废水的生物处理法

单击此处编辑母版标题样式,废水的生物处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,水体污染：,主要是由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。,概述,发酵工艺学-污水处理,污水处理,按污染物划分的污染类型,卫生学角度：化学性污染物、物理性污染物和生物性污染物。,环境工程学角度：病原体污染，需氧物质污染 、植物营养物质污染 、石油污染 、热污染 、放射性污染 、有毒化学物质污染、盐污染。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,防止水体污染的途径主要有以下几个方面,（1）减少污染物的排放。, 改革生产工艺。 综合利用废水。,（2）废水无害化。,（3）对水体及其污染源进行监测和管理。,监测指标主要有：,发酵工艺学-污水处理,污水处理, pH值，反映水体或废水的酸碱度及酸碱性污染物的含量；, 悬浮物质含量；, 需氧有机物，主要测定BOD、COD等综合指标；, 有毒物质，如重金属、氰化物、亚硝酸盐的含量；, 其它特定指标，针对废水特点而定。例如核电站排水的放射性指标、医院和生物制品业废水的病原体指标等。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,（4）废水处理技术,或分离出废水中各污染物质，或将其转化为无害物质。,废水处理应针对污染物的不同特点，选用不同处理方法；这些方法可按作用原理分为：物理法、化学法、生物法。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,物理法 适用于分离悬浮于水的不溶物。,a沉淀法； b过滤法； c离心分离法； d气浮法；e蒸发结晶； f反渗透法；,化学方法,a混凝法；b中和法；c化学沉淀法；d氧化还原法；e电渗析法；,生物方法,a活性污泥法；b生物膜法和生物(氧化)塘法；,c污水灌溉，对污水有综合性净化作用；,发酵工艺学-污水处理,污水处理,废水处理流程,废水中污染物成分极其复杂多样，任何一种处理方法都难以达到完全净化的目的，而常常要几种方法组成处理系统，才能达到处理的要求。按处理程度的不同，废水处理系统可分为一级处理、二级处理和深度处理。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,一级处理只除去废水中的悬浮物，以物理方法为主，处理后的废水一般还不能达到排放标准，是预处理。二级处理最常用的是生物处理法，能大幅度地除去废水中呈胶体和溶解状态的有机物，使废水符合排放标准。深度处理是进一步除去废水中悬浮物质，无机盐类及其它污染物质，使之达到工业用水或城市非饮用水的要求。废水处理流程的设计，根据其所含污染物的组成不同而不同。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,项目,一级标准,二级标准,三级标准,pH,BOD,5,(mg/L),COD/(ml/L),氨氮/(ml/L),磷酸盐/(ml/L),6-9,20,60,15,0.5,6-9,30,120,25,1.0,6-9,-,-,-,-,城市污水处理厂污染物排放浓度,发酵工艺学-污水处理,污水处理,微生物对污染物质降解与转化的适应性,微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快；,微生物种类繁多，分布广，代谢类型多，具有多种降解酶；,微生物繁殖快，易变异，适应性强；,微生物的降解性质粒（plasmid）是对陌生化合物的重要调节系统；,共代谢作用（co-metabolism）；,废水生物处理原理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,微生物对污染物降解与转化的途径,矿化作用：有机物在微生物的作用下彻底分解为H,2,O 、CO,2,和简单的无机化合物的过程。是彻底的生物降解（终极降解），可从根本上清除有毒物质的环境污染。包括氧化作用（醇，醛、甲基、氨、亚硝酸、硫、铁）、还原作用（醇、硝酸、硫酸）、脱羧、脱氨基、水解、脱水。实质都是酶促反应。,共代谢作用：当环境中存在其他可利用的碳源和能源时，难降解的化合物才能被利用（被修饰或转化但非彻底降解）。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,影响微生物降解转化作用的因素,微生物的代谢活性、种类、生长状况；,化合物的结构（生产“环境友好材料”）；,环境因素：,温度：酶活、微生物生长速度、污染物溶解度；,酸碱度：酶活、微生物生长速度、污染物物态；,营养；,氧；,底物浓度；,发酵工艺学-污水处理,污水处理,微生物对常见污染物的降解与转化,有机物好氧降解的一般途径,大分子有机物,（多糖，脂肪，蛋白质，）,小分子有机物,丙酮酸,乙酰CoA,Co,2,+H,2,O,胞外酶,氧化脱羧,三羧酸循环,发酵工艺学-污水处理,污水处理,废水生物处理的类型,据微生物种类,好氧（兼性）微生物：活性污泥法、生物膜法；,厌氧微生物：厌氧污泥法；,藻类 ：氧化塘；,据微生物生长方式,悬浮生长：活性污泥法；,附着生长：生物膜法；,发酵工艺学-污水处理,污水处理,废水好氧生物处理,生化需氧量(Chemical Oxygen Demand, BOD),在20条件下，微生物好氧分解水样中有机物所消耗的氧量，BOD,5,；,只能评价有机污染物中易生物降解的部分，不能全部反映污水中有机物含量。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有1/3被分解、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有2/3被转化，合成为新的原生质（细胞质），即进行微生物自身生长繁殖。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD,5,浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。,在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。,废水厌氧生物处理,在这个过程中，有机物的转化分为三部分进行：部分转化为CH,4,；部分被分解为CO,2,、H,2,O、NH,3,、H,2,S等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增长率小得多。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。此外，它还具有剩余污泥量少、可回收能量（CH,4,）等优点。,其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长，处理构筑物容积大等。为维持较高的反应速度，需维持较高的温度。对于有机污泥和高浓度有机废水(一般BOD,5,2000mg/L)可采用厌氧生物处理法。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,活性污泥法,活性污泥 由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,活性污泥的性质,颜色,黄褐色,状态,絮绒颗粒,味道,土腥味,相对密度,曝气池混合液：1.0021.003,回流污泥：1.0041.006,粒经,0.020.2mm,20100cm,2,/mL,比表面积,发酵工艺学-污水处理,污水处理,除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外，还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。,活性污泥中细菌含量一般在10,7,10,8,个/mL；原生动物10,3,个/mL，原生动物中以纤毛虫居多，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。,活性污泥的组成,发酵工艺学-污水处理,污水处理,活性污泥固形物指标,活性污泥的固形物为1-2%，可分为：,MLSS：悬浮固体物质总量；,MLVSS：挥发性固体成分，有机物含量；,MLNVSS：灼烧残量，无机物含量；,MLVSS包含了微生物量，但不仅仅是微生物的量，由于测定方便，目前用于近似表示微生物的量。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,活性污泥法的基本流程,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论,残留在废水中的有机物,从废水中去除的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物能利用的有机物,微生物能利用而尚未利用的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物已利用的有机物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的生物体,氧化产物,废水中的有机物,发酵工艺学-污水处理,污水处理,污水中有机物的去除规律；,活性污泥利用有机物的规律；,活性污泥吸附有机物的规律。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,如图所示：曝气过程中，污水中有机物的去除在较短时间( 图中是5h左右)内就基本完成了；污水中的有机物先是转移到污泥上(),然后逐渐为微生物所利用()；吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了()；微生物利用有机物的过程比较缓慢()。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,气体传递和曝气池,一、引起吸附和氧化分解作用的微生物，即活性污泥；污泥驯化；,二、废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的营养料；,三、溶解氧，充足的溶解氧，为好氧微生物的生存、发挥氧化分解作用提供保障。,构成活性污泥法的三个要素,发酵工艺学-污水处理,污水处理,生物滤池法,一、生物滤池的构造,1、滤床,滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,2.布水设备,发酵工艺学-污水处理,污水处理,3.排水系统,二、生物滤池法的流程,低负荷生物滤池又称普通生物滤池,所示为传统的普通生物滤池的流程；,发酵工艺学-污水处理,污水处理,交替式二级生物滤池,发酵工艺学-污水处理,污水处理,几种常用的回流式生物滤池法的流程,发酵工艺学-污水处理,污水处理,生物滤池的机理,1.生物滤池的工作情况,污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。这个起始阶段通常叫“挂膜”，是生物滤池的成熟期。,生物膜是由细菌（好氧、厌氧、兼性）、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫等组成。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,2.影响生物滤池性能的主要因素,（1）滤池高度,滤床的上层和下层相比，生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高。随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,（3）回流,利用污水厂的出水，或生物滤池出水稀释进水的做法称回流，回流水量与进水量之比叫回流比。,（2）负荷率,负荷率的单位是m,3,(水)/ m,3,d或m,3,(水)/m,2,d；若提高负荷率，出水水质将相应有所下降。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,（4）供氧,生物滤池供氧不足，生物膜好氧层厚度变薄。,一些研究表明，用生物滤池出水回流，增加滤床的生物量，可以改善滤池的工作。但悬浮微生物的增加，又可能影响氧向生物膜的转移，影响生物滤池的效率。可见，回流对生物滤池性能的影响是多方面的，不可以一概而论。回流滤池的回流比与污水浓度有关。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,氧化塘法,氧化塘又称稳定塘，按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分，可分类如下：,1.好氧塘,好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，塘内菌藻共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,2.兼性塘,兼性塘的深度较大，上层为好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区(过渡区)，由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,3.厌氧塘,厌氧塘的塘深在2m以上，有机负荷高，全部塘水均无溶解氧，呈厌氧状态，由厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,4.曝气塘,曝气塘采用人工曝气供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起净化作用，污水停留时间较短。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,5.深度处理塘,深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘，属于好氧塘。其进水有机污染物浓度很低，一般B0D,5,30mg/L。常用于处理传统二级处理厂的出水，提高出水水质，以满足受纳水体或回用水的水质要求。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,除上述几种常见的稳定塘以外，还有水生植物塘(塘内种植水葫芦、水花生等水生植物，以提高污水净化效果，特别是提高对磷、氮的净化效果)、生态塘(塘内养鱼、鸭、鹅等，通过食物链形成复杂的生态系统，以提高净化效果)、完全储存塘(完全蒸发塘)等也正在被广泛研究、开发和应用。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,厌氧生物处理法,早期的厌氧处理研究都针对污泥消化。污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以称为消化。对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；二阶段学说。,一、基本原理,消化过程,液化(酸化),液态污泥的pH迅速下降，转化产物中有机酸是主体,气化(甲烷化),产生消化气，主体是CH,4,发酵工艺学-污水处理,污水处理,第一阶段最显著的特征是液态污泥的pH值迅速下降。污泥中的固态有机物在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和CO,2,、H,2,、NH,3,、H,2,S等气体分子，气体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。,气化阶段产生气体，类似沼泽散发的气体，可称消化气，主体是甲烷，因此气化阶段常称甲烷化阶段。二氧化碳也相当多，还有微量硫化氢。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,三(四)阶段学说:,大分子有机物(碳水化合物，蛋白质，脂肪等),水解,细菌的胞外酶,水解的和溶解的有机物,酸化,产酸细菌,有机酸醇 类醛类等,H,2,，CO,2,乙酸化,乙酸细菌,乙酸,甲烷化,甲烷细菌,CH,4,甲烷细菌,CH,4,发酵工艺学-污水处理,污水处理,在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是重要的，这将有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最大限度地缩短处理过程的历时。,参与消化的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌，已经证实的已有80多种。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,Bryant在分离培养奥氏杆菌的研究中，发现长期来被称为的奥氏杆菌实际上是由两株生理功能不同的细菌组成，一株为 M.S.，另一株为M.OH.。奥氏杆菌并不象人们以前认为的能简单地直接利用产酸阶段的产物乙醇，而必须先在M.S.的作用下使乙醇氧化为乙酸放出H,2,，然后M.OH.利用产生的H,2,还原CO,2,产生甲烷。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,Bryant的研究明确和突出了产乙酸细菌和产甲烷细菌之间严格的共生关系。如果奥氏杆菌M.OH.受到抑制，则H,2,就会积累，反过来会使M.S.亦受到抑制。同样，如M.S.受到抑制，则不会产生乙酸和还原CO,2,所需的H,2,。,进一步的研究表明，复杂有机物的绝大部分（72%的CH,4,）是经过乙酸生成甲烷的。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,研究这种共生关系对于厌氧工艺的改进有实际意义。有人提出，考虑到这种共生关系，反应器中的剪切力要注意控制，不能在系统内进行连续的剧烈搅拌。前联邦德国一个果胶厂废水厌氧处理装置的运行实践也证实，当采用低速循环泵代替高速泵进行搅拌时，处理效果就会提高。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,厌氧法为什么有机负荷率低，需要的停留时间长?,与好氧法相比，厌氧法的降解较不彻底，放出热量少，反应速度低（相差一个数量级）。要克服这些缺点，最主要的方法应是增加参加反应的微生物数量（浓度）和提高反应时的温度。但要提高反应温度，就要消耗能量。因此，厌氧生物处理法目前还主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度较高的有机工业废水的处理。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,二、污水的厌氧生物处理方法,1.化粪池,发酵工艺学-污水处理,污水处理,污水在池内的停留时间一般为12-24h。污泥在池内进行厌氧消化，一般半年左右清除一次。出水不能直接排放水体。常在绿地下设渗水系统，排除化粪池出水。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,2.厌氧生物滤池,厌氧生物滤池是密封的水池，池内放置填料，污水从池底进入，从池顶排出。微生物附着生长在滤料上，平均停留时间可长达 100d左右。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,3.厌氧接触法,废水先进人混合接触池（消化池）与回流的厌氧污泥相混合，然后经真空脱气器而流人沉淀池。接触池中的污泥浓度要求很高，在1200015000mg/L左右，因此污泥回流量很大，一般是废水流量的23倍。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,4.上流式厌氧污泥床反应器,发酵工艺学-污水处理,污水处理,发酵工艺学-污水处理,污水处理,试验结果表明，上流式厌氧污泥床反应器具有良好的污泥床，有机负荷率和去除率高，不需要搅拌，能适应负荷冲击和温度与pH的变化。它是一种有发展前途的厌氧处理设备。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,5.分段厌氧处理法,第一段：水解和液化有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，截留难降解的固态物质。,第二段：保持严格的厌氧条件和pH，以利于甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。,发酵工艺学-污水处理,污水处理,