廢水生物處理基本原理

1、任課教師：郭勇過程裝備與安全工程系過程裝備與安全工程系廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理借助環(huán)境工程和化學(xué)工程的手段和方法，以微生物作用借助環(huán)境工程和化學(xué)工程的手段和方法，以微生物作用為主體開發(fā)出了種種用于控制和治理水污染治理的新方為主體開發(fā)出了種種用于控制和治理水污染治理的新方法。法。廢水生物處理：廢水生物處理：代表：代表：活性污泥法、生物膜法、厭氧處理法、生物脫活性污泥法、生物膜法、厭氧處理法、生物脫氮、除磷等工藝技術(shù)氮、除磷等工藝技術(shù) 廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理 微生物可簡(jiǎn)單分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性微生物。好氧微生物好氧微生物指必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在

2、下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，包括大部分微生物，其主要作用有合成代謝、分解代謝和內(nèi)源呼吸。影響好氧微生物處理效果的因素主要有溶解氧、溫度、pH值等； 厭氧微生物厭氧微生物是指能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等，主要代謝作用有水解、發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷等階段，目前其代謝理論無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，主要影響因素有溫度、pH值、氧化還原電位、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等 ；兼性微生物兼性微生物既可在有氧環(huán)境中生活，也可在無氧環(huán)境中生長(zhǎng)，當(dāng)水中溶解氧高于0.20.3mgL時(shí)，兼性菌利用氧氣進(jìn)行新陳代謝；而當(dāng)溶解氧低于上述數(shù)字時(shí)，它們同厭氧菌一樣，生活時(shí)不需要氧

3、氣，在自然界中大部分細(xì)菌屬于這一類。1、生物處理、生物處理-原理原理生物處理生物處理-微生物圖片微生物圖片第一章 廢水生物處理基本原理廢水處理設(shè)備生物處理生物處理污泥顆粒、細(xì)菌、真菌污泥顆粒、細(xì)菌、真菌第一章 廢水生物處理基本原理廢水處理設(shè)備2、概述、概述基本概念基本概念 原理原理：廢水中的有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)對(duì)人類來說是污染物，但對(duì)微生物來說是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，生物處理就是借助于微生物的新陳代謝活動(dòng)，使有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的無害物質(zhì)，氮、磷得到釋放或富集，從而從廢水中去除的過程。 定義定義： 利用微生物的代謝作用除去廢水中有機(jī)污染物的一種方法叫做廢水生物處理方法，分好氧生物處理法和厭氧生物處理法兩

4、種。 特點(diǎn)特點(diǎn)：1、用生物方法去除水中有機(jī)物最經(jīng)濟(jì)； 2、90%廢水處理工藝屬于生物處理工藝； 3、水中氨氮用生物處理方法去除最有效； 4、絕大多數(shù)工業(yè)廢水也是以生物處理方法為主。 處理對(duì)象處理對(duì)象：1、有機(jī)物；2、氮；3、磷。 可生化判斷可生化判斷：BOD/COD0.3難生化，0.3和0.5可生化，大于0.5易生化。 第一章 廢水生物處理基本原理廢水處理設(shè)備BOD：生物需氧量（：生物需氧量（Biochemical【生物生物】 Oxygen【氧氣氧氣】 Demand【需求需求】）微生物分解水中的有機(jī)化合物時(shí)需要消耗氧，這個(gè)指標(biāo)代表消耗掉的氧。BOD5 ：（：（20 5天天BOD）微生物完全分解

5、水中的有機(jī)化合物總共約需100天，為縮短檢測(cè)時(shí)間，一般20五天內(nèi)的耗氧量為代表，簡(jiǎn)稱BOD5，對(duì)生活污水來說，約占BOD70%。來源：來源：生活污水和制糖、食品、造紙、纖維等工業(yè)廢水中。COD：化學(xué)需氧量（：化學(xué)需氧量（Chemical【化學(xué)化學(xué)】 oxygen Demand）利用化學(xué)氧化劑將廢水中可氧化物質(zhì)（如有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等）氧化分解，然后根據(jù)殘留的氮化劑的量計(jì)算出氧的消耗量。CODCr：（重鉻酸鉀作為氧化劑測(cè)出的COD結(jié)果）CODMn：（高錳酸鉀作為氧化劑測(cè)出的COD結(jié)果）一般CODCrBOD5 CODMn來源：包括BOD來源，還有工業(yè)廢水如化工、制藥、紡織等。第一章

6、廢水生物處理基本原理廢水處理設(shè)備NH3-N：氨氮：氨氮 主要來源于人和動(dòng)物的排泄物、農(nóng)用化肥的流失，自化工、冶金、石油化工、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業(yè)廢水。危害：黑臭、毒性，富營(yíng)養(yǎng)化。（H2PO4-、HPO42-、PO43-)：磷：磷 在廢水中，磷通常以無機(jī)磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷等多種形式存在，來源農(nóng)藥、醫(yī)藥、飼料、洗滌劑、肥料、食品添加劑等 。危害：黑臭、富營(yíng)養(yǎng)化。AAO（Anaerobic【沒有空氣沒有空氣】Anoxic【缺少空氣缺少空氣】Oxide【氧氧】）AO脫氮（脫氮（Anaerobic【缺少空氣缺少空氣】Oxide【氧氧】）AO除磷（除磷（Anaerobic【沒有空

7、氣沒有空氣】Oxide【氧氧】）好氧：曝氣好氧：曝氣-普通污水處理普通污水處理厭氧：只進(jìn)水，不攪動(dòng)，不曝氣厭氧：只進(jìn)水，不攪動(dòng)，不曝氣高濃度有機(jī)廢水處理，除磷工藝高濃度有機(jī)廢水處理，除磷工藝缺氧：攪動(dòng)或回流硝化液或微曝氣，脫氮工藝缺氧：攪動(dòng)或回流硝化液或微曝氣，脫氮工藝實(shí)際工藝可能是多種缺氧、好氧、厭氧工藝組合以達(dá)到更好的處理效果。實(shí)際工藝可能是多種缺氧、好氧、厭氧工藝組合以達(dá)到更好的處理效果。第一章 廢水生物處理基本原理生物處理生物處理好氧原理好氧原理 好氧微生物微生物將廢水中的有機(jī)污染物分解成為最終的無機(jī)產(chǎn)物如二氧二氧化碳化碳和水水等，或被同化合成為好氧微生物的細(xì)胞物質(zhì)細(xì)胞物質(zhì)并以剩余污泥

8、的形式通過沉淀等方式與出水分離，從而使廢水得到凈化。 第一章 廢水生物處理基本原理廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途徑有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途徑 2、生物處理、生物處理好氧異養(yǎng)代謝好氧異養(yǎng)代謝:第一章 廢水生物處理基本原理廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理19141914年在英國(guó)建成第一座活性污泥污水處理試驗(yàn)廠年在英國(guó)建成第一座活性污泥污水處理試驗(yàn)廠是目前城市污水處理的主要方法。是目前城市污水處理的主要方法。作用原理：普通活性污泥法是依據(jù)廢水的自凈作用原理作用原理：普通活性污泥法是依據(jù)廢水的自凈作用原理發(fā)展而來的。發(fā)展而來的。第一節(jié)第一節(jié) 活

9、性污泥法活性污泥法廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理曝氣池二沉池進(jìn) 水空氣出 水污泥回流剩余污泥廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理活性污泥法的特點(diǎn)：曝氣池中污泥濃度一般控制在23g/L，廢水濃度高時(shí)采用較高數(shù)值。廢水在曝氣池中的停留時(shí)間(HRT)常采用48h，視廢水中有機(jī)物濃度而定?；亓魑勰嗔考s為進(jìn)水流量的2550左右 BOD和懸浮物去除率都很高，達(dá)到9095左右 廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理不足之處：對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)能力不強(qiáng)；所供的氧不能充分利用，因?yàn)樵谄貧獬厍岸藦U水水質(zhì)濃度高、污泥負(fù)荷高、需氧量大，而后端則相反，但空氣往往沿池長(zhǎng)均勻分布，這就造成前端供氧量不足、后端

10、供氧量過剩的情況。因此，在處理同樣水量時(shí)，同其他類型的活性污泥法相比，曝氣池相對(duì)龐大、占地多、能耗費(fèi)用高。 廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理六、序批式活性污泥法序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor，簡(jiǎn)稱SBR)是國(guó)內(nèi)外近年來新開發(fā)的一種活性污泥法，其工藝特點(diǎn)是將曝氣池和沉淀池合而為一，生化反應(yīng)雖分批進(jìn)行，基本工作周期可由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個(gè)階段組成廢 水出 水進(jìn)水期反 應(yīng)期沉 降期排水期閑 置期廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理SBR具有下述特點(diǎn)：1構(gòu)造簡(jiǎn)單、節(jié)省投資省去了二沉池、回流裝置和調(diào)節(jié)池等設(shè)施，因此基建投資較低。2控制靈活，可滿

11、足各種處理要求一個(gè)周期中各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間、總停留時(shí)間、供氣量等都可按照進(jìn)水水質(zhì)和出水要求而加以調(diào)節(jié)。3活性污泥性狀好、污泥產(chǎn)率低污泥結(jié)構(gòu)緊密，沉降性能良好。此外在沉降期幾乎是在靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，因此污泥沉降時(shí)間短、效率高。SBR的運(yùn)行周期中有一閑量期、污泥處于內(nèi)源呼吸階段，因此污泥產(chǎn)率比較低。4脫氮效果好廢水處理設(shè)備第一章 廢水生物處理基本原理第二節(jié)第二節(jié) 生物膜法生物膜法優(yōu)點(diǎn)： 供氧充分，傳質(zhì)條件好； 采用輕質(zhì)塑料填料后構(gòu)筑物輕巧，填料比表面積大； 設(shè)備處理能力大，處理效果好， 不生長(zhǎng)濾池蠅，氣味小，衛(wèi)生條件好。生物膜法與活性污泥法的主要區(qū)別在于生物膜固定生長(zhǎng)或附著生長(zhǎng)于固體填料(或稱載體)

12、的表面，而活性污泥則以絮體(floc)方式懸浮生長(zhǎng)于處理構(gòu)筑物中。廢水處理設(shè)備1.2.1概述和基本原理生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的，因而這種方法亦稱為生物過濾法。的，因而這種方法亦稱為生物過濾法。 生物膜法的缺點(diǎn)：由于固著于固體表面的微生物量較難控生物膜法的缺點(diǎn)：由于固著于固體表面的微生物量較難控制，因而在運(yùn)轉(zhuǎn)操作上伸縮性差；濾料表面積小，制，因而在運(yùn)轉(zhuǎn)操作上伸縮性差；濾料表面積小，BOD容積容積負(fù)荷有限，因而空間效果差；采用自然通風(fēng)供養(yǎng)，在生物膜負(fù)荷有限，因而空間效果差；采用自然通風(fēng)供養(yǎng)，在生物膜內(nèi)層往往形成厭氧層

13、，從而縮小了具有凈化功能的有效容積。內(nèi)層往往形成厭氧層，從而縮小了具有凈化功能的有效容積。然而由于新工藝新濾料的研制成功，生物膜法作為良好的好然而由于新工藝新濾料的研制成功，生物膜法作為良好的好氧生物處理技術(shù)仍被廣泛的應(yīng)用著。氧生物處理技術(shù)仍被廣泛的應(yīng)用著。廢水處理設(shè)備1.2.1 概述和基本原理生物膜法的類型：生物膜法的類型：（1）潤(rùn)壁型生物膜法）潤(rùn)壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸介質(zhì)表面的廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等；生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等；（2）浸沒型生物膜法）浸沒型生物膜法生物膜載體完全浸沒在水中，通過鼓風(fēng)曝氣供生物膜載

14、體完全浸沒在水中，通過鼓風(fēng)曝氣供氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床生物膜法生物膜法潤(rùn)壁型生物膜法潤(rùn)壁型生物膜法浸沒型生物膜法浸沒型生物膜法生物濾池生物濾池生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤接觸氧化法接觸氧化法生物流化床生物流化床廢水處理設(shè)備1.2.1 概述和基本原理二、生物膜中的物質(zhì)遷移二、生物膜中的物質(zhì)遷移 有機(jī)物有機(jī)物 供氧供氧三、生物膜凈化廢水的三、生物膜凈化廢水的原理原理廢水處理設(shè)備1.2.2 生物濾池廢水處理設(shè)備三、生物濾池的類型及運(yùn)行系統(tǒng)生物濾池法生物濾池法低負(fù)荷生物濾池低負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池普通生

15、物濾池普通生物濾池回流式生物濾池回流式生物濾池塔式生物濾池塔式生物濾池生物濾池的分類生物濾池的分類普通生物濾池普通生物濾池 優(yōu)點(diǎn)是處理效果好，優(yōu)點(diǎn)是處理效果好，BOD5去除率可達(dá)去除率可達(dá)90%以上，出水以上，出水BOD5可下降到可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點(diǎn)是占地面積大，易于堵塞左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點(diǎn)是占地面積大，易于堵塞（濾率在（濾率在12md左右左右 ），影響環(huán)境衛(wèi)生。影響環(huán)境衛(wèi)生。廢水處理設(shè)備1.2.3 生物轉(zhuǎn)盤廢水處理設(shè)備1.2.4 生物接觸氧化法接觸氧化法的優(yōu)點(diǎn)是：接觸氧化法的優(yōu)點(diǎn)是：容易管容易管理，耐負(fù)荷、水溫變動(dòng)的

16、沖擊力理，耐負(fù)荷、水溫變動(dòng)的沖擊力強(qiáng)；剩余污泥量少；比較容易去強(qiáng)；剩余污泥量少；比較容易去除難分解和分解速度怪的物質(zhì)。除難分解和分解速度怪的物質(zhì)。接觸氧化法的缺點(diǎn)是：接觸氧化法的缺點(diǎn)是：濾料間濾料間水流緩慢，接觸時(shí)間長(zhǎng)，水力沖水流緩慢，接觸時(shí)間長(zhǎng)，水力沖刷力小，生物膜只能自行脫落；刷力小，生物膜只能自行脫落；剩余污泥往往惡化處理水質(zhì)；動(dòng)剩余污泥往往惡化處理水質(zhì)；動(dòng)力費(fèi)高。力費(fèi)高。廢水處理設(shè)備1.2.4 生物接觸氧化法廢水處理設(shè)備第三節(jié) 厭氧生物處理1.3.1 厭氧法的基本原理1.3.2 厭氧法的影響因素1.3.3 厭氧法的工藝和設(shè)備1.3.4 厭氧消化過程動(dòng)力學(xué)1.3.5 厭氧產(chǎn)氣量計(jì)算廢水處

17、理設(shè)備1.3.1 厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法?；?。若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，簡(jiǎn)稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。此全過程

18、稱為完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。 厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：污泥、動(dòng)植物殘?bào)w等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1 1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；（2 2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而厭氧生物處理工藝因兼有降解

19、有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。廢水處理設(shè)備1.3.1 厭氧法的基本原理不溶性有機(jī)物可溶性有機(jī)物細(xì)菌細(xì)胞脂肪酸、醇類、CO2、H2其它產(chǎn)物細(xì)胞細(xì)菌CH4、CO2水解胞外酶胞內(nèi)酶發(fā)酵性細(xì)菌（產(chǎn)酸細(xì)菌）內(nèi)源代謝產(chǎn)物堿性發(fā)酵階段酸性發(fā)酵階段胞內(nèi)酶產(chǎn)甲烷細(xì)菌厭氧消化二階段過程 廢水處理設(shè)備1.3.1 厭氧法的基本原理厭氧消化三階段、四階段過程 復(fù) 雜有機(jī)物中間產(chǎn)物丙 酸乙酸鹽H2+CO2CH4100%20%5%60%15%15%17%35%10%13%28%72% 發(fā)酵性細(xì)菌 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌 產(chǎn)甲烷細(xì)菌 同類型產(chǎn)乙酸細(xì)菌廢水處理設(shè)備1.3.1 厭氧法

20、的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）廢水處理設(shè)備1.3.1 厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌） 乙酸化階段乙酸化階段甲烷化階段甲烷化階段廢水處理設(shè)備1.3.2 厭氧法的影響因素一、溫度條件一、溫度條件廢水處理設(shè)備1.3.2 厭氧法的影響因素二、二、pH值值 一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)7.27.4之間為好。低于之間為好。低于7.0時(shí)，時(shí)，pH值并不穩(wěn)定，值并不穩(wěn)定，有繼續(xù)下降的趨勢(shì)。低于有繼續(xù)下降的趨勢(shì)。低于6.5時(shí)，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。時(shí)，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。 如果有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化

21、速率大大超過氣化速率，如果有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。最終使氣化速率銳減，甚止停止。 一般原液的一般原液的pH值為值為68。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過超過3000mg/L為佳。為佳。 重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。一般要重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。一般要求系統(tǒng)中堿度在求系統(tǒng)中堿度在2000mg/L以上，氨氮濃

22、度以介于以上，氨氮濃度以介于50200mg/L為佳。為佳。 廢水處理設(shè)備1.3.2 厭氧法的影響因素三、氧化還原電位三、氧化還原電位厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境主要以厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。體系中的氧化還原電位反映。引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的原因：氧和其它一些氧化劑或氧化態(tài)引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的原因：氧和其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在物質(zhì)的存在(如某些工業(yè)廢水中含有的如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性以及酸性廢水中的廢水中的H+等等)高溫厭

23、氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500-600mV；中溫厭氧消化；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動(dòng)溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于系統(tǒng)及浮動(dòng)溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100-100mV的兼的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為性條件下生長(zhǎng)繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低?；蚋?。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言，只要嚴(yán)密隔就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言

24、，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。值。廢水處理設(shè)備1.3.2 厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率四、負(fù)荷率n 容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/m3d或或g/Ld。有機(jī)物量可用。有機(jī)物量可用COD.BOD.S和和VSS表示。表示。n 污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/kgd或或g/gd。n 投配率：每天向單位有效容積投加的新料的體積，單位為投配率：每

25、天向單位有效容積投加的新料的體積，單位為m3/m3d。投配率的倒數(shù)為。投配率的倒數(shù)為平均停留時(shí)間或消化時(shí)間，單位為平均停留時(shí)間或消化時(shí)間，單位為d。投配率有時(shí)也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，。投配率有時(shí)也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3d的投配率也可表示為的投配率也可表示為7%。 確定厭氧消化裝置的負(fù)荷率的原則是：在兩個(gè)轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡確定厭氧消化裝置的負(fù)荷率的原則是：在兩個(gè)轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。 三種發(fā)酵狀態(tài)三種發(fā)酵狀態(tài) n 當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時(shí)，消化

26、液顯酸性（當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時(shí)，消化液顯酸性（pH7），稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低），稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。n 當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率適中時(shí)，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時(shí)地吸當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率適中時(shí)，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時(shí)地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時(shí)消化液中收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時(shí)消化液中pH值值維持在維持在77.5之間，稱為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷之間，稱為弱堿性發(fā)

27、酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。n 當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時(shí)，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時(shí)，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高（大于值偏高（大于7.5）稱為）稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。由于負(fù)荷偏低，是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。堿性發(fā)酵狀態(tài)。由于負(fù)荷偏低，是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。 廢水處理設(shè)備1.3.2 厭氧法的影響因素五、污泥濃度五、污泥濃度各種反應(yīng)器要求的污泥濃各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于度不盡相同，一般介于1030gVSS/L之間。之間。 為了保持反應(yīng)器的生物量為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采

28、用不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離多種措施，如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。流速度和回流污泥量等。 廢水處理設(shè)備1.3.3 厭氧法的工藝和設(shè)備四、上流試厭氧污泥床反應(yīng)器四、上流試厭氧污泥床反應(yīng)器 消化和固液分離在一個(gè)池內(nèi)。微生物量消化和固液分離在一個(gè)池內(nèi)。微生物量特高。負(fù)荷率高特高。負(fù)荷率高(1020kgCOD/m3d)?？?cè)莘e小。能耗低，不需攪拌。污泥濃度可總?cè)莘e小。能耗低，不需攪拌。污泥濃度可達(dá)達(dá)4080g/L。廢水處理設(shè)備1.3.3 厭氧法的工藝和設(shè)備細(xì)部結(jié)構(gòu)廢水處理設(shè)備第四節(jié) 生物脫氮 氮素循環(huán)氮素循環(huán)氮在自然界中的存

29、在形式包括分子態(tài)氮、無機(jī)氮化物和有機(jī)態(tài)氮，其中分子態(tài)氮以游離的氮?dú)庑问酱嬖谟诖髿庵校即髿夂康?9、但分子氮不能被絕大多數(shù)的生物直接利用，大氣氮進(jìn)入生物有機(jī)體主要有四條途徑。(1)生物固氮：豆科植物能通過共生的根瘤菌固定大氣中的氮，供植物吸收。某些固氮藍(lán)細(xì)菌和固氮細(xì)菌也可以固定大氣中的氮。(2)工業(yè)固氮。氮肥化工，如合成氨等。(3)巖漿固氮?；鹕奖l(fā)時(shí)，噴射出的巖漿可以固定一部分氮。(4)閃電固氮。雷雨時(shí)的閃電現(xiàn)象，可通過電離作用使氮氧化成氮氧化物。 廢水處理設(shè)備第四節(jié) 生物脫氮除磷廢水處理設(shè)備 氮和磷的排放會(huì)加速導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化，其次是氨氮的好氧特性會(huì)使水體的溶解氧降低，此外，某些含氮化

30、合物對(duì)人和其他生物有毒害作用。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)氮磷的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。本章闡述生物脫氮除磷技術(shù)。生物脫氮除磷技術(shù)是近20年發(fā)展起來的，一般來說比化學(xué)法和物理化學(xué)法去除氮磷經(jīng)濟(jì)，尤其是能有效地利用常規(guī)的二級(jí)生物處理工藝流程進(jìn)行改造達(dá)到生物脫氮除磷的目的，是日前應(yīng)用廣泛和最有前途的氮磷處理方法。廢水處理設(shè)備生物脫氮原理及影響因素 一、生物脫氮原理一、生物脫氮原理 污水中氨主要以有機(jī)氮和氨氮形式存在。在生物處理過程中，有機(jī)氮很容易通過微生物的分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮，即氨化作用。傳統(tǒng)的硝化反硝化生物脫氮的基本原理就在于通過硝化反應(yīng)先將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過反硝化反應(yīng)將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原成氣

31、態(tài)氮從水中逸出，從而達(dá)到脫氮的目的。廢水處理設(shè)備氮在水中的存在形態(tài)與分類N 無機(jī)NNOx-N(硝態(tài)氮)T K N(凱氏氮)總N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有機(jī)N （尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)）廢水處理設(shè)備氨化與硝化反應(yīng)過程HOHNO3/2O：NH2-223亞硝化菌硝化-3-2NO1/2ONO硝酸菌-4232NH2ONOH O2H 硝化菌 3222NHCORCOOHO)COOH：RCH(NH氨化菌氨化廢水處理設(shè)備硝化反應(yīng)的條件（1 1）好氧狀態(tài)：）好氧狀態(tài)：DO2mg/LDO2mg/L；1gNH1gNH3 3-N-N完全硝化需氧完全硝化需氧4.57g4.57g，即硝化需氧量。即硝化需氧量。（

32、2 2）消耗廢水中的堿度：）消耗廢水中的堿度：1gNH1gNH3 3-N-N完全硝化需堿度完全硝化需堿度7.1g7.1g（以（以CaCOCaCO3 3計(jì)），廢水中應(yīng)有足夠堿度，以維持計(jì)），廢水中應(yīng)有足夠堿度，以維持pHpH值不變。值不變。（3 3）污泥齡）污泥齡C C（10-1510-15）d d。（4 4）BOD520mg/LBOD520mg/L。 廢水處理設(shè)備反硝化-1 反硝化包括異化反消化和同化反消化，以異化反消化為主,反硝化菌在DO濃度很低的環(huán)境中，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物作為碳源及電子供體而得到降解。當(dāng)利用的碳源為甲醇時(shí)：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30

33、.056C5H7CO2+0.47N2+1.68H2O + HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7CO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3- 反硝化反應(yīng)可使有機(jī)物得到分解氧化，實(shí)際是利用了硝酸鹽中的氧，每還原1gNO3-N所利用的氧量約2.6g。 廢水處理設(shè)備反硝化-2 當(dāng)缺乏有機(jī)物時(shí)，則無機(jī)物如氫、Na2S等也可作為反硝化反應(yīng)的電子供體 （1）反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下，進(jìn)行厭氧呼吸，以NO3-O為電子受體，以有機(jī)物的氫為電子供體。 （2）反硝化過程中，硝酸態(tài)氮有二種轉(zhuǎn)化途徑同化反硝化（合成細(xì)胞）和異化反硝化（還原為N2），但以異化反硝

34、化為主。 （3）反硝化反應(yīng)的條件 廢水處理設(shè)備反硝化反應(yīng)的條件DO0.5mg/L，一般為0.20.3mg/L（處于缺氧狀態(tài)），如果DO較高，反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3-O成為電子受體而使N難還原成N2。但是反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的環(huán)境中生活為宜。BOD5/TN35，否則需另投加碳源，現(xiàn)多采用CH3OH，其分解產(chǎn)物為CO2+H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物，且反硝化速率高。 目前反硝化投加有機(jī)碳源一般利用原污水中的有機(jī)物。 還原1g硝態(tài)氮能產(chǎn)生3.57g堿度，而在硝化反應(yīng)中，1gNH3-N氧化為NO3-N要消耗

35、7.14g堿度，在缺氧-好氧中，反硝化產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化消耗堿度的一半左右。 廢水處理設(shè)備內(nèi)源反硝化 微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝化 C5H7NO2+4NO3-5CO2+NH3+2H2+4OH- 內(nèi)源反硝化的結(jié)果是細(xì)胞物質(zhì)減少，并會(huì)有NH3的生成。 廢水處理中不希望此種反應(yīng)占主導(dǎo)地位，而應(yīng)提供必要的碳源。 廢水處理設(shè)備硝化、反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化表1 硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化 表2 反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化 氮的氧化還原態(tài)氨離子NH4+羥胺NH2OH0+硝?；鵑OH+亞硝酸根NO2+硝酸根NO3氮的氧化還原態(tài) 氨離子NH4+ 羥胺NH2OH0 N2+ 硝?；鵑OH+亞硝酸根NO2+硝

36、酸根NO3廢水處理設(shè)備 脫氮新理念 （1）短程硝化-反硝化 由傳統(tǒng)硝化-反硝化原理可知，硝化過程是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，應(yīng)該可以分開；而對(duì)于反硝化菌，亞硝酸根或硝酸根均可以作為最終受氫體。該方法就是將硝化過程控制在亞硝化階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化，在反硝化過程將亞硝酸根作為最終受氫體，故稱為短程(或簡(jiǎn)捷)硝化-硝化。 控制硝化反應(yīng)停止在亞硝化階段是實(shí)現(xiàn)短程硝化-反硝化生物脫氮技術(shù)的關(guān)鍵，其主要影響因素有溫度、污泥齡、溶解氧、pH值和游離氨等?？刂戚^高溫度、較低溶解氧和較高pH值和極短的污泥齡條件等，可以抑制硝酸菌生成，使亞硝酸菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，從而使硝化過程控制在亞硝化階段。廢水

37、處理設(shè)備 （2）厭氧氨氧化 厭氧氨氧化是荷蘭Delft大學(xué)1990年提出的一種新型脫氮工藝?；驹硎窃趨捬鯒l件下以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，將氨氮氧化氮?dú)?，或者說利用氨作為電子供體將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成氮?dú)狻⑴c厭氧氨氧化的細(xì)菌是自養(yǎng)菌。厭氧氨氧化過程無需有機(jī)碳源在。 （3）亞硝酸型完全自養(yǎng)脫氮 基本原理是先將氨氮部分氧化成亞硝酸氮，控制氨根離子與亞硝酸根離子比例為1：1，然后通過厭氧氨氧化作為反硝化實(shí)現(xiàn)脫氮的目的。全過程為自養(yǎng)的好氧亞硝化反應(yīng)結(jié)合自養(yǎng)的厭氧氨氧化反應(yīng)無需有機(jī)碳源，對(duì)氧的消耗比傳統(tǒng)硝化/反硝化減少62.5%，同時(shí)減少堿消耗量和污泥生成量。 廢水處理設(shè)備二、硝化反硝化過程

38、影響因素 1溫度 硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是3035，溫度不但影響硝化茵的比增長(zhǎng)速率，而且影響硝化菌的活性，在535的范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，僅超過30時(shí)增加幅度減少，當(dāng)溫度低于5時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。對(duì)于同時(shí)去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)的系統(tǒng)，溫度低于15即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速降低，低溫對(duì)硝酸菌的抑制作用更為強(qiáng)烈，因此在低溫1214時(shí)常出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。在3035較高溫度下，亞硝酸菌的最小倍增時(shí)間要小于硝酸菌，因此，通過控制溫度和污泥齡，也可控制反應(yīng)器中亞硝酸菌的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 反硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍為3545，溫度對(duì)硝化菌的影響比反硝化菌大。 廢水處理設(shè)備2溶解氧 硝化反應(yīng)

39、必須在好氧條件下進(jìn)行，一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度為23mg/L，溶解氧濃度0.50.7 mg/L，是硝化菌可以忍受的極限。硝化可在高溶解氧狀態(tài)下進(jìn)行，高達(dá)60mg/L的溶解氧濃度也不會(huì)抑制硝化的進(jìn)行，為了維持較高的硝化速率，污泥齡降低時(shí)要相應(yīng)地提高溶解氧濃度。溶解氧對(duì)反硝化反應(yīng)有很大影響，主要由于氧會(huì)同硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供體。同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì)抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性，3pH值 硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為7.58.5,硝化菌對(duì)pH值變化十分敏感，當(dāng)pH值低于7時(shí)，硝化速率明顯降低低于6和高于9.6時(shí)，硝化反應(yīng)將停止進(jìn)行。反硝化過程的最佳pH值范圍為6.57.5，不適宜的PH值會(huì)影響反硝化菌的

40、生長(zhǎng)速率和反硝化酶的活性。當(dāng)pH值低于6.0或高于8.0時(shí)，反硝化反應(yīng)將受到強(qiáng)烈抑制。廢水處理設(shè)備4C/N比 C/N比值是影響硝化速率和過程的重要因素。硝化菌是自養(yǎng)菌，硝化菌產(chǎn)率或比增長(zhǎng)速率比活性污泥異養(yǎng)菌低得多，若廢水中BOD5值太高，將有助于異養(yǎng)菌迅速增殖，從而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般認(rèn)為，只有BOD5低于20mg/L時(shí)，硝化反應(yīng)才能完成。反硝化過程需要充足的碳源，理論上lgNO2還原為N2需要碳源有機(jī)物2.86g。一般認(rèn)為，當(dāng)廢水的BOD5/TKN值大于46時(shí)，可認(rèn)為碳源充足，不需另外投加碳源，反之則要投加甲醇或其他易降解的有機(jī)物作碳源。5、污泥齡 為使硝化菌能在連續(xù)流的反應(yīng)系

41、統(tǒng)中存活并維持一定數(shù)量，微生物在反應(yīng)器的停留時(shí)間即污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代期。一般應(yīng)取系統(tǒng)的污泥齡為硝化最小世代期的兩倍以上。較長(zhǎng)的污泥齡可增強(qiáng)硝化反應(yīng)的能力，并可減輕有毒物質(zhì)的抑制作用。廢水處理設(shè)備6抑制物質(zhì) 對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過高濃度氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)以及有機(jī)物。一般來說，同樣毒物對(duì)亞硝酸菌的影響比對(duì)硝酸菌大。反硝化菌對(duì)有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低很多，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。在應(yīng)用一般好氧異養(yǎng)菌文獻(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該考慮馴化的影響。 生物脫氮工藝包括含碳有機(jī)物的氧化、氨氮的硝化、硝態(tài)氮的反硝化等生物過程，即碳化-硝化-反硝化過程。從完成這些過程的反應(yīng)器來分，脫氮工藝可分為活性污泥脫氮系統(tǒng)和生物膜脫氮系統(tǒng)，其分別采用活性污泥法反應(yīng)器與生物膜反應(yīng)器作為好氧/缺氧反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)硝化/反硝化以達(dá)到脫氮的目的。從完成這些過程的時(shí)段和空間不同，活性計(jì)泥脫氮系統(tǒng)的碳化、硝化、反硝化可在多池中進(jìn)行，也可在單池中進(jìn)行。 廢水處理設(shè)備傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝三級(jí)活性污泥生物脫氮工藝三、生物脫氮工藝三、生物脫氮工藝廢水處理設(shè)備二級(jí)活性污泥生物脫氮工藝為了減少處理設(shè)備，根據(jù)去除