1、第三章 废水生物处理工程技术,第一节 废水的来源及特点废水的来源及特征 化学工业、多行业、多品种的工业部门、废水排放量大、含污染物成份、浓度分布复杂 主要来源： （1）原料和产品的生产、包装、运输、堆放过程中流失、经雨水或用洗水冲刷产生；（2）化学反应不完全而产生；（3）副反应过程产生的排污液；（4）冷却水；（5）生产工艺的排放废水；（6）设备和地面的冲洗水，雨、雪水；,2、废水分类 有机废水；无机废水；混合废水。 二、废水处理方法问题 1、一般处理原则：从清洁生产的角度，改革生产工艺和设备，实行原料，中间体综合利用减少污染物；对于必须排放的废水，实行集中排放，系统处理的原则；根据水质，分别采
2、取一、二、三级处理： 、一级处理，主要分离水中悬浮固体物，胶状物，浮油或重油，常用物理方法,、二级处理，是一级处理过的废水后续处理过程。主要去除可生物降解的有机溶解物和部分胶状物的污染，也就是去除废水的BOD和部分COD，二级处理一般的说以生物处理为主体，辅以化学混凝和化学沉降等方法。对于难以生物难降的废水，有时则以化学和物化处理法为主。 、三级处理，对于废水的色、臭、味、严重污染，而排放还需再用的水环境卫生标准要求高的情况下二级处理出水须予以深度净化，主要去除生物难降解的有机污染物和溶解的微量无机物，常用活性炭吸附、化学氧化、离子交换、膜分离技术处理。,2、废水处理方法分类,（1）物理处理法
3、 处理不溶性悬浮态污染物常用重力分离、离心分离、筛滤载流法等。 （2）化学处理法 通过化学反应分离去除废水中易溶解，胶体态的污染物。常用投加药剂产生化学反应的方法有混凝、中和、氧化还原等。 （3）物理化学法 通过分子扩散、传质作用分离去除废水中污染物质。常用吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法、气提和吹脱法。 （4）生物处理法 通过微生物代谢作用，使废水中易溶解、胶体及细微悬浮污染物转化为无毒、无害的物质的方法；生物法：好氧生物处理；厌氧生物处理；组合生物处理。,3、废水分级处理内容,一级处理：筛滤法；沉淀法；上浮法；预曝气法。 二级处理：活性污泥法（已有90多年历史）；生物膜法；化学和物化处
4、理法。,三级处理： 废水深度处理或高级处理， 除磷； 除氮；生物硝化反硝化法，物理化学法，包括气提法，折点氧化，离子交换； 难降解的有机物去除，物理化学方法，活性炭吸附，臭氧O3氧化等； 溶剂性无机物去除，物理化学法，离子交换电渗析和反渗透等； 病毒去除，化学法：用聚铝、聚铁盐混凝沉淀，臭氧杀灭消毒，理化法，中空纤维膜分离。,第二节 生物处理法,一、概述 1、原理 利用微生物代谢食物链氧化分解有机物。与净化有关的生物群它们存在微生物食物链平衡的重要关系有机物细菌、真菌原生动物后生动物小鱼虾 细菌对分解作用起主要作用。原生动物，后生动物为保持生态平衡起不可缺少的作用。,2、水体净化微生物相互作用
5、关系： 共同相互依存； 竞争生长； 原始共生； 寄生； 偏利共生； 偏害共生。,3、微生物形貌特征： 菌类:0.11.0m，1ml MLSS中多为107108，常见超过20种。 细菌报告最多的有假单胞菌属、黃杆菌、球衣菌属、链球菌、无色杆菌、动胶杆菌等。大肠杆菌，产碱杆菌等，真菌：酵母菌、霉菌、担子菌等。 藻类：550m 原生动物 100m 1ml正常活性污泥的混合液存活500020000。常见：毛虫、钟虫、纤毛虫、子虫、草履虫，有益的主要是小口钟虫、沟钟虫有助，循纤虫等三种。 后生动物 100105m 1ml活性污泥混合液中存活旋轮虫属；异尾轮虫属，狭甲轮虫属。常见的袋形腔轮虫等各50010
6、00个，此外：腹毛虫、线形虫、水蚯蚓。,4、微生物生长条件： 菌类：多嗜温菌，2030 藻类：多适生长温度：2030 钟虫等原生动物：333最佳25 轮虫等后生动物：538最佳35 BOD5生物耗氧量 20下，1L污水中有机物，进行微生物氧化，5日消耗分子氧PPM数 城市污水BOD一般在100250mg/L,二、水体净化过程中的生物降解作用,1、微生物自身代谢所涉及的化学反应 呼吸链的氧化作用： a、乙醇氧化，b、乙醛氧化 厌氧过程还原作用：反硝化，NO2NH3，H2SO4H2S脱硫 脱羧作用：NH3N2 脱氨作用 水解作用,2、细菌的能源利用 总的能量消耗 = 降解有机物能耗+自身代谢能耗
7、光合细菌：利用光能； 化能自养菌：利用CO2，氧化无机物，如FeS 比率CNP = 10051 异养菌：降解有机物，利用BOD5NP = 10051 有毒物质限制： 、金属离子，Ca10mg/L、Pb1mg/L、Cr80mg/L 、有机物：苯100mg/L，Cd5mg/L；酚100mg/L，驯化后，极限可适当提高 BOD：生物耗氧量,2、活性污泥中的微生物,活性污泥为3001000um的不定形细菌的凝集体。 活性污泥曝气池特殊环境限制了微生物大小（通气、搅拌等 ）最大的约1mm，主要是细菌和原生动物。 细菌：直接摄取可溶性有机物。菌胶团：生枝动胶菌、浮游球衣菌、动胶菌是菌胶团的主体。球衣菌属异
8、常增多会导致污泥膨胀。常见细菌：无色菌属，产碱菌属、芽孢杆菌属、黄细菌属为多。正常城市污水活性污泥1mg含菌约2.01071.6108个。,原生动物：纤毛虫为主，污水处理中的重要指示生物。 真菌：大多为水节霉属（Leptomitus）、毛霉属（Mucor）和半知菌类的木霉，酵母类的假丝酵母等 微小的后生动物：活性污泥中，主要有轮虫类和线虫类，后生动物摄食污泥中的细菌、原生动物残骸等活性污泥混合液中1ml轮虫数目200100，不超过微小动物总数的5,3原生动物和微型后生动物的作用,指示作用：随着污水自净程度增加，高级微生物出现的次序：细菌植物性鞭毛虫肉足类动物性鞭毛虫游泳型纤毛虫、吸管虫固着型纤
9、毛虫轮虫活性污泥培养初期活性污泥培养中期活性污泥培养成熟期,净化作用大多数原生动物吞食有机颗粒和游离细菌等微小生物，对水质净化起积极作用 促进絮凝和沉淀作用污水中净化作用和絮凝作用的主体是细菌，有些细菌必须有原生动物存在才可以絮凝。如：弯豆形虫的促絮凝作用，钟虫尾柄和细菌形成大的絮凝体。固着型纤毛虫和细菌形成絮体，完善了二沉池的泥水分离。,在提高水质方面作用使水质透明：促进细菌的絮凝作用，提高细菌的沉淀效率；固型原生物迅速沉降，好气细菌粘裹在其分泌物上，提高细菌去除效率；捕食游离细菌，捕食细菌使细菌密度大为下降，提高了细菌活动能力和对可溶性有机物摄取能力、降解能力。降低水溶性有机物：原生动物本
10、身也摄取可溶性有机物；与一般细菌一起，共同摄取病原微生物,原生动物在降低剩余污泥方面作用（减少二次污染）： 因为其捕食细菌，所以细菌和原生动物的转换率为0.5。生物量的少部分就等于被氧化。间接地对可溶性有机物起到降解的作用； 捕食细菌明显减少了剩余污泥量，原生动物比细菌容易受到环境变化的影响。因为夏季原生动物浓度高，所以剩余污泥量比冬季少； 原生动物分泌物絮凝作用，作细菌变成絮凝球，难以捕食，倒保护了活化的细菌。使细菌和原生动物的各自浓度在一定范围内处于平衡； 原生动物营养条件和生长环境： 、单一细菌不能维持生存，须几种菌混合为食 、T=5 35 pH6.57.5,4、后生动物作用,后生动物：
11、轮虫、腹毛虫、线性虫、袋形虫，100-150m ，pH6.5-7.5 1、破坏絮凝体，形成新絮凝体，制造絮凝核心 2、捕食游离细菌 3、粘性分泌物，或排泄物和水中粘性物质形成类球，促进絮凝 4、轮虫运动力比钟虫强得多，捕食量大得多，有利于保持水质透明。,5、废水中有机物可生化处理的概况,1、CODcr去除率：CODcr去除率约达70%左右，因为其中不可降解的物质可吸附在活性污泥或生物膜上被除去。所以CODcr去除率可完全生化降解的有机物。,2、废水生物氧化过程：时间过程：BOD5测定瓶作用过程污水中微生物生物氧化分三阶段： 第一阶段，污水异养微生物在生长过程同时可降解得有机物，排出还原性代谢产
12、物； 第二阶段，原生动物捕食大量繁殖的细菌 第三阶段，自养菌把氨转化为硝酸盐，并利用CO2，所以所测BOD5只是反映第一阶段好氧分解状况。,第一节 废水好氧生物处理工程技术与应用,一、活性污泥法 1、活性污泥法的基本流程,活性污泥系统有效运行的条件： 足够的可溶性易降解物质； 溶解氧； 活性污泥的悬浮状态； 连续回流，及时排除； 没有毒物进入。,3、活性污泥的净化反应过程,活性污泥中有机物的降解通过以下几个阶段和作用： 絮凝、吸附作用：污水与活性污泥接触后很短时间内有机物浓度迅速降低，主要由吸附作用引起。 微生物的氧化分解阶段：一部分有机物被氧化分解，进程较慢。 凝聚、沉淀与浓缩：增长的菌体有
13、机体絮凝，通过重力作用沉淀分离。,絮凝、吸附作用,微生物细胞各组分的电荷吸附，具有生物、物理、化学吸附作用和凝聚、沉淀作用。 活性污泥的大表面积（200010000m2/m3混合液）可以迅速吸附有机污染物，使得废水中的BOD和COD大幅度下降。 BOD：生化需氧量。是指水中所含的有机物被微生物生化降解时所消耗的 氧气量。是一种以微生物学原理为基础的测定方法。所有影响微生物降解的因素， 如温度的时间等将影响BOD的测定。最终的BOD是指全部的有机物质经生化降解 至简单的最终产物所需的氧量。一般采用20和培养5天的时间作为标准。以 BOD5表示，通常用亳克/升或ppm作为BOD的量度单位。,化学需
14、氧量（COD）：是在一定条件，用一定的强氧化剂处理水样所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示。化学需氧量的测定，根据所用氧化剂的不同，分为高锰酸钾法（OC，习惯称为耗氧量）和重铬酸钾法（Chemical Oxygen Demand，COD）。重铬酸钾法：水样在强酸条件下，加热回流2小时，对有机物氧化比较完全，对苯、甲苯等芳香烃类较难氧化，适用于各种水样。高锰酸钾法：操作简便快速，所需时间短，但对含氮有机物测定困难。在一定程度上可以说明水体受有机物污染的状况， 常被用于污染程度较轻的水样。三者关系：CODBODOC,吸附作用的影响因素：主要和微生物的生长期有关。（1）溶解氧：供氧不足会导致丝状菌
15、等耐低溶氧的微生物滋长，使污泥不易沉淀，即污泥膨胀。（2）营养物：BOD5/N/P的需要量满足在100:5:1（3）温度和pH值2030，pH6.59.0,II.微生物的氧化作用,好氧条件下，进行合成代谢和分解代谢。 有机物的降解、微生物增殖、内源代谢和耗氧的过程在曝气池内同步进行。 适宜条件下（温度、溶解氧、无抑制物质），活性污泥的微生物增殖速率取决于有机质与微生物的比值。,菌胶团的作用,很强的吸附和氧化分解能力； 为原生动物和后生动物提供良好的生存环境； 为原生动物和后生动物提供附着场所； 指示作用：新生菌胶团色浅、透明、结构紧密，再生能力强；老化菌胶团色深、松散，活性弱。枝动菌、动胶菌形
16、成菌胶团。,III 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩,泥水分离是净化废水的最后程序。二次沉淀池中进行。 正常活性污泥静置30分钟，絮凝沉淀和成层沉淀可基本完成。浓缩过程比较慢。 重要影响因素：水温、pH、溶解氧、有机质负荷 评价指标：SVI（污泥指数）、SV（污泥沉降比）、MLSS（混合液悬浮固体）,4 活性污泥净化反应的影响因素,溶解氧 供氧不足导致正常代谢受阻，净化功能下降，丝状菌孳生，污泥膨胀。维持良好功能需要曝气池出口处混合液溶解氧浓度保持在2mg/L 水温最适温度1530，10功能产生影响。缓慢的温度降低可以起到驯化作用，通过降低负荷、提高溶氧、提高活性污泥浓度，在67时仍然可获得较好的处
17、理效果北方地区：大型处理系统露天建造，小型可置于室内高温工业废水必先降温方可处理,营养物质根据污水种类来确定是否添加N/P：生活污水和城市废水无需添加，工业废水根据种类不同确定添加，添加量按BOD:N:P=100:5:1实际需要量与剩余污泥量有关： Ndemand0.122X Pdemand0.023XX活性污泥增长量，以MLVSS计，kg/d pH最适pH介于6.58.5pH4.5 原生动物全部消失，丝状菌占优势，污泥膨胀pH9.0 微生物代谢速率降低,Ndemand0.122X Pdemand0.023X,有毒和抑制物质重金属、氰化物、H2S、卤素化合物、酚、醇、醛、染料等对微生物有抑制作
18、用经过长期驯化的活性污泥能够承受较高浓度的上述化合物 有机负荷率有机负荷率又称BOD污泥负荷，表示曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机质质量，是影响微生物代谢的重要因素,S0进水BOD浓度(mg/L)； Q进水流量(m3/d); V曝气池有效容积(m3); X混合液污泥浓度(mg/L)。,好氧活性污泥的几种处理工艺流程,推流式活性污泥法 完全混合式活性污泥法 接触活性污泥法 分段布水推流式活性污泥法 氧化沟式活性污泥法,氧化塘（沟）处理废水机制,氧化塘：仿生态，人工系统，利用多种微生物的关系进行水体自净。 机理：有机废水在氧化塘被微生物氧化分解为无机盐和水，微生物吸收物质和能量维持
19、水体的微生态环境。 用途：用于三级深度处理，生活污水，N、P丰富的工业废水。,好氧活性污泥的培养,1、间歇式曝气培养菌种：活性污泥（污水处理厂、不同水质污水处理厂、本厂污泥以及污水流经的河道淤泥）驯化：异源污泥必须驯化后才能使用，采用间歇式曝气培养法：低浓度废水曝气23h，沉降1h，弃去上清，继续重复37d，然后逐步提高浓度。培养：驯化好的污泥改用连续曝气法培养。培养阶段结束标志：混合液30min体积沉降比SV30达50以上，钟虫大量出现，漫游虫、轮虫相继出现。,2、连续曝气培养 适用对象：采本厂相同水质处理厂的活性污泥作菌种。 接种量：按曝气池有效体积510投入。 策略：小流量进水，逐级提高
20、，每提高一次维持1周。 处理系数：,好氧生物膜法,生物膜法,生物膜的形成过程,Biofilm形成过程,结构图示意,自然状态下生物膜的变化,营养充足条件下形成生物膜状态模拟,营养不足条件下形成生物膜状态模拟,1、定义：通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物，并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的过程。生物膜厚度不宜太厚，一般在23mm为佳。 2、设备分类：按生物膜与废水接能方式不同，分为填充式和漫渍式两类：分为普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘，接触氧化法等。 特点：无污泥回流系统,填充式滤池：床式生物滤池，填料：卵石、炉渣、炭、瓷环、陶粒等。一般BOD负荷为
21、标准值，处理效果好，缺点：占地面积大；优点：污泥沉淀速度快，二次沉淀池容积较小。,塔式生物滤池 高径比大于4：1BOD负荷较池式高23倍，通风好，净化功能强，封闭卫生好。缺点：出水BOD浓度仍较高，常有游离细菌，所以，宜作二次串联池的第一次处理设备,生物转盘以一系列绕水平轴转动的盘式代替固定的滤料，盘浸没水中。 按照有无氧参与， 生物转盘分为好氧生物转盘和厌氧生物转盘。好氧生物转盘的转盘面积约40%浸没在槽内的污水中，转轴高出水面10-25cm；厌氧生物转盘的盘片大部分或全部浸没于水中，接触反应槽密封，以利于厌氧反应的进行和收集沼气。,图片来源：http:/ ）,漫渍式，生物膜载体完全浸没在水
22、中。 接触氧化法 载体固定，多为蜂窝式或列管式填料，上、下贯通，水力条件良好，氧量和有机物供应充分，适于微生物栖息增殖，降解有机物能力强。 优点：对冲击负荷有较强的适应能力，污泥生成量少；不产生污泥膨胀的危害，能够保证出水水质；卫生不产生池蝇，也不散发臭气。 缺点：填料易于堵塞；布气，布水不易均匀。,悬浮载体、流化床,生物膜载体：采用活性炭、砂、无烟及其它粒子，填于容器中。通过脉冲进水使载体流态化。因为载体比表面积大，能保持高浓度微生物量，效率较普通性污泥高1020倍，占地面积只是普通活性污泥法的5%左右。 缺点：高速氧化降解，要求有高速的供氧，美国HY-F10型悬浮载体流化床采用纯氧曝气，运
23、行成本高。,生物膜法的新进展,1、改进转盘材料、性能、增加转盘的直径 2、采用空气驱动的生物转盘，藻类转盘 3、生物转盘与沉淀池或曝气池优化组合 4、生物转筒,厌氧处理,甲烷发酵人工沼气发酵研究已经有100多年的历史。有活性污泥法和生物膜法。甲烷发酵理论 1979年，Bryant等人提出，将沼气发酵过程分成由三大代谢类群微生物引起的三阶段理论，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段； 与Bryant等人提出三阶段理论同时，Zeikus等人提出了沼气发酵四阶段理论，该理论在三阶段理论的基础上增加了耗氢产乙酸过程，即由耗氢产乙酸菌把H2和CO2转化为乙酸（CH3COOH），形成了：水解阶段、发酵（或酸化
24、）阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段；,甲烷产生机制,由酸和醇的甲基形成甲烷由醇的氧化使二氧化碳还原生成甲烷及有机酸脂肪酸有时用水作还原剂和供氢体产生甲烷 利用氢使二氧化碳还原成甲烷 在氢和水存在时，巴氏八叠球菌与甲酸甲烷杆菌能将CO还原形成甲烷,光合细菌处理废水,对于BOD大于1万的有机废水可用光合细菌处理 菌种：红螺菌科红假单胞菌，红微菌 培养条件：2530，中性pH。 应用：光合菌还可以加工成保健品，饲料添加剂。,含硫酸盐废水的厌氧微生物处理,高浓度的硫酸根离子对微生物有毒害作用 硫酸还原菌和产甲烷菌争夺氢 处理方法：化学法：添加CaO和Ca(OH)2沉淀去除；厌氧生物法：SRB法（Sulfur Reducing Bacteria）厌氧条件下，利用SRB进行反硫化作用，将硫酸盐还原成硫化氢，用NaOH吸收。,
