污水的生物處理(課堂PPT)

1、1,污水的生物處理,Microbiology Department. Resource 全國80的水域，45的地下水，90以上的城市水域受到不同程度的污染。,一、概 述,3,4,污水（waste water）是指在生活與生產(chǎn)活動中排放水的總稱;,5,污水的危害： 氮、磷; 金屬與重金屬 可生物降解性有機污染物 難生物降解性污染物,6,二、污染物濃度指標,有機物的含量：根據(jù)有機物被氧化時都需要消耗氧的共性，常以污水的總有機碳量或需氧量來指示； 氮：常用總氮（TN） 磷：常用總磷（TP）,7,1.全需氧量（total oxygen demand，TOD）,指水中全部有機物在被徹底氧化成H2O、CO

2、2、NO3-、SO42-、等無機物過程中所消耗的氧。 一般情況下TOD與理論需氧量（theoretical oxygen demand，ThOD）相近,8,2.化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）,用強氧化劑（K2Cr2O7或KMnO4）使污染物氧化所消耗的氧量； 分別標記為CODcr或CODMn ； 在一般情況下，CODMnCODcr ； CODTOD。,9,3.生物化學(xué)需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）,指微生物在有足夠溶解氧存在的條件下，分解有機物所消耗的氧量。 常用BOD5，即5日生化需氧量。 它表示在20條件下培養(yǎng)5日時

3、的氧的消耗量。 BOD20為20日生化需氧量。 無特殊說明的BOD指BOD5。 評價有機污染物中易生物降解的部分，不能全部反映污水中有機物含量 。,10,4.總有機碳（total organic carbon，TOC）,指污水中有機物的總含碳量； 有機物都含有碳元素，TOC能完全反映污水中有機物的總含量。,11,5.總氮（total nitrogen，TN）,指污水中所有含氮化合物（包括有機氮化合物、氨、硝酸、亞硝酸等）的總含氮量； 是表示污水被氮污染的綜合指標； 有機氮、氨氮、硝酸氮和亞硝酸氮。,12,6.總磷（total phosphorus，TP）,指污水中所有含磷化合物（包括有機磷化合

4、物、正磷酸根、偏磷酸根等）的總含磷量； 是表示污水被磷污染的綜合指標。,13,三、水體自凈,自然凈化 物理作用：稀釋、沉淀 （強） 化學(xué)作用：日光、氧氣等對污染物的分解 （弱） 生物作用：生物降解（食物鏈） （強）,14,提問：水體自凈速度有哪些限制因素？,物理 凈水流量、流速、污染物物理性質(zhì) 化學(xué) 地域、季節(jié)、天氣 生物 生物種類、數(shù)量（營養(yǎng)物濃度、環(huán)境因子）、代謝的極限速度,因此在水體的自凈速度是有限的情況下，水體單位時間內(nèi)通過正常生物循環(huán)中能夠同化有機污染物的最大數(shù)量稱為同化容量或自凈容量。,15,水體自凈過程大致如下 a.物理作用 有機污染物排入水體后被水稀釋，有機和無機固體沉降到河底

5、；,A自凈的過程,16,河流污染和自凈過程圖,污水,17,被污染的水體都是自凈水體！ 但自凈恢復(fù)的程度不同，或稱污染現(xiàn)狀不同。,18,衡量水體污染與自凈的指標,水體外觀 化學(xué)指標 生物種類、數(shù)量及比例關(guān)系 溶解氧等,19,氧濃度晝夜變化幅度,氧濃度高低與細菌含量有關(guān)，晝夜變幅與藻類數(shù)量有關(guān)，因此與P/H或BIP有關(guān)。,20,水體外觀,外觀特征：混濁程度、顏色及氣味等 原 因：水中細菌種類數(shù)量、懸浮物種類數(shù)量,21,指示生物,例如 污染前 污染 凈化開始 持續(xù) 結(jié)束 生物: 植物 消失 藻類、原生 魚蝦 植物 魚 動物出現(xiàn) 出現(xiàn) 魚,可作為指示生物的生物種類很多，包括細菌、真菌、藻類、原生動物、

6、輪蟲、浮游甲殼動物、底棲動物有寡毛類的顫體蟲、軟體動物和植物和水生昆蟲等。,22,污化系統(tǒng)將污染水體劃屬為不同的污染帶類型。分 多污帶、中污帶、中污帶、寡污帶,多污帶,23,中污帶,24,中污帶,25,寡污帶,26,污水排放標準及處理要求,污水綜合排放標準（GB89781996），要求污水在排入水體前經(jīng)凈化處理到標準規(guī)定的程度。 根據(jù)污水受納水體的功能，排放標準分一級、二級和三級等3個等級，一級標準最嚴。,27,城市污水處理廠污染物最高排放濃度*,28,污水處理的一般技術(shù)途徑,污水處理技術(shù)可分為物理處理法、化學(xué)處理法、生物處理法。 物理處理法利用物理原理主要分離污水中的懸浮固體。 化學(xué)處理法則

7、利用化學(xué)反應(yīng)分解污水中各種形態(tài)的污染物。 生物處理法是利用微生物的代謝作用轉(zhuǎn)化污水中的膠體性或溶解性污染物，使之成為無害物質(zhì)的方法。,29,物處理法具有投資少、成本低、工藝設(shè)備較簡單、運行條件平和，特別是能徹底降解污染物而不產(chǎn)生二次污染等特點； 實際工作中常采用物理化學(xué)方法與生物處理相結(jié)合的組合工藝 ； 各國污水處理廠90以上采用生物處理技術(shù)。,30,污水處理可分為一級處理、二級處理和三級處理。 一級處理（primary treatment）：主要通過過濾、沉淀等物理學(xué)方法去除污水中粗大固形物及部分懸浮物。浮油的刮除亦屬此。,懸浮固體以污泥的形式去除; 去除7080的懸浮固體、2540的BOD

8、5，減輕后續(xù)處理工藝的負荷和提高處理效果。,31,二級處理（secondary treatment）：在一級處理基礎(chǔ)上，主要去除水中有機物。生物法作為二級處理的主要手段，故稱作生物處理或生化處理。近年來二級處理亦有采用化學(xué)或物理化學(xué)為主體的工藝。 主要利用構(gòu)筑物內(nèi)或特定外境中的微生物去除水中溶解的或膠體狀態(tài)的有機物; 去除8095的BOD5，使城市污水BOD5下降到30mg/L以下。,32,三級處理（tertiary treatment）：亦稱深度處理（advanced treatment）。二級處理后的出水進一步凈化，使各種有機和無機污染物去除率達98以上?？刹捎梦锢?、化學(xué)、生物學(xué)等各種手段

9、。 主要通過活性炭吸附、臭氧消毒和生物脫除等物理、化學(xué)和生物學(xué)方法去除氮磷營養(yǎng)鹽、難降解物質(zhì)、病原體等污染物。,33,34,四、有機污水的生物處理,生物處理的優(yōu)點和基本類型,1、生物處理的優(yōu)點 效率高 普通活性污泥水處理廠，每天1m3曝氣池能轉(zhuǎn)換12kg干有機物，100倍于森林。 效果好 BOD去除率達90%95%，COD去除率為60%70%。,含酚廢水：,萃取法：100mg/L,生物法：1mg/L,35,適用范圍廣（與微生物特點相關(guān)） 成本低、運行費用少； 可處理的水量大，方法成熟 生物處理是廢水二級處理的首選方法,36,基本原理,污水生物處理法是天然水體生物自凈原理的人工強化和具體應(yīng)用。

10、通過適宜的條件，在特定的污水處理裝置，充分利用微生物高速度高效率地分解/轉(zhuǎn)化污染物，使污水得到凈化。,37,1、吸附作用(absorption) 吸附作用在污水處理廠密集的微生物生態(tài)系統(tǒng)中可能起著主要作用。 通過微生物的吸附特性得以去除廢水中的一些不可降解的污染物，如合成有機物、金屬鹽類以及一些放射性物質(zhì)。,2生物氧化和細胞合成作用 生物氧化和細胞合成作用是通過微生物酶的作用進行的。,CHON十O2 C5H7O2N (有機物) (新細胞),C5H7O2N 十5 O2 5CO2十NH3十2H2O十 能量 (細胞) (維持能),38,39,40,對氧氣要求的不同 ： 好氧生物處理法：活性污泥法、生

11、物膜法等； 厭氧生物處理法：氧化塘法、土地處理法,41,（一）活性污泥法,活性污泥（activated sludge）是一種絨絮狀小泥粒， 好氧菌為主體的微型生物群以及膠體、懸浮物等組成。 顆粒大小約為0.020.2mm，表面積為20100cm2ml， 相對密度約為1.0021.006。靜置時，能凝聚成較大的絨粒而沉降。 外觀呈黃褐色，有時亦呈深灰、灰褐、灰白等色。 有很強的吸附及分解有機物的能力。,42,概念：以好氧性細菌為主體的微生物和水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的肉眼可見的絮狀顆粒。,43,通過以活性污泥或生物膜形式存在的微生物旺盛的代謝活動，氧化分解有機污染物，使污水凈化。,

12、微生物的代謝，無論合成或分解，都是一系列極為復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有分解、合成、氧化、還原、轉(zhuǎn)移、異構(gòu)等各種反應(yīng)，絕大多數(shù)是在特定的酶促作用中進行的。,44,45,活性污泥中的微生物不斷地氧化分解污泥所吸附的有機質(zhì)，合成新的微生物細胞。 活性污泥具有良好的沉降性能，使處理水與污泥分開，達到凈化的目的。,46,47,活性污泥法的微生物學(xué)過程： 廢水中有機物在約l30 min的短時間內(nèi)被吸附到活性污泥上。 大分子的有機物，先被細菌的胞外酶分解，成為較小分子化合物，然后攝入菌體內(nèi)。 低分子有機物則可直接吸收。 在微生物胞內(nèi)酶作用下，有機物的一部分被同化形成微生物有機體， 另一部分轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、

13、NH3等簡單元機物及能量釋出。,48,49,初級曝氣池,50,細菌 原生動物 霉菌、酵母菌 單細胞藻類等微生物 后生動物如輪蟲、線蟲等,生物相,51,（1）細菌： 細菌在活性污泥中起主導(dǎo)作用，是去除污水中有機污染物的主力軍。 其數(shù)量約108109個ml 活性污泥中有多種細菌，隨條件不同而出現(xiàn)不同的優(yōu)勢菌群。 動膠菌屬、叢毛單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、芽孢桿菌屬、無色桿菌屬、棒狀桿菌屬、不動桿菌屬、球衣菌屬、諾卡氏菌屬、短桿菌屬、八疊球菌屬和螺菌屬等。,52,動膠菌屬,53,球衣菌屬,54,活性污泥中的細菌大多數(shù)包括在膠質(zhì)中，以菌膠團（zooglea）形式存在。 膠質(zhì)是

14、菌膠團生成菌分泌的蛋白質(zhì)、多糖及核酸等胞外聚合物。 在活性污泥形成初期，細菌多以游離態(tài)存在，隨著活性污泥成熟，細菌增多而聚集成菌膠團，進而形成活性污泥絮狀體（floc）。,55,絮狀體形成過程稱作生物絮凝作用（bioflocculation）。 據(jù)研究，1030min內(nèi)，生活污水中BOD的85%90%可因活性污泥的作用而除去。 已知的菌膠團形成菌有枝動膠菌（Zoogloea ramigera）等數(shù)十種。菌膠團絮狀體可有球形、分枝、蘑菇、片狀、橢圓及指形等各種形狀； 作用為： 有機物的吸附或黏附及其分解； 金屬離子的吸附； 防止原生動物對細菌的吞食； 增強污泥的沉降性，有利于泥水分離。,56,5

15、7,活性污泥中還有一些絲狀細菌，如球衣菌、貝氏硫菌、發(fā)硫菌等，往往附著在菌膠團上或與之交織一起，成為活性污泥的骨架。 球衣菌對有機物的分解氧化能力很強，但繁殖過多時，往往引起污泥膨脹。 硫磺細菌能將水中硫化氫氧化為硫，并以硫粒形式存于菌體內(nèi)。當水中溶解氧高時（大于l mgL），體內(nèi)硫?？蛇M一步氧化而消失。,58,在活性污泥中的一些絲狀細菌，如球衣菌屬、貝日阿托氏菌屬和硫發(fā)菌屬等，附著在菌膠團上或與之交織在一起，成為活性污泥的骨架。,59,貝日阿托氏菌屬,60,（2）原生動物： 225種以上， 纖毛蟲類 ：游泳型和固著型鞭 毛蟲類 肉足蟲類 原生動物是好氧性的生物，主要附聚在活性污泥的表面，數(shù)量

16、約在500020000個ml。,61,原生動物,62,作用有： 促進絮凝：有的原生動物能分泌黏液，促進生物絮凝，從而改善活性污泥的泥水分離特性。 凈化作用：大部分原生動物是動物性營養(yǎng)，能吞食游離細菌和微小污泥，有利于改善水質(zhì)。腐生鞭毛蟲等可吸收污水中的有機物。 指示作用：根據(jù)出現(xiàn)的原生動物的種類可以判斷活性污泥的狀態(tài)和處理水質(zhì)的好壞。,63,在活性污泥的運行初期，先出現(xiàn)以有機物顆粒為食的鞭毛蟲和肉足蟲； 隨著細菌增殖，開始出現(xiàn)以細菌為食的纖毛蟲； 隨著菌膠團的增加，固著型纖毛蟲逐漸代替泳動纖毛蟲； 污水處理正常運轉(zhuǎn)時，以有柄纖毛蟲為優(yōu)勢 ；,64,65,一般認為當曝氣池中出現(xiàn)大量鐘蟲等固著型纖

17、毛蟲時，說明污水處理運轉(zhuǎn)正常，處理水質(zhì)良好； 當出現(xiàn)大量鞭毛蟲、根足蟲等時，說明運轉(zhuǎn)不正常，處理水質(zhì)變差。,66,（3）其他微生物： 活性污泥中的真菌主要為霉菌。 已報道的有毛霉屬、根霉屬、曲霉屬、青霉屬、鐮孢霉屬、枝孢霉屬、木霉屬、地霉屬等。 霉菌的出現(xiàn)與水質(zhì)有關(guān)，常出現(xiàn)于PH偏低的污水中。 霉菌與絮狀體的形成和污泥膨脹均有聯(lián)系。,67,后生動物 輪蟲類(rotifers) 線蟲類(nematodes),68,線蟲,69,70,活性污泥系統(tǒng)中微生物的演替和指示生物,1、異養(yǎng)細菌和原生動物的演替,異養(yǎng)細菌和兩種不同類群原生動物兩次盛衰； 初期異養(yǎng)細菌大量繁殖，接著原生動物大量繁殖，由于細菌數(shù)量

18、下降原生動物衰落，又使異養(yǎng)菌大量繁殖，又造成次生原生動物成為優(yōu)勢群，最后原生動物死亡。,71,2、活性污泥系統(tǒng)中原生動物的演替,植鞭毛蟲 肉足蟲 動鞭毛蟲 小型游泳型纖毛蟲 大型游泳型纖毛蟲 固著型纖毛蟲 匍匐型纖毛蟲 輪蟲。,72,73,水力停留時間：曝氣池有效容積與污水流量之比值，表示污水在曝氣池中的平均停留時間。普通活性污泥法一般為610h。 污染物容積負荷：單位曝氣池有效容積在單位時間內(nèi)流入的污染物的量，以kg BOD5(m3d)表示。普通活性污泥法一般為0.30.8 BOD5(m3d)。,3.術(shù)語,74,污泥負荷率：又稱有機底物（F）與微生物量（M）的比值（food to micro

19、organism ratio，F(xiàn)M）。是指每日有機污染物進入量與曝氣池內(nèi)活性污泥總量的比值。是表示活性污泥處理系統(tǒng)污染物負荷量大小的重要參數(shù)。單位一般為kg BOD5(kg MLSSd)。普通活性污泥法控制在0.20.4kgBOD5(kg MLSSd)。 污泥齡：又稱污泥平均停留時間。指曝氣池內(nèi)活性污泥總量與每日污泥排放總量之比值。此值越大說明污泥齡越長。污泥齡的長短直接影響曝氣池內(nèi)活性污泥的活性和其他性質(zhì)。普通活性污泥法一般為24天。,75,污泥產(chǎn)率系數(shù)：活性污泥每降解1 kg BOD5所新生成的活性污泥的kg數(shù)。生活污水的污泥產(chǎn)率系數(shù)一般為0.40.7。,76,活性污泥指標 污泥干重：亦稱

20、污泥濃度或混合液懸浮固體（mixed liquor suspendedsolids，MLSS）濃度。指每升混合液所含污泥的干重(mgL)，一般活性污泥法的MLSS控制在2 0004 000mgL。 揮發(fā)性污泥：亦稱混合液揮發(fā)性懸浮固體（mixed liquor volatile susPendedso1ids，MLVSS）濃度。系上述干污泥經(jīng)600灼燒后所失質(zhì)量（gL）。它是活性污泥中所含有機物的量，能更準確地反映微生物量。在一般情況下，MLVSSMLSS值比較固定，如生活污水為0.7左右。,77,污泥沉降比（sludge volume，SV）：又稱30 min沉降率。指混合水樣靜置30 mi

21、n后，污泥體積占混合水樣體積的百分數(shù)，以表示。 污泥指數(shù)：又稱污泥容積指數(shù)（sludge volume index，SVI）。是混合液經(jīng)30 min靜沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容積，計算公式如下：,78,活性污泥培育（cultivation of activated sludge）是活性污泥法啟動運行的首要環(huán)節(jié)。 一般步驟如下： 將污水泵入曝氣池，并按曝氣池有效體積的510投入接種污泥。 在不進水的條件下，連續(xù)曝氣（即悶曝）數(shù)天，溶解氧控制在1 mgL左右 繼續(xù)保持曝氣，以小流量進水，并逐漸提高進水流量，最終達到設(shè)計流量,4.活性污泥的培育及馴化,79,馴化（acclimation）

22、是利用待處理的污水對微生物種群進行自然篩選并使微生物對污染物質(zhì)逐步適應(yīng)的過程； 一般步驟如下： 將取來的污泥土壤置入含有待處理廢水的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)。 在開始馴化時該污水在培養(yǎng)液中的濃度宜低（比如10或更低），然后逐漸轉(zhuǎn)種擴大培養(yǎng)量，廢水濃度逐步增大甚至達100 微生物由不適應(yīng)而馴化至適應(yīng)，降解污染物能力從無到有，由弱而強,80,污泥馴化是處理難降解工業(yè)廢水的重要先行環(huán)節(jié) ； 特定菌株； 分離并篩選高效菌株、 誘變育種、基因工程構(gòu)建新菌株；,81,活性污泥法的影響因素,水中溶解氧(DO) 溶解氧太低會影響到活性污泥微生物的正常代謝活動，凈化功能下降，易于滋生絲狀菌產(chǎn)生污泥膨脹。 混合液溶解氧濃

23、度過高，氧轉(zhuǎn)移效率降低，浪費動力費用，還會引起絮凝體分散。,82,DO應(yīng)保持在2.04.0 mgL左右。 活性污泥法消耗的O2是通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)或機械曝氣系統(tǒng)供給。,83,2.溫度和pH 一般認為活性污泥處理中的適宜溫度為1530，30都會影響處理效果。 活性污泥微生物的最適pH值介于6.08.0之間。 pH9.0，微生物的代謝速率也會受到影響。,84,活性污泥的生物合成，取決于能源物質(zhì)的性質(zhì)、濃度、氮和磷等的平衡，少量的鉀、鈉、硫、鈣、鎂、鐵以及痕量的銅、鋅、鉆、鋁等都是必要的。 一般認為BOD：N：P的比例為100：5：1是適宜的,3.營養(yǎng)鹽濃度和平衡,85,4.有毒物質(zhì)： 當有毒物質(zhì)達到

24、一定濃度時，能破壞微生物結(jié)構(gòu)或影響微生物正常代謝作用，影響污水生物處理效果。,無機物和有機物兩類 無機物有重金屬、硫化氫、鹵族元素及其化合物，有機物有酚、醇、醛等。 重金屬及其鹽類是蛋白質(zhì)沉淀劑，其離子易與細胞蛋白質(zhì)結(jié)合，使之變性。,86,活性污泥法運行中的問題,1.污泥膨脹（bulking of activated sludge） 在曝氣池運轉(zhuǎn)過程中，有時會出現(xiàn)污泥結(jié)構(gòu)松散，沉降性能惡化，隨水飄浮，溢出池外的異?，F(xiàn)象，引起出水水質(zhì)的惡化。 從污泥膨脹時的生物相看，有絲狀菌膨脹與非絲狀菌膨脹，,87,導(dǎo)致產(chǎn)生絲狀菌性膨脹的微生物,球衣菌(Sphaerotilus) 貝日阿托氏菌(Beggiat

25、oa) 硫發(fā)菌(Thiothrix) 諾卡氏菌(Nocardia) 芽孢桿菌(Bacillus),假單胞菌(Pseudomonas) 黃桿菌(Flavobacterium) 地霉(Geotrichum) 木霉(Tricboderma) 絲狀的酵母,88,正常活性污泥的絮狀體中，僅少量絲狀菌作為骨架； 而膨脹時的絮狀體在鏡檢下可見許多菌絲伸展至絮狀體外，因而使之密度減輕，體積加大，輕飄難以沉降； 25種絲狀細菌與霉菌，如浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）、貝氏硫菌、絲硫細菌、放線菌、鐮孢霉、地霉、根霉、毛霉等，其中又以球衣菌為多見 ；,89,污泥膨脹的本質(zhì)原因： 多數(shù)歸因于曝氣

26、池中生態(tài)平衡突然遭到破壞，污泥、營養(yǎng)、供氧三要素發(fā)生紊亂； (1)缺氮和缺磷的廢水：如造紙廢水、含酚廢水和印染廢水，污泥膨脹比較嚴重。 (2)溫度過高：夏秋季膨脹現(xiàn)象頻繁。有時低水溫也會有問題。,90,(3)污泥負荷過低或高：一般認為污泥負荷超過0.35kgBOD(kgMLSSd)就會膨脹。 (4)廢水中懸浮物低，低分子糖類多； (5)有毒金屬、硫化物等毒物流入。,91,抑制絲狀菌生長的方法： 投加化學(xué)藥劑，如漂白粉、次氯酸鈉、雙氧水等； 調(diào)節(jié)水的酸堿度，如球衣菌的適宜pH為5.29，可在幾天內(nèi)將池水pH維持在99.4或PH 5，以抑制該菌之增殖； 調(diào)整其他工藝條件，如改變供氧量、排泥量、進水

27、流量等。,92,分析污泥膨脹原因，改變運行條件 廢水中含硫化物較高引起硫發(fā)菌繁衍造成的，預(yù)曝氣氧化除去硫化物，降低了硫發(fā)菌的含量，可消除膨脹； 提高溶氧濃度，溶氧21mg/L以上； 降低污泥負荷，控制BOD負荷為0.20.3kg(kg.MLSSd)。,93,（2）污泥的解體（不絮凝）： 在曝氣池運轉(zhuǎn)過程中，有時會出現(xiàn)污泥絮凝體微細化，導(dǎo)致處理水質(zhì)渾濁，處理效果變壞的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱“污泥解體”。 引起這種現(xiàn)象的原因有曝氣過量、污水中混入有毒物質(zhì)等，因此可以通過控制曝氣量，或?qū)U水進行適當?shù)念A(yù)處理等解決。,94,（3）起泡沫現(xiàn)象： 在曝氣池運轉(zhuǎn)過程中，有時會出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。 主要原因是污水中含有合

28、成洗滌劑或由微生物產(chǎn)生的表面活性物質(zhì)等。 適當減少曝氣量或噴灑消泡劑可以在一定程度上減緩起泡沫現(xiàn)象。,95,（4）剩余污泥： 活性污泥在分解污染物的同時，合成菌體細胞，因而生物量增加。在運轉(zhuǎn)過程中必須定期排出剩余污泥。 經(jīng)脫水：濃縮法、日曬、風(fēng)干和機械脫水； 焚燒、堆肥,96,（二）生物膜法,生物膜法:以利用固著在惰性材料表面的膜狀生物群落處理污水的方法稱為生物膜法（biologicalfilm或biofilm）,是一種重要的生物處理方法。 亦稱固著膜法(fixed-film process)，主要結(jié)構(gòu)是生物濾池 (biological filter) 英國稱為溶濾池(percolating

29、filter)，美國稱為滴濾池(trickling filter)。 生物膜法比活性污泥法具有生物密度大、耐污力強、動力消耗較小、無需污泥回流與不發(fā)生污泥膨脹等特點，其運轉(zhuǎn)管理較方便； 已廣泛用于石油、印染、制革、造紙、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥以及化纖等工業(yè)廢水的處理，特別是中、小流量污水的處理,97,生物濾池的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：耗能少、維持費用低、運轉(zhuǎn)管理方便，抗毒物沖擊能力強，污泥量少。 缺點：規(guī)模較小，占地多 如果建立生物濾池污水處理廠的處理能力超過5萬人污水的規(guī)模，占地太多，不適于城市和土地緊缺地區(qū)使用,98,生物膜法類型,生物濾池 生物濾池分普通生物濾池(conventional biolog

30、ical filter)和高負荷生物濾池(high rate biological filter)。,99,塔式生物濾池(biological tower) 塔高724m，采用塑料濾料(聚氯乙烯和聚丙烯)，內(nèi)部通風(fēng)良好，水流紊動劇烈，水力沖刷較強。 生物轉(zhuǎn)盤(biological disc) 1960年德國斯圖加特工業(yè)大學(xué)設(shè)計的一種方法，在廢水池子中安裝轉(zhuǎn)盤，像水車一樣旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤浸入水中吸附有機物獲得營養(yǎng)，轉(zhuǎn)盤離開水后獲得氧氣。,100,101,102,103,塔式生物濾池,104,塔式生物濾池,105,生物轉(zhuǎn)盤,106,生物接觸氧化(biological contact oxidation)

31、 池中裝填一定數(shù)量的填料，附著在填料上的微生物依靠機械充氧獲氧，氧化分解有機物，又稱淹沒式生物濾池，是介于活性污泥法和生物濾池法之間的處理工藝。 停留時間為0.5h15h，BOD負荷16 BODkg /(m3d)，去除效率8090(BOD5)。,107,生物流化床(biological fluidized bed) 以砂、焦炭或活性炭等細小惰性材料作為生物膜載體，廢水(先經(jīng)充氧或床內(nèi)充氧)自下向上流過濾床使載體層呈流動狀態(tài)，加大了生物膜表面積與廢水和氧的接觸，提高了處理效率 。 MLSS為840mg/L，有機負荷16 BODkg /(m3d)。停留時間1545min，BOD和氮去除率90。,1

32、08,生物流化床,109,The biological fluidized bed reactor is an important part of breaking down perchlorate contamination. (Photo courtesy of Tulsa District),110,生物膜的凈化原理,污水從上部均勻噴灑到生物濾池表面， 薄膜狀吸附于濾料周圍形成附著水(adhesive water)，沿薄膜流過濾料即流動水(flowing water)。 濾料表面微生物迅速繁殖，形成一層充滿微生物的生物膜。 革蘭氏陰性菌 絲狀細菌，并有糖被的形成，有助于生物膜微生物黏結(jié)在

33、濾料表面。,111,生物膜具有強烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新細胞，膜不斷加厚。 生物膜達到一定厚度時，生物膜內(nèi)層形成厭氧層，厭氧層逐漸擴大增厚，隨后造成生物膜整塊脫落。 濾料表面又生成新的生物膜，如此循環(huán)往復(fù)不斷更新。,112,113,生物膜中的微生物,生物膜生物：起凈化和穩(wěn)定污、廢水水質(zhì)的功能。菌膠團為主要組分，輔以浮游球衣菌、藻類等,生物膜面生物：促進濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率的功能。固著型纖毛蟲(例如鐘蟲、累（等)枝蟲、獨縮蟲等)及游泳型纖毛蟲(例如楯纖蟲、斜管蟲、尖毛蟲、豆形蟲等， 濾池掃除生物：去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚堵塞的功能。有輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、

34、顠體蟲等，,114,具體來說，生物膜由細菌、真菌、藻類、原生動物和其它動物構(gòu)成的食物鏈，對有效地去除水中有機物起著十分重要的作用。 同活性污泥相比，生物膜的食物鏈長而復(fù)雜，還有環(huán)節(jié)動物、昆蟲幼蟲等 。,115,細菌在數(shù)目上和生物量上占優(yōu)勢，種類和活性污泥的細菌種類相似 好氧菌(專性或兼性的)主要有動膠菌、假單胞菌、產(chǎn)堿桿菌和黃桿菌，硝化細菌、亞硝化單細菌和硝化桿菌， 專性厭氧菌有脫硫弧菌和產(chǎn)甲烷菌等。 絲狀細菌如浮游球衣菌、貝日阿托氏菌等，但很少占優(yōu)勢，其數(shù)量直接與濾池的有機負荷有關(guān)，但不會引起污泥膨脹。,1、細 菌,116,真菌在生物膜中比在活性污泥中多，首先定殖在基質(zhì)上 主要的真菌有白地霉

35、、水生鐮孢、瘤孢、紅漿霉和多胞絲胞酵母。 絲狀生長有助于氧向生物膜深處擴散。,2、真 菌,117,生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等受到陽光照射的部分會有藻類生長。如果藻類過度生長覆蓋濾池表面，可引起濾池堵塞。 常見藻類：小球藻、綠球藻、裸藻、絲藻、席藻、毛枝藻以及顫藍菌等。,3、藻 類,118,大量原生動物存在，其種類比活性污泥多 1mL生物濾池污泥中：肉足類1004600個，鞭毛蟲類20013000個，纖毛蟲50010000個。 纖毛蟲類在生物濾池中占很大比例，但比活性污泥法少。 出現(xiàn)頻率最高有植鞭毛蟲類屋滴蟲，肉足蟲類變形蟲、簡便蟲、表殼蟲，纖毛蟲類獨縮蟲、蓋蟲、斜管蟲等。,4、原生動物,119,不同

36、的構(gòu)筑物類型、不同的廢水和不同的季節(jié)，原生動物的優(yōu)勢種不同。 通常，植鞭毛蟲常存在于上層； 纖毛蟲在各部位均分布，游泳型纖毛蟲在上，柄纖毛蟲在下。,120,輪蟲類、線蟲類、環(huán)節(jié)動物、昆蟲類、甲殼類等，旋輪蟲較多，有時比原生動物生長還快而成為優(yōu)勢種屬。 后生動物在生物膜中的運動和覓食，導(dǎo)致生物膜松動，控制生物膜厚度，促進了物質(zhì)交換和氧的供應(yīng)。,5、后生動物,121,線蟲，占全部生物的210，數(shù)量與季節(jié)變化沒有多大關(guān)系。 環(huán)節(jié)動物主要是寡毛類，如愛勝蚓、顫蚓、水絲蚓等。 昆蟲類中最多的是毛蠓，在濾池中很普遍，可達3萬個/m2以上，幼蟲吞食生物膜，可抑制生物膜的過度發(fā)展，并使生物膜疏松。,122,1

37、23,懸掛型填料;彈性立體填料,124,生物填料上的生物膜,125,（三）氧化塘法,厭氧生物處理法（anaerobic bio1ogical treatment） 厭氧條件:氧化還原電位（E)-200-300 mV； 缺氧條件：氧化還原電位不低于-100 mV）下 厭氧性微生物 也稱厭氧消化（anaerobic digestion）或厭氧發(fā)酵法 ;,126,被世界廣泛采用的主要處理方法。規(guī)?？蓮奶幚硇∮?000人的污水到大于10萬人的污水。 美國約有3500個氧化塘，約占人口的7。 我國從1950年初開始應(yīng)用氧化塘處理城市污水和工業(yè)廢水。 1950年代西安利用古運河建立了污水庫， 70年代武漢

38、修建了鴨兒湖氧化塘處理化工廢水， 到90年代初發(fā)展到100多座。,127,特殊的活性污泥法。 氧化塘是人工的、接近自然水生生態(tài)系統(tǒng)，在氧化塘(或氧化溝)內(nèi)，各種生物共存于同一環(huán)境中，保持互生關(guān)系。其食物鏈與自然水體基本相同。,128,氧化塘的特點和類型,1、氧化塘和活性污泥法的不同點 停留時間很長， 負荷較低， 微生物量較低， 不需要曝氣， 下層有厭氧分解， 生物以藻菌共生為主，并起主要的凈化作用。,129,厭氧塘、好氧塘、兼性塘和曝氣塘 厭氧塘(anaerobic pond) 一般表面積小、深度大(可達4.5m)，使池塘處于厭氧狀態(tài)，主要反應(yīng)是酸化和甲烷發(fā)酵，一般作為高溫高負荷污水的預(yù)處理，

39、停留2050d。,氧化塘的基本形式,130,好氧塘(oxidation pond) 完全依靠藻類化合作用供氧，池很淺，塘深3040cm，水力停留時間35d。 可分為高速率好氧塘(high rate oxidation pond)及深度處理塘(polished pond)或熟化塘(maturation pond)。,131,132,兼性塘(facultative pond) 最常見的塘型，塘深1.22.5m，上層為好氧層，下層為厭氧層。停留時間530d。 曝氣塘(aerated pond) 由超負荷的兼性塘演化而來，塘深一般26m，停留時間 310d，采用人工曝氣，所需土地面積較少。,133,氧

40、化塘凈化污水的原理,1、表層好氧菌或兼性厭氧菌氧化分解有機物，釋放出氮、磷和CO2。 表層的藻類利用氮、磷和CO2，光合作用，釋放出氧氣。 溶解氧又為好氧菌所利用，這樣構(gòu)成藻菌“共生”體系。 2、塘下層和污泥層進行厭氧過程，形成CH4、CO2、NH3，和H2S，還有多種可溶性降解產(chǎn)物。,134,135,1細 菌,好氧生物處理系統(tǒng)的優(yōu)勢種相似，主要有假單胞菌、黃桿菌、微球菌等。 藻類生長層以下和厭氧層以上區(qū)域生活著大量的光合紫色硫細菌，將產(chǎn)生的硫顆粒沉積在細胞中。降低塘中硫化氫的濃度，減弱臭味 ； 在塘底層進行厭氧過程。梭菌、假單胞菌、脫硫弧菌、脫硫菌、甲烷八疊球菌和甲烷絲菌等。,氧化塘中的生物

41、類群,136,穩(wěn)定塘中另一類重要微生物 常見的藻類有：小球藻、柵藻、衣藻、纖維藻、實球藻、空星藻、裸藻、扁裸藻以及顫藍菌和微囊藍菌等。 藻類的主要功能是產(chǎn)氧，維持塘的好氧條件。 藻類另一個主要功能是去除植物營養(yǎng)鹽氮和磷。,2、藻類,137,占優(yōu)勢，以順序出現(xiàn)下列原生動物： 植鞭毛蟲如眼蟲； 游泳型纖毛蟲如豆形蟲、草履蟲和游仆蟲等。 有柄纖毛蟲如鐘蟲和累枝蟲等出現(xiàn)。 甲殼類蚤和輪蟲出現(xiàn)。,3、原生動物,138,鳳眼蓮、水浮洼、水鱉、綠蔭等漂浮植物有很強的耐污能力， 蘆葦、水蔥、香蒲等挺水植物有中等耐污能力， 眼子菜、茨藻和金魚藻等沉水植物適于生長在寡污帶水中。,4水生維管束植物,139,(四)厭

42、氧處理法,厭氧處理法的特點和類型,厭氧處理法是在缺氧條件下利用厭氧微生物(包括兼性厭氧微生物)分解污水中有機物的方法，也稱厭氧消化法。其代謝產(chǎn)物沼氣主要成分是甲烷，故又稱作沼氣發(fā)酵法或甲烷發(fā)酵法。,140,人工沼氣發(fā)酵研究已有100多年的歷史，從19世紀末到20世紀初，許多國家的微生物學(xué)者對纖維素的發(fā)酵進行研究。 前蘇聯(lián)微生物學(xué)者奧梅梁斯基發(fā)現(xiàn)奧氏甲烷桿菌，提出沼氣發(fā)酵理論，并為開辟沼氣應(yīng)用的途徑奠定了基礎(chǔ)。,141,主要優(yōu)缺點,有機負荷高，去除率高。 可以直接處理高濃度有機廢水，不需要大量水稀釋。 BOD去除率可達90%以上，COD去除率約為7090。 能降解許多在好氧條件下難以降解的合成化

43、學(xué)品。如原配類染料、偶氮染料、含氯農(nóng)藥等。,142,主要類型：有四種,常規(guī)消化池或普通消化池（conventional digester） 污水間歇地或連續(xù)地進入消化池，上部排水，頂部排沼氣，水力或機械攪拌裝置充分混合，水力停留時間等于固體停留時間，無污泥回流。 活性污泥濃度不高，一般5。停留時間2530d。,143,厭氧接觸消化池(anaerobic contact digester) 在常規(guī)消化池的基礎(chǔ)上增設(shè)了污泥回流裝置， 污泥濃度增至10甚至20左右，效率較高，停留時間約為110d。,144,厭氧濾池(anaerobic filter, AF) 反應(yīng)器內(nèi)全部或部分填充填料供微生物附著生

44、長，填料有較大的比表面積和較高的孔隙度。 一般為上升式，需要在過濾器后設(shè)沉淀分離裝置分離生物膜。停留時間一般約0.53d。,145,升流式厭氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket，UASB) 反應(yīng)器是一個無填料的空容器，運行時污水以一定流速自下進入反應(yīng)器，通過一個懸浮的污泥層，料液和污泥菌體接觸反應(yīng)并產(chǎn)生沼氣小氣泡，氣泡托起使污泥上升，在上部有一個關(guān)鍵裝置氣液固三相分離器，使污泥下沉，氣水分離。 折流式厭氧反應(yīng)器(ABR)，效率更高。,146,147,148,甲烷發(fā)酵理論與機制,甲烷發(fā)酵理論先后提出了二階段、三階段和四階段發(fā)酵理論。 目前應(yīng)用較多的仍是布賴恩特

45、(Bryant)于1979年提出的三階段的發(fā)酵理論：,149,復(fù)雜有機物,脂肪酸,H2 + CO2,乙酸,CH4 + CO2,1水解 2發(fā)酵,3產(chǎn)乙酸,150,沼氣發(fā)酵包括3個階段以及5種菌群。具體階段如下： 第一階段：是將復(fù)雜有機物如多糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪等經(jīng)微生物水解成單體，進而發(fā)酵生成簡單化合物，如脂肪酸、醇、醛等。同時也可有乙酸、H2、CO2產(chǎn)生。 此階段由初級發(fā)酵菌群引起。,151,第二階段：是將第一階段中產(chǎn)生的脂肪酸、乙醇等簡單有機物轉(zhuǎn)化為乙酸、H2及CO2等。 此階段由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌及同型產(chǎn)乙酸細菌等兩類菌群參與。,152,第三階段：是將乙酸（包括甲酸）、CO2、H2等轉(zhuǎn)化為C

46、H4。 此階段包括兩類產(chǎn)甲烷菌群。,153,沼氣發(fā)酵生物處理的菌群：,1初級發(fā)酵菌 初級發(fā)酵菌主要為兼性及專性厭氧型異養(yǎng)微生物，其優(yōu)勢菌隨水質(zhì)和環(huán)境條件，特別是溫度不同而異。 主要有梭菌屬（Clostridium）、擬桿菌屬（Bactriodes）、丁酸弧菌屬（Butyriuibrio）、真桿菌屬（Eubactrium）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）等。,154,2產(chǎn)氫產(chǎn)酸細菌 亦稱二級發(fā)酵菌。該類菌產(chǎn)氫及乙酸，可供產(chǎn)甲烷菌利用。 沼氣發(fā)酵中常見的有沃氏共養(yǎng)單胞菌（Symtrophomomomas wolfei）、沃氏共養(yǎng)桿菌（Syntrophobacter wolinii）及

47、脫硫弧菌屬的某些種。,155,3同型產(chǎn)乙酸菌 是有機無機混合營養(yǎng)型的專性厭氧菌，以CO2作為最終受氫體生成乙酸。 這類細菌不論利用何種基質(zhì)，其厭氧呼吸的唯一產(chǎn)物為乙酸，故稱之為同型產(chǎn)乙酸細菌。 報道的有：伍氏醋酸桿菌（Acetobacterium woodii）、威氏醋酸桿菌（Acetobacterium wieringae）、熱自養(yǎng)梭菌（Clostridium thermoautotrophicum）等。,156,4產(chǎn)甲烷菌 是兼性厭氧古細菌。在沼氣發(fā)酵中包括兩類細菌，即：氧化氫的產(chǎn)甲烷菌和利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)生甲烷的反應(yīng)分別如下：,157,影響的因素： 3,1菌種：一般采用混合菌種。第一

48、次投料時必須引入足夠數(shù)量的混合菌種，或經(jīng)過厭氧消化培養(yǎng)的污泥。單純接種產(chǎn)甲烷菌效果不佳；,2氧化還原電位：嚴格的厭氧環(huán)境，氧化還原電位E值一般要求200 mV。,158,3發(fā)酵溫度： 沼氣發(fā)酵對溫度極其敏感，兩三度的變化就會影響產(chǎn)氣量。污水的最適發(fā)酵溫度，中溫型發(fā)酵為2040，最佳3738；高溫型發(fā)酵以5354為宜。高溫發(fā)酵比中溫發(fā)酵效果好，無論是有機物的處理量或沼氣產(chǎn)生量，均高出22.5倍；如果營養(yǎng)條件合適，甚至可提高45倍。,4廢水組成： 試驗指出，以BODNP10061為佳，含N低于2時，菌體不易增殖。,159,5pH和有機酸濃度一般pH維持在6.57.5為宜。有機酸濃度（以乙酸計）是控制發(fā)酵的重要指標，以2 000 mgL為宜，過高說明產(chǎn)甲烷作用降低，甚至停止產(chǎn)氣。,6CO2產(chǎn)生狀況發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2以占沼氣的2535為好。若大于35時，說明平衡破壞，應(yīng)及時分析原因，采取改善措施。因此檢測CO2可以鑒別不產(chǎn)甲烷與產(chǎn)生甲烷階段的平衡狀況。,160,161,四、污水的生物脫氮,生物脫氮（biological denitrif