水环境污染控制与治理ppt课件

1、第九章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理自然界水体的生物自净由于遭到溶解氧、营养平衡、微生物种属及其它生存条件的限制，净化速度是有限的。提问：如何利用人工手段提高污废水生物处置效率？一是 经过基因工程或人工驯化的手段获得高效工程菌投加四处置系统中；二是 改善微生物生长的环境条件，发扬微生物的最大潜能。目前生物处置主要用于水中有机污染物以及氮磷污染的处置。限制：毒物pH、盐、酸碱、有机毒物等浓度不能过高、存在难生物降解物质多苯环、过长链聚合物等提问：对于这类废水能否就不能用生物法吗？挑选驯化、重组制造高效降解菌；先进展物理化学前处置降低难降解及有毒物质的浓度，然后可进展生物处置。这样

2、可以最大限制的发扬各种方法的优点，并节约处置时间降低本钱。这一章我们主要引见污废水生物处置的微生物的机理。第一节 污废水生物处置中的生态系统一、 种类一根据处置微生物与氧气的关系，分为:好氧处置和厌氧处置通常低浓度COD1500mg/L的有机污染物废水适宜用好氧处置对于高浓度有机污废水COD1500mg/L用厌氧处置更为适宜。提问：为什么过高COD的废水不宜用好氧法？有机物浓度过高，好氧生物代谢迅速，水中溶解氧难以即时供应，好氧生物生长受限，很难保证处置质量，而厌氧生物那么没有这种限制。二活性污泥法和生物膜法这是根据微生物在人工水处置设备中微生物所处形状的不同来进展的划分。原理活性污泥法模拟水

3、体自净 微生物在设备中呈悬浮形状，与污废水接触使之净化的方法； 生 物 膜 法模拟土壤自净 微生物附着于其他物体外表上成薄膜状，与污废水接触使之净化的方法。 活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厌氧活性污泥法，生物膜法既有好氧生物膜法也有厌氧生物膜法。对于污废水的脱氮、脱磷处置必需采用厌氧法与好氧法相结合的方式才干胜利实现。 废水的好氧生物处置1 概念： 在有氧的条件下借好氧微生物的作用途置废水。又叫废水生物处置。废水中有机物好氧 微生物无机物，随水排出微生物细胞物质有机物充足微生物增多有机物少菌体死亡与废水 分别O2经过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下2 废水好氧生物处置作用对象溶解的有机物直接渗入

4、细胞内被吸收 固体的、胶体的有机物间接吸收 附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，渗入细胞。3 废水好氧生物处置的优缺陷 优点：无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD5 8090 缺陷：设备复杂4 废水好氧生物处置的方法 活性污泥法、生物膜法生物滤池法、生物转盘法 氧化塘生物塘法、污水灌溉。 活性污泥法又叫曝气法，最早由英国人于1914年创建而来，经过80多年的开展已成为处置有机废水最主要的方法。是一种运用最广的废水好氧生物处置技术。二、 好氧活性污泥法中的微生物 1. 什么是好氧活性污泥 好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与污(废)水中有机

5、的和无机固体物混凝交错在一同，构成的絮状体或称绒粒。活性污泥的构成是一种自然景象。例如，假设向一桶含粪便污水中不断地参与空气，并继续维持水中的溶解氧，那末经过一段时间后，就会产生褐色絮花状的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里充溢了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污泥。2 好氧活性污泥的组成和性质1组成 好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。 2好氧活性污泥的性质 颜色以棕褐色为佳 黑色阐明厌氧、白色阐明无机物过多 含水率在99左右 密度为1.0021.006 大小为0.020.2mm 比外表积为20100cm2mL之间 弱酸性(pH约为6.

6、7) 当进水改动时，对进水pH的变化有一定的接受才干。3好氧活性污泥中微生物的浓度和数量MLSS (混合液悬浮固体)每L活性污泥混合液ML中含有多少毫克恒重的干固体SS或MLVSS (恒重的干挥发性悬浮固体)在普通的城市污水处置中，MLSS坚持在20003000mgL。工业废水生物处置中，MLSS坚持在3000 mgL左右。高浓度的工业废水生物处置的MLSS坚持在30005000mgL。提问：好氧活性污泥上的微生物是如何分布的？ 中心是能起絮凝作用的细菌构成菌胶团，在其上生长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等)。A.菌胶团 在微生物学领域里，习

7、惯将动胶菌属构成的细菌团块称为菌胶团。在水处置工程领域内，那么将一切具有荚膜或粘液的絮凝性细菌相互絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。4好氧活性污泥中的微生物群落生物絮凝吸附和氧化分解有机物；菌胶团是细菌的存在方式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%, 有107108个/ml ，他们是生物处置的主力军，一旦菌胶团遭到各种要素的影响和破坏，那么活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除才干。菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境；例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、本身作为动物食料。(1) 菌胶团的功能 具有指示作用

8、； 经过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及构造的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌胶团颜色浅、无色透明、构造严密，那么阐明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化才干强，再生才干强。老化的菌胶团，颜色深，构造松散，活性不强，吸附和氧化才干差。B、活性污泥中的原生动物及其作用 活性污泥中原生动物在数量和种类上仅次于细菌，常见的优势种是纤毛类。它们主要附聚在污泥外表。其作用在于：1指示作用2净化作用3促进絮凝和沉淀1指示作用1可根据原生动物或微型后生动物的演替及它们的活动规律判别水质和污废水处置程度： 活性污泥培育初期鞭毛虫、变形虫 活性污泥培育中期游泳型纤毛虫、鞭毛虫 活性污泥培育成熟期固着型

9、纤毛虫：钟虫及后生动物：轮虫2根据原生动物种类判别活性污泥和处置水质的好与坏。3根据原生动物遇恶劣环境改动个体形状及其变化过程判别进水水量变化和运转中出现的问题。根据和优越性根据 原生动物数量、种类、优势种、个体活性与污水净化处置的效果有着亲密关系，因此原生动物可以作为净化情况的指示生物，可由它们对净化处置效果作出预告。优越性 与水质分析及细菌察看、计数相比益处何在? 察看丈量容易仅需低倍显微镜即可活体察看。而细菌的察看、分类、鉴定所需时间较长，不能及时起到预告的作用。而原生动物与细菌之间存在相互依存的关系，且对环境的变化比细菌敏感(如氧溶量、pH值等) 。.快速预告通常污水处置厂每天都要对本

10、厂的出水进展水质监测，假设超越国家规定的规范，就要及时清查缘由，以求处理。但有些数据当天得不到如BOD5，根据原生动物与BOD5的对应关系，那么可以作出快速的判别，缩短发现问题、处理问题的时间。湖南石油化工厂的曝气池中的有柄纤毛虫与BOD5统计数据出水BOD5 mg/l 30 Y=81. 6 - 19.4lgX 20 10 0 103 有柄纤毛虫(个/ml)104普遍规律如假设发现群体的纤毛虫缩成一团钟虫的柄零落纤毛虫接合生殖即有性生殖、或构成孢囊阐明水中？存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。.水质毒物判别 有些原生动物对水中的溶解氧变化非常敏感。如钟虫细胞前端出现气泡，运动缓慢，阐

11、明水中充氧缺乏，或溶氧过高，水质将变坏。反之那么阐明溶解氧情况适中良好 .溶解氧判别.曝气池处置效果的判别 1 钟虫前端出现气泡充氧不正常，水质将变坏。 2 原生动物的数量渐减少，直至消逝水量变坏。原生动物对毒物的敏感性比细菌大。 3 钟虫大量出现活性污泥曾经成熟，充氧正常。 4 在正常运转的曝气池中，假设固着型纤毛虫减少，游泳型纤毛虫忽然添加处置效果将变坏。如何加以确定？应对废水处置构筑物中的生物类群进展长期不延续的镜检察看，掌握本厂正常运转时常见的而且数量多的种类。 1原生动物种类的组成。 2种类的数量变化 3各种群的代谢活力。 以原生动物为指示生物只能起辅助理化分析的作用。2原生动物对废

12、水净化的影响 鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫可以直接利用水中的有机物,对水中有机物的净化有一定的积极作用。 纤毛虫吞食游离细菌，改善生物处置法出水的水质。细菌尤其使游离细菌本身也是有机污染物。提问：游离细菌转化为原生动物同样是有机污染物，净化何在呢？3kg1kgCO2+H2O+盐2kg活性污泥颗粒主要是由细菌絮凝而成，实验证明小口钟虫、累枝虫和草履虫等纤毛虫能分泌一些粘性多糖、粘朊，促进生物絮凝，使它们可以附着在小的絮凝体上，同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。使废水能在二次沉淀池中很好地沉淀，改善出水水质消费上经常发如今活性污泥培育初期，一旦处置系统中出现固着型纤毛虫，随后就可看到活性污泥絮

13、体的构成并逐渐增大。促进絮凝和沉淀C、后生动物主要指轮虫，在活性污泥系统指是不经常出现的。因此轮虫的出现是水质非常稳定的标志。 且由于活性污泥系统的曝气池中不断人工充氧和污泥回流，使得活性污泥中不适宜比轮虫、线虫更大的、生命周期更长的种群生长，因此，活性污泥法的生物链较短。线虫轮虫D活性污泥中的其它微生物在菌胶团上层居住的还有放线菌、真菌。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等。各种微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组成、浓度)、温度、供氧、pH等环境条件改

14、动也在不停的发生着变化。(三) 好氧活性污泥净化废水的作用机理 好氧活性污泥的净化作用机理见以下图好氧活性污泥吸附和降解 活性污泥在曝气过程中对有机物的降解(去除)过程可分为两个阶段吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去，这是由于活性污泥具有宏大的外表积，而外表上含有多糖类的粘性物质所致。废水主要靠活性污泥的吸附作用而得到净化。在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上的有机物质为微生物所利用的过程。当废水中的有机物处于悬浮形状和胶态时，吸附阶段很短(普通在1045分钟左右)，而稳定阶段较长。 好氧生物膜是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处置技术；于19世纪末，在研讨

15、土壤净化污水的过滤田的根底上，开发并运用于消费。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以后，由于新型合成资料的大量消费，生物膜法又获得了新的开展。二、好氧生物膜法定义：以一定载体上构成的好氧生物膜去除废水中的有机污染物的工艺，通称为生物膜法工艺，又称固定膜法，处置对象：废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物；生活污水或城市废水；以及个别工业废水；包括：生物滤池以此为例 生物转盘 生物接触氧化法 生物流化床生物填料悬浮型生物填料投加量 普通接触氧化 水解调理池 好氧或厌氧流化床 好氧或厌生物塘 好氧或厌氧 滤池 反响池体积% 8-13 5 15-25 3-5 40-60 悬

16、挂型填料 弹性立体填料 网片式立体填料生物填料上的生物膜1. 什么是生物膜？好氧生物膜是由好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层粘性、薄膜状的微生物混合群体,是一个生态系统。污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季24周构成生物膜。冬季需2个月。 构造由两部分组成附着生物体 液膜好氧微生物膜外层 厌氧微生物接触滤料附着水层 流动水层(一)好氧生物膜中的微生物群落2、生物膜构造表示图滤料或填料或转盘生物膜空气附着水层流动水层CO2O2O2O2CH4、H2S、NH3性质：高度亲水，存在着附着水层；厌氧膜好氧膜微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，构成了有机污染物细

17、菌原(后)生动物的食物链。成熟的生物膜由好氧膜和厌氧膜组成:好氧膜是有机物降解的主要场所当生物膜构成并到达一定厚度时，氧就无法透入生物膜内层，构成厌氧膜,随着厌氧层厚度的添加，其代谢产物也逐渐增多。当这些代谢产物透过好氧层逸出时，破坏了好氧层生态系统的稳定形状，使生物膜的附着力减弱。此时，在水流的冲刷下，生物膜开场零落。随后在滤料上又会生长新的生物膜。如此循环往复，废水流经生物膜后得以净化。 2.膜中微生物群落及功能横向纵向各不一样滤扫生物膜面生物膜生物好氧生物膜法的微生物群落分布不同于好氧活性污泥法的微生物群落悬浮形状，生物膜附着在一定的载体上如滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上，滤池内

18、不同高度不同层次的生物膜所得到的营养有机物的组分和浓度不同，致使不同高度的微生物种群和数量不同，因此好氧生物膜法的微生物相是分层的。生物滤池塔中微生物纵向分层特征表相当于多污带相当于中污带相当于寡污带3好氧生物膜的净化作用机理上层生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物纤毛虫及微型后生动物吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物；同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并进展氧化分解，微生物利用吸收的营养合本钱身细胞；上层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为CO2和H2O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物轮虫、线虫、颗体虫等吞食，经过以上生物化

19、学和吞食作用，废水得到净化。悬浮和溶解有机物异养型细菌真菌动物营养型原生动物轮虫线虫昆虫蠕虫鸟类悬浮和溶解有机物异养型细菌真菌动物营养型原生动物轮虫线虫生物滤池活性污泥4.生物膜的特征和滤池微生物的生态学： 与活性污泥相比，生物滤池的食物链要多几种营养程度，这是由反响器构造的不同呵斥的：生物膜由于固着在介质上，其上的微生物没有像活性污泥的微生物一样接受剧烈的曝气冲击，因此能在膜上生长增殖速度慢，世代时间长的细菌和较高级的微小动物。且生物膜多为分段处置，在每段都能构成各自的优势微生物种群。由于生物膜生物相的多样性，使得生物膜法对污废水的处置效果比活性污泥更好。第三节 活性污泥膨胀和控制对策什么是

20、活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积发生膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的景象。本质污泥密度变小或黏附才干下降。呵斥的结果：稀薄污泥回流至曝气池。出水BOD5升高。在业内，污泥膨胀被比喻作污泥系统的“感冒，没有特效药，渐渐调试过一段时间就会恢复过来，是运转管理中的一大难题。非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类丝状污泥膨胀后处置生物处置二级处置化学营养物曝气池沉淀池污泥回流净水外排污泥及余渣消化罐一、丝状菌污泥膨胀 正常的活性污泥构造较稠密，菌胶团生长良好，含水量在99左右，沉降性能良好，菌胶团和丝状菌之间有适当的比例关系。假设丝状菌生长繁衍过多，

21、菌胶团的生长繁衍将遭到抑制，众多的丝状菌伸出污泥外表之外，使得絮体松散，沉淀性能恶化，此时就发生了丝状菌污泥膨胀，这种情况占污泥膨胀的大多数。 1、景象 污泥膨胀开场时，由于过多的丝状细菌伸到污泥絮体外，由此产生的絮体强度大，且能过滤掉水中的细小颗粒，因此沉淀后可产生清澈的上清液。但是由于絮体增大而且丝状细菌延伸到絮体外，使得絮体沉淀慢，紧缩性能差，从而影响了沉淀池的容量，以致絮体随之溢出水面，使得出水的SS和BOD升高；且由于紧缩性能差，使得回流到曝气池中的活性污泥稀薄，使池中MLSS值下降，进而导致曝气池运转失败。2、产生缘由A.假设曝气池溶解氧长期维持在较低的程度菌胶团细菌是严厉好氧，丝

22、状菌顺应性强，在微量好氧条件下，仍正常生长。B.低分子糖类和有机酸过多运转阅历和实验室实验证明：低分子糖类和有机酸过多有利于丝状细菌生长，容易发生活性污泥丝状膨胀。食物种类上的差别C.废水C/N比高丝状细菌适宜于高C/N比废水，而菌胶团细菌正好相反，它们需求较低C/N比废水。为什么？这是由于C是丝状细菌衣鞘的主要成分，过量的C源可为丝状菌吸收，并以-羟基丁酸PHB的方式储存，使丝状菌进一步生长，而菌胶团细菌对于N源的需求量要比丝状菌大得多，一旦水中氮源贫乏，菌胶团细菌的生长将严重遭到抑制。实际阐明活性污泥理想的BOD5与N和P的比例为BOD5：N：P100：5：1。通常，处置生活污水和废水时按

23、此值设计和运转，假设N：P比例小于这一值时经常会出现丝状菌优势生长的景象。此时丝状细菌大的比外表积还能进一步加强与菌胶团细菌争夺氮和磷的优势，使活性污泥膨胀迅速发生。D.毒物冲击缘由菌丝体耐受才干强E.低pH曝气池中的pH值应坚持在6.58.0，大量研讨显示pH6.0时，有利于丝状菌生长，而菌胶团遭到抑制， pH4.5，真菌完全占优势，原生动物大部分消逝，严重影响污泥沉淀和出水水质。3.污泥膨胀的预防与控制对策如何预防污泥膨胀？A.设调理池控制高负荷BOD、毒物冲击污水厂普通处置的正常负荷是0.20.3Kg/KgdB. 控制溶解氧溶解氧浓度必需控制在2mg/L以上。通常经过提高曝气力度或从其它

24、角度抑制丝状菌的生长；C 调理废水的营养配比尽量BOD5与N和P的比例BOD5：N：P100：5：1。补N尿素或含氮量高的污泥消化池上清液补P磷酸钠D. 改革工艺改开工艺会兼得丝状菌的优势性能:浮游球衣菌等丝状微生物去除有机物的才干比较强，对去除有机物是有积极意义的。只是在二次沉淀池中泥水分别有困难，影响出水水质。将活性污泥法改为生物膜法：在曝气池中加填料改为生物接触氧化法发生后如何处置？A投加次氯酸钠1020mg/l、H2O2100200mg/l有选择的控制丝状微生物的过度生长，以防止丝状污泥膨胀的发生。B投加混凝剂FeSO4和FeCl3、聚合铝盐、聚丙烯酰胺、干污泥或浓缩消化污泥添加絮体密

25、度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常C.强化补氮C:N100：2030D.交换污泥第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落废水的厌氧处置主要用于高浓度有机废水的前处置;一、厌氧法的优点提问：优点有哪些？1产生的沼气可用于发电或作为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，是一种很好的燃料。3对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为350500：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处置时可以不添加或少添加营养盐。 2.能量需求大大降低不需供应氧气，同时还可产生甲烷 每去除1kg COD好氧生物处置普通需耗费0.51.0 kW.h电能。 每去除1k

26、g COD 厌氧生物处置约能产生3.5 kW.h电能。5设备较简单,负荷大，占地少 厌氧反响器容积负荷比好氧法要高得多，单位反响容器的有机物去除量也因此要高得多，因此处置同样的废水，所用的设备就可以小得多。4产生的污泥量少，运转费用低 厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多 ；不需求曝气 基于这些优点，厌氧处置在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的运用。但厌氧处置也存在缺陷1出水的有机物浓度高于好氧处置；2对温度变化较为敏感；因此在工业中需求设置进水的控温安装。3厌氧微生物对有毒物质较为敏感；较低的有毒物浓度就会引起厌氧处置的失败，但经过毒物驯化处置的厌氧菌对毒物的耐受力经常会极大地提高。二、

27、 厌氧法的缺陷4.厌氧反响器初次启动过程缓慢，处置时间长 好氧处置体系的活性污泥或生物膜通常只需求7天就可以培育胜利，而厌氧处置体系的活性污泥或生物膜普通需求812周才可以培育胜利，这是由于厌氧菌增殖缓慢的缘故。5处置过程中产生臭气和有色物质 臭气主要是硫酸盐复原菌构成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气等臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反响构成黑色的硫化物沉淀，使处置后的废水颜色较深，需求添加后处置设备，进一步脱色脱臭。三、 厌氧生物处置的根本原理及参与的微生物废水的厌氧生物处置： 在无氧的条件下，借多种厌氧微生物的作用途置废水。又叫厌氧消化。1881年法国报道了罗伊斯.莫拉斯L

28、ouis Mouras发明的“自动净化器。开场了利用厌氧消化处置废水的历史。至今已100多年。1979年布赖恩特Bryant等人提出厌氧消化的三阶段实际，几乎与Bryant提出三阶段实际的同时，Zeikus等提出了厌氧消化的四阶段实际 。发酵细菌作用阶段水解发酵阶段 产醋酸细菌作用阶段产氢、产乙酸阶段 产甲烷阶段同型产乙酸阶段废水中有机物脂肪酸丙酸、丁酸、醇类乙酸H2 + CO2发酵性细菌产氢产乙酸细菌同型产乙酸细菌产甲烷细菌CH4厌氧消化四阶段1 发酵细菌作用阶段碳水化合物 蛋白质 脂类1原理：胞外酶单糖 氨基酸 脂肪酸发酵CO2、H2、NH3、H2S醇 低级脂肪酸2参与的微生物：发酵细菌群

29、梭菌属Clostridium) 乳杆菌属Loclobacillus 拟杆菌属Ramibaclerium)大多专性厌氧；适宜pH4.582. 产氢产乙酸阶段 上阶段产物 丙酸、丁酸、醇等醋酸CO2、H21原理上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、CO2以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐复原菌参与产乙酸过程。2参与的微生物产氢产乙酸细菌群 互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；适宜pH 4.58 CH3COOH、H2、CO2、HCOOH、CH3OH和CH3NH2等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。 厌氧消化的控制阶段3产甲烷阶段4.同