第二章 廢水好氧生物處理

.,第二章廢水好氧生物處理工程,內(nèi)容：第一節(jié)廢水處理技術(shù)概述第二節(jié)活性污泥法第三節(jié)生物膜法,.,第一節(jié)生物處理技術(shù)概述,一、生物處理的基本原理生物處理的主體是微生物。有機(jī)物的轉(zhuǎn)化廣義上可以定義為兩種：礦化和共代謝,.,礦化是將有機(jī)物完全無(wú)機(jī)化的過(guò)程，是與微生物生長(zhǎng)包括分解代謝與合成代謝過(guò)程相關(guān)的過(guò)程。共代謝通常是由非專一性酶促反應(yīng)完成的，不導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)量或能量的增加,使有機(jī)物得到修飾和轉(zhuǎn)化，但不能使其分子完全分解。,.,1.好氧生物處理的基本原理在好氧條件下，有機(jī)物在好氧微生物的作用下氧化分解，有機(jī)物濃度下降，微生物量增加。微生物將有機(jī)物攝入體內(nèi)后，以其作為營(yíng)養(yǎng)源加以代謝，代謝按兩條途徑進(jìn)行：合成代謝和分解代謝,.,圖6-1有機(jī)物好氧分解圖示,.,在有機(jī)物的好氧分解過(guò)程中，有機(jī)物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗這三個(gè)過(guò)程是同步進(jìn)行的，也是控制好氧生物處理成功與否的關(guān)鍵過(guò)程。,.,（1）有機(jī)物的降解,圖6-2有機(jī)物好氧生物降解的一般途徑,.,（2）微生物的增殖,圖6-3靜態(tài)培養(yǎng)微生物生長(zhǎng)曲線,.,（3）溶解氧的提供溶解氧是影響好氧生物處理過(guò)程的重要因素。充足的溶解氧供應(yīng)有利于好氧生物降解過(guò)程的順利進(jìn)行。溶解氧的需求量與微生物的代謝過(guò)程密切相關(guān)。在不同的好氧生物處理過(guò)程和工藝中，溶解氧的提供方式也不同。,.,2.厭氧生物處理的基本原理厭氧生物處理是在無(wú)氧條件下，利用多種厭氧微生物的代謝活動(dòng)，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物和少量細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程。,.,（1）厭氧生物分解有機(jī)物的過(guò)程,圖6-4有機(jī)物厭氧分解過(guò)程,.,水解階段復(fù)雜有機(jī)物首先在發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的胞外酶的作用下分解為溶解性的小分子有機(jī)物。該過(guò)程通常比較緩慢，是復(fù)雜有機(jī)物厭氧降解的限速階段。發(fā)酵（酸化）階段溶解性小分子有機(jī)物進(jìn)入發(fā)酵菌（酸化菌）細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)酶作用下分解為揮發(fā)性脂肪酸（VFA),同時(shí)合成細(xì)胞物質(zhì)。,.,產(chǎn)乙酸階段發(fā)酵酸化階段的產(chǎn)物丙酸、丁酸、乙醇等，在此階段經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷菌通過(guò)以下兩個(gè)途徑之一，將乙酸、氫氣和二氧化碳等轉(zhuǎn)化為甲烷。其一是在二氧化碳存在時(shí)，利用氫氣生成甲烷。其二是利用乙酸生成甲烷。,.,（2）水解處理水解處理是指將厭氧過(guò)程控制在水解或酸化階段，利用兼性的水解產(chǎn)酸菌將復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單有機(jī)物。能降低污染物的復(fù)雜程度，提高后續(xù)好氧生物處理的效率。（3）缺氧處理在沒(méi)有分子氧存在的條件下，一些特殊的微生物類群可以利用含有化合態(tài)氧的物質(zhì)進(jìn)行代謝活動(dòng)。,.,二、微生物催化降解的必要條件,1.存在含有某種降解酶的微生物。2.微生物必須在目標(biāo)化合物出現(xiàn)的環(huán)境中出現(xiàn)。3.化合物必須是具有適宜酶的微生物可獲得的。4.如果產(chǎn)生降解的啟動(dòng)酶是胞外酶，酶作用的化學(xué)鍵必須暴露以利于催化作用發(fā)生，這種條件并不是總能滿足，因?yàn)樵S多化合物會(huì)發(fā)生吸附。,.,5.催化起始降解的酶如果是胞內(nèi)酶，化合物分子則必須進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的酶作用位點(diǎn)，或者胞外反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步降解。6.由于能作用于多種合成化合物的細(xì)菌或真菌種群或生物量起始濃度較低，環(huán)境條件必須適合具有活性潛力的微生物增殖。,.,三、影響生物降解的因素,1.微生物活性2.目標(biāo)化合物特征3.環(huán)境因素（1）營(yíng)養(yǎng)（2）溫度（3）pH（4）氧,.,第二節(jié)廢水處理技術(shù)概述,廢水包括生活污水和工業(yè)廢水工業(yè)廢水是生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水的總稱,一、廢水水質(zhì)指標(biāo),.,水質(zhì)指標(biāo)是水污染控制工程的基礎(chǔ)，其主要作用是：,1）表示水的污染程度2）表示處理廠的處理效果3）作為設(shè)計(jì)處理工程的指標(biāo)4）作為污水排入水體的標(biāo)準(zhǔn)制定、檢驗(yàn)等。,.,1.生物化學(xué)需氧量（BOD）,生化需氧量表示在有氧的情況下，由于微生物的活動(dòng)，可降解有機(jī)物穩(wěn)定化所需的氧量。BOD越大，表示水體中的有機(jī)物越多，污染越嚴(yán)重。,.,2.化學(xué)需氧量（COD）,化學(xué)需氧量是指在一定條件下水中有機(jī)物與強(qiáng)氧化劑（如K2CrO4,KMnO4)作用所消耗的氧量。水中的COD不僅代表水中有機(jī)物的含量，同時(shí)也包括水中還原性無(wú)機(jī)物被氧化的耗氧量。,.,根據(jù)BOD/COD的比值可以初步評(píng)介廢水的可生化性。一般來(lái)說(shuō)：BOD/COD=0.4可生化性較好，適合于用生化處理方法。BOD/COD=0.30.4可生化性一般，可以用生化處理方法。BOD/COD=0.20.3可生化性較差，需馴化后用生化處理方法。BOD/COD0.2可生化性很差，不適合于用生化處理方法。,.,3、懸浮固體（SuspendedSolid,SS）,懸浮固體SS；揮發(fā)性懸浮固體VSS；總固體TS；,.,PH；顏色；溫度；氨氮；溶解固體；氯化物。有毒物指標(biāo)：重金屬；硫化物；氰化物；其它有機(jī)物；三致物質(zhì)及高穩(wěn)定有機(jī)合成化合物。（細(xì)菌總數(shù)；大腸菌指數(shù)。-微生物指標(biāo)）,4、無(wú)機(jī)性水質(zhì)指標(biāo),.,二、廢水處理的方法,按照作用原理和去除對(duì)象可分為：物理法化學(xué)法生物法,.,1.廢水的物理處理法,利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)。使用的處理設(shè)備有：格柵、篩網(wǎng)、沉砂池、沉淀池、濾池、氣浮裝置、離心機(jī)等。,.,2.廢水的化學(xué)處理法,利用化學(xué)反應(yīng)作用來(lái)分離、轉(zhuǎn)化、破壞或回收廢水中的污染物，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。通常通過(guò)向廢水中投加某些化學(xué)物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢水的目的。,.,1）中和處理法酸或堿,2）混凝處理法,3)化學(xué)沉淀法,4）氧化還原法,5）吸附法,6）離子交換法,7）膜分離法,.,3.廢水生物處理法,采取一定的措施，使微生物大量生長(zhǎng)和繁殖，從而提高微生物氧化、分解有機(jī)污染物的一種技術(shù)。,.,活性污泥法是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種生物處理技術(shù)。生物膜法生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等自然生物處理法穩(wěn)定塘和土地處理法厭氧生物處理法利用兼性厭氧菌和專門厭氧菌在無(wú)氧條件下降解有機(jī)污染物的處理技術(shù)。廢水的脫磷除氮,.,第二節(jié)活性污泥法,一、活性污泥與活性污泥法有機(jī)廢水經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的曝氣后，水中會(huì)產(chǎn)生一種以好氧菌為主體的茶褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是活性污泥?；钚晕勰喾ň褪且院趶U水中的有機(jī)污染物為培養(yǎng)基，在有溶解氧的條件下，連續(xù)地培養(yǎng)活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用凈化廢水中有機(jī)污染物。普通活性污泥法處理系統(tǒng)如圖7-3。,.,.,活性污泥處理系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件：（1）廢水中有足夠的可溶性易降解有機(jī)物；（2）曝氣池中有足夠的氧氣；（3）活性污泥在池中呈懸浮狀態(tài)，可與廢水充分接觸；（4）活性污泥連續(xù)回流，及時(shí)排出剩余污泥；（5）沒(méi)有對(duì)微生物有毒害作用的物質(zhì)進(jìn)入。,.,二、活性污泥法中的微生物及其變化規(guī)律,（一）微生物種類細(xì)菌：是生物相中的主要成分,形成菌膠團(tuán)原生動(dòng)物：鞭毛蟲(chóng)、肉足蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)真菌：主要是霉菌，一般呈絲狀后生動(dòng)物：輪蟲(chóng)類、線蟲(chóng)類等。,.,（二）活性污泥的增長(zhǎng)曲線,.,（三）吸附基質(zhì)，代謝，自身繁殖以及消耗水中溶解氧的關(guān)系,.,三、活性污泥的性能指標(biāo),活性污泥的性能決定著凈化結(jié)果的好壞。（一）混合液懸浮固體（MLSS）（二）污泥沉降比（SV）（三）污泥體積指數(shù)（SVI）（四）污泥密度指數(shù)（SDI）,.,四、影響活性污泥性能的環(huán)境因素,（一）溶解氧（DO)不低于2mg/L（二）水溫1525（三）營(yíng)養(yǎng)料碳源、氮源以及微量的鉀，鎂，鐵，維生素等（四）有毒物質(zhì)重金屬離子鋅，銅，鎳，鉛，鉻等非金屬化合物酚，醛，氰化物，硫化物等（五）pH6.58.5,.,五、運(yùn)行中常見(jiàn)的問(wèn)題,（一）污泥膨脹廣義地把活性污泥的凝聚性和沉降性惡化，以及處理水渾濁的現(xiàn)象總稱為活性污泥的膨脹。1.絲狀體膨脹2.非絲狀體膨脹（二）污泥上浮,.,（3）污泥的致密和減少有機(jī)物減少，曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，回流比小而剩余污泥排放量大，污泥上浮而流失等。（4）泡沫問(wèn)題合成洗滌劑或其他起泡物質(zhì)。,.,六、活性污泥法的發(fā)展,1.深水曝氣活性污泥法2.純氧曝氣活性污泥法以純氧代替空氣3.活性炭載體活性污泥法4.活性污泥法除氮除磷5.凝聚劑活性污泥法,.,第三節(jié)生物膜法,一、生物膜法的基本原理微生物附著在固體濾料的表面上，在固體介質(zhì)表面形成生物膜，廢水同生物膜相接觸而得到處理，所需氧氣一般來(lái)自大氣。所以又稱為生物過(guò)濾法。,.,（一）生物膜法分類生物濾池是生物膜法中最重要的處理設(shè)備，根據(jù)生物膜與廢水的接觸方法及介質(zhì)的種類，分為：1.潤(rùn)壁型生物膜法如生物濾池生物轉(zhuǎn)盤2.浸沒(méi)型生物膜法接觸氧化法3.流動(dòng)床型生物膜法,.,（二）生物膜的形成及特點(diǎn)在生物膜凈化構(gòu)筑物中，填充著相當(dāng)多的掛膜介質(zhì)。當(dāng)有機(jī)廢水均勻地淋灑在介質(zhì)表層上后，便沿介質(zhì)表面向下滲流。在充分供氧的條件下，接種的或原存在廢水中微生物就在介質(zhì)表面增殖。這些微生物吸附水中的有機(jī)物，迅速進(jìn)行降解有機(jī)物的生命活動(dòng)，逐漸在介質(zhì)表面形成了粘液狀的生長(zhǎng)有極多微生物的膜，稱為生物膜。,.,生物膜是生物處理的基礎(chǔ)，必須保持足夠的數(shù)量才能達(dá)到凈化目的。一般，生物膜厚度介于23mm較為理想，膜太厚，會(huì)影響通風(fēng)，造成堵塞。,.,二、生物濾池,（一）生物濾池的基本原理1.生物膜構(gòu)造2.生物濾池的基本流程,.,生物膜構(gòu)造剖面示意圖,.,生物濾池的基本流程,.,（二）生物濾池的基本特征,1.微生物群上層細(xì)菌中下層原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物