水污染生物降解

關(guān)于水污染生物降解主要是利用微生物的新陳代謝，通過微生物的凝聚、吸附、氧化分解等作用來降解污水中的有機(jī)物。生物降解具有應(yīng)用范圍廣、處理量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的一種有機(jī)廢水處理方法。生物降解(Biodegradation)第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天微生物的特征：體積小，表面積巨大繁殖速度驚人能不斷與周圍環(huán)境快速進(jìn)行物質(zhì)交換第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天微生物凈化水質(zhì)的方式微生物用于污水處理一般主要對污水有害化合物中的有機(jī)物質(zhì)起降解、轉(zhuǎn)化的作用。其凈水方式有：降解作用細(xì)菌、真菌和藻類都可以降解有機(jī)污染物。如好氧革蘭氏陰性桿菌和球菌可以降解石油烴、有機(jī)磷農(nóng)藥、氯苯等；霉菌可以降解石油烴、敵百蟲、撲草凈等；藻類可以降解多種酚類化合物。共代謝微生物的共代謝是指微生物能夠分解有機(jī)物基質(zhì)，但是卻不能利用這種基質(zhì)作為能源和組成元素的現(xiàn)象。這類微生物有假單胞菌屬、不動桿菌屬、諾卡式菌屬、芽孢桿菌屬等。去毒作用微生物通過轉(zhuǎn)化、降解、礦化、聚合等反應(yīng)，改變污染物的分子結(jié)構(gòu)，從而降低或去除其毒性。如有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉硫磷可以在微生物的水解作用下，被分解為含有一酸或二酸的物質(zhì)。第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天微生物處理好氧處理厭氧處理活性污泥法生物膜法好氧塘法厭氧消化法厭氧生物膜法厭氧塘法溶解性膠體性有機(jī)物,含酚,腈,醛有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水微生物處理污水的方法第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天好氧生物處理第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

活性污泥法

活性污泥：以微生物為主體的懸浮態(tài)絮狀泥粒。極大的表面積、吸附和分解廢水中有機(jī)物的能力凝聚沉降性能、易于和水分離活性充足的DO、適當(dāng)濃度有機(jī)物、攪拌設(shè)備活性污泥法：人工充分供氧條件下利用活性污泥來氧化分解廢水中有機(jī)物的方法。第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天廢水初沉池曝氣池二沉池清水空氣回流污泥剩余污泥活性污泥法工藝示意圖第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天活性污泥法的新反應(yīng)器及工藝1吸附生物降解（A-B）法2A-A-O（厭氧-缺氧-好氧）活性污泥法3氧化溝活性污泥法4間歇式活性污泥法（SBR）第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

生物膜法生物膜法是利用生物濾池處理污水，最初是從酒滴池開始的，并不斷得到改進(jìn)，出現(xiàn)了塔式濾池，生物轉(zhuǎn)盤，浸沒法濾池等多種形式，其處理原理基本相同，都是依靠著生于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的，因此，又稱生物過濾法。處理過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移：生物膜法厭氧處理厭氧處理法，是在無氧條件下由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機(jī)污染物的處理方法。通常用于不溶性有機(jī)物質(zhì)，如纖維素含量高的污水，或高濃度的工業(yè)廢水，也經(jīng)常用于處理剩余污泥。氧化塘法又稱生物塘法或穩(wěn)定塘法，是利用一個天然的或人工修整的池塘，由于污水在塘內(nèi)停留的時間較長，通過水中的微生物代謝活動可以將有機(jī)物降解。在氧化塘，廢水中的有機(jī)物主要是通過有機(jī)菌藻共生作用去除的。氧化塘中同時可以進(jìn)行好氧和厭氧性分解作用和光合作用，三種作用互相影響。第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天微生物處理污水的過程1）好氧處理：在有氧條件下，有機(jī)物在好氧微生物的作用下氧化分解，有機(jī)物濃度下降，微生物量增加。在這一過程中，有機(jī)物的降解、微生物的增殖、溶解O2的消耗。這三個過程是同步進(jìn)行的，也是控制好氧生物處理成功與否的三個關(guān)鍵過程。圖為有機(jī)物好氧降解的一般途徑。第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2）厭氧處理：在厭氧條件下，利用多種厭氧或兼性厭氧微生物的代謝活動，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物和少量細(xì)胞物質(zhì)的過程。厭氧生物處理一般分為四個階段：水解，發(fā)酵，產(chǎn)乙酸，產(chǎn)甲烷。這些無機(jī)物質(zhì)主要是大量的生物氣體即沼氣。（1）水解階段復(fù)雜有機(jī)物首先在發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的胞外酶作用下分解為溶解性的有機(jī)分子。通常緩慢，是限速階段。（2）發(fā)酵(酸化)階段溶解性小分子有機(jī)物進(jìn)入發(fā)酵菌(酸化菌)細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)酶作用下分解為VFA，同時合成細(xì)胞物質(zhì)。（3）產(chǎn)乙酸階段發(fā)酵酸化階段的產(chǎn)物丙酸、丁酸、乙醇等，在此階段經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2。（4）產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷：CO2+H2

CH4+H2OCH3COOH

CH4+CO2第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天污泥生化處理的關(guān)鍵是細(xì)菌的繁殖與生長因此，為維護(hù)其新陳代謝過程而創(chuàng)造應(yīng)有的客觀條件是十分必要的。（1）有害物質(zhì)濃度的控制（2）水溫的控制（20-30℃

）（3）pH值pH值一般控制在6.5-9.0之間，pH值低于6.5時，污泥中的真菌開始與細(xì)菌競爭，低于4.5時，真菌將完全占優(yōu)勢，其大量繁殖會導(dǎo)致“污泥膨脹”影響污泥的沉降性能，當(dāng)pH超過9.0時，代謝速度將受到阻礙。（4）氧氣的供給生化處理的活性污泥中的細(xì)菌為好氧菌，只有在氧氣充足的情況下細(xì)菌的新陳代謝才會旺盛，分解有機(jī)物的效率才會高。但氧量過高，又會促成污泥中微生物自身的氧化分解，所以曝氣池污水中溶解氧應(yīng)控制2-4mg/L為宜。廢水生化處理的影響因素第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天（5）加磷在生化處理中，微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)在一般的含酚、氰廢水中均不缺乏，但磷的含量往往不足，而磷又是合成酶和微生物細(xì)胞所不可缺少的物質(zhì)故須向曝氣池污水中投加適量的磷。（6）曝氣池內(nèi)污泥指數(shù)的控制污泥指數(shù)是鑒別活性污泥沉降性能和污泥質(zhì)量的指標(biāo)，指數(shù)過低，說明泥粒密實(shí)無機(jī)物多，缺乏活性；指數(shù)過高，說明泥粒蓬松疏散，不易凝聚沉淀，容易發(fā)生“污泥膨脹”現(xiàn)象，所以一般控制在100-150之間。第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)用實(shí)例：氧化塘處理技術(shù)工藝簡介氧化塘是一種構(gòu)造簡單、維護(hù)管理方便、處理效果較穩(wěn)定的廢水處理方法。通常，氧化塘是一種經(jīng)人工構(gòu)筑的，具有圍堤和防滲層的天然凈化系統(tǒng)。廢水在塘內(nèi)經(jīng)較長時間的停留、貯存，通過微生物（細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物等）的代謝活動，以及相伴隨的物理化學(xué)過程，使廢水中的污染物，包括營養(yǎng)素經(jīng)多級轉(zhuǎn)換、降解而去除。氧化塘分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氣塘、深度處理塘等具體型式，這些型式的氧化塘可以搭配形成塘系統(tǒng)應(yīng)用。（1）厭氧塘在厭氧塘中有機(jī)負(fù)荷高，而氧氣只能在水表層檢測到。厭氧塘對有機(jī)污染物的去除作用和去除率已被證實(shí)。但厭氧塘也會帶來負(fù)面的影響，比如產(chǎn)生有難聞氣味的硫化物和溫室氣體甲烷。厭氧塘一般用于處理懸浮物濃度很高的污水，其深度在3-4m，設(shè)計容積負(fù)荷為0.1-0.4kgBOD5/（m3?d），停留時間為3-6天。第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天工藝特點(diǎn)穩(wěn)定塘系統(tǒng)具有基建投資少、能耗低、運(yùn)行管理簡便等優(yōu)點(diǎn)，若進(jìn)行綜合利用，如可養(yǎng)殖水生動物和植物，形成多級食物網(wǎng)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，則可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。主要的缺點(diǎn)是占地面積大，處理效果易受氣溫影響。穩(wěn)定塘作為一種古老的污水凈化系統(tǒng)，在有一定荒地的中小城鎮(zhèn)具有一定的應(yīng)用前景。工藝適用性西部小城鎮(zhèn)多為典型山地城鎮(zhèn)，地形坡度大、荒溝多，在有可利用的荒地時，應(yīng)因地制宜，盡量充分考慮利用天然凈化系統(tǒng)，或者是多級穩(wěn)定塘系統(tǒng)、高級綜合塘系統(tǒng)等，既可根據(jù)實(shí)際需要和技術(shù)水平進(jìn)行分期建設(shè)，也可在對污水有效處理的同時，對污水進(jìn)行綜合利用，如農(nóng)灌、養(yǎng)殖和播種經(jīng)濟(jì)作物等。第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天（2）兼性塘在兼性塘中，白天由于光合作用和大氣復(fù)氧作用，表層水中的含氧量大于耗氧量，因此表層處于好氧狀態(tài)，而在晚上或水塘深處厭氧細(xì)菌起主導(dǎo)作用。兼性塘可以用于處理污水原水或厭氧預(yù)處理。與厭氧塘不同，兼性塘是以有機(jī)物的表面負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的。表面負(fù)荷是與最冷月的氣溫密切相關(guān)的。氣溫會影響設(shè)計負(fù)荷及去除效率，這使得其應(yīng)用局限在溫暖地區(qū)。（3）好氧塘/熟化塘熟化塘的有機(jī)負(fù)荷較小，無論是白天還是夜晚都處于曝氣狀態(tài)。其主要目的是去除氮磷和致病細(xì)菌而不是去除有機(jī)物。與兼性塘一，其能承擔(dān)的負(fù)荷及去除率同溫度密切相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，各穩(wěn)定塘常成組布置。（4）高級綜合塘這種改良的穩(wěn)定塘上漂浮著浮萍一類的水生植物，水生植物的根起到過濾和為硝化和反硝化微生物提供附著物的作用。浮萍具有極強(qiáng)的營養(yǎng)物吸收作用，而且漂浮在水面的水生植物可以阻隔甲烷和硫化物的揮發(fā)。在東南亞水生植物兼養(yǎng)魚塘應(yīng)用十分廣泛，浮萍是羅非魚和鯉魚的好飼料，溫暖和熱帶氣候會使浮萍有良好的長勢。第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天（1）工程概況本工程位于廣西壯族自治區(qū)的某城鎮(zhèn)，主要處理對象是城鎮(zhèn)生活污水。其處理工藝在改造前采用的是一般的池塘，經(jīng)過長時間自然凈化后排放，基本上超標(biāo)排放。從池塘排出的污水通過4km明渠排入遇龍河，而該河所在位置正是目前旅游整體規(guī)劃開發(fā)區(qū)域。因此，改造原污水處理工藝，改善排水水質(zhì)，減少污染物的排放，保護(hù)遇龍河的水質(zhì)和旅游資源，對本地區(qū)未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和旅游開發(fā)有深遠(yuǎn)的意義。改造工程由湖南大學(xué)、衡陽師范學(xué)院等聯(lián)合設(shè)計。該改造工程采用厭氧池—氧化塘—氧化溝組合的新型穩(wěn)定塘工藝，污水處理設(shè)計規(guī)模為2500m3/d，該工藝總投資252.7萬元。（2）工藝流程工程實(shí)例——廣西某城鎮(zhèn)新型氧化塘系統(tǒng)第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天（5）工藝特點(diǎn)1）采用粗、細(xì)兩道格柵，可以攔截大顆粒和大漂浮物，也可去除較細(xì)的顆粒和漂浮物，改善后續(xù)處理效果。攔截的污染物外運(yùn)垃圾場進(jìn)行二次處理；2）采用厭氧池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的厭氧塘。利用厭氧池較強(qiáng)的水解酸化作用，使水中的污染物得以有效降解，提高了污水的可生化性和懸浮物的去除率，降低了后續(xù)處理工藝的有機(jī)負(fù)荷，大大縮小了占地面積；3）采用跌水曝氣，提高氧化塘凈化效果。本設(shè)計中，厭氧池出水圍堰的出口至氧化塘形成一個0.15m的自然落差，污水從厭氧池流出時，形成瀑布式曝氣，經(jīng)過這樣的跌水措施后，水中的溶解氧量能增加1mg/L以上，使氧化塘的污水處理能力和凈化效果得到改善；4）氧化溝作為氧化塘的后續(xù)補(bǔ)充處理工藝，能夠解決因天氣寒冷時（冬季）而造成氧化塘處理凈化能力下降問題，確保污水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。氧化溝內(nèi)的兩臺轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)，可以根據(jù)水質(zhì)實(shí)際情況啟動一臺或兩臺或不開，以節(jié)約耗電；第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天5）沉淀池剩余污泥經(jīng)潛污泵排至污泥干化池，經(jīng)過滲濾后自然干化，外運(yùn)作農(nóng)用肥料，濾液回到集水井進(jìn)行再凈化處理。6）出水水質(zhì)污水處理廠出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)最高值分別是CODCr為78mg/L、BOD5為29mg/L、SS為26mg/L、NH3-N為14mg/L，其中COD的平均總?cè)コ蕿?3.3%，BOD5的平均總?cè)コ蕿?0.8%，SS的平均總?cè)コ蕿?2.9%，NH3-N的平均總?cè)コ蕿?7.9%。沉淀池出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的二級排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過明渠的再次凈化，排入遇龍河的水質(zhì)達(dá)到了一級排放標(biāo)準(zhǔn)。第25頁,共32頁，2024