特種廢水的生物處理

1、 利用微生物的代謝作用，把水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為 簡單的無機(jī)物的過程，即利用微生物的生命活動(dòng)過程來轉(zhuǎn)化 污染物，使之無害化的方法。 廢水的生物處理過程是天然污水自凈的人工化過程，人 工濃縮的過程。 根據(jù)微生物對有機(jī)物的降解能力和有機(jī)物對微生物 的毒害或抑制作用： 易降解的有機(jī)物，且無毒害或抑制作用； 可降解有機(jī)物，但有毒害或抑制作用； 難降解有機(jī)物，但無毒害或抑制作用； 難降解有機(jī)物，并有毒害或抑制作用。 1. 1. 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)法水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)法 2. 2. 微生物耗氧速度法微生物耗氧速度法 3. 3. 脫氫酶活性法脫氫酶活性法 4. 4. 有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)評價(jià)法有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)評價(jià)法 以廢水中有

2、機(jī)物的某些綜合水質(zhì)指標(biāo)評價(jià)其可生化 性。 常用指標(biāo)：BOD5 （代表廢水中可生物降解的有機(jī) 物）、 COD（采用強(qiáng)氧化劑時(shí)，代表廢水中全部有機(jī)物） 6 1 L 1 L廢水中有機(jī)污染物在好氧微生物作用下進(jìn)行廢水中有機(jī)污染物在好氧微生物作用下進(jìn)行 氧化分解時(shí)所消耗的溶解氧，單位是氧化分解時(shí)所消耗的溶解氧，單位是 mg/Lmg/L。 BOD既是對水中可生物降解有機(jī)成分的 間接指標(biāo)，也是進(jìn)行生化反應(yīng)需氧量的 直接反映，它是廢水生物處理中最重要 的參數(shù)之一。 7 由于微生物的降解作用較緩慢，廢水中有機(jī)物完全由于微生物的降解作用較緩慢，廢水中有機(jī)物完全 降解完畢需要大約降解完畢需要大約20 d20 d左右

3、的時(shí)間。因此，為實(shí)用左右的時(shí)間。因此，為實(shí)用 起見，起見，一般取一般取5d5d所消耗的氧來作為指標(biāo)，簡稱為所消耗的氧來作為指標(biāo)，簡稱為 BODBOD5 5。另外，由于溫度不一樣，微生物降解作用也。另外，由于溫度不一樣，微生物降解作用也 不一樣，因此控制溫度為不一樣，因此控制溫度為2020o oC C。 8 用強(qiáng)化學(xué)試劑在化學(xué)氧化被測廢水所含有機(jī)用強(qiáng)化學(xué)試劑在化學(xué)氧化被測廢水所含有機(jī) 物過程中所消耗的氧量。物過程中所消耗的氧量。 CODCOD是度量廢水中有機(jī)污染物含量的一個(gè)常用水質(zhì)是度量廢水中有機(jī)污染物含量的一個(gè)常用水質(zhì) 指標(biāo)。指標(biāo)。 9 用強(qiáng)氧化劑用強(qiáng)氧化劑( (重鉻酸鉀或高錳酸鉀重鉻酸鉀或高

4、錳酸鉀) )在酸性條件下能在酸性條件下能 將廢水中有機(jī)物徹底氧化，其中碳水化合物被氧化為將廢水中有機(jī)物徹底氧化，其中碳水化合物被氧化為 H H2 2O O和和COCO2 2，此時(shí)所測定的氧，此時(shí)所測定的氧( (重鉻酸鉀或高錳酸鉀中的重鉻酸鉀或高錳酸鉀中的 化合態(tài)氧化合態(tài)氧) )的消耗量即為化學(xué)需氧量。的消耗量即為化學(xué)需氧量。 10 根據(jù)BOD5與COD的比值大小判斷： B/C0.45 B/C0.30 B/C0.25 B/C0.2 生化性好 可生化 較難生化 不易生化 根據(jù)微生物與有機(jī)物接觸后耗氧速度的變化特征， 評價(jià)有機(jī)物的降解和微生物被抑制或毒害的規(guī)律。 處于內(nèi)源呼吸期的活性污泥的耗氧曲線稱

5、為內(nèi)源呼 吸耗氧曲線，投加有機(jī)物后的耗氧曲線稱為底物 （有機(jī)物）耗氧曲線。 一般用底物耗氧速度與內(nèi)源呼吸速度的比值來評價(jià) 有機(jī)物的可生化性。 活性污泥或生物膜中微生物所產(chǎn)生的各種酶能夠催 化廢水中的各種有機(jī)物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。其中脫 氫酶類能使被氧化有機(jī)物的氫原子活化并傳遞給特 定的受氫體，單位時(shí)間內(nèi)脫氫酶活化氫的能力表現(xiàn) 為它的活性。 有機(jī)物的生物降解性與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)歸 納的規(guī)律判斷有機(jī)物的可生化性。具體見教材60面。 1. 生物處理方法 （1）某種有機(jī)物對好氧菌來說是難降解的，但對 厭氧菌來說，就不一定是難降解的。 （2）停留時(shí)間不同，降解結(jié)構(gòu)不同。 2. 微生物來源及濃度 （1

6、）當(dāng)微生物與原來不能被其降解的有機(jī)物長時(shí)間接 觸后，會(huì)提高其降解能力。 （2）微生物對某種有機(jī)物具有降解能力時(shí)，對于該有 機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)物，一般也有降解能力。 （3）進(jìn)行可生化性試驗(yàn)時(shí)，必須考慮微生物濃度。濃 度過低，培養(yǎng)時(shí)間就會(huì)很長；濃度過高，因吸附作用使 溶液中有機(jī)物的濃度降低，難于計(jì)算有機(jī)物的降解率 （4）有機(jī)物濃度、營養(yǎng)物質(zhì)、ph、水溫、共存物質(zhì)有 機(jī)物濃度均有影響。 在有氧條件下，有機(jī)污染物作為好在有氧條件下，有機(jī)污染物作為好 氧微生物的營養(yǎng)基質(zhì)而被氧化分解，使氧微生物的營養(yǎng)基質(zhì)而被氧化分解，使 污染物的濃度下降的處理方法。污染物的濃度下降的處理方法。 17 有機(jī)物+O2+

7、 微生物 能量+無機(jī)物 （CO2、NH3） 能量+無機(jī)物 （CO2、NH3） 細(xì)胞物質(zhì) 殘留物 分解， 1/3 合成， 2/3 內(nèi)源呼吸 80% 20% 好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較反應(yīng)時(shí)間較 短短，故處理，故處理構(gòu)筑物容積較小構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的。且處理過程中散發(fā)的 臭氣較少臭氣較少。 目前對中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說目前對中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BODBOD5 5濃度小濃度小 于于500mg/L500mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理 法。法。 18 活性污泥法活性污泥法 生物膜

8、法生物膜法 19 1. 活性污泥法的基本原理 19121912年英國的年英國的ClarkClark和和GageGage發(fā)現(xiàn)長時(shí)間曝氣會(huì)產(chǎn)生污發(fā)現(xiàn)長時(shí)間曝氣會(huì)產(chǎn)生污 泥，同時(shí)水質(zhì)明顯改善。泥，同時(shí)水質(zhì)明顯改善。 ArdenArden和和LockettLockett發(fā)現(xiàn)了正是這些污泥對水質(zhì)改善有著發(fā)現(xiàn)了正是這些污泥對水質(zhì)改善有著 關(guān)鍵作用，所以把這些污泥稱為活性污泥。關(guān)鍵作用，所以把這些污泥稱為活性污泥。 21 活性污泥活性污泥(activated (activated sludge)sludge)：是由多種好氧微生是由多種好氧微生 物、某些兼性或厭氧微生物物、某些兼性或厭氧微生物 以及廢水中的固

9、體物質(zhì)、膠以及廢水中的固體物質(zhì)、膠 體等交織在一起的呈黃褐色體等交織在一起的呈黃褐色 絮體。絮體。 活性污泥法：活性污泥法：是以活性污泥是以活性污泥 為主體的污水生物處理方法。為主體的污水生物處理方法。 按棲息著的微生物分： 活性污泥的組成 大量的細(xì)菌真菌原生動(dòng)物后生動(dòng)物 活性污泥活性污泥是以細(xì)菌為主體的群體，除細(xì)菌 外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物和后生動(dòng)物。 還挾帶著來自污水的有機(jī)物、無機(jī)懸浮物、膠體物； 活性污泥中細(xì)菌含量一般在107108個(gè)/mL；原生動(dòng) 物103個(gè)/mL，原生動(dòng)物中以纖毛蟲居多數(shù)。 干固體和水分 含水9899 干固體12%MLSS MLVSS NVSS 一組活

10、性污泥圖片 活性污泥的性質(zhì) 顏色黃褐色 狀態(tài)絮狀顆粒 味道土腥味 相對密度 曝氣池混合液：1.0021.003 回流污泥：1.0041.006 粒徑0.020.2mm 25 1 1、細(xì)、細(xì) 菌菌 直接攝取可溶性有機(jī)物；直接攝取可溶性有機(jī)物； 主要的優(yōu)勢種主要的優(yōu)勢種 芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬和芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬和動(dòng)膠菌屬動(dòng)膠菌屬 以及以及球衣菌屬球衣菌屬等。等。 27動(dòng)膠菌屬 28 29 2 2、原生動(dòng)物、原生動(dòng)物 鞭毛蟲 纖毛蟲 34 3 3、微小后生動(dòng)物、微小后生動(dòng)物 輪蟲類輪蟲類(rotifers)(rotifers) 線蟲類線蟲類(nemato

11、des)(nematodes) 微小后生動(dòng)物常攝食污泥中細(xì)菌、 原生動(dòng)物殘骸的碎片等。 35 線蟲 輪蟲 37 活性污泥法由活性污泥法由初沉池、曝氣池、二沉池、曝氣系統(tǒng)以初沉池、曝氣池、二沉池、曝氣系統(tǒng)以 及污泥回流系統(tǒng)及污泥回流系統(tǒng)組成。組成。 曝氣池與二沉池是活性污泥法的基本組成。曝氣池與二沉池是活性污泥法的基本組成。 活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程 二沉池 39 活性污泥法的流程圖活性污泥法的流程圖 廢水在曝氣池一般停留3-5小時(shí)，能去除水中的 BOD為90左右。 曝氣池 二沉池 回流污泥 剩余污泥 空 氣 處理水 初沉池 廢水 污泥 40 活性污泥工藝在污水工藝中的位置 進(jìn)廠污

12、水 粗格柵 污水泵房 細(xì)格柵 沉砂池 活性污泥反應(yīng)池 UV消毒 剩余污泥 鼓風(fēng)機(jī)房 排放 污泥脫水車間 泥餅外運(yùn) 41 曝氣池 生物絮凝體懸浮在廢水中形成混合液，廢水中的有 機(jī)物同活性污染微生物充分接觸。 溶解性有機(jī)物被細(xì)胞吸附和吸收，進(jìn)入細(xì)胞原生質(zhì) 內(nèi)，并在細(xì)胞內(nèi)酶作用下氧化分解。 廢水中懸浮狀態(tài)和膠態(tài)有機(jī)污染物被吸收后，先在 微生物細(xì)胞外酶作用下分解為溶解性的低分子有機(jī) 物，在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。 新的細(xì)胞物質(zhì)不斷合成，活性污泥的數(shù)量也不斷增 多，將懸浮于廢水中的活性污泥進(jìn)行分離后，排出 的即為凈化后的廢水。 （1）黏附和附聚 黏質(zhì)層是活性污泥的特有結(jié)構(gòu) （2）吸附和吸收 活性污泥具有相當(dāng)大的吸

13、附能力，這是由于活性污 泥比表面積大。 （3）有機(jī)物分解和有機(jī)體合成 活性污泥的再生 （4）凝聚和沉淀 微生物具有凝聚性能，可形成大塊菌膠團(tuán)。沉 淀是混合液內(nèi)固相活性污泥顆粒同廢水分離的過程。 （1）營養(yǎng) 活性污泥法對氮和磷的需要量與被處理廢水BOD濃度 有關(guān)： BOD:N:P=100：5：1 （2）混合液溫度 a.溫度對活性污泥處理反應(yīng)速度的影響與廢水中有 機(jī)物特性和所處的狀態(tài)有關(guān) b.溫度對出水水質(zhì)有影響 從圖中可知，溫度高于35攝氏度時(shí)，混合液的成層沉淀速度隨溫度 升高而下降。實(shí)踐表明，溫度為36攝氏度時(shí)，絮凝體尺寸大且有原 生動(dòng)物存在，可是當(dāng)溫度為43攝氏度時(shí)，污泥絮體發(fā)生解體且未發(fā)

14、現(xiàn)原生動(dòng)物和絲狀微生物存在。 目前活性污泥法溫度范圍438攝氏度 （1）推流式活性污泥法 有機(jī)物濃度變化梯度大，利于菌膠團(tuán)細(xì)菌生長，不 利于絲狀微生物生長。 優(yōu)點(diǎn)：活性污泥絮凝性能好，易沉淀。 缺點(diǎn)：曝氣池稀釋能力小 適于處理易降解的工業(yè)廢水和生活污水 （2）完全混合活性污泥法 優(yōu)點(diǎn)：該法對廢水流量和水質(zhì)變化抵抗能力強(qiáng)，具 有中和、調(diào)節(jié)和稀釋能力。 缺點(diǎn)：不適于易降解有機(jī)廢水的處理，絲狀菌易于 生長繁殖而導(dǎo)致活性污泥碰撞。 （3）生物選擇器完全混合式活性污泥法 采用完全混合活性污泥法可在完全混合曝氣池前設(shè) 生物選擇器以抑制絲狀菌生長可處理易生物降解的 有機(jī)廢水。 好氧生物選擇器：菌膠團(tuán)細(xì)菌生長

15、速度超過絲狀菌 用活性污泥法處理城市污水時(shí)，出水懸浮物可低于 20mg/L。但是處理工業(yè)廢水時(shí)，出水懸浮物濃度 往往很高。原因如下： （1）廢水總?cè)芙夤腆w（TDS）濃度高導(dǎo)致污泥絮 體分散 （2）曝氣池混合液溫度變化造成絮體分散，溫度 溫度時(shí)，混合液的沉降性能會(huì)得到恢復(fù)。 （3）污泥負(fù)荷過低或過高，都會(huì)使活性污泥的寧 旭性能變差。 （4）廢水含有機(jī)分散劑過高，會(huì)是出水懸浮物濃 度隨表面張力的提高而有所上升。 52 連續(xù)進(jìn)水的間歇式活性污泥法連續(xù)進(jìn)水的間歇式活性污泥法(sequencing batch (sequencing batch reactor, SBR)reactor, SBR)：是一

16、種間歇運(yùn)行的污水生物處理工是一種間歇運(yùn)行的污水生物處理工 藝。藝。 該工藝每個(gè)運(yùn)行周期可以劃分為：該工藝每個(gè)運(yùn)行周期可以劃分為：進(jìn)水期、反應(yīng)期、進(jìn)水期、反應(yīng)期、 沉降期、排放期和閑置期沉降期、排放期和閑置期五個(gè)階段。五個(gè)階段。 5. 典型活性污泥法處理工藝 1. 工藝簡單、節(jié)省占地及基建費(fèi)用，運(yùn)行管理自動(dòng) 化，操作簡單。 2. 反應(yīng)推動(dòng)力大、效率高。 3. 較易適應(yīng)負(fù)荷變化以及處理出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的變化 4. 耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，具有處理高濃度有機(jī)廢水的 特性。 5. 合理控制SBR運(yùn)行條件，可有效防止污泥膨脹。 分為三個(gè)反應(yīng)區(qū)：生物選擇區(qū)；缺氧區(qū)；好氧區(qū)。 各區(qū)容積比一般為1:5:30. 氧化溝屬

17、于活性污泥處理工藝的一種變形工藝，其 曝氣池呈封閉的溝渠形，污水和活性污泥混合液在 其中循環(huán)流動(dòng)，因此被稱為氧化溝，又稱環(huán)形曝氣 池。 優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造型式多樣性 氧化溝曝氣設(shè)備的多樣性 曝氣強(qiáng)度可調(diào)節(jié) 簡化了預(yù)處理和污泥處理 不設(shè)二沉池 具有推流式的某些特征 56 生物膜：生物膜：通過附著而固定在特定載體（石頭、沙礫或通過附著而固定在特定載體（石頭、沙礫或 塑料網(wǎng)等）上的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落形成的一層黏塑料網(wǎng)等）上的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落形成的一層黏 液狀膜。液狀膜。 生物膜法生物膜法(biofilm process)(biofilm process)：利用附著在惰性材料利用附著在惰性材料 表面的膜

18、狀生物群落處理污水的方法。表面的膜狀生物群落處理污水的方法。 生物膜法是一種重要的生物處理方法。生物膜法是一種重要的生物處理方法。 57 通過廢水和生物膜的通過廢水和生物膜的相對運(yùn)動(dòng)相對運(yùn)動(dòng)，使廢水和生，使廢水和生 物膜接觸，進(jìn)行固液兩相的物膜接觸，進(jìn)行固液兩相的物質(zhì)交換物質(zhì)交換，并在，并在 膜內(nèi)進(jìn)行有機(jī)物的生物氧化與降解，使廢水膜內(nèi)進(jìn)行有機(jī)物的生物氧化與降解，使廢水 得到凈化，同時(shí)，膜內(nèi)微生物不斷得到生長得到凈化，同時(shí)，膜內(nèi)微生物不斷得到生長 和繁殖。和繁殖。 18931893年，英國出現(xiàn)在粗濾料上噴灑污水，進(jìn)行凈化。年，英國出現(xiàn)在粗濾料上噴灑污水，進(jìn)行凈化。 2020世紀(jì)世紀(jì)20-3020

19、-30年代，生物濾池為主的生物膜法得到了廣泛應(yīng)年代，生物濾池為主的生物膜法得到了廣泛應(yīng) 用。用。 2020世紀(jì)世紀(jì)40-5040-50年代，由于活性污泥法的發(fā)展，生物膜法工藝年代，由于活性污泥法的發(fā)展，生物膜法工藝 出現(xiàn)停滯狀態(tài)。出現(xiàn)停滯狀態(tài)。 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代以后，因?yàn)樾滦偷挠袡C(jī)合成材料開始大量生產(chǎn)，年代以后，因?yàn)樾滦偷挠袡C(jī)合成材料開始大量生產(chǎn)， 出現(xiàn)了各種有機(jī)合成的高效填料，生物膜法獲得了新的發(fā)展。出現(xiàn)了各種有機(jī)合成的高效填料，生物膜法獲得了新的發(fā)展。 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代以后，各種新型工藝相繼出現(xiàn)，生物膜法成為年代以后，各種新型工藝相繼出現(xiàn)，生物膜法成為 和活性污泥法

20、并列的污水生物處理技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。和活性污泥法并列的污水生物處理技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。 58 59 生物膜具有強(qiáng)烈的吸附、吸收、分解作用，微生生物膜具有強(qiáng)烈的吸附、吸收、分解作用，微生 物合成新細(xì)胞，膜不斷加厚。物合成新細(xì)胞，膜不斷加厚。 生物膜達(dá)到一定厚度時(shí)，生物膜內(nèi)層形成厭氧層，生物膜達(dá)到一定厚度時(shí)，生物膜內(nèi)層形成厭氧層， 厭氧層逐漸擴(kuò)大增厚，隨后造成生物膜整塊脫落。厭氧層逐漸擴(kuò)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)不斷濾料表面又生成新的生物膜，如此循環(huán)往復(fù)不斷 更新。更新。 1.生物接觸氧化法處理流程的選擇 2.填料的選擇 3.接觸停留時(shí)間的確定 4.氣水比的確定 5.防止填料堵塞的措施 61 生物 膜法 生物濾池 生物接觸氧化池 生物轉(zhuǎn)盤 生物流化床 以土壤自凈原理為以土壤自凈原理為 依據(jù)，在污水灌溉依據(jù)，在污水灌溉 的