微生物污水處理

微生物污水處理第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem引言：隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化、工業(yè)化進程的加快，農(nóng)業(yè)上化肥、農(nóng)藥的過度使用和人口的持續(xù)增加，我國污水排放量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計顯示，2006年全國污水廢水排放量超過750億噸，而全國661個城市中有超過250個城市沒有污水處理廠，從而使其中接近2/3的污水未經(jīng)任何處理直接排入水體中。水利部稱：中國90%以上的城市地表水域受到不同程度的污染[1]。由于沒有配備相應的污水處理設施和適應性強（大到大城市，小到小城鎮(zhèn)）的污水處理技術(shù)，這進一步加劇了我國水環(huán)境的污染。水環(huán)境污染所造成的危機已經(jīng)嚴重制約了我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和影響了人民生活水平的提高。水污染問題已經(jīng)對人類生存和經(jīng)濟的發(fā)展構(gòu)成越來越嚴重的威脅。防止水體惡化，保護水資源，治理已受污染的水體，走可持續(xù)發(fā)展的道路已經(jīng)成為人類共同追求的目標。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem污水處理的方法有物理方法、化學方法和生物方法。而物理法和化學法的處理效率低，費用高，管理復雜，甚至可能造成二次污染，所以無法得到很好的應用和大范圍的推廣。而生物法則是目前應用最廣的方法。生物法通常是利用具有各種生理生化性能的微生物類群間的相互配合而進行的一種物質(zhì)循環(huán)過程。從而使污水得到再生的過程。生物法處理污水具有效率高，費用低，能耗低，出水質(zhì)好，管理簡單等優(yōu)點。利用微生物進行處理使水資源再生，無論是現(xiàn)在還是將來都是污水處理的主要途徑之一。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem微生物具有體積小，表面積大，繁殖能力強等特點，能不斷的與周圍的環(huán)境快速的進行物質(zhì)交換。污水具備微生物生長繁殖的條件，因而能使微生物從中獲得營養(yǎng)物質(zhì)，同時降解和利用有害的物質(zhì)，從而使污水得到凈化。依據(jù)處理過程中的微生物對氧環(huán)境的需求可分為好氧法和厭氧法?，F(xiàn)在應用最廣泛的活性污泥法、生物膜法、氧化塘法均屬于好氧法；厭氧處理是現(xiàn)在研究的比較熱門的方法，現(xiàn)在比較流行的厭氧處理器有AF、UASB、EGSB?，F(xiàn)在好氧法和厭氧法相結(jié)合的處理方法也是比較熱門的研究，因為處理效果要比傳統(tǒng)的方法好。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem1、好氧處理系統(tǒng)好氧微生物在有氧條件下，通過分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦化，把環(huán)境中的有機物氧化分解成無機物，從而使污水得到凈化，同時使微生物得到增長繁殖。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem1.1活性污泥法活性污泥法由Arden和Lockett于1914年在英國切斯特創(chuàng)建成試驗廠，是利用河流自凈原理的人工強化高效污水處理工藝。經(jīng)過90多年的發(fā)展，該工藝已經(jīng)成為當前污水處理方面應用得最廣泛的工藝。所謂活性污泥就是以需氧性細菌為主體的微生物與水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)聚集在一起形成肉眼可見的絮狀顆粒，也稱絮凝體[2]。活性污泥法是以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù)，其原理是通過曝氣供氧，使大量繁殖的微生物群體懸浮在水中，并利用從而降解污水中的有機物，停止曝氣時，懸浮微生物群絮凝體易于沉淀與水分離，并使污水得到凈化、澄清[3]。其工藝流程如下圖：污水預處理→曝氣池→二沉池→出水↑↓↓←回流污泥←→剩余污泥→

第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem活性污泥的微生物由分解有機物的細菌、原生動物（細菌的第一捕食者）、后生動物（細菌的第二捕食者）組成。其中細菌占90%-95%[4].活性污泥中的細菌主要有膠團細菌及絲狀細菌，它們構(gòu)成了活性污泥的骨架?；钚晕勰嘀谐Ｒ姷募毦校荷幽z菌、亞硝化單孢菌、大腸桿菌、蠟狀芽孢桿菌、放線形諾卡氏菌、中間埃希氏菌、無色桿菌屬、黃桿菌屬、葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬等細菌種類，細菌對污水的處理效果達到?jīng)Q定性的作用?；钚晕勰嘀谐Ｒ姷脑鷦游镉戌娤x和纖毛蟲類，原生動物起到促進細菌絮凝，提高細菌的沉淀效率，降低剩余污泥量，促使二沉池的泥水分離等作用；從而對出水的水質(zhì)有很大的影響。污水中原生動物的種類和數(shù)量與污水的凈化處理效果有著密切的聯(lián)系，因此其可以作為凈化情況的指示生物和由其對污水處理效果做出預報。一般說來，游動鞭毛蟲類或自由生活的纖毛蟲類占較大優(yōu)勢時，往往說明凈化效果較差，或污水處于培育活性污泥的初期。當發(fā)現(xiàn)有固著纖毛蟲類時，活性污泥已經(jīng)形成。輪蟲有自凈作用，如活性污泥中有大量輪蟲和多種纖毛蟲出現(xiàn)時，說明有機物含量很少，凈化度較高，污水處理效果好。水蚯蚓對污水也有自凈作用，其種類與數(shù)量隨污染的減輕而減少，在凈化效果較好的污水中，還會出現(xiàn)線蟲、顫蚯蚓等后生動物?；钚晕勰嘀谐讼裨鷦游镞@樣整個蟲體只有一個細胞構(gòu)成的生物外，還有多個細胞構(gòu)成的后生動物。活性污泥中出現(xiàn)的后生動物有輪蟲類和線蟲類，但數(shù)量不多，偶爾也會出現(xiàn)腹毛類，寡毛類和甲殼類等。此外，活性污泥中還會出現(xiàn)少量的真菌，以霉菌類和酵母類為主。在污水處理過程中還會出現(xiàn)少量的藻類，其主要是藍藻、綠藻和硅藻。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem活性污泥法是目前被廣泛應用的污水處理系統(tǒng)，其BOD去除率可達95%以上[5]。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和長時間的應用，傳統(tǒng)活性污泥法日益暴露出其缺陷，如：曝氣池中的生物量低、耐水質(zhì)、水量沖擊負荷能力差、運行不夠穩(wěn)定、易產(chǎn)生污泥膨脹、污泥產(chǎn)量大、基建和運行費用高、占地面積大等等。為了適應污水處理大戰(zhàn)的要求，人們不斷改進傳統(tǒng)的活性污泥法，開發(fā)了許多新的處理工藝，如百樂卡法（BIOLAK法）、吸附-生物降解法（AB法）、間歇式活性污泥法工藝（SBR）、粉末活性炭活性污泥法（PACT）、DAT-IAT工藝、UNTANK工藝等等，它們都大大提高了污水處理的出水水質(zhì)，并彌補了傳統(tǒng)活性污泥法的不足。其中AB法和百樂卡法在國內(nèi)又逐漸被廣泛應用第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem1.1.1AB法

AB法是吸附-生物降解法的簡稱，是德國亞深大學Bohnke教授于20世紀70年代中期開發(fā)的一種工藝，屬超高負荷活性污泥法。從80年代開始適用于生產(chǎn)實踐。AB工藝對BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率一般都高于傳統(tǒng)活性污泥法，其優(yōu)點在于A段負荷高，抗擊負荷能力前，特別適用于處理濃度高，水質(zhì)水量變化大的污水。其不足主要在于產(chǎn)泥量大，達不到深度除磷氮的功能，出水水質(zhì)達不到防止水體富營養(yǎng)化的要求。AB法處理污水可分為兩段：A段和B段。其中A段細菌數(shù)量大、主要以吸附絮凝作用、吸收、氧化等方式除去有機物。B段則是以氧化為主。難溶性大分子物質(zhì)被微生物釋放出的胞外酶的作用降解成可溶性小分子物質(zhì)；可溶性小分子物質(zhì)被微生物吸收到胞內(nèi)，由微生物細胞的新陳代謝作用將有機質(zhì)氧化分解為二氧化碳、水等無機物，氧化過程中產(chǎn)生的能量會被貯存于細胞內(nèi)，使微生物得到生長繁殖。由于此作用使污水得到凈化、澄清。中國的青島海泊河污水廠采用了該技術(shù)，該廠于1993年3月開工建造，1995年6月正式投產(chǎn)運行，日處理城市污水80000M3。目前該廠運行正常，處理后的水質(zhì)完全符合國家規(guī)定的排放標準[6]。第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem

1.1.2百樂卡法（BIOLAK法）百樂卡是在傳統(tǒng)活性泥法的基礎上，集合了大量研究工作的先進成果，并在數(shù)百例工程中得到不斷的改造和完善成熟工藝。百樂卡工藝是一種具有除磷脫氮功能的多級活性污泥污水處理系統(tǒng)。百樂卡工藝污泥回流量大，污泥濃度較高，生物量大，相對曝氣時間較長，所以污泥負荷較低。國內(nèi)此工藝的應用以深圳龍?zhí)镂鬯幚韽S為代表。龍?zhí)镂鬯幚韽SBOD5污泥負荷率0.05kgBOD/kgMLSS.d,污泥濃度為4000mg/L，污泥齡為29d，所以剩余污泥很少[7]。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六1.2生物膜法

生物膜是由生長發(fā)育活躍的單一或混合微生物群體組成，附著在活性或非活性的載體表面，由好氧細菌、厭氧細菌、兼性細菌、真菌、原生動物和較高等動物組成的微生態(tài)體系[8]。利用生物膜進行污水處理的工藝即生物膜法。生物膜的形成主要經(jīng)過初生、成長及老化剝落三個階段。生物膜法是使微生物附著在載體表面上,污水在流經(jīng)載體表面過程中,通過有機營養(yǎng)物的吸附,氧向生物膜內(nèi)部的擴散以及在膜中所發(fā)生的生物氧化等作用,對污染物進行分解。其凈化機理是：生物膜表面吸附著一層薄薄的污水層，稱為附著水層或結(jié)合水層；其外面是能自由流動的污水，稱運動水層或流動水層。當附著水層中的有機物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解時，附著水層中有機物濃度隨之降低，由于流動水中的有機物濃度高，便迅速向附著水層轉(zhuǎn)移，并不斷進入生物膜被微生物分解。不斷循環(huán)此過程，污水得到凈化。需氧微生物所需的氧從空氣到流動水層到附著水層進入生物膜，供需氧微生物進行有氧呼吸代謝。有機物將被微生物代謝分解成無機物及二氧化碳的，則沿進氧的反方向移動。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem生物膜最外層生長的主要是好氧性微生物，內(nèi)層則是厭氧性微生物。生物膜上除了大量的細菌外，還有真菌（多為絲狀菌）、原生動物（多為鐘蟲）、后生動物（線蟲類、輪蟲類）、微型動物（寡毛蟲類）和藻類（有光處），形成了一個復雜穩(wěn)定的復合生態(tài)系統(tǒng)。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem生物膜中的細菌類別主要有：生枝動膠菌、浮游球衣菌、白色貝氏硫細菌、球衣菌、動膠菌、糞鏈球菌、埃希氏大腸桿菌、硫桿菌屬、無色桿菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬、諾卡氏菌屬、色桿菌屬、八疊球菌屬、副大腸桿菌屬、亞硝化單胞菌屬、硝化桿菌屬等等。而生物膜常見的絲狀真菌有：瘤孢屬、燦爛微重真菌、紅色漿霉、水鐮刀霉、白地霉、皮狀絲胞酵母等等。生物膜中常見的藻類有：水球藻屬、綠球藻屬、席藻屬、顫藻屬、毛枝藻屬和環(huán)絲藻屬等等。此外生物膜中還有原生動物和后生動物，原生動物主要以纖毛蟲類為主，纖毛蟲類中又以鐘蟲占的比例大；后生動物中常見的主要是輪蟲類、線蟲類、寡毛蟲類。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，由于對污水處理出水質(zhì)要求的提高和城市土地資源的緊缺，生物膜法獲得了新的發(fā)展，除了生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤外，還研究出了許多新的有關(guān)生物膜的技術(shù)，如氣提式生物膜反應器、移動床生物膜反應器、序批式生物膜反應器、復合式活性污泥膜反應器、膜-生物膜反應器、升流式厭氧污泥床生物濾池等等。此外，微生物固定化技術(shù)也是研究的熱點。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六

1.2.1移動床生物膜反應器移動床生物膜反應器（MBBR）是近年頗受研究者重視的在生物接觸氧化法和生物流化床的基礎上開發(fā)的一種革新興高效生物膜法污水處理工藝。它是為解決固定床反應器需定期反沖洗，流化床需使載體流化，淹沒式生物濾池堵塞需清洗濾料和更換曝氣器的復雜操作而發(fā)展起來的技術(shù)。它具有傳統(tǒng)生物膜耐沖擊質(zhì)荷，泥齡長，剩余污泥量少的特點，又具有活性污泥法的高效和運轉(zhuǎn)靈活的特點。在穩(wěn)態(tài)運行條件下，當反應器承受較高的有機負荷時，表現(xiàn)出良好的有機物去除率。如移動床生物膜反應器處理家禽加工廢水，填料容積表面積250m2/m3,COD有機負荷3-45kg/（m3.d），單級MBBR反應器COD去除率為80%，兩級MBBR反應器COD去除率可達90%-95%，此外，Rusten等人將移動床生物膜反應器用以乳酪加工廢水生化處理廠的改造工程中，用來解決日益增加的負荷問題和提高有機物及P的去除率，將原有的曝氣池改建成均衡池，原有的兩座生物濾池改建成移動床生物膜反應器，運行結(jié)果表明，當負荷大幅度超出設計值時，改造后的處理系統(tǒng)COD和P的去除率可達到98%，研究表明，該處理工藝具有可靠、操作簡單、高效、穩(wěn)定和不易發(fā)生堵塞等優(yōu)點，所以，移動床生物膜反應器很具有應用與發(fā)展的前景，適用于設計小型污水處理廠和改造已有的超負荷運轉(zhuǎn)的活性污泥處理系統(tǒng)。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六2厭氧處理系統(tǒng)

污水的厭氧生物處理是指在無氧條件下，利用微生物（厭氧菌、兼性厭氧菌）的新陳代謝作用，將污水中的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機物（主要是CH4、CO2、H2S等）和少量細胞物質(zhì)的過程。厭氧生物處理污水技術(shù)始于19世紀末。20世紀60年代末的厭氧濾器（AF）的發(fā)明為第一個突破性的發(fā)展，之后陸續(xù)出現(xiàn)了上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧流化床（AFB）、膨脹顆粒污泥床（EGSB）等厭氧處理器，厭氧生物污水處理技術(shù)，因為既可以凈化污水，又可以產(chǎn)生CH4等可燃燒的氣體，作為能源滿足生產(chǎn)需求，達到一舉兩得的效果，所以成為眾多學者研究的熱點和方向。經(jīng)過近幾十年來的研究和推廣，厭氧生物處理污水技術(shù)得到了很好的發(fā)展和推廣，成為了污水處理領(lǐng)域里一項有效的新技術(shù)。厭氧污水處理系統(tǒng)，是一個極為復雜的系統(tǒng)，它涉及多種交潛作用的菌群，各要求不同的基質(zhì)和條件，形成一個極為復雜的生態(tài)系統(tǒng)，其過程主要包括三個階段：第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem（1）水解發(fā)酵階段是由厭氧微生物或兼性厭氧微生物將復雜的有機物和碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類等分解成有機酸、醇的過程。（2）產(chǎn)乙酸階段主要由產(chǎn)乙酸菌群將水解發(fā)酵階段產(chǎn)生的有機酸、醇等進一步轉(zhuǎn)化成乙酸、氫氣和二氧化碳。（3）產(chǎn)甲烷階段

第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem主要生產(chǎn)甲烷菌群利用前兩個階段產(chǎn)生的乙酸、H2/CO2、甲醇、甲酸等物質(zhì)轉(zhuǎn)化成甲烷。形成的甲烷中約30%來自氫的氧化和二氧化碳的還原作用，70%的甲烷來自乙酸鹽[9]。污水在厭氧處理過程中，參與處理的主要微生物是細菌，可將其分為非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷細菌。其中非產(chǎn)甲烷細菌又可分為專性厭氧細菌和兼性厭氧細菌兩大類。其中常見的專性厭氧細菌有：梭狀芽孢菌屬、雙歧桿菌屬、放線菌屬、擬桿菌屬、棒桿菌屬、乳桿菌屬等等。常見的兼性厭氧細菌有：變形菌屬、埃希氏菌屬、產(chǎn)氣桿菌屬、假單胞菌屬、鏈球菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬等等。而產(chǎn)甲烷菌常見的主要有四大類：桿狀產(chǎn)甲烷菌、球狀產(chǎn)甲烷菌、八疊球狀產(chǎn)甲烷菌、螺旋狀產(chǎn)甲烷菌。以上這些菌屬組成了厭氧污水處理的主要細菌，在其共代謝和礦化作用下使污水得到凈化并產(chǎn)生生物能量沼氣。經(jīng)過長期的研究和推廣，厭氧處理工藝在污水處理中已占有了一席之地，一些厭氧反應器也得到廣泛的應用。如膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB）、內(nèi)循環(huán)厭氧反應器(IC)等。第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem2.1EGSBEGSB是膨脹顆粒污泥床的簡稱，是在UASB反應器的基礎上于20世紀80年代后期由荷蘭農(nóng)業(yè)大學環(huán)境系開始研究的新型高效厭氧反應器。EGSB和UASB結(jié)構(gòu)相似，所不同的是EGSB增加了出水再循環(huán)部分，使得反應器內(nèi)的液體上升流速遠遠高于UASB反應器，使污水與微生物之間的接觸得到加強。正是由于這種獨特的優(yōu)勢，使其可適應多種有機物水處理，如：一、可用于處理含有有毒物質(zhì)的污水，因為EGSB是一種高效節(jié)能厭氧生物反應器，采用處理水回流技術(shù)，可有效降低進水中有毒物質(zhì)的濃度和毒性；二、EGSB適用于各種濃度的工業(yè)污水和城市污水處理；三、EGSB還適用于生活污水、垃圾填埋場的滲濾液和農(nóng)業(yè)廢物廢水的處理。一般認為，EGSB反應器在處理低于1500mgCOD/L污水時仍有很高的去除率，通?？蛇_80%以上，甚至會超過98%。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六Microorganismwastewatertreatmentsystem2.2ICIC是內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的簡稱，是20世紀90年代由荷蘭Paques公司在UASB基礎上開發(fā)的超高效厭氧反應器，它具有容積負荷高、處理容量大、抗沖擊負荷能力強、污泥產(chǎn)量少、運行穩(wěn)定、投資少等優(yōu)點的新型厭氧生物處理污水反應器。其特征是在反應中裝有兩級三相分離器，反應器下半部分部分可在極高的負荷條件下運行。目前，IC反應器已成功應用于啤酒生產(chǎn)、食品加工等行業(yè)的生產(chǎn)污水處理中。如荷蘭SENSUS公司1995年建造的容積為1100立方米的IC反應器處理菊苣生產(chǎn)污水，日處理COD質(zhì)量濃度約為7200mg/L的廢水3960立方米，COD水力負荷達3kg/(m3.d),COD去除率穩(wěn)定在70%-80%[10]。進一步研究開發(fā)IC反應器，推廣其應用于各種污水處理，已成為厭氧污水處理的研究熱點之一。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六3．研究新方向與展望

隨著社會的發(fā)展的需求和對污水處理技術(shù)研究的深入，各種新技術(shù)層出不窮。3.1厭氧-好氧結(jié)合法自1962年，Ludzack和Ettinger首次提出此法用于脫氮后，就陸續(xù)出現(xiàn)了應用厭氧-