Chapter3-水體污染的生物處理技術(shù)

1、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；12、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

2、、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2、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)生標準要求高、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。3衡量有機廢水的污染指標BOD5生物耗氧量 20下，pH78，1L污水中有機物，進行

3、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天的時間作為標準。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/L4CODCr 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

4、)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：CODBODOC5TP 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。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。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。MLS

5、S 混合液體懸浮固體濃度62、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。73、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：

6、 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。8三級處理：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。9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

7、衡起不可缺少的作用。103、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正常活性污泥的混合液存活數(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。114、微生物生長條件：菌類：多

8、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3512二、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132、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/

9、L，Cd5mg/L；、有機物：苯100mg/L，酚類可完全生化降解的有機物222、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。23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24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。253、活性污泥的凈化反應(yīng)過程活性

10、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。26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?；钚晕勰嗟拇蟊砻娣e（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。27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。

11、（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 28II.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。29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。30III 活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮泥水分

12、離是凈化廢水的最后程序。二次沉淀池中進行。正常活性污泥靜置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：SVI（污泥指數(shù)）、SV（污泥沉降比）、MLSS（混合液懸浮固體）314 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

13、溫方可處理32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/dpH 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 Pdemand0.023X33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

14、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)。34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。35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。36好氧活性污泥工藝流程接觸活性

15、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。37三種工藝溶氧與底物濃度變化：38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。39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

16、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)。402、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)：進水種類BOD(mg/L)MLSS(mg/L)DO (mg/L)工業(yè)廢水200300300023生活污水15025020001241好氧生物膜法生物膜法42生物膜的形成過程43

17、Biofilm形成過程44結(jié)構(gòu)示意圖45自然狀態(tài)下生物膜的變化46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47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) 48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負荷為標準值，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。49塔式生物濾池高徑比大于4

18、：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50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：51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

19、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) ）52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。53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。54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55厭氧處理甲烷發(fā)酵 人工沼氣發(fā)酵研究已經(jīng)有100多年的歷史。有活性污泥法和生物膜法。 甲烷發(fā)酵理論1979年，Bryant等人提出，將沼氣發(fā)酵過程分成由三大代謝類群微生物引起的三階段理論，即水解階段、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段；與Bryant等人提出三階段理論同時，Zeikus等人提