11.2 Wastewater

9、 aerobic treatment11.2 Wastewater aerobic treatment Aerobic microorganisms decompose organic pollutants.FAerobic activated sludge CAerobic biological film Aerobic activated sludgeaeration tank，1914，Ardern and Lockett set up 。The organic pollutant act as medium, culture all kinds of microorganism for

10、m the bacteria rich slurry ,it is known as activated sludge. Activated sludgeActivated sludge: it is consisted of many kinds of aerobic microbe, facultative microbe and other inorganic matter. It is also known as the bacteria rich floc. Water content more than 99% The size is about 0.02-0.2mm The su

11、rface area is about 20-100 cm2/mL The density is about 1.002-1.006 g/cm3 The characteristic of activated sludge： vThe settle ability is good.vSpecific surface area great and adsorptive capacity bettervThe ability of oxidation and decomposing organic matter is better vThere are abundant microbial pop

12、ulation. It composed of well food chain.mechanism vOrganic matter absorption and agglomerationvOrganic matter diffuse transmissionvOrganic matter decomposing and organism synthesizingMicrobial constitutes zoogloea bacteria, yeast, mold, actinomycetes, alga, protozoa and minitype metazoa. MLSS: mixed

13、-liquor suspended solids. MLVSS: mixed-liquor volatile suspended solids. The organic part of the MLSS.Bacteria：108109/mL。 Zoogloea bacteria The main constitute of activated sludge floc Avoiding licked up by minitype animals. Sludge and water can be separated easily Zoogloea has indicator functionThe

14、 ability of oxidation and decomposing organic matter is betterColorTransparencyAmountSizeStructural tightness. Zoogloea indicator functionfilamentous bacteriumfilamentous bacteriumLocate in the zoogloeaAttachment the zoogloea surface The ability of oxidation and decomposing organic matter is good, s

15、phaerotilus natanssphaerotilus natanssolitary thallus, rodshaped, 1.5-5.0m 1.2-2.0 m ，sub polar flagellum.Beggiatoa(贝氏硫细菌贝氏硫细菌)：圆柱形细胞紧密排：圆柱形细胞紧密排列而成的无色丝状体，看不到细胞间隔，丝体列而成的无色丝状体，看不到细胞间隔，丝体短，宽度均匀，无鞘，各丝体分散，不相连接，短，宽度均匀，无鞘，各丝体分散，不相连接，不固着在基质上。滑行运动。在活性污泥絮体不固着在基质上。滑行运动。在活性污泥絮体中穿插。当环境中溶解氧不足且水体含硫化物中穿插。当环境中溶解氧不足

16、且水体含硫化物浓度较高时，可见菌体内有明显的硫粒积累；浓度较高时，可见菌体内有明显的硫粒积累；而当水中溶解氧增加到而当水中溶解氧增加到1mg/L时，菌体内硫粒时，菌体内硫粒便会消失。便会消失。 Thiothrix(发硫细菌发硫细菌)：丝状体基部分化为吸盘，：丝状体基部分化为吸盘，可固着于物体生长。细菌细胞排列成链，外包有薄可固着于物体生长。细菌细胞排列成链，外包有薄的衣鞘。菌丝体的附着生长有一定特征，在活性污的衣鞘。菌丝体的附着生长有一定特征，在活性污泥中，有时附着生长于一些较粗硬的纤维上，丝体泥中，有时附着生长于一些较粗硬的纤维上，丝体往两侧平行伸展，形似羽毛状，有时在絮体颗粒内往两侧平行伸

17、展，形似羽毛状，有时在絮体颗粒内以放射状向絮体四周伸展，也可能菌丝团在一起自以放射状向絮体四周伸展，也可能菌丝团在一起自成中心，再向四周伸展，构成玫瑰花饰。其大量增成中心，再向四周伸展，构成玫瑰花饰。其大量增殖也能造成污泥极度松散，体积膨胀，沉降困难。殖也能造成污泥极度松散，体积膨胀，沉降困难。这类细菌在曝气池中未见有硫粒积累，但当充氧不这类细菌在曝气池中未见有硫粒积累，但当充氧不足时，可在丝状体内有硫粒积累。足时，可在丝状体内有硫粒积累。 FungiFungifilamentous fungi Protozoa：80 genus，228 species，ciliata predominate

18、. Secrete mucus accelerate biofloculation Devour free bacteria and tiny floc sludge to improve water quality. Act as indicator organism. metazoa：rotifer：Organic matter content low, water quality good.celworm：anaerobic zone and anoxic zone.寡毛类寡毛类 活性污泥中常见的原生动物：变形虫草履虫鞭毛虫太阳虫钟虫轮虫Activated sludge culture

19、and domestication vBatch aeration cultureInoculate sludge Domestication sludgeMultiplication sludgev Continue aeration cultureActivated sludge sludge bulking filamentous bacteria sludge bulking and zoogloea sludge bulking由正常活性污泥的增大至以上，沉降性能恶化。由正常活性污泥的增大至以上，沉降性能恶化。50150 mL/g200 mL/gSVI（污泥指数）（污泥指数）vThe

20、 microbe which induce filamentous bacteria sludge bulkingvThe origin of filamentous bacteria sludge bulking TemperatureDissolved oxygenDissolubility organic matterOrganic loading vThe mechanism of filamentous bacteria sludge bulking Competition dissolved oxygenCompetition dissolubility organic matte

21、rCompetition nitrogen and phosphate The influence of organic loading strikevControl strategy of filamentous bacteria sludge bulkingRegulate environmental conditionRegulate bacterial metabolizeMeasure:Control dissolved oxygenControl organic loading Supply trace mentalReform processBiology selectorAer

22、obic biological film生物膜法指使废水流过生长在固定支承物表生物膜法指使废水流过生长在固定支承物表面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相间面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交换，降解废水中有机污染物的方法。的物质交换，降解废水中有机污染物的方法。 生物膜的微生物学特征生物膜的微生物学特征 微生物种群的多样化微生物种群的多样化优势微生物的区域性优势微生物的区域性较长的食物链较长的食物链固定硝化细菌和脱氮细菌固定硝化细菌和脱氮细菌较高的微生物浓度较高的微生物浓度生物膜净化污水的原理生物膜净化污水的原理 生物膜表面吸持着一层薄薄的污水，称为附着水层或结合水层，其外是生物膜表

23、面吸持着一层薄薄的污水，称为附着水层或结合水层，其外是自由流动的污水，称为运动水层。自由流动的污水，称为运动水层。 当当“附着水附着水”中的有机物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分中的有机物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解时，附着水层中的有机物质浓度随之降低。由于运动水层中有机物浓度高解时，附着水层中的有机物质浓度随之降低。由于运动水层中有机物浓度高，便向附着水层转移，并不断被微生物分解。微生物所需的氧气也沿空气，便向附着水层转移，并不断被微生物分解。微生物所需的氧气也沿空气运动水层运动水层附着水层途径进入生物膜。生物膜内微生物分解有机物的产物则附着水层途径进入生物膜。生物膜内微生物分

24、解有机物的产物则沿相反方向移出膜外。沿相反方向移出膜外。 随着有机污染的降解，生物膜也得到发展。初随着有机污染的降解，生物膜也得到发展。初期形成的生物膜是好氧性的。膜厚度增加后，期形成的生物膜是好氧性的。膜厚度增加后，氧气向膜内扩散受到限制。生物膜出现分化，氧气向膜内扩散受到限制。生物膜出现分化，形成外部的好氧层、内部的厌氧层以及两者之形成外部的好氧层、内部的厌氧层以及两者之间的兼性层。生物膜的分化有利于多种生物的间的兼性层。生物膜的分化有利于多种生物的共存。共存。生物膜不断增厚，附着于载体一面的厌氧区逐生物膜不断增厚，附着于载体一面的厌氧区逐渐扩大，微生物获得营养物质也越加困难，最渐扩大，微

25、生物获得营养物质也越加困难，最后导致生物膜老化、剥落，开始新的生物膜形后导致生物膜老化、剥落，开始新的生物膜形成过程。成过程。 细菌：好氧、厌氧、兼性厌氧、丝状菌细菌：好氧、厌氧、兼性厌氧、丝状菌真菌：丝状真菌真菌：丝状真菌原生动物：纤毛虫类和肉足虫类原生动物：纤毛虫类和肉足虫类微型后生动物微型后生动物生物膜的微生物组成生物膜的微生物组成 好氧生物膜的培养好氧生物膜的培养 自然挂膜法自然挂膜法活性污泥挂膜法活性污泥挂膜法优势菌种的挂膜法优势菌种的挂膜法第三节第三节 废水厌氧生物处理的微生物学原理废水厌氧生物处理的微生物学原理 废水厌氧处理法是利用厌氧微生物降解废水厌氧处理法是利用厌氧微生物降解

26、废水中的有机物的方法。也称厌氧消化废水中的有机物的方法。也称厌氧消化或厌氧发酵法。或厌氧发酵法。厌氧处理的微生物学过程 1 1水解发酵阶段水解发酵阶段 由水解和发酵性细菌群将复杂有机物分解为脂肪酸、醇由水解和发酵性细菌群将复杂有机物分解为脂肪酸、醇类、类、COCO2 2、NHNH3 3、H H2 2等。等。2 2产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段 由产氢和产乙酸细菌群把第一阶段产生的脂肪酸等产由产氢和产乙酸细菌群把第一阶段产生的脂肪酸等产物进一步转变为乙酸和物进一步转变为乙酸和H H2 2。 3.3.产甲烷阶段产甲烷阶段由产甲烷菌利用由产甲烷菌利用COCO2 2和和H H2 2合成甲烷；或利用甲酸、

27、乙酸、合成甲烷；或利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺裂解成甲醇及甲基胺裂解成CHCH4 4。 参与沼气发酵的参与沼气发酵的微生物微生物 水解发酵性细菌水解发酵性细菌产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌同型产乙酸细菌同型产乙酸细菌产甲烷细菌产甲烷细菌厌氧生物处理的工艺条件 温度：厌氧微生物的适应繁殖温度为温度：厌氧微生物的适应繁殖温度为5-60C5-60C；最佳温度；最佳温度373738C38C、535354C54CpHpH值：值：pHpH范围为范围为6.8-7.86.8-7.8，最适，最适pH7.2-7.6pH7.2-7.6养料：废水的养料：废水的C C：N N：P P100100：2.52.5：1 1有毒

28、物质：有毒物质的浓度应严格控制有毒物质：有毒物质的浓度应严格控制厌氧环境：保持严格的厌氧环境，厌氧环境：保持严格的厌氧环境，EhEh300mv300mv保证有足够的混合菌种保证有足够的混合菌种有机酸浓度有机酸浓度2000mg/L2000mg/LCOCO2 2以占以占25253535为好，甲烷为好，甲烷55557070厌氧生物处理的特点 以有机物作为电子受体，不需消耗氧气，可节省能耗。以有机物作为电子受体，不需消耗氧气，可节省能耗。污泥产率低，仅为好氧的污泥产率低，仅为好氧的10102020可回收甲烷，是生物质能源可回收甲烷，是生物质能源可耐受高有机负荷，且营养要求低，生物合成少可耐受高有机负荷

29、，且营养要求低，生物合成少利用水解产酸发酵降解难降解有机物，可提高生物降解性利用水解产酸发酵降解难降解有机物，可提高生物降解性厌氧生物处理的发展 18811881年，年，MourasMouras发明了处理生活污水的自动净化器。发明了处理生活污水的自动净化器。18961896年英国出现了第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，所产生的年英国出现了第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，所产生的沼气用于街道照明。沼气用于街道照明。19141914年，美国有年，美国有1414座城市建立了厌氧消化池。座城市建立了厌氧消化池。4040年代在澳大利亚出现了连续搅拌的厌氧消化池，改善了厌氧污泥与年代在澳大利亚出现了

30、连续搅拌的厌氧消化池，改善了厌氧污泥与废水的混合状况，提高了处理效率。废水的混合状况，提高了处理效率。 5050年代中期，年代中期，SchroepterSchroepter根据活性污泥法的原理提出了厌氧接触工根据活性污泥法的原理提出了厌氧接触工艺。这是厌氧生物处理技术发展中的一个里程碑。艺。这是厌氧生物处理技术发展中的一个里程碑。 6060年代末，年代末，YoungYoung和和McCartyMcCarty发明了厌氧滤器。发明了厌氧滤器。7070年代初又出现了第二个技术性突破。年代初又出现了第二个技术性突破。LettingaLettinga等发明了上流式厌等发明了上流式厌氧污泥床氧污泥床UAS

31、BUASB反应器。反应器。 UASB反应器 1972-19781972-1978，LettingaLettinga等人研制开发。等人研制开发。 UASBUASB反应器的基本结构：反应器的基本结构： 污泥床：污泥床： 具有很高的污泥生物量，污泥以颗粒污泥的形态存在，具有很高的污泥生物量，污泥以颗粒污泥的形态存在，活性生物量占活性生物量占70708080以上，生物相组成比较复杂。以上，生物相组成比较复杂。 0.55 mm，具有优良的沉降性能，沉降速度为，具有优良的沉降性能，沉降速度为1.21.4cm/s，其典型的污泥容积指数（，其典型的污泥容积指数（SVI）为）为1020 mL/g。污泥床的容积一

32、般占整个污泥床的容积一般占整个UASB反应器的反应器的30，但它，但它对有机物的降解量一般可占整个反应器的对有机物的降解量一般可占整个反应器的7090。悬浮污泥层：悬浮污泥层： 悬浮污泥层位于污泥床的上部，约占整个悬浮污泥层位于污泥床的上部，约占整个UASB反应器反应器的的70，污泥浓度低于污泥床，通常为，污泥浓度低于污泥床，通常为 1530 g/L，由高，由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒污泥，其沉速小于颗度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒污泥，其沉速小于颗粒污泥，污泥容积指数一般在粒污泥，污泥容积指数一般在3040 mL/g之间，来自污之间，来自污泥床的上升气泡可使悬浮污泥层得到良好混合。悬浮

33、污泥床的上升气泡可使悬浮污泥层得到良好混合。悬浮污泥层中絮凝污泥的浓度自下而上逐渐减小。它对有机物泥层中絮凝污泥的浓度自下而上逐渐减小。它对有机物的降解量占整个的降解量占整个UASB反应器的反应器的1030。 沉淀区：沉淀区： 位于位于UASB反应器的顶部，其作用是使悬浮污反应器的顶部，其作用是使悬浮污泥层的絮凝污泥沉淀下来，并沿沉淀区底部泥层的絮凝污泥沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁重新回到反应区，以保证反应器中污的斜壁重新回到反应区，以保证反应器中污泥不致流失。通过调整沉淀区的水位，可调泥不致流失。通过调整沉淀区的水位，可调整反应器集气室的有效空间。整反应器集气室的有效空间。 三相分离器：三

34、相分离器： 一般设在沉淀区的下部。由气体收集器和折流挡板组成。一般设在沉淀区的下部。由气体收集器和折流挡板组成。主要作用是分离气体（沼气）、固体（污泥）和液体主要作用是分离气体（沼气）、固体（污泥）和液体（废水），将沼气导入集气室，将处理出水引入出水区，（废水），将沼气导入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒返回反应区。三相分离器是将固体颗粒返回反应区。三相分离器是UASB反应器的反应器的主要特点之一。它相当于传统污水处理工艺中的二沉池，主要特点之一。它相当于传统污水处理工艺中的二沉池，并具有污泥回流的功能。三相分离器的合理设计是保证并具有污泥回流的功能。三相分离器的合理设计是保证其正常运

35、行的重要条件。其正常运行的重要条件。 UASBUASB反应器的工作原理反应器的工作原理 高浓度高活性的颗粒污泥。高浓度高活性的颗粒污泥。具有集泥、水和气分离于一体的三相分离器。具有集泥、水和气分离于一体的三相分离器。自动搅拌。自动搅拌。在在UASB反应器的运行中，废水以一定的流速自底部进入反应器，反反应器的运行中，废水以一定的流速自底部进入反应器，反应器内的上升流速一般为应器内的上升流速一般为0.51.5 m/h，宜控制在，宜控制在0.60.9 m/h之间。水之间。水流依次流经污泥床、悬浮污泥层、三相分离器和沉淀区。进水有机物流依次流经污泥床、悬浮污泥层、三相分离器和沉淀区。进水有机物与污泥床

36、和悬浮污泥层中的微生物充分接触并被厌氧分解。产生的沼与污泥床和悬浮污泥层中的微生物充分接触并被厌氧分解。产生的沼气上逸，将颗粒污泥托起。由于产生大量气泡，即使在较低的有机和气上逸，将颗粒污泥托起。由于产生大量气泡，即使在较低的有机和水力负荷下也能看到污泥床明显的膨胀。随着产气量的增加，气泡上水力负荷下也能看到污泥床明显的膨胀。随着产气量的增加，气泡上升所致的搅拌作用（在上升过程中，微小的沼气气泡可相互结合而变升所致的搅拌作用（在上升过程中，微小的沼气气泡可相互结合而变成较大的气泡，将颗粒污泥携带至反应器的上部。气泡破裂后，绝大成较大的气泡，将颗粒污泥携带至反应器的上部。气泡破裂后，绝大部分颗粒

37、污泥返回到反应区）渐趋剧烈，使污泥床呈沸腾和流化状态。部分颗粒污泥返回到反应区）渐趋剧烈，使污泥床呈沸腾和流化状态。在气体搅拌下，沉淀性能较差的絮体污泥被浮选至反应器上部，在气体搅拌下，沉淀性能较差的絮体污泥被浮选至反应器上部，形成悬浮污泥层；沉淀性能良好的颗粒污泥则淀积于反应器下形成悬浮污泥层；沉淀性能良好的颗粒污泥则淀积于反应器下部，形成高浓度的污泥床。随着水流的上升流动，气、水、泥部，形成高浓度的污泥床。随着水流的上升流动，气、水、泥三相混合液（消化液）上升至三相分离器中，气体遇到反射板三相混合液（消化液）上升至三相分离器中，气体遇到反射板或挡板后折向集气室而被有效分离；污泥和水进入上部的静止或挡板后折向集气室而被有效分离；污泥和水进入上部的静止沉淀区，在重力作用下发生泥水分离。由于三相分离器的作用，沉淀区，在重力作用下发生泥水分离。由于三相分离器的作用，UASB反应器中的污泥存在一个沉淀、分离和再絮凝的良好环反应器中的污泥存在一个沉淀、分离和再絮凝的良好环境，有利于污泥沉降性能的改善。境，有利于污泥沉降性能的改善。 颗粒污泥的培育颗粒污泥的培育 颗粒污泥的培育过程颗粒