Chapter3-水体污染的生物处理技术

1、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；12、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

2、、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2、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。3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

3、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/L4CODCr 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

4、)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：CODBODOC5TP 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。MLS

5、S 混合液体悬浮固体浓度62、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。73、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：

6、 活性污泥法（已有90多年历史）； 生物膜法； 化学和物化处理法。8三级处理：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。9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

7、衡起不可缺少的作用。103、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。114、微生物生长条件：菌类：多

8、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3512二、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132、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/

9、L，Cd5mg/L；、有机物：苯100mg/L，酚类可完全生化降解的有机物222、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。23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24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。253、活性污泥的净化反应过程活性

10、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。26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。27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。

11、（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 28II.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。29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。30III 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩泥水分

12、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）314 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

13、温方可处理32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/dpH 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 Pdemand0.023X33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

14、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)。34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。35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。36好氧活性污泥工艺流程接触活性

15、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。37三种工艺溶氧与底物浓度变化：38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。39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

16、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。402、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：进水种类BOD(mg/L)MLSS(mg/L)DO (mg/L)工业废水200300300023生活污水15025020001241好氧生物膜法生物膜法42生物膜的形成过程43

17、Biofilm形成过程44结构示意图45自然状态下生物膜的变化46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47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 48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。49塔式生物滤池高径比大于4

18、：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50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：51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

19、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 ）52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。53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。54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55厌氧处理甲烷发酵 人工沼气发酵研究已经有100多年的历史。有活性污泥法和生物膜法。 甲烷发酵理论1979年，Bryant等人提出，将沼气发酵过程分成由三大代谢类群微生物引起的三阶段理论，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段；与Bryant等人提出三阶段理论同时，Zeikus等人提