第九章水環(huán)境污染控制

第三章

水環(huán)境污染控制與治理的

生態(tài)工程及微生物學原理有機污水的生物處理典型的城市污水處理廠機械法污水處理生物法污水處理污泥處理活性污泥的組成Ma——活性微生物群體Me——微生物內源代謝自身氧化的殘留物Mi——原污水夾入的不能為微生物降解的惰性有機物Mii——原污水夾入的無機物活性污泥（混合液懸浮固體MLSS）MaMeMiMii活性污泥的結構與功能中心：菌膠團?；钚晕勰鄡艋瘡U水的機理：吸附、分解氧化、生物活性、自我繁殖、良好的沉降性能。

活性污泥的組成好氧細菌：以異養(yǎng)型的原核細菌為主，形成菌膠團——在活性污泥中具有十分重要的作用，是污水處理的主力軍——凈化污水的第一承擔者，也是主要承擔者。真菌——與活性污泥有關的真菌是微小的腐生或寄生的絲狀菌。這種真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白質及其他含氮化合物的功能。大量繁殖時會引起污泥膨脹。原生動物——肉足蟲、鞭毛蟲、纖毛蟲等，主要攝食的對象是細菌，原生動物在種屬和數量上隨水處理的水質和細菌的狀態(tài)而改變。后生動物（主要指輪蟲），在完全氧化活性污泥法系統(tǒng)如延時曝氣系統(tǒng)才出現(xiàn)。輪蟲出現(xiàn)是水質穩(wěn)定的標志。原生動物是細菌的第一捕食者，后生動物攝食原生動物，是生態(tài)系統(tǒng)的第二捕食者。Ma的主要組成有機物細菌原生動物后生動物活性污泥物理性能顏色：黃褐色。氣味：泥土的芳香。密度：1.002－1.006。比表面積：20－100cm2/mL污泥。顆粒尺寸：0.02－0.2mm或20－200微米。含水率：大于99％。小于1％的含固率中，有機成分75－85％，無機成分15％－25％。污泥指標污泥干重（MLSS）揮發(fā)性污泥濃度（MLVSS）污泥沉降比（SV）：30min沉降率污泥指數（SVI=SV/MLSS）:每克干污泥所形成的沉淀污泥的體積微生物量的指標混合液懸浮固體濃度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii組成混合液揮發(fā)固體濃度（MLVSS），由MLVSS=Ma+Me+Mi組成SV：污泥沉降比（SettlingVelocity），又稱30min沉降率（比）。混合液在量筒內靜置沉淀30min后沉淀污泥的容積與原混合液容積的百分比。一般低于30％認為沉降性能好。SVI：活性污泥體積指數（SludgeVolumnIndex），指曝氣池混合液沉淀30min后，每單位重量干泥形成的濕泥的體積（mL／g），通常SVI為100。測定方法：①在曝氣池出口處取混合液試樣；②測定MLSS(g／L)；③把試樣放在一個1000mL的量筒中沉淀30min，讀出活性污泥的體積(mL)；④按下式計算：好氧處理的基本原理

二、好氧活性污泥凈化廢水的作用機理氧化溝法三、好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程Carrousel式氧化溝

荷蘭DHV公司表曝機交替工作式氧化溝曝氣轉盤設備(美國USFilter產品)曝氣轉刷設備(OTV-Gruger產品)SBR法SBR法SBR反應器AB法

氧化塘又名穩(wěn)定塘或生物塘，其對污水的凈化過程與自然水體的自凈過程相似，是一種利用天然凈化能力處理污水的生物處理設施。應用：城鎮(zhèn)污水，可與其他工藝結合

分類：根據微生物類型、供氧方式、功能劃分四、氧化塘中的微生物群落及其處理廢水機制凈化原理五、菌膠團的作用有很強的生物吸附能力和氧化分解有機物的能力菌膠團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)境為原生動物、微型后生動物提供附著場所具有指示作用六、原生動物及微型后生動物的作用

(一)凈化廢水作用提問:有哪些作用?①直接參與廢物的去除捕食水中的懸浮的有機廢物顆粒（細菌主要吃溶解性污染物）②吞噬細菌，凈化出水水質細菌（尤其使游離細菌）本身也是有機污染物；提問：游離細菌轉化為原生動物同樣是有機污染物，凈化何在呢？3kg1kgCO2+H2O+鹽2kg同理可知：食物鏈越長，凈化效果遠好。③產生絮凝物質，促進活性污泥的形成活性污泥顆粒主要是由細菌絮凝而成，實驗證明小口鐘蟲、累枝蟲和草履蟲等纖毛蟲能分泌一些粘性多糖，使他們能夠附著在小的絮凝體上，同時促進絮凝體進一步黏附細菌使污泥絮體增大。生產上常常發(fā)現(xiàn)在活性污泥培養(yǎng)初期，一旦處理系統(tǒng)中出現(xiàn)固著型纖毛蟲，隨后就可看到活性污泥絮體的形成并逐漸增大。(二)指示生物作用①依據原生動物數量、種類、優(yōu)勢種、個體活性與水質的相關規(guī)律。②優(yōu)越性提問:與水質分析及細菌觀察、計數相比好處何在?Ⅰ.觀察測量容易僅需低倍顯微鏡即可活體觀察Ⅱ.快速預報通常污水處理廠每天都要對本廠的出水進行水質監(jiān)測，若超過國家規(guī)定的標準，就要及時追查原因，以求解決。湖南石油化工廠的曝氣池中的有柄纖毛蟲與BOD5統(tǒng)計數據各廠情況不同，需獨立總結。但有些數據當天得不到如BOD5，根據原生動物與BOD5的對應關系，則可以作出快速的判斷，縮短發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的時間。③普遍規(guī)律如若發(fā)現(xiàn)群體的纖毛蟲縮成一團鐘蟲的柄脫落纖毛蟲接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊表明水中？存在有毒物質或其他條件如溫度、pH等的不適宜。Ⅰ.水質毒物判斷

有些原生動物對水中的溶解氧變化十分敏感。如鐘蟲細胞前端出現(xiàn)氣泡，運動遲緩，說明水中充氧不足，或溶氧過高、過低，水質將變壞。反之則表明溶解氧情況適中良好

Ⅱ.溶解氧判斷Ⅲ.曝氣池處理效果的判斷

二、好氧生物膜法生物填料表面附著的生物薄膜進行污染物降解的生物處理法。于19世紀末，在研究土壤凈化污水的過濾田的基礎上，開發(fā)并應用于生產。由于效果不如后來出現(xiàn)的活性污泥法，一度被長期擱置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生產和環(huán)境保護對于水要求的進一步提高，生物膜法又獲得了新的發(fā)展。好氧生物膜法構筑物有普通濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池，還有生物轉盤、接觸氧化法(即浸沒濾池法)等。生物填料懸浮型生物填料投加量普通接觸氧化水解調節(jié)池好氧或厭氧流化床好氧好氧或厭生物塘或厭氧濾池

反應池體積%

8-13515-253-540-601cm

人工填料懸掛型填料彈性立體填料網片式立體填料軟性填料生物填料上的生物膜生物濾床浸沒式生物膜反應器生物濾床頂蓋旋轉噴淋裝置填料浸沒式給氣裝置出水入水普通生物濾池生物轉盤(一)好氧生物膜中的微生物群落根據位置與功能不同——生物膜生物、生物膜面生物及濾池掃除生物。普通濾池內生物膜的微生物群落表橫向縱向各不相同濾掃生物膜面生物膜生物2~3mm0.3mm好氧區(qū)生物濾池（塔）中的分層特征表相當于多污帶相當于中污帶相當于寡污帶同一類型廢水

好氧活性污泥法與生物濾池法處理效果對比優(yōu)缺點對比好氧生物膜的培養(yǎng)自然掛膜法活性污泥掛膜法優(yōu)勢菌種掛膜法第二節(jié)活性污泥膨脹和控制對策提問：什么是活性污泥膨脹？正常的活性污泥顆粒體積膨脹，繼而分裂為沉降性很差的小顆粒污泥，引起二沉池池面飄泥嚴重，出水水質急劇變差的現(xiàn)象。本質—污泥密度變小或黏附能力下降。分非絲狀菌污泥膨脹與絲狀菌污泥膨脹兩類1.非絲狀污泥膨脹①

曝氣力度過大，污泥碎裂膨脹提問：原因——？氣泡夾帶,密度降低；氣泡機械破碎；細菌處于對數期多糖分泌減少②缺氧、厭氧膨脹漂泥提問：原因——？二沉池底部淤泥厭氧產氣（反硝化N2、CH4)③進水水質有過量的表面活性物質和油脂類化合物；提問：原因——？油及泡沫降低污泥密度④生物中毒（pH波動大、補堿過量、溫度過高、CODcr濃度驟然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有機酚、硫化物、重金屬及鹵化物過高等）污泥膨脹原因——？細菌——休克死亡、粘液分泌減少⑤新污泥膨脹現(xiàn)象未馴化污泥對新類型廢水不適應，不沉降或沉降極慢，長時間曝氣馴化后恢復正常；原因——絲狀細菌（球衣菌、硫細菌）或真菌優(yōu)勢過度生長絲狀菌過渡生長的環(huán)境因素：A.

溫度B.溶解氧（DO）C.

可溶性有機物及種類D.

有機物濃度（C/N）2.絲狀污泥膨脹（95％污泥膨脹）

廢水C/N比高，N少；無機金屬離子較少原因——菌絲體儲備營養(yǎng)物稀少、表面積大，在稀溶液中爭奪營養(yǎng)物質的能力強，更適合于貧瘠環(huán)境（包括溶解氧、各種營養(yǎng)物）的生長；E.毒物沖擊原因—菌絲體耐受能力強3.污泥膨脹的預防與控制對策提問：基于上述原理如何預防污泥膨脹？A.設調節(jié)池(及事故池)控制高負荷（BOD、毒物）沖擊B.

控制溶解氧溶解氧濃度必須控制在2mg/L以上。C

調節(jié)廢水的營養(yǎng)配比盡量逼近BOD5與N和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。補N——尿素或含氮量高的污泥消化池上清液補P——磷酸鈉D.控制有機負荷BOD5

的污泥負荷在0.2~0.3kg/（kgMLSS?d）為宜E.

改革工藝將活性污泥法改為生物膜法在曝氣池中加填料改為生物接觸氧化法SBR(即序批式間歇曝氣反應器)法第三節(jié)厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機廢水的前處理;一、厭氧法的優(yōu)點提問：優(yōu)點有哪些？1．產生的沼氣可用于發(fā)電或作為能源沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間，是一種很好的燃料。以日排COD10t的工廠為例，若COD去除率為80%，甲烷產量為理論的80%時，則可日產甲烷2240m3,其熱值相當于3.85t原煤，可發(fā)電5400度電。2．對營養(yǎng)物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厭氧方法為（350~500）：5：1，相比而言對N、P的需求要小的多，因此厭氧處理時可以不添加或少添加營養(yǎng)鹽。4．產生的污泥量少，運行費用低?繁殖慢；不需要曝氣基于這些優(yōu)點，厭氧處理在食品、釀造、制糖等工業(yè)中得到了廣泛的應用。但厭氧處理也存在缺點提問：？1．出水的有機物濃度高于好氧處理；發(fā)酵分解有機物不完全；2．對溫度變化較為敏感；工業(yè)中需要設置進水的控溫裝置，37℃。3．厭氧微生物對有毒物質較為敏感；但經過毒物馴化處理的厭氧菌對毒物的耐受力常常會極大地提高。二、厭氧法的缺點4.初次啟動過程緩慢,處理時間長好氧處理體系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厭氧處理體系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功5．處理過程中產生臭氣和有色物質提問：是什么？臭氣主要是SRB形成的具有臭味的硫化氫氣體以及硫醇、氨氣、有機酸等的臭氣。同時硫化氫還會與水中的鐵離子等金屬離子反應形成黑色的硫化物沉淀，使處理后的廢水顏色較深，需要添加后處理設施，進一步脫色脫臭。

三、厭氧活性污泥法（一）．厭氧活性污泥的性質和組成由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機雜質形成的污泥顆粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；顆粒厭氧活性污泥的直徑在0．5mm以上。微生物的組成主要有六種：由外到內水解細菌、發(fā)酵細菌、產氫產乙酸菌、同型產乙酸細菌、產甲烷菌

其中產甲烷絲菌是厭氧活性污泥的中心骨架厭氧法的基本原理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物(anaerobicmicrobes)(包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復雜有機物分解轉化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物質的過程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)。與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個復雜的微生物化學過程，依靠三大主要類群的細菌，即水解產酸細菌(fermentativebacteria)、產氫產乙酸細菌(acetogenicbacteria)和產甲烷細菌(methanogenicbacteria)的聯(lián)合作用完成。厭氧消化過程劃分為三個連續(xù)的階段，即水解酸化階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段。第一階段為水解酸化階段。復雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內，分解產生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產生較高級脂肪酸。第二階段為產氫產乙酸階段。在產氫產乙酸細菌的作用下，第一階段產生的各種有機酸被分解轉化成乙酸和H2，在降解奇數碳素有機酸時還形成CO2。第三階段為產甲烷階段。產甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉化為甲烷。厭氧消化過程中的主要微生物——發(fā)酵細菌（產酸細菌）、產氫產乙酸菌、產甲烷菌

1、發(fā)酵細菌（產酸細菌）：

主要功能：水解：在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物；酸化：將可溶性大分子有機物轉化為脂肪酸、醇類等；

主要細菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；——發(fā)酵細菌（產酸細菌）、產氫產乙酸菌、產甲烷菌

2、產氫產乙酸菌

主要功能：將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2；

主要反應：乙醇：CH3CH2OH+H2OCH3COOH+2H2

丙酸：CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2

丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2

主要細菌：互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等；厭氧消化過程中的主要微生物——發(fā)酵細菌（產酸細菌）、產氫產乙酸菌、產甲烷菌

3、產甲烷菌

主要功能：將產氫產乙酸菌的產物乙酸和H2/CO2轉化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進行；

主要類型：乙酸營養(yǎng)型和H2營養(yǎng)型產甲烷菌；厭氧消化過程中的主要微生物（1)由酸和醇的甲基形成甲烷CH3COOH→CH4+CO24CH3OH→3CH4+CO2+2H2O（2）由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機酸2CH3CH2OH+CO2→CH4+CH3COOH（3）脂肪酸有時用水作還原劑或供氫體產生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2O→CH4+4CH3COOH（4）利用氫使二氧化碳還原形成甲烷4H2+CO2→CH4+2H2O（5）在氫和水存在時，CO還原形成甲烷3H2+CO→CH4+H2O厭氧消化的三個階段和COD轉化率在厭氧生物處理系統(tǒng)中，由于內部各區(qū)域生態(tài)位的差異，造成非產甲烷細菌、產甲烷菌中各類群細菌有規(guī)律的出現(xiàn)演替。在非完全混合反應器中，優(yōu)勢種群沿水流方向有演替規(guī)律。通過各種群體相互利用、相互制約，構成一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，保證生物代謝正常進行。厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢種群的演替非產甲烷菌為產甲烷菌提供生長繁殖的底物；非產甲烷菌為產甲烷菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位；非產甲烷菌為產甲烷菌消除有毒物質；產甲烷菌為非產甲烷菌的生化反應解除了反饋抑制；非產甲烷菌和產甲烷菌共同維持環(huán)境中的適宜pH值。非產甲烷細菌和產甲烷細菌之間的相互關系厭氧活性污泥處理的工藝流程其中厭氧活性污泥反應器是工藝中的核心廢水調節(jié)池熱交換器↑37℃厭氧活性污泥反應器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥厭氧生物膜法主要指厭氧濾器（AF）沼氣出水進水AF構造特征廢水從池底進入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進入，以降流的形式流過填料層，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。厭氧生物反應器發(fā)展工作原理2級(平流沉淀+厭氧污泥消化)全國各地使用廣泛，為生活污水的預處理——液固分離處理污泥及厭氧殺寄生蟲及病菌第一代厭氧反應器——化糞池缺點：污泥量少、易被帶出，靜態(tài)消化

克服了第一代的缺點，且處理污水第二代厭氧反應器UASB反應器influentSludgebed污泥沉降沼氣阻擋收集effluent上流式厭氧污泥床反應器，簡稱UASB