廢水的微生物處理(好氧法)

1、6.2廢水(fishu)的微生物處理Microbiological Principle of Waste Treatment共六十三頁我國是水資源不足的國家，人均占有量只有2600m3，相當(dāng)于世界人均水量的1/4；據(jù)預(yù)測，到21世紀(jì)末我國城市用水量將增 加23倍。城市的污水年排放量已達(dá)400億噸，絕大部分未經(jīng)處理就直接排入江河湖海，造成水體不同程度的污染。根據(jù)(gnj)水體自凈的原理，人們設(shè)計了污水的生物學(xué)處理方法。共六十三頁污水的處理分為一級處理和二級處理，有時(yush)還有三級處理。一級處理是預(yù)處理 ， 其功能是去除砂、浮渣、浮油和除去部分懸浮物。二級處理是去除水中的有機物 。共六十三頁

2、廢水工業(yè) 廢水生活 污水碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、油脂、有機酸、醇、醛、酮、酚碳水化合物 蛋白質(zhì) 脂肪 洗滌劑含氮 物質(zhì)不含氮 物質(zhì)微生物參與(cny)分解好氧微生物 好氧分解厭氧微生物 厭氧分解共六十三頁廢水(fishu)生物處理法：利用微生物處理廢水的方法。 根據(jù)對氧氣的要求好氧生物(shngw)處理 厭氧生物處理生物處理單元：處理廢水的微生物 處理構(gòu)筑物處理系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)：生物與生物、生物與非生物（環(huán)境）之間的相 互關(guān)系。 各類處理系統(tǒng)中的微生物都為混合培養(yǎng)的微生物系統(tǒng)廢水生物處理中的一些概念共六十三頁(1) 概念： 在有氧的條件下借好氧微生物的作用處理廢水(fishu)。 又叫廢水生物

3、處理。廢水(fishu)中 有機物好氧 微生物無機物，隨水排出微生物 細(xì)胞物質(zhì)有機物充足微生物增多有機物少菌體死亡與廢水 分離O2通過物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下來。6.2.1.1廢水的好氧生物處理概述6.2.1好氧生物處理法Aerobic Biological Treatment共六十三頁(2)廢水好氧生物處理作用(zuyng)對象溶解的有機物直接滲入細(xì)胞內(nèi)被吸收 固體的、膠體的有機物間接(jin ji)吸收 附在菌體外，由細(xì)菌所分泌的胞外酶分解為溶解性物質(zhì)，滲入細(xì)胞。(3) 廢水好氧生物處理的優(yōu)缺點 優(yōu)點：無臭氣、時間短。條件適宜可除去BOD5 8090 缺點：設(shè)備復(fù)雜(4) 廢水好氧生物

4、處理的方法 活性污泥法、生物膜法（生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法） 穩(wěn)定塘（生物塘）法、污水灌溉。 共六十三頁什么是活性污泥？活性污泥中起主要作用的是什么物質(zhì)？曝氣池中形成的污泥(w n)（土壤微生物群）！ 菌膠團(tuán)！活性污泥法是一種應(yīng)用(yngyng)最廣的廢水好氧生物處理技術(shù)6.2.1.2 好氧活性污泥法Activated Sludge Processes共六十三頁(1) 什么(shn me)是好氧活性污泥 好氧活性污泥是在曝氣狀態(tài)下由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物)與污(廢)水中有機的和無機(wj)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒。 活性污泥的形成是一種自然現(xiàn)

5、象。 例如，如果向一桶含糞便污水中不斷地加入空氣，并持續(xù)維持水中的溶解氧，那末經(jīng)過一段時間后，就會產(chǎn)生褐色絮花狀的泥粒，在顯微鏡下會看到，污泥里充滿了各種各樣的微生物，這就是典型的好氧活性污泥。 微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài)共六十三頁(2) 好氧活性污泥的組成(z chn)和性質(zhì) 1）組成 好氧微生物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物)與其上吸附的有機的和無機的固體雜質(zhì)組成。 2）好氧活性污泥的性質(zhì) 顏色(yns)以棕褐色為佳 黑色說明厭氧、白色說明無機物過多 含水率在99左右 密度為1.0021.006 大小為0.020.2mm 比表面積為20100cm2mL之間 弱酸性(pH約為6.7)

6、當(dāng)進(jìn)水改變時，對進(jìn)水pH的變化有一定的承受能力。 共六十三頁(3)好氧活性污泥中的微生物群落(qnlu) 中心是能起絮凝作用的細(xì)菌形成的菌膠團(tuán)，在其上生長著其他微生物。如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物(dngw)和某些微型后生動物(dngw)(輪蟲及線蟲等)。 A菌膠團(tuán) 在微生物學(xué)領(lǐng)域里，將動膠菌屬形成的細(xì)菌團(tuán)塊稱為菌膠團(tuán)。 在水處理工程領(lǐng)域內(nèi)，則將所有具有莢膜或粘液的絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。共六十三頁活性污泥中的微生物共六十三頁提問：菌膠團(tuán)有哪些功能？ 吸附和氧化分解有機物； 菌膠團(tuán)是細(xì)菌的存在形式，細(xì)菌占到活性污泥中微生物總量的99%, 有107108個/mL

7、，他們(t men)是生物處理的主力軍，一旦菌膠團(tuán)受到各種因素的影響和破壞，則活性污泥法對有機物去除率明顯下降，甚至無去除能力。 菌膠團(tuán)對有機物的吸附和分解，為原生動物和微型后生動物提供了良好的生存環(huán)境； 例如菌膠團(tuán)本身為原生動物、微型后生動物提供附著場所；菌膠團(tuán)中的細(xì)菌可以去除毒物、自身作為動物食料。 a. 菌膠團(tuán)的功能(gngnng) 為什么細(xì)菌會形成菌膠團(tuán)？共六十三頁 粘性多糖的粘著作用 很多細(xì)菌莢膜相互間粘著時就會形成一個由許多細(xì)菌共有的大莢膜，當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入老齡后，細(xì)菌分泌(fnm)的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了細(xì)菌大莢膜的增大，這樣就形成了菌膠團(tuán)的雛形。b. 菌膠團(tuán)的形成(xngch

8、ng)機理 纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用 將菌膠團(tuán)置于電子顯微鏡下觀察時發(fā)現(xiàn)，在大莢膜增大的同時，在其外側(cè)出現(xiàn)了許多類似于纖維素網(wǎng)狀的物質(zhì)，據(jù)分析這些物質(zhì)的成分也是多糖，如圖所示活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片 共六十三頁提問：這些纖維素從何而來？ 細(xì)菌的胞外分泌物 原生動物分泌的胞外粘液的粘著作用； 實驗證明小口鐘蟲、累枝蟲和尾草履蟲等纖毛蟲能分泌一些(yxi)促進(jìn)凝聚的糖類，在促進(jìn)自身粘附在活性污泥上的同時，加速菌膠團(tuán)的進(jìn)一步增大； 小口鐘蟲共六十三頁c. 菌膠團(tuán)中的細(xì)菌(xjn) 菌膠團(tuán)中的細(xì)菌來源于土壤、水和空氣。它們多數(shù)是革蘭氏陰性菌，如動膠菌屬和叢毛單胞菌屬，它們可占70，生活污水好氧

9、處理(chl)時菌膠團(tuán)中的主要細(xì)菌見下表工業(yè)廢水處理中的菌膠團(tuán)細(xì)菌組成與之類似，但優(yōu)勢菌主要是對特定工業(yè)廢物起主要降解作用的細(xì)菌 細(xì)菌名稱細(xì)菌名稱細(xì)菌名稱動膠菌屬 (優(yōu)勢菌)短桿菌屬微球菌屬叢毛單胞菌屬 (優(yōu)勢菌)固氮菌屬黃桿菌屬產(chǎn)堿桿菌屬 (較多)亞硝化單胞菌屬無色桿菌屬棒狀桿菌屬 (較多)假單胞菌屬節(jié)桿菌屬芽孢桿菌屬病原細(xì)菌 （偶爾）大腸埃希氏菌產(chǎn)氣桿菌屬共六十三頁B活性污泥中的其它(qt)微生物 在菌膠團(tuán)上層居住的是放線菌、真菌及原生動物、后生動物。它們的數(shù)量相比較細(xì)菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、諾卡氏菌、發(fā)硫菌、頭孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生動物中的鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草

10、履蟲和后生動物中的輪蟲。這些微生物與菌膠團(tuán)細(xì)菌構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)體系，它們之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，它們的種類、數(shù)量隨營養(yǎng)條件(廢水種類、化學(xué)組成、濃度(nngd)、溫度、供氧、pH等環(huán)境條件改變也在不停的發(fā)生著變化。活性污泥原生動物共六十三頁(4) 好氧活性污泥凈化廢水的作用(zuyng)機理 好氧活性污泥的凈化作用機理見下圖好氧活性污泥吸附(xf)和降解 用框圖表示見下圖 共六十三頁 共六十三頁活性污泥凈化廢水的作用(zuyng)機理 共六十三頁后處理生物處理（二級處理） 化學(xué)營養(yǎng)物曝氣池沉淀池污泥(w n)回流凈水(jn shu)外排預(yù)處理 （一級處理） 污泥及余渣消化罐共六十三頁活性污泥

11、的優(yōu)勢： （1）可以連續(xù)反復(fù)使用(shyng) 好氧活性污泥由于是由有生命的微生物組成，能自我繁殖，且易于分離，而化學(xué)藥劑只能一次使用，故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越。 （2）可以(ky)降解水中的溶解性有機物，這也是物理化學(xué)方法難以做到的。 泥水分離良好，出水清澈共六十三頁(5) 好氧活性污泥運行(ynxng)中微生物造成的問題 常見故障：二次沉淀池中固液分離（泥水分離）出現(xiàn)問題(wnt)。 起因：污泥絮狀體的結(jié)構(gòu)不正常。共六十三頁 絮體不穩(wěn)定、破裂(pli) 細(xì)菌不凝聚，為游離個體。原因(yunyn)：低溶氧、低pH值現(xiàn)象：污泥在沉淀池中呈懸浮狀，高濃度地隨水流流出。由“硬”洗滌劑的使用而引起

12、諾卡氏菌屬的絲狀微生物超量生長，氣泡又附著在諾卡氏菌的菌體上。 溫度18，長泥齡（9天）利于該菌生長。 A 不凝聚 B 起泡沫（厚、棕色泡沫） 在過度曝氣時，紊流剪切絮塊成碎塊。含有阻止生物降解的表面活性劑的洗滌劑共六十三頁概念：活性污泥的性能發(fā)生變化，絮塊漂浮(pio f)水面，比重減輕，隨著水流而排出。該異?，F(xiàn)象稱之。 由絲狀細(xì)菌和其它絲狀微生物大量增殖引起稱活性污泥絲狀膨脹。造成(zo chn)的結(jié)果：稀薄污泥回流至曝氣池。 出水BOD5升高。 C 污泥膨脹共六十三頁活性污泥絲狀膨脹(png zhng)的成因活性污泥絲狀膨脹的致因微生物 諾卡氏菌屬（Nocardia）、浮游球衣菌（Sph

13、aerotikus）、微絲菌屬（Microthrix）、發(fā)硫菌屬、貝日阿托氏菌屬等 環(huán)境因素 溫度溶解氧可溶性有機物及其種類(zhngli)有機物濃度 共六十三頁BOD:N及BOD:P很高， 特別N不足 （BOD:N:P=100:5:1) 進(jìn)水中低分子(fnz)碳水化合 物過多 水溫低 溶氧低 低pH 重金屬等有毒物流入多。調(diào)節(jié)水的酸堿度 控制有機負(fù)荷、營養(yǎng)比例添加鐵鹽（FeCl25-50mg/L)、 鋁鹽(10-100mg/L)、 氯(10-20mg/L)、 H2O2(40-200mg/L）， 前兩者連續(xù)(linx)添加，后兩者間歇添加。 控制溶解氧濃度（曝氣池2mg/L) 產(chǎn)生原因：防止措

14、施：共六十三頁控制(kngzh)活性污泥絲狀膨脹的對策 控制溶解氧：溶解氧濃度一般(ybn)應(yīng)控制在2mg/L以上?？刂朴袡C負(fù)荷 活性污泥要保持正常狀態(tài)，BOD污泥負(fù)荷在0.20.3kg/kgMLSSd為宜。改革工藝共六十三頁北京市高碑店污水(w shu)處理廠全貌共六十三頁高碑店污水(w shu)處理廠的一次沉淀地（75m28m2.5m，共有24個，其出水進(jìn)曝氣池）共六十三頁高碑店污水處理廠的曝氣池（95m28m6m，共有(n yu)24座，其出水進(jìn)二次沉淀池）共六十三頁高碑店污水處理廠的二次沉淀池（直徑50m，有效深度4m，共有(n yu)24座，其出水達(dá)標(biāo)排放）共六十三頁高碑店污水處理廠

15、污泥消化池（直徑20m，有效深度25m，共有16座，消化好氧池排放(pi fn)的污泥，每天可產(chǎn)生沼氣近20000m3）共六十三頁6.2.1.3生物膜法Aerobic Biofilm Processes包括(boku)：生物濾池（以此為例） 生物轉(zhuǎn)盤 生物接觸氧化法 生物流化床生物膜法又稱固定膜法。是利用微生物群體附著在固體填料表面而形成的生物膜來處理廢水的一種方法.主要去除廢水中溶解(rngji)的和膠體的有機污染物。微生物為附著型共六十三頁相對于活性污泥來說，在單位體積(tj)生物膜中所含的微生物數(shù)量更高、比表面積更大。生物膜比活性污泥具有更強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各

16、種污染物，具有速度快、效率高的特點。共六十三頁什么(shn me)是生物膜？ （Biofilm） 微生物在濾料表面繁殖形成的膜狀結(jié)構(gòu)。是一個(y )生態(tài)系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)由兩部分組成附著生物體 液膜好氧微生物（膜外層） 厭氧微生物（接觸濾料）附著水層 流動水層 膜內(nèi)生物不停挖洞，膜多孔。 大量有機物在好氧區(qū)被分解。 厭氧區(qū)增厚使膜脫落，新膜形成濾料共六十三頁生物膜的基本(jbn)結(jié)構(gòu)和污染物降解過程共六十三頁共六十三頁生物膜法的基本(jbn)流程 共六十三頁生物膜法的類型生物膜法根據(jù)(gnj)其所用設(shè)備不同可分為生物濾池、塔式濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法和生物流化床等。共六十三頁生物(shngw)

17、濾池A.結(jié)構(gòu)三個主要(zhyo)部分濾床 布水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)池體 濾料生物濾池的結(jié)構(gòu)圖1 旋轉(zhuǎn)布水器 2 濾料 3 集水溝 4 總排水溝 5 滲水裝置共六十三頁 濾料濾料是生物膜賴以生存的載體。 濾料應(yīng)具備以下特性(txng)： （1）能為微生物的棲息提供大量的表面積。 （2）能使廢水以液膜狀均勻分布在其表面。 （3）有足夠大的孔隙率，使生物膜能隨水通過孔隙流到池底。保證有良好的通風(fēng)。 （4）適合于生物膜的形成與黏附 （5）有較好的機械強度，不易變形與破碎。濾料的材料：碎石、卵石(lunsh)、爐渣。 近年使用塑料濾料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）生物濾池的結(jié)構(gòu)共六十三頁 布水(b shu)系統(tǒng)作用(

18、zuyng) 是將廢水均勻地噴灑在濾料上。 排水系統(tǒng)濾床底部，作用是收集、排出處理后的廢水保證濾池通風(fēng)。旋轉(zhuǎn)布水器示意圖生物濾池的結(jié)構(gòu)共六十三頁滴濾系統(tǒng)(xtng)示意圖共六十三頁B. 生物(shngw)濾池工作的基本原理 在濾池內(nèi)設(shè)置固定的濾料，當(dāng)廢水自上而下濾過時，由于廢水不斷與濾料接觸，微生物在濾料表面繁殖，逐漸形成生物膜。生物膜是由多種微生物組成的一個生態(tài)系統(tǒng)(shn ti x tn)。 當(dāng)生物膜形成并達(dá)到一定厚度時，氧就無法透入生物膜內(nèi)層，造成內(nèi)層的厭氧狀態(tài)，使生物膜的附著力減弱。此時，在水流的沖刷下，生物膜開始脫落。隨后在濾料上又會生長新的生物膜。如此循環(huán)往復(fù)，廢水流經(jīng)生物膜后得以

19、凈化。生物濾池的結(jié)構(gòu)圖共六十三頁C.生物(shngw)濾池中的微生物(shngw)污水中含有生物膜所需的各種微生物。夏季24周形成(xngchng)生物膜。冬季需2個月。 細(xì)菌：多數(shù)為G-，能形成菌膠團(tuán)。無色桿菌、黃 桿菌、極毛桿菌、球衣細(xì)菌、貝氏硫細(xì)菌 真菌：鐮刀菌、青霉、毛霉、地霉、多種酵母菌 藻類：小球藻、藍(lán)藻、綠藻（僅在濾池表面） 原生動物：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲 后生動物：輪蟲、線蟲。 共六十三頁 填料(tinlio)上的微生物細(xì)胞 共六十三頁上海金山(jn shn)塔濾 共六十三頁(2)旋轉(zhuǎn)生物(shngw)接觸氧化系統(tǒng)（Rotating Biological Contact

20、or, RBC）或生物(shngw)轉(zhuǎn)盤。一系列圓盤結(jié)構(gòu)裝置部分浸沒于污水中，部分在空氣中并不斷地旋轉(zhuǎn)，這樣(zhyng)便保持了良好的通氣效果及與污水的接觸，從而在圓盤上形成了“生物膜”。“生物膜”有兩層結(jié)構(gòu)，外層主要由絲狀菌等好氧微生物組成，內(nèi)層由包括脫硫弧菌在內(nèi)的厭氧微生物構(gòu)成。因此這樣的“生物膜”具有去除BOD及無機物（主要是硫酸鹽）的功能。生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)與滴濾系統(tǒng)相比，具有占地少、效率高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，但其前期投資較大。這種系統(tǒng)已經(jīng)成功地用于處理城市污水和各種工業(yè)廢水。共六十三頁生物(shngw)轉(zhuǎn)盤工藝流程示意圖共六十三頁生物(shngw)轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器共六十三頁6.2.1.4好氧

21、生物處理技術(shù)(jsh)進(jìn)展(1) 活性污泥系統(tǒng)(xtng)的進(jìn)展A.氧化溝 又稱循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形。荷蘭衛(wèi)生工程研究所于20世紀(jì)50年代研制開發(fā)的。 第一座氧化溝是1954年由巴斯維爾（Pasveer）設(shè)計并投入運行。一般主要用于日處理水量在5000m3以下的城市廢水和有機廢水。 優(yōu)點：對水溫、水質(zhì)、水量的變動有較強適應(yīng)性。 產(chǎn)泥量低，排泥量少。 充分曝氣處理，水質(zhì)良好。共六十三頁原廢水格柵沉砂池氧化溝回流污泥處理水二次 沉淀池以氧化(ynghu)溝為單元的廢水處理流程氧化溝的平面圖共六十三頁共六十三頁活性污泥系統(tǒng)(xtng)的進(jìn)展B. AB法廢水處理工藝 又叫吸附生物降解（Adsorption Biodegradation）工藝的簡稱。德國20世紀(jì)70年代中期(zhngq)開創(chuàng)的。格柵沉砂池中間沉淀池吸附池曝氣池二次沉淀池預(yù)處理段A段B段回流污泥回流污泥AB法廢水處理工藝流程原廢水處理水共六十三頁(2) 生物膜法的進(jìn)展(jnzhn) 生物流化床Fluidized-bed biofilm reactors20世紀(jì)(shj)70年代開發(fā)出的一種新型生物膜法廢水處理構(gòu)筑物。采用相對密度1的細(xì)小惰性顆粒