Chapter3-水體污染的生物處理技術(shù).pptx

第三章 廢水生物處理工程技術(shù),第一節(jié) 廢水的來源及特點 廢水的來源及特征 化學(xué)工業(yè)、多行業(yè)、多品種的工業(yè)部門、廢水排放量大、含污染物成份、濃度分布復(fù)雜 主要來源： （1）原料和產(chǎn)品的生產(chǎn)、包裝、運輸、堆放過程中流失、經(jīng)雨水或用洗水沖刷產(chǎn)生；（2）化學(xué)反應(yīng)不完全而產(chǎn)生；（3）副反應(yīng)過程產(chǎn)生的排污液；（4）冷卻水；（5）生產(chǎn)工藝的排放廢水；（6）設(shè)備和地面的沖洗水，雨、雪水；,2、廢水分類 有機廢水；無機廢水；混合廢水。 二、廢水處理方法問題 1、一般處理原則：從清潔生產(chǎn)的角度，改革生產(chǎn)工藝和設(shè)備，實行原料，中間體綜合利用減少污染物；對于必須排放的廢水，實行集中排放，系統(tǒng)處理的原則；根據(jù)水質(zhì)，分別采取一、二、三級處理： 、一級處理，主要分離水中懸浮固體物，膠狀物，浮油或重油，常用物理方法,、二級處理， 是一級處理過的廢水后續(xù)處理過程。主要去除可生物降解的有機溶解物和部分膠狀物的污染，也就是去除廢水的BOD和部分COD，二級處理一般以生物處理為主體，輔以化學(xué)混凝和化學(xué)沉降等方法。對于難以生物降解的廢水，有時則以化學(xué)和物化處理法為主。 、三級處理， 水環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求高、排放還需再用的情況下，二級處理出水須予以深度凈化，主要去除生物難降解的有機污染物和溶解的微量無機物，常用活性炭吸附、化學(xué)氧化、離子交換、膜分離技術(shù)處理。,衡量有機廢水的污染指標(biāo),BOD5生物耗氧量 20下，pH78，1L污水中有機物，進行微生物氧化，5日消耗分子氧PPM數(shù) 所有影響微生物降解的因素， 如溫度、時間等將影響B(tài)OD的測定。 最終BOD是指全部的有機物質(zhì)經(jīng)生化降解和細菌內(nèi)源呼吸消耗的氧。一般采用20和培養(yǎng)5天的時間作為標(biāo)準(zhǔn)。以 BOD5表示，通常用毫克/升或ppm作為BOD的量度單位。 城市污水BOD一般在100250mg/L,CODCr 和 CODMn 化學(xué)需氧量（COD）：水中有機成分被完全氧化所需要的氧量。 化學(xué)需氧量的測定，根據(jù)所用氧化劑的不同，分為高錳酸鉀法（OC，習(xí)慣稱為耗氧量）和重鉻酸鉀法（Chemical Oxygen Demand，COD）。 CODCr重鉻酸鉀法：水樣在強酸(K2Cr2O7+H2SO4)條件下，加熱回流2小時，剩余的重鉻酸鉀用亞鐵鹽滴定測定。對有機物氧化比較完全，對苯、甲苯等芳香烴類較難氧化，適用于各種水樣。 CODMn 高錳酸鉀法：操作簡便快速，所需時間短，但對含氮有機物測定困難。在一定程度上可以說明水體受有機物污染的狀況， 常被用于污染程度較輕的水樣。 三者關(guān)系：CODBODOC,TP 總磷 水體總磷反映的是可溶性磷和不可溶磷的總和。不可溶磷在微生物作用下降解成可溶磷，磷和氮是評價富營養(yǎng)化的指標(biāo)。 TN 總氮 包含硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和其他化合形式的氮。氨氮是評價水體污染的重要指標(biāo)。 pH 微生物生長的適宜pH介于6.58.5. pH9.0, 微生物代謝速率受抑制。 MLSS 混合液體懸浮固體濃度,2、廢水處理方法分類,（1）物理處理法 處理不溶性懸浮態(tài)污染物常用重力分離、離心分離、篩濾載流法等。 （2）化學(xué)處理法 通過化學(xué)反應(yīng)分離去除廢水中易溶解，膠體態(tài)的污染物。常用投加藥劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的方法有混凝、中和、氧化還原等。 （3）物理化學(xué)法 通過分子擴散、傳質(zhì)作用分離去除廢水中污染物質(zhì)。常用吸附法、離子交換法、膜分離法、萃取法、氣提和吹脫法。 （4）生物處理法 通過微生物代謝作用，使廢水中易溶解、膠體及細微懸浮污染物轉(zhuǎn)化為無毒、無害的物質(zhì)的方法；生物法：好氧生物處理；厭氧生物處理；組合生物處理。,3、廢水分級處理內(nèi)容,一級處理： 篩濾法；沉淀法；上浮法；預(yù)曝氣法。 二級處理： 活性污泥法（已有90多年歷史）； 生物膜法； 化學(xué)和物化處理法。,三級處理： 廢水深度處理或高級處理，包括： 除磷； 除氮；生物硝化反硝化法，物理化學(xué)法，包括氣提法，折點氧化，離子交換； 難降解有機物去除，物理化學(xué)方法，活性炭吸附，O3氧化等； 溶劑性無機物去除，物理化學(xué)法，離子交換電滲析和反滲透等； 病毒去除，化學(xué)法：用聚鋁、聚鐵鹽混凝沉淀，臭氧殺滅消毒，理化法，中空纖維膜分離。,第二節(jié) 生物處理法,一、概述 1、原理 利用微生物代謝食物鏈氧化分解有機物。 與凈化有關(guān)的生物群 它們存在微生物食物鏈平衡的重要關(guān)系 有機物細菌、真菌原生動物后生動物小魚蝦 細菌對分解作用起主要作用。原生動物，后生動物為保持生態(tài)平衡起不可缺少的作用。,3、微生物形貌特征： 菌類:0.11.0m，1ml MLSS中多為107108，常見超過20種。 細菌報告最多的有假單胞菌屬、黃桿菌、球衣菌屬、鏈球菌、無色桿菌、動膠桿菌等。大腸桿菌，產(chǎn)堿桿菌等，真菌：酵母菌、霉菌、擔(dān)子菌等。 藻類：550m 原生動物 100m 1ml正?；钚晕勰嗟幕旌弦捍婊顢?shù)目500020000。常見：鞭毛蟲、鐘蟲、纖毛蟲、草履蟲，有益的主要是小口鐘蟲、溝鐘蟲，循纖蟲等三種。 后生動物 100105m 1ml活性污泥混合液中存活旋輪蟲屬；異尾輪蟲屬，狹甲輪蟲屬。常見的袋形腔輪蟲等各5001000個，此外：腹毛蟲、線形蟲、水蚯蚓。,4、微生物生長條件： 菌類：多嗜溫菌，2030 藻類：多適生長溫度：2030 鐘蟲等原生動物：333最佳25 輪蟲等后生動物：538最佳35,二、水體凈化過程中的生物降解作用,1、微生物自身代謝所涉及的化學(xué)反應(yīng) 呼吸鏈的氧化作用： a、乙醇氧化，b、乙醛氧化 厭氧過程還原作用： 反硝化，NO2NH3，NH3N2，H2SO4H2S脫硫 脫羧作用 脫氨作用 水解作用,2、細菌的能源利用 總的能量消耗 = 降解有機物能耗+自身代謝能耗 光合細菌：利用光能； 化能自養(yǎng)菌：利用CO2，氧化無機物，如FeS 比率CNP = 10051 異養(yǎng)菌：降解有機物，利用BOD5NP = 10051 有毒物質(zhì)限制： 、金屬離子，Cu10mg/L、Pb1mg/L、Cr80mg/L，Cd5mg/L； 、有機物：苯100mg/L，酚類100mg/L，馴化后，極限可適當(dāng)提高 BOD：生物耗氧量,2、活性污泥中的微生物,活性污泥為3001000um的不定形細菌的凝集體。 活性污泥曝氣池特殊環(huán)境限制了微生物大?。ㄍ?、攪拌等 ）最大的約1mm，主要是細菌和原生動物。 細菌：直接攝取可溶性有機物。 菌膠團：生枝動膠菌、浮游球衣菌、動膠菌是菌膠團的主體。 球衣菌屬異常增多會導(dǎo)致污泥膨脹。 常見細菌：無色菌屬，產(chǎn)堿菌屬、芽孢桿菌屬、黃細菌屬為多。正常城市污水活性污泥1mg含菌約2.01071.6108個。,原生動物： 纖毛蟲為主，污水處理中的重要指示生物。 真菌： 大多為水節(jié)霉屬（Leptomitus）、毛霉屬（Mucor）和半知菌類的木霉，酵母類的假絲酵母等 微小的后生動物： 活性污泥中，主要有輪蟲類和線蟲類，后生動物攝食污泥中的細菌、原生動物殘骸等 活性污泥混合液中1ml輪蟲數(shù)目200100，不超過微小動物總數(shù)的5,3原生動物和微型后生動物的作用,指示作用： 隨著污水自凈程度增加，高級微生物出現(xiàn)的次序： 細菌植物性鞭毛蟲肉足類動物性鞭毛蟲游泳型纖毛蟲、吸管蟲固著型纖毛蟲輪蟲 活性污泥培養(yǎng)初期 活性污泥培養(yǎng)中期 活性污泥培養(yǎng)成熟期,凈化作用 大多數(shù)原生動物吞食有機顆粒和游離細菌等微小生物，對水質(zhì)凈化起積極作用 促進絮凝和沉淀作用 污水中凈化作用和絮凝作用的主體是細菌，有些細菌必須有原生動物存在才可以絮凝。 如：彎豆形蟲的促絮凝作用，鐘蟲尾柄和細菌形成大的絮凝體。 固著型纖毛蟲和細菌形成絮體，完善了二沉池的泥水分離。,在提高水質(zhì)方面作用,使水質(zhì)透明：促進細菌的絮凝作用，提高細菌的沉淀效率；固型原生動物迅速沉降，好氣細菌粘裹在其分泌物上，提高細菌去除效率；捕食游離細菌，捕食細菌使細菌密度大為下降，提高了細菌活動能力和對可溶性有機物攝取能力、降解能力。 降低水溶性有機物：原生動物本身也攝取可溶性有機物；與一般細菌一起，共同攝取病原微生物,原生動物在降低剩余污泥方面作用（減少二次污染）： 因為其捕食細菌，所以細菌和原生動物的轉(zhuǎn)換率為0.5。生物量的少部分就等于被氧化。間接地對可溶性有機物起到降解的作用； 捕食細菌明顯減少了剩余污泥量，原生動物比細菌容易受到環(huán)境變化的影響。因為夏季原生動物濃度高，所以剩余污泥量比冬季少； 原生動物分泌物絮凝作用，作細菌變成絮凝球，難以捕食，倒保護了活化的細菌。使細菌和原生動物的各自濃度在一定范圍內(nèi)處于平衡； 原生動物營養(yǎng)條件和生長環(huán)境： 、單一細菌不能維持生存，須幾種菌混合為食 、T=5 35 pH6.57.5,4、后生動物作用,后生動物：輪蟲、腹毛蟲、線性蟲、袋形蟲，100-150m ，pH6.5-7.5 1、破壞絮凝體，形成新絮凝體，制造絮凝核心 2、捕食游離細菌 3、粘性分泌物，或排泄物和水中粘性物質(zhì)形成類球，促進絮凝 4、輪蟲運動力比鐘蟲強得多，捕食量大得多，有利于保持水質(zhì)透明。,5、廢水中有機物可生化處理的概況,1、CODcr去除率： CODcr去除率約達70%左右，因為其中不可降解的物質(zhì)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機物,2、廢水生物氧化過程： 時間過程：BOD5測定瓶作用過程污水中微生物生物氧化分三階段： 第一階段，污水異養(yǎng)微生物在生長過程同時可降解得有機物，排出還原性代謝產(chǎn)物； 第二階段，原生動物捕食大量繁殖的細菌 第三階段，自養(yǎng)菌把氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，并利用CO2，所以所測BOD5只是反映第一階段好氧分解狀況。,第一節(jié) 廢水好氧生物處理工程技術(shù)與應(yīng)用,一、活性污泥法 1、活性污泥法的基本流程,活性污泥系統(tǒng)有效運行的條件： 足夠的可溶性易降解物質(zhì)； 溶解氧； 活性污泥的懸浮狀態(tài)； 連續(xù)回流，及時排除； 沒有毒物進入。,3、活性污泥的凈化反應(yīng)過程,活性污泥中有機物的降解通過以下幾個階段和作用： 絮凝、吸附作用：污水與活性污泥接觸后很短時間內(nèi)有機物濃度迅速降低，主要由吸附作用引起。 微生物的氧化分解階段：一部分有機物被氧化分解，進程較慢。 凝聚、沉淀與濃縮：增長的菌體有機體絮凝，通過重力作用沉淀分離。,絮凝、吸附作用,微生物細胞各組分的電荷吸附，具有生物、物理、化學(xué)吸附作用和凝聚、沉淀作用。 活性污泥的大表面積（200010000m2/m3混合液）可以迅速吸附有機污染物，使得廢水中的BOD和COD大幅度下降。,吸附作用的影響因素： 主要和微生物的生長期有關(guān)。 （1）溶解氧： 供氧不足會導(dǎo)致絲狀菌等耐低溶氧的微生物滋長，使污泥不易沉淀，即污泥膨脹。 （2）營養(yǎng)物： BOD5/N/P的需要量滿足在100:5:1 （3）溫度和pH值 2030，pH6.59.0,II.微生物的氧化作用,好氧條件下，進行合成代謝和分解代謝。 有機物的降解、微生物增殖、內(nèi)源代謝和耗氧的過程在曝氣池內(nèi)同步進行。 適宜條件下（溫度、溶解氧、無抑制物質(zhì)），活性污泥的微生物增殖速率取決于有機質(zhì)與微生物的比值。,菌膠團的作用,很強的吸附和氧化分解能力； 為原生動物和后生動物提供良好的生存環(huán)境； 為原生動物和后生動物提供附著場所； 指示作用：新生菌膠團色淺、透明、結(jié)構(gòu)緊密，再生能力強；老化菌膠團色深、松散，活性弱。 枝動菌、動膠菌形成菌膠團。,III 活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮,泥水分離是凈化廢水的最后程序。二次沉淀池中進行。 正?；钚晕勰囔o置30分鐘，絮凝沉淀和成層沉淀可基本完成。濃縮過程比較慢。 重要影響因素：水溫、pH、溶解氧、有機質(zhì)負荷 評價指標(biāo)：SVI（污泥指數(shù)）、SV（污泥沉降比）、MLSS（混合液懸浮固體）,4 活性污泥凈化反應(yīng)的影響因素,溶解氧 供氧不足導(dǎo)致正常代謝受阻，凈化功能下降，絲狀菌孳生，污泥膨脹。 曝氣池出口處混合液溶解氧濃度保持在2mg/L 水溫 最適溫度1530，10功能產(chǎn)生影響。緩慢的溫度降低可以起到馴化作用，通過降低負荷、提高溶氧、提高活性污泥濃度，在67時仍然可獲得較好的處理效果 北方地區(qū)：大型處理系統(tǒng)露天建造，小型可置于室內(nèi) 高溫工業(yè)廢水必先降溫方可處理,營養(yǎng)物質(zhì) 根據(jù)污水種類來確定是否添加N/P： 生活污水和城市廢水無需添加，工業(yè)廢水根據(jù)種類不同確定添加，添加量按BOD:N:P=100:5:1 實際需要量與剩余污泥量有關(guān)： X活性污泥增長量，以MLVSS計，kg/d pH 最適pH介于6.58.5 pH4.5 原生動物全部消失，絲狀菌占優(yōu)勢，污泥膨脹 pH9.0 微生物代謝速率降低,Ndemand0.122X Pdemand0.023X,有毒和抑制物質(zhì) 重金屬、氰化物、H2S、鹵素化合物、酚、醇、醛、染料等對微生物有抑制作用 經(jīng)過長期馴化的活性污泥能夠承受較高濃度的上述化合物 有機負荷率 有機負荷率又稱BOD污泥負荷，表示曝氣池內(nèi)單位質(zhì)量的活性污泥在單位時間內(nèi)承受的有機質(zhì)質(zhì)量，是影響微生物代謝的重要因素,S0進水BOD濃度(mg/L)； Q進水流量(m3/d); V曝氣池有效容積(m3); X混合液污泥濃度(mg/L)。,污泥停留時間的影響,SRT，又稱污泥齡x 高泥齡有助于出水水質(zhì)； 根據(jù)經(jīng)驗，泥齡控制在410d。,好氧活性污泥的幾種處理工藝流程,推流式活性污泥法 具有推流特征，微生物混合均勻； 曝氣池前端耗氧高，容易產(chǎn)生厭氧； 抑制物質(zhì)濃度高會減弱生物降解作用。 完全混合式活性污泥法 廢水濃度一致，適合高濃度污染物； 出水中溶解性污染物濃度低； 適合可生物降解濃度適中毒物（苯酚，烷烴，氯代苯類） 污染物去除率低。,好氧活性污泥工藝流程,接觸活性污泥法 廢水與污泥接觸1560min 混合液在二沉池分離； 污泥回流進入穩(wěn)定池曝氣氧化。 優(yōu)點： 。反應(yīng)器體積小，負荷高； 缺點： 需更多的運行管理： 1.實時監(jiān)測兩池混合液濃度； 2.出水易受沖擊負荷影響。,三種工藝溶氧與底物濃度變化：,氧化塘（溝）處理廢水機制,氧化塘： 仿生態(tài)，人工系統(tǒng)，利用多種微生物的關(guān)系進行水體自凈。 機理： 有機廢水在氧化塘被微生物氧化分解為無機鹽和水，微生物吸收物質(zhì)和能量維持水體的微生態(tài)環(huán)境。 用途： 用于三級深度處理，生活污水，N、P豐富的工業(yè)廢水。,好氧活性污泥的培養(yǎng),1、間歇式曝氣培養(yǎng) 菌種：活性污泥（污水處理廠、不同水質(zhì)污水處理廠、本廠污泥以及污水流經(jīng)的河道淤泥） 馴化：異源污泥必須馴化后才能使用，采用間歇式曝氣培養(yǎng)法：低濃度廢水曝氣23h，沉降1h，棄去上清，繼續(xù)重復(fù)37d，然后逐步提高濃度。 培養(yǎng)：馴化好的污泥改用連續(xù)曝氣法培養(yǎng)。培養(yǎng)階段結(jié)束標(biāo)志：混合液30min體積沉降比SV30達50以上，鐘蟲大量出現(xiàn)，漫游蟲、輪蟲相繼出現(xiàn)。,2、連續(xù)曝氣培養(yǎng) 適用對象：采本廠相同水質(zhì)處理廠的活性污泥作菌種。 接種量：按曝氣池有效體積510投入。 策略：小流量進水，逐級提高，每提高一次維持1周。 處理系數(shù)：,好氧生物膜法,生物膜法,生物膜的形成過程,Biofilm形成過程,結(jié)構(gòu)示意圖,自然狀態(tài)下生物膜的變化,營養(yǎng)充足條件下形成生物膜狀態(tài)模擬,營養(yǎng)不足條件下形成生物膜狀態(tài)模擬,生物膜（biofilm）,1、定義：通過廢水同生物膜接觸，生物膜吸附和氧化廢水中的有機物，并同廢水進行物質(zhì)交換，從而使廢水得到凈化的過程。一般在23mm。 2、設(shè)備分類：分為填充式和漫漬式兩類：分為普通濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池，還有生物轉(zhuǎn)盤，接觸氧化法等。特點：無污泥回流系統(tǒng),填充式濾池： 床式生物濾池，填料：卵石、爐渣、炭、瓷環(huán)、陶粒等。一般BOD負荷為標(biāo)準(zhǔn)值，處理效果好。 缺點：占地面積大； 優(yōu)點：污泥沉淀快，二沉池容積較小。,塔式生物濾池,高徑比大于4：1 BOD負荷較池式高23倍，通風(fēng)好，凈化功能強，封閉衛(wèi)生好。 缺點： 出水BOD濃度仍較高，常有游離細菌，宜作二次串聯(lián)池的第一次處理設(shè)備,生物轉(zhuǎn)盤 以一系列繞水平軸轉(zhuǎn)動的盤式代替固定的濾料，盤浸沒水中。 按照有無氧參與， 生物轉(zhuǎn)盤分為好氧生物轉(zhuǎn)盤和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。好氧生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)盤面積約40%浸沒在槽內(nèi)的污水中，轉(zhuǎn)軸高出水面10-25cm；厭氧生物轉(zhuǎn)盤的盤片大部分或全部浸沒于水中，接觸反應(yīng)槽密封，以利于厭氧反應(yīng)的進行和收集沼氣。,圖片來源：/,好氧生物轉(zhuǎn)盤 盤片緩慢轉(zhuǎn)動，浸沒在接觸反應(yīng)槽內(nèi)緩緩流動的污水中，有機物將被滋生在盤片上的生物膜吸附；當(dāng)盤片離開污水時，盤片表面形成的薄薄水膜從空氣中吸氧，氧溶解濃度升高，同時被吸附的有機物在好氧微生物酶的作用下進行氧化分解。 （圖片資料來源：HBC生物轉(zhuǎn)盤，環(huán)保設(shè)備網(wǎng) ）,漫漬式，生物膜載體完全浸沒在水中。 接觸氧化法 載體固定，多為蜂窩式或列管式填料，上、下貫通，水力條件良好，氧量和有機物供應(yīng)充分，適于微生物棲息增殖，降解有機物能力強。 優(yōu)點：對沖擊負荷有較強的適應(yīng)能力，污泥生成量少；不產(chǎn)生污泥膨脹的危害，能夠保證出水水質(zhì)；衛(wèi)生不產(chǎn)生池蠅，也不散發(fā)臭氣。 缺點：填料易于堵塞；布氣，布水不易均勻。,懸浮載體、流化床,生物膜載體：采用活性炭、砂、無煙及其它粒子，填于容器中。通過脈沖進水使載體流態(tài)化。因為載體比表面積大，能保持高濃度微生物量，效率較普通性污泥高1020倍，占地面積只是普通活性污泥法的5%左右。 缺點：高速氧化降解，要求有高速的供氧，美國HY-F10型懸浮載體流化床采用純氧曝氣，運行成本高。,生物膜法的新進展,1、改進轉(zhuǎn)盤材料、性能、增加轉(zhuǎn)盤的直徑 2、采用空氣驅(qū)動的生物轉(zhuǎn)盤，藻類轉(zhuǎn)盤 3、生物轉(zhuǎn)盤與沉淀池或曝氣池優(yōu)化組合 4、生物轉(zhuǎn)筒,厭氧處理,甲烷發(fā)酵 人工沼氣發(fā)酵研究已經(jīng)有