废水生物处理

制药废水处理一、绪论二、废水的性质三、废水的化学及物理处理法四、废水的生物处理法五、制药废水处理技术内容简介第五章废水生物处理废水生物处理——通过微生物新陈代谢作用，将废水中有机物一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定的化学物质的方法。第一节废水生物处理的原理问题：1微生物所具有的重要特点？2微生物与废水处理有何关系？个体微小，比表面积大，代谢速率快种类繁多，分布广泛，代谢类型多样因微生物繁殖快、易变异、适应性强

细菌生长经历的四个阶段：1）停滞期2）对数增长期3）稳定期4）内源呼气期一、微生物的特点二、天然污染水体的自净现象2微生物与废水处理有何关系？1）可使天然污染水体产生自净现象；2）可进行废水中有机污染物：①好氧生物处理②厌氧生物处理。当有机污染物释放进入水体后，可引起：①生态学效应，即指生物种类和数量上的变化；②溶解氧效应，即指有机物经生物降解后使水体中溶解氧浓度降低。二、天然污染水体的自净现象水体中微生物的生物作用就是使污染水体能够自净的一个重要作用①水体中微生物的新陈代谢是水体自净的关键步骤；②微生物使水体净化，就是水体中微生物靠水体中的有机物营生，营养物质被微生物降解，同时水体自身净化；③自净过程包括物理、化学、生物过程，但生物过程占主导作用，大量有机物通过微生物，尤其是细菌的新陈代谢而被除去，细菌是关系天然水体环境化学性质的最重要的生物体；④污染水体被净化后，量度水体净化度的指标是BOD。水体自净能力有一定限度，它受水中溶解氧和温度的制约。

三、废水生物处理的基本原理废水生物处理——利用活性污泥或生物膜中微生物群体的代谢活动把废水中的污染物质（有机物）进行降解的过程

根据起主要作用的微生物的呼吸类型，废水生物处理可分为：

①好氧生物处理②厌氧生物处理③兼氧生物处理1好氧生物处理的基本过程好氧生物处理过程的生化反应方程式：①有机物分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）CHONS+O2

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量（有机物的组成元素）②合成反应（也称合成代谢、同化作用）

C、H、O、N、S+能量C5H7NO2③微生物内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）

C5H7NO2+O2

CO2

+H2O+NH3+SO42-+

+能量异养微生物微生物废水好氧生物处理---是一种在提供游离氧的前提下，以好氧微生物为主，使有机物降解、稳定的一种无害化处理方法。

有机污染物好氧生物处理的一般途径好氧生物处理的影响因素对于好氧微生物处理系统中，各种因素都会影响微生物对有机物的分解速率，如游离氧含量、有机物浓度、pH值等C、N和P等营养元素的比例对污染物的分解影响很大，通常最适合的比例为：BOD:N:P=100:5:1

2厌氧生物处理的基本过程1）两阶段理论：第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段。

2厌氧生物处理的基本过程2）三阶段理论和四类群理论第一阶段：水解、发酵阶段：第二阶段：产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2、CO2；第三阶段：产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；

第二节活性污泥法

一活性污泥的特征及活性污泥法活性污泥——指由细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强的吸附分解有机物能力的絮状体颗粒。即具有活性的微生物菌胶团或絮状泥粒状的微生物群体。活性污泥的特征：①具有很强的吸附能力②具有很强的分解、氧化有机物的能力③具有良好的沉降性能好氧生物处理的基本过程好氧生物处理过程的生化反应方程式：①有机物分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）CHONS+O2

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量（有机物的组成元素）②合成反应（也称合成代谢、同化作用）

C、H、O、N、S+能量C5H7NO2③微生物内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）

C5H7NO2+O2

CO2

+H2O+NH3+SO42-+

+能量异养微生物微生物

一活性污泥的特征及活性污泥法

活性污泥法：是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附废水中悬浮的胶体或溶解的污染物，并将这些物质摄入细胞体内，在氧的作用下，将这些物质同化为菌体本身的组成，或将这些物质完全氧化为CO2、H2O等物质的好氧微生物处理方法。活性污泥微生物及其在反应中的作用细菌是活性污泥中净化功能最活跃的成分，污水中可溶性有机污染物直接为细菌所摄取，在有氧条件下，被代谢分解为无机物，如H2O、CO2等。活性污泥法处理废水的工艺流程根据废水在系统中流动状况，活性污泥法通常分为两大类：①推流式活性污泥法；②完全混合式活性污泥法推流式的特点：水流纵向混合，曝气池为一个细长的矩形池，废水从一端进入，另一端流出，池中曝气装置为鼓风式。完全混合式的特点：微生物处于同一个生长期内，便于控制，整个池中耗氧速率均匀。推流式活性污泥法有普通活性污泥法、阶段曝气法、渐减曝气法和吸附再生活性污泥法；完全混合式活性污泥法有批式活性污泥法。二、活性污泥法的分类三、普通活性污泥法工艺流程曝气池中供氧量和需氧量之间的关系该方法的优点：处理效果好，BOD和悬浮物的去除率可达90%以上，适用于处理净化程度和稳定程度较高的废水；该方法的缺点：a进水有机负荷不能过高；b曝气池容积大，占地面积大，基建费用高；c氧气利用率低；d对水质的变化适应能力不强。

四、其他推流式活性污泥法

为了克服普通活性污泥法的缺点，在普通曝气法的基础上进行了曝气量控制和进水方式控制，从而出现了改进后的其它推流式活性污泥法。1阶段曝气法

阶段曝气法也称多点进水活性污泥法，在该法中，废水沿池长多点进入，使有机物在曝气池中分配较为均匀，从而避免前端缺氧、后端氧过剩的弊病，从而提高氧气的利用率和曝气池的工作能力，并且容易调节各进水口的水量，在运行上有较大的灵活性。在实际应用中，阶段式曝气池的容积比普通曝气池缩小了30%左右。2渐减曝气法

针对普通活性污泥法供氧、需氧量不平衡，做改进：将曝气池的供氧沿活性污泥推进方向逐渐减少，使氧气供应与需求更接近。3吸附再生活性污泥法（自学）

思考题：简述吸附再生活性污泥法的工艺流程。四、其他推流式活性污泥法

五、完全混合式活性污泥法

对于完全混合式活性污泥法，是指废水一进入曝气池就迅速与池中已有的混合液充分混匀，故曝气池中各处的水质基本相同。同时微生物处于同一个生长周期，整个池中耗氧速率均匀。该法适用于进水水质BOD较高和水质不稳定的废水处理。六、间歇式活性污泥法（SBR法）工作原理：SBR法曝气池的运行周期由进水、反应、沉淀、排放、闲置五个阶段组成，并且这五个阶段都是在曝气池内进行，其工作原理见教材图p119。主要特征：反应池一批一批地处理废水，采用间歇式运行的方式，每一个反映池都兼有曝气池和二沉池作用，因此不再设置二沉池和污泥回流设备。应用范围：

SBR法不适用于连续来水的处理在工程中可采用多池系统，使进水在各个池子之间循环切换，每个池子在进水后按上述程序对废水进行处理，因此使得SBR系统的管理操作难度和占地都会加大。为了克服SBR工艺的不足，发展出许多新型和改良的SBR工艺。如：ICEAS系统、CASS系统、DAT-IAT系统、MSBR系统等。七、活性污泥法的其他运行方式纯氧曝气法：是以纯氧代替空气，提高氧分压，因为氧利用率高，处理效果好。射流曝气法：是曝气的一种形式，利用高压水流产生负压，使大量空气吸入水中，气液相充分接触，具有氧利用率高的特点。八、活性污泥法的设计及运行参数

1悬浮固体浓度（MLSS）：1升曝气池混合液中所含悬浮固体的干重。单位：g/L或g/mL。一般活性污泥的MLSS控制在2～4g/L。

2污泥负荷（Ns）:单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物数量。单位为：kg(BOD)/kg(MSLL)•d

Ns—是活性污泥处理法的重要指标之一，Ns过高会引起污泥膨胀，一般Ns取值在0.3d-1～0.6d-1之间。

3污泥容积指数（SVI）:简称污泥指数，指曝气池中混合液经30min静置沉降后，1g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的体积，单位：mL/g。

SVI—反映活性污泥的松散程度和凝聚、和沉淀性能，一般SVI控制在50～150，如果SVI＞200，说明污泥已发生膨胀。第三节生物膜法生物膜法——是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法。使废水中有机物吸附氧化，废水得到净化。生物膜：一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多、表面积很大，故具有很强的吸附作用。生物膜法类型：生物膜法根据其所用设备不同，分为：生物滤池（普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床等。一、生物滤池基本原理：依靠滤料（固体填料）表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用使废水被净化的一种方法。根据滤池的负荷能力，生物滤池分为两种：低负荷生物滤池：处理能力为100-400gBOD/(m3滤料•d)

高负荷生物滤池：处理能力为500-2500gBOD/(m3滤料•d)普通生物滤池的优缺点：

优点：①处理效果良好，BOD5去除率可达95%以上；②运行稳定、易管理、节省能源。

缺点：①占地面积大，废水处理量小；②滤料易堵塞（当预处理不够充分或生物膜季节性大规模脱落时，都可能使滤料堵塞；③产生滤池蝇，恶化环境卫生。二、塔式生物滤池塔式生物滤池简称塔滤，是一种新型高负荷滤池。

塔式生物滤池具有如下两个特征：①塔式生物滤池比普通生物滤池高，池高一般为8-24米（使滤池内部形成较强的拔风状态，因此，通风良好）；②水力负荷高，处理能力更强。（因为塔高延长了污水、生物膜和空气接触的时间，有机负荷可达2000-3000(BOD)/m3•d，进水BOD浓度可提高到500mg/L）塔式生物滤池的优缺点：

优点：占地面积小、耐冲击负荷的能力强，适用于大城市处理负荷高的废水；（常用于高浓度工业废水二段生物处理的第一段，大幅度去除有机污染物，保证第二段处理通常取得高度稳定的效果）

缺点：塔身高，运行管理不方便，且能耗大。三、生物转盘生物转盘，又称浸没式滤池，它是由许多平等排列浸没在一个水槽（氧化槽）中的塑料圆盘所组成。圆盘作为生物膜的附着基质，各圆盘之间有一定间隙。工作原理：盘片在与之垂直的水平轴带动转动，一半浸没于废水中，一半暴露在空气中，浸入废水中盘片上的生物膜吸附废水中的有机物，当转出水面时，生物膜又从空气中吸收所需的氧气，使吸附膜上的有机物被氧化分解。如此反复，达到去除废水中的有机物，净化废水的目的。

生物转盘的优缺点

与活性污泥法比较，生物转盘的优点是：①操作简单，没有污泥膨胀和流失问题，没有污泥回流系统，生产上易于控制；②剩余生物污泥量少，污泥颗粒大，含水率低，沉淀速度大，易于沉淀分离和脱水干化；③设备构造简单，无通风、回流及曝气设备，运转费用低，耗电量低；④可处理高浓度废水，承受BOD的浓度可达1000mg/L，耐冲击能力强；⑤废水处理效率高，BOD去除率一般可达90%以上；⑥比活性污泥法占地少。

缺点：①占地虽比活性污泥法少，但仍然较大；②盘材昂贵基建投资大；③处理含易挥发有毒废水时，对大气污染严重。应用：生物转盘是一种较新型的生物膜法废水处理设备，国外使用比较普遍，一些已使用于大型废水处理厂（如炼油厂、石油化工的废水处理长），国内在化工、造纸、制革、化纤等行业应用较多。

第四节废水厌氧生物处理一、厌氧处理法及其特点①当有机污染物系统不补充氧气时，②当废水中有机物浓度较高（即BOD较高）时，不宜采用好氧生物处理，而应采用厌氧生物处理。厌氧生物处理法：指在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解，分解的主要产物是以甲烷为主的污泥气（即沼气）。

厌氧生物处理的基本过程

水解、发酵阶段：在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质和脂肪水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2、CO2；产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；通过两种途径生成甲烷：

1）利用乙酸生成甲烷

2）二氧化碳存在下，利用氢气产生甲烷二、厌氧处理的工艺流程

厌氧生物处理的核心是“厌氧反应器”，已开发多种厌氧反应器，以提高厌氧处理的能力。思考题：甲烷菌有哪些特点，为什么在厌氧生物反应中，反应器必须密闭与空气隔绝？三、厌氧生物处理的类型厌氧消化法：厌氧接触反应器、厌氧污泥床反应器厌氧生物膜法：厌氧生物滤池、厌氧流化床厌氧塘法四、上流式厌氧污泥床反应器（USAB）优点：①有机负荷在15kg(COD)/m3•d以上，具有高负荷和高去除率的优点；②不需设沉淀池，UASB设有三相分离器，经沉淀的污泥自动回流到反应区，无需另设沉淀池和回流装置；③不需要搅拌设备，厌氧消化过程所产生的微小沼气气泡的上升运动，对污泥床产生搅拌作用，使其处于悬浮状态，因此无需搅拌设备；④对负荷冲击、温度和pH值的变化有一定的适应性。五、厌氧接触法优点：由于微生物可大量附着生长在悬浮污泥上，使微生物与废水的接触表面积增大，故对悬浮物含量较高的有机废水的处理效果较好。有机负荷为2.1-5.9kg(BOD)/m3•d或12.5-30.0kg(COD)/m3•d缺点：需增加沉淀池、污泥回流和脱气设备

六、厌氧生物滤池优点：①填料为微生物附着生长提供较大的表面积，因此，池中微生物数量多，容积负荷大，耐冲击负荷；②滤池内可以保持很高的微生物浓度而不需要搅拌设备；③在池中，微生物以固着生长为主，停留时间长，不易流失，因此，不需要另外的泥水分离设备，出水SS浓度较低；④废水与生物膜接触面积大，强化了传质过程，因此有机物去除速度快；⑤由于反应器内不同类群的微生物自然分层固定，故各类微生物易得到最佳的环境，并保持高的活性。所以，在水温25-35℃时，有机负荷在3-10kg(COD)/m3•d以上，COD去除率可达80%以上。

缺点：生物膜易发生堵塞。故该法主要用于处理含悬浮物浓度很低的溶解性有机废水。七、厌氧流化床反应器根据流速大小和颗粒膨胀程度可分为：

厌氧流化床和厌氧膨胀床

一般常将床内载体略加松动，载体间隙增加，但仍保持互相接触的反应器称为膨胀床；上升流速增大，载体可在床内自由运动而互不接触的反应器称为流化床。厌氧流化床的特点

①流体与微生物颗粒之间的接触时间长，液膜扩散阻力小；②载体处于膨胀或流化床状态，可防止载体堵塞；③既可处理高浓度有机废水，又可处理低浓度城市污水；④载体为微生物附着生长提供较大的表面积；⑤床内微生物浓度高，容积负荷大，水力停留时间短，耐冲击负荷。其主要不足是载体流化耗能较大，操作运行要求严格。八、厌氧生物处理的特点厌氧生物处理法与好氧生物处理法比较有如下优点。1）节省能源。厌氧生物处理的能源消耗约为活性污泥法的1/10。同时，产生的沼气又可作为能源。去除1kgBOD5可产生0.35m3沼气，沼气的发热量为21-23MJ/m3。2）容积负荷高。一般好氧的容积负荷（BOD）为2-4kg/(m3•d)，而厌氧法为5-10kg/(m3•d)。3）氮磷需量低。好氧法氮磷需量为BOD:N:P=100:5:1,而厌氧法为BOD:N:P=（200-300）:5:14)剩余污泥少。好氧法去除1kgCOD可产生0.4-0.6kg污泥，而厌氧法仅为0.02-0.1kg。剩余污泥量只有好氧法的5%-20%。同时厌氧法的剩余污泥性质稳定浓缩脱水性能好。5）有杀菌作用。厌氧法可杀死废水及污泥中的寄生虫卵及病毒6）污泥存期长。厌氧法的污泥可长期贮存。厌氧反应器可季节性或间歇性运转，停运一段时间后，能迅速启动运行。7）应用范围广。好氧法值限于处理低浓度的有机废水，而厌氧法既适用于处理高浓度有机废水，又适用于处理低浓度的有机废水。同时还可降解好氧法难以降解的有机物。8）水温适应广。好氧法水温在10-35℃之间，当高温时就需采取降温措施；而厌氧法水温适应范围广，分低温发酵（10-30℃）、中温发酵（30-40℃）和高温发酵（50-60℃）。厌氧法存在如下缺点：1）厌氧微生物增殖缓慢，因此其启动及处理需要较长时间；2）厌氧法出水通常达不到排放标准，一般需在其后串联好氧处理设施；3）厌氧法运行控制因素较为复杂和严格，对废水中含有毒有害物质较敏感。第五节影响废水生物处理的因素一、化合物结构二、温度三、酸碱度四、营养物质五、毒物六、溶解氧电解法原理电解法——在电流作用下，发生电化学反应，使废水中有害物质通过电解过程在阳、阴极上分别发生氧化和还原反应转化为无害物质，以实现废水净化的方法。电解法处理废水可以归纳为以下四种：1电极表面处理过程废水中的溶解性污染物通过阳极氧化或阴极还原后，生成不可溶的沉淀物或从有毒的化合物变成无毒的物质。2电凝聚处理过程铁或铝制金属阳极由于电解反应，形成氢氧化铁或氢氧化铝等不溶于水的金属氢氧化物活性凝聚体。3电解浮选过程采用由不溶性材料组成的阴、阳电极对废水进行电解。4电解氧化还原过程利用电极在电解过程中生成氧化或还原产物，与废水中的污染物发生化学反应，产生沉淀物以去除之。第六节有机物生物降解程度的评价BOD——1L废水在