水污染控制工程筆記

1、第四節(jié) 生物膜法一、生物膜：生物濾池（曝氣生物濾池、塔式生物濾池、普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池）、生物接觸氧化、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床1.1 生物膜概念 1）微生物在好氧條件下，能夠在載體上生長并形成膜樣的生物污泥，即生物膜，主要是微生物和及其產(chǎn)生的細(xì)胞外聚合物和有機(jī)、無機(jī)物等。2）生物膜經(jīng)過形成（掛膜）、生長、脫落的過程。3）生物膜本質(zhì)上是土地處理系統(tǒng)的強(qiáng)化。 1.2 生物膜結(jié)構(gòu) 1）（以生物濾池為例）濾料、生物膜(厭氧好氧)、水(附著水流動水)、空氣。2）微生物利用水中的有機(jī)物和氧進(jìn)行好氧呼吸。3)傳質(zhì)過程，O2、BOD、代謝物CO2、NH3、H2S的物質(zhì)傳遞。4)生物膜本身不是一個生物，而

2、是若干微生物形成的膜狀的生物聚集體，是生物的棲息地。(與活性污泥的菌膠團(tuán)比較)5)生物膜長到后來，外層生物增殖越厚，內(nèi)層厭氧，粘附性變差,最終會脫落，載體上再重新生長生物膜。6)脫落的生物膜隨水流走，在二沉淀池內(nèi)沉淀，是否需要污泥回流視工藝情況?；亓骺衫谏锝臃N。 1. 3 生物膜的組成（填料、濾料）填料：細(xì)菌與真菌、原生動物與后生動物、濾池蠅、藻類良好的物理性狀-形狀、密度、空隙率、比表面積等； 機(jī)械強(qiáng)度-支撐、水流的剪切力；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定-微生物不分解，不腐蝕；表面親水和帶(正)電特性-微生物容易附著生長；無毒無害-不抑制微生物生長；價格低廉，取材容易等。1.4 生物膜技術(shù)的特點微生物方面

3、： 1)膜附著在載體上,世代時間長和短的生物都能夠生長,所以生物膜的生物相比較豐富；2)有高營養(yǎng)級的生物存在，污泥產(chǎn)率低； 3)容易使生物膜分段進(jìn)行(如好氧-缺氧-厭氧; 高-中-低負(fù)荷)，各段生長最適宜的微生物；能夠一定程度實現(xiàn)脫氮與除磷。 工藝方面(與活性污泥比較)：1)對水質(zhì)水量變化適應(yīng)性強(qiáng),耐沖擊負(fù)荷，操作穩(wěn)定性較好,容易維護(hù)管理；2)生物膜的污泥含水率低,污泥沉降性能好,不發(fā)生污泥膨脹等問題,故運行管理方便；3)微生物濃度高,處理能力強(qiáng),剩余污泥少,一般可以不回流污泥。4)能夠處理低濃度污水,適宜工業(yè)廢水;5）有的工藝可以利用自然通風(fēng),成本低,有的工藝能耗小。6）需要填料，運行靈活性

4、差，載體更新費用. 生物濾池容易堵塞,生物流化床能耗大等。處理流量小污水.二、生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造: 盤片,廢水反應(yīng)槽,轉(zhuǎn)動軸與驅(qū)動裝置,覆蓋裝置。生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)的特點生物轉(zhuǎn)盤一般特點：污泥不回流,污泥沉淀性能好,操作穩(wěn)定等；既可以處理高濃度也可以處理低濃度廢水,動力消耗通常低,適當(dāng)?shù)脑O(shè)計還具有硝化反硝化的功能, 堵塞基本可以避免, 生物污泥濃度高,尤其是初始幾級；容易設(shè)計成多級,出水水質(zhì)好；充氧效率能夠保證。占地面積大,最好有覆蓋裝置和保溫措施,盤片安裝麻煩,需要驅(qū)動裝置,材料消耗大,有時掛膜困難。 1）微生物濃度高，達(dá)4060g/l，F(xiàn)/M=0.050.1，處理效率高。 2）生物相分級：第一級異養(yǎng)菌

5、；第二級原、后生動物；第三四級絲狀性藻類。 3）污泥齡長，具有硝化、反硝化功能。 4）能處理高濃度有機(jī)廢水，也可以處理低濃度, 耐沖擊負(fù)荷, 進(jìn)水濃度10000mg/l10mg/l，處理效果好。 5）食物鏈長，污泥量少，為活性污泥法的 1/2左右，約0.25Kg /KgBOD5。 6）能耗小,不需曝氣與污泥回流,0.7 Kwh/Kg BOD5。 7）不堵塞。不會發(fā)生二次污染現(xiàn)象。 8）占地面積大，設(shè)備安裝維護(hù)麻煩。無覆蓋措施膜容易脫落。 9）有氣味，環(huán)境衛(wèi)生較差。三、生物接觸氧化基本原理生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法處理工藝, 也稱為“淹沒式生物濾池”。 池內(nèi)設(shè)置填

6、料, 廢水淹沒填料, 微生物在填料上附著生長, 形成生物膜層,池底部曝氣, 提供微生物需要的氧。廢水在池內(nèi)循環(huán)流動,需要曝氣, 主體還是生物膜技術(shù)，但是存在大量懸浮污泥。 生物接觸氧化特點： 介于活性污泥與生物膜之間，但具有生物膜的技術(shù)優(yōu)點。 填料表面積大,微生物量大；強(qiáng)化曝氣供氧足,傳質(zhì)效果好；生物固體濃度高（1020g/l）, 具有較高的容積負(fù)荷（可達(dá)3.06.0kgBOD5/m3d）；F/M比值低(有機(jī)質(zhì)/微生物量)，污泥少,出水水質(zhì)較好； 不需要污泥回流,無污泥膨脹問題, 運行管理簡單, 堵塞問題存在(與填料有關(guān))； 對水量水質(zhì)的波動有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,污泥產(chǎn)量略低于活性污泥法。 四、生

7、物濾池 1.生物濾池類型 普通生物濾池：凈化效果比較好，但是水力負(fù)荷低，而且很容易堵塞，占地大。 高負(fù)荷生物濾池：大幅度提高水力負(fù)荷，使生物膜受到?jīng)_擊，不容易堵塞，要求進(jìn)水BOD200mg/L, COD99%.用懸浮生長的活性污泥進(jìn)行污水處理的工藝稱為活性污泥工藝.2、活性污泥的形態(tài)1）外觀形態(tài)： 活性污泥（生物絮凝體）為黃褐色, 絮凝體顆粒：2）特點： (1)顆粒大?。?0.020.2 mm (2)表面積：20100 cm2/mL (3)(200010000)m2/m3污泥 (4)含水率一般在99%以上.3、活性污泥處理污水的基本過程1）污泥馴化:“菌膠團(tuán)”的形成,要求細(xì)菌處于靜止期，所以F

8、/M要求低, 生物活性降低, 在布朗運動的作用下碰撞形成, 某些細(xì)菌分泌的粘性物質(zhì)有利于絮體形成. 活性污泥的核心菌膠團(tuán)是很多細(xì)菌相互粘附形成的生物絮體,微生物其在對數(shù)增長期, 個體處于旺盛生長, 其運動活性大于范得華力，菌體不能結(jié)合; 但到了靜止衰亡期,動能低,菌體相互粘附,形成生物絮體, 因此靜止期與衰亡期個體是活性污泥的重要微生物2）凈化反應(yīng)過程: 吸附階段與穩(wěn)定階段, 在反應(yīng)的初期, 有機(jī)物主要是吸附在活性污泥, (作用是巨大的比表面和具有粘性), 后期被微生物氧化和利用. 吸附階段與穩(wěn)定階段:有機(jī)物首先被吸附到活性污泥表面, 隨后由于吸附的有機(jī)物發(fā)生水解等反應(yīng)形成可溶性有機(jī)物釋放到水

9、中, BOD出現(xiàn)上升, 最后穩(wěn)定階段,有機(jī)物濃度逐漸降低. 微生物的代謝：被吸附的有機(jī)物粘附在絮體表面，與微生物細(xì)胞接觸，在滲透膜的作用下，進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，并在酶的作用下或被降解，或被同化成細(xì)胞本身。a、分解代謝： CXHYOZ(X0.25Y0.5Z）O2 酶 XCO2 0.5H2OQb、合成代謝： nCXHYOZnNH3n(X0.25Y0.5Z）O2酶 (C5H7NO2 ) n n(X5) CO2 0.5n(Y4) H2O具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系如下圖：即33%被氧化分解，802/3=54%左右通過內(nèi)源呼吸降解，13%左右變成了殘物。從上述結(jié)果可以看出，污染物的降解主要是通過靜止期、衰亡期微生物

10、的內(nèi)源呼吸進(jìn)行，并非直接的生物氧化(僅33)。 基本的活性污泥工藝流程 初沉淀池:去除懸浮物質(zhì),部分BOD;曝氣池:主體部分,曝氣,好氧,懸浮,菌膠團(tuán),BOD;二次沉淀池:泥水分離,清水出流;污泥回流:剩余污泥排放,保持活性生物量.4、 活性污泥性質(zhì)參數(shù) (1)生物量指標(biāo)(對曝氣池污泥) MLSS:混合液懸浮固體濃度(Mixed Liquor Suspended Solids),污泥濃度,表示曝氣池內(nèi)混合液的懸浮固體物質(zhì)的質(zhì)量,單位g/L, 一般在3000-6000mg/L, 反映了污泥的多少,一定程度反映了微生物的多少,測定簡單。 包括Ma活性細(xì)胞,Me生物殘體,Mi有機(jī)懸浮固體,Mii無機(jī)

11、懸浮固體。MLSSMa + Me + Mi + Mii。 MLVSS:單位g/L, 混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids),包含Ma, Me, Mi, 灼燒質(zhì)量損失部分認(rèn)為是有機(jī)物。 f 值:f =MLVSS/MLSS,在正常的處理系統(tǒng), f 基本穩(wěn)定(0.7左右), 但延時曝氣可能低到 0.1。f 值一定程度反映了污泥有機(jī)成分(活性成分)多少。 (2)污泥沉降性能指標(biāo)(對二沉池污泥) SV:污泥沉降比, 曝氣池混合液靜止30min時,沉降的污泥與原混合液的體積比, 單位%或mL/L, 一般在15-30%左右是合適的,過小說明污

12、泥量不足, 過多可能污泥量太多或是污泥沉降性能差。 污泥在靜止屬于成層沉淀,所以有明顯的泥水界面. SVI：污泥容積指數(shù),混合液經(jīng)過30min沉淀,每g干污泥所沉淀污泥的容積,單位mL/g。SVI = SV:mL/L； MLSS:g/L。 SVI反映污泥沉降性能，數(shù)值在50150之間，SVI高，則沉降性能差， SVI低則沉降性能好，或者是污泥無機(jī)成分太多，或者污泥量太多形成壓縮沉淀。如SV30，300mL/L，MLSS3000mg/L3g/L，SVI=300mL/L3g/L=100 mL/g。 (3)活性污泥工藝參數(shù) MCRT, 污泥齡(c):生物固體平均停留時間，污泥齡，是反應(yīng)系統(tǒng)中微生物更

13、新一次需要的時間，或反應(yīng)系統(tǒng)中微生物總量與每日排放的微生物量的比值。污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷。水力停留時間。Qt=V c = VX表示曝氣池污泥體積乘微生物濃度，即微生物總量；qwXr表示排放剩余污泥量；(q-qvw)Xe表示出水帶走的污泥量，出水量與出水污泥濃度。 c = 等于曝氣池污泥總量/每日剩余污泥排放量。(4)污泥生物活性的評價指標(biāo) SOUR(或OUR):比耗氧速率(Specific Oxygen Uptake Rate).衡量活性污泥生物活性的指標(biāo),單位重量的活性污泥單位時間內(nèi)消耗的DO。 SOUR與污泥濃度關(guān)系小,與DO,底物濃度,污泥齡,有機(jī)物種類性質(zhì),溫度等都有關(guān)系。一般在8-20

14、mg O2/(gMLVSS h)。SOUR在運行管理中的重要作用在于指示入流污水是否有太多的難降解物質(zhì)，以及活性污泥是否中毒。5 活性污泥工藝的影響因素(1).營養(yǎng)物質(zhì)： 碳源:BOD,城市污水滿足,工業(yè)廢水隨性質(zhì)而異。 氮源:有機(jī)氮(易分解),無機(jī)氮(氨氮),亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。 磷源:有機(jī)和無機(jī)磷。 BOD:N:P100:5:1。生活污水滿足特點,但工業(yè)廢水可能缺乏營養(yǎng)物質(zhì),需要補(bǔ)充。此外城市,生活污水預(yù)處理后容易N, P過多,需要進(jìn)一步處理。 (2)水力負(fù)荷與有機(jī)負(fù)荷： 活性污泥要求很穩(wěn)定的環(huán)境，水力或有機(jī)負(fù)荷變化大影響其運行。水力負(fù)荷影響曝氣池和沉淀池,流量大停留時間縮短影響出水水質(zhì)

15、, 二沉淀池沉淀效果.機(jī)械曝氣還影響曝氣裝置的穩(wěn)定性. 污泥負(fù)荷過高,曝氣池容積小,但運行不穩(wěn)定,出水水質(zhì)差,剩余污泥多;過低負(fù)荷則曝氣池體積大,出水水質(zhì)優(yōu),剩余污泥少. 污泥負(fù)荷大小對污泥沉淀性能有影響, SVI與污泥負(fù)荷有一定的關(guān)系. SVI在高負(fù)荷,中等負(fù)荷和低負(fù)荷區(qū)分別有較低的SVI值,相對污泥沉降性能好,在0.5-1.5左右有高SVI區(qū).(3).曝氣時間與DO： 最小時間滿足處理的需要,長時間曝氣得到硝化過程和低的剩余污泥量, 但池體積龐大, 考慮曝氣設(shè)備氧的供應(yīng)。DO：對單個微生物或污泥DO達(dá)到0.1-0.3mg/L即滿足, 實際反應(yīng)器內(nèi)在2-3mg/L合適, 不宜0.5 mg/L

16、, 長時間DO過少,容易厭氧環(huán)境, 破壞好氧微生物功能; DO過多,攪拌過分,絮體松散不容易絮凝, 而且充氧效率低下, 能耗增加。 (4)溫度：1035之間適宜，低溫活性低，隨溫度增加活性增加，但過高微生物會死亡，喪失活性。 溫度過低需要考慮加溫。 工業(yè)廢水高溫則要考慮厭氧微生物處理。(5)pH值堿度：中性或弱堿性。不同微生物要求有差異,細(xì)菌表面帶負(fù)電荷,有等電點，pH也影響酶活性。pH影響真菌,容易引發(fā)污泥膨脹等。 考慮到脫氮則對堿度有要求。(6)微生物濃度與生物停留時間生物固體平均停留時間MCRT:泥齡c,每天流失污泥量1/c, 曝氣池內(nèi)微生物形成到排除的平均停留時間。微生物的世代時間T：

17、泥齡大于微生物的世代時間，否則生物流失。水力停留時間HRT：t = V/Q，微生物停留時間c= XV/Xrqw，通常活性污泥c會大于水力時間t。若無回流,t=c,有回流,則t2, 每mol氨經(jīng)過亞硝化需1.5mol O2, 硝化需0.5mol O2 (B).酸堿, 中性或弱堿性 (亞硝化產(chǎn)生酸!),最宜在pH 8.0-8.4左右. (C).溫度, 20-30最佳 (15迅速降低,5反應(yīng)停止) . (D). C/N比，BOD低才能維持硝化菌生長(異養(yǎng)微生物競爭, BOD越高硝化菌比例越小)反硝化:反硝化菌是異養(yǎng)菌,兼性厭氧菌. (A). 碳源(外加, 利用污水有機(jī)物, 或內(nèi)源呼吸) (B). 酸

18、堿, pH最宜在 6.5-7.5 (C).溶解氧, 需少的DO或間歇有氧缺氧, DO 0.5mg/L, DO過高則直接以好氧呼吸 (D). 溫度, 20-40, 低于15反應(yīng)迅速降低 由于硝化菌和反硝化菌世代時間長,所以反應(yīng)器內(nèi)生物停留時間要長,即污泥齡要長2. 生物脫氮工藝Barth三級(段)生物脫N工藝第一段-氨化. 去除BOD和COD, 進(jìn)行曝氣, 有機(jī)N轉(zhuǎn)化為氨氮；第二段-亞硝化和硝化, 氨N轉(zhuǎn)化為NO3,需要加堿；第三段-反硝化, NO3轉(zhuǎn)化為N2氣, 必須外加碳源(加甲醇或引污水), 否則效率低, 需攪拌. 兩級(段)生物脫N工藝:曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化), (亞)硝

19、化反應(yīng), NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)N(低負(fù)荷, 泥齡和水力時間長)；反硝化池:缺氧,完成反硝化脫N；沉淀池:固液分離.單級生物脫氮工藝：曝氣池:好氧條件,完成降解BOD, 氨化,硝化等功能;反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮;沉淀池:固液分離;特點:工藝簡單,但難以控制,水質(zhì)也難保證. 二、 生物除P機(jī)理：1.基本過程：厭氧釋放磷，好氧吸收磷厭氧時:厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌將污水有機(jī)物轉(zhuǎn)化為乙酸苷；聚P菌將體內(nèi)聚P分解, 多余能量吸收揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為聚羥基丁酸(PHB)或PHV等, 聚P分解為無機(jī)P釋放到水中.好氧時:聚P菌將PHB分解, 多余能量吸收水中溶解性磷酸鹽為ATP并部分轉(zhuǎn)化為聚P并儲存在體內(nèi), 即好氧

20、吸P, 好氧吸P所吸收的P是過多的, 并非生物需要量的P.厭氧產(chǎn)生的PHB多有利于好氧吸收磷。 通過排放高含P的剩余污泥將P從系統(tǒng)中除去. 生物影響除P因素DO：厭氧反應(yīng)器應(yīng)該盡可能沒有電子受體O2、或NO3-, 厭氧需要DO0, NO3-0, 好氧區(qū)需要氧, 但曝氣時間不宜過長, 否則P可能重新釋放出來.污水性質(zhì)：BOD/TKN要大,容易生物降解有機(jī)物如低級脂肪酸對厭氧釋放P過程有利,一些酸堿物質(zhì)等有利于厭氧釋放P.三、同步生物脫N與除P 生物脫N與除P要求的環(huán)境條件接近，脫N是缺氧與好氧交替，除P是厭氧與好氧交替，所以在工藝上可以實現(xiàn)既脫N又除P的功能。 （1）A/A/O工藝 第一A池(a

21、naerobic)-厭氧池,釋放P和部分有機(jī)物厭氧分解；第二A池(anoxic)-缺氧池,生物脫N,NO3來自回流；O池(oxic)-好氧池,有機(jī)物降解,氨化,亞硝化,硝化,吸收P；沉淀池-污泥與水分離。（2）倒置A2/O工藝：第一A池(anaerobic)-缺氧池,生物脫N,NO3來自回流；第二A池(anoxic)-厭氧池,釋放P和部分有機(jī)物厭氧分解； O池(oxic)-好氧池功能；沉淀池-功能。(3) UCT工藝，厭氧/缺氧/好氧工藝。避免(AAO工藝)厭氧池由于污泥回流帶入的少量NO3-給釋放P的影響；厭氧池的污泥減少由缺氧池回流補(bǔ)充(但是回流污泥濃度不高，造成厭氧池MLSS低). 4、 脫氮除磷工藝設(shè)計