KOT應(yīng)用于黑臭水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)說明_圖文

1、KOT 生物技術(shù)應(yīng)用于河道湖泊生態(tài)修復(fù)技術(shù)說明目 錄第一篇 KOT生物處理技術(shù)研制報告 . 2 1前言 . 2 2KOT 生物處理系統(tǒng)概述 . 2 3KOT 生物處理系統(tǒng)的特點 . 2 4KOT 微生物的生理 . 44.1 KOT微生物的化學(xué)組成 . . 4 4.2 KOT微生物的酶 . . 4 4.3 KOT微生物的營養(yǎng) . . 5 4.4 KOT微生物的產(chǎn)能代謝和呼吸作用 . 6 4.5 KOT微生物的生產(chǎn)繁殖 . . 64.6 KOT微生物的生存因子 . . 75KOT 生物處理系統(tǒng)降解污染物的機理 . 8 5.1 污染物在 KOT 微生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運 . 9 5.2 污染物在 KOT

2、 微生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化 . 9 5.3 KOT微生物共代謝作用降解污染物的原理 . 9 5.4 KOT微生物的代謝活性對污染物降解速度的影響 . 10 5.5 KOT微生物降解動力學(xué) . . 10 5.6 污染物降解過程與降解動力學(xué)的擬合性 . 115.7 有機物的可生物降解性 . . 126KOT 生物處理系統(tǒng)降解污染物的過程 . 13 6.1 KOT微生物對大分子有機物的降解 . 13 6.2 常規(guī)有機物的生物降解 . . 14 6.3 抑制和消除有機酸、 H 2S 、 NH 3-N . . 14 6.4 生物脫氮 . . 156.5 生物除磷 . . 157KOT 生物處理技術(shù)的應(yīng)用 .

3、 16第二篇 KOT生物技術(shù)應(yīng)用于黑臭河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)說明 . 171前言 . 17 2城市黑臭河道的常規(guī)處理方法 . 17 3KOT 生物技術(shù)應(yīng)用于黑臭河道的治理 . 18 3.1 KOT技術(shù)應(yīng)用在黑臭河道治理中的優(yōu)勢 . 18 3.2 KOT黑河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)曝氣充氧原理 . 183.3 底泥的生態(tài)修復(fù) . . 194KOT 技術(shù)生態(tài)修復(fù)黑臭河道具體實施方式 . 20 5KOT 技術(shù)生物修復(fù)黑臭河道的工程案例 . 21 5.1 上海長浜黑臭河道生態(tài)修復(fù)項目 . 21 5.2 無錫張周橋黑臭河道生態(tài)修復(fù)項目 . 25 5.3上海浦東黑臭河道生態(tài)修復(fù)項目 . 31 5.4昆山城北黑臭河道生態(tài)修

4、復(fù)項目 . 34 5.5上海虹橋機場圍場河黑臭河道 生態(tài)修復(fù)項目 . 39 5.6上海勝利河黑臭河道生態(tài)治理項目 . 40 5.7上海朱家浜黑臭河道生態(tài)治理項目 . 40第三篇 KOT技術(shù)應(yīng)用于湖體生態(tài)修復(fù)技術(shù)說明 . 41 1技術(shù)背景 . 41 2湖體治理常規(guī)技術(shù)介紹 . 41 3KOT 湖體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點 . 42 4KOT 湖體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的工藝流程 . 444.1 工藝流程 . . 444.2 工藝流程說明 . . 455KOT 湖體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的工程實例 . 45 5.1蘇州西園湖體生物修復(fù)項目 . . 45 5.2天津李港監(jiān)獄湖體生態(tài)修復(fù)項目 . 47附件 . 48第一篇 KO

5、T生物處理技術(shù)研制報告1 前言由于科學(xué)技術(shù)的飛躍進步, 使工業(yè)、 交通和城市獲得重大發(fā)展, 創(chuàng)造了前所 未有的物質(zhì)文明, 使地球表面的環(huán)境發(fā)生了巨大變化; 同時, 亦產(chǎn)生了日益尖銳 的環(huán)境問題, 其中以生態(tài)平衡遭到破壞所帶來的影響最為嚴重。 本公司聚集眾多 生物科技專家,通過多年的潛心研究,開發(fā)了高效的水污染生物處理技術(shù) KOT 生物處理技術(shù),該技術(shù)獲得多項國家專利。 KOT 將生物處理技術(shù)推向 了更高的里程碑,讓地球水資源永續(xù)利用,使我們遠離環(huán)境污染問題的困擾。2 KOT生物處理系統(tǒng)概述KOT 生物處理技術(shù)是一種生物強化技術(shù)(bio-augmentation ,它是采用從大 自然中篩選的多種

6、類優(yōu)勢微生物種群, 并經(jīng)過定向馴化培育后用之于污染物的降 解的一種高效的污染物生物降解技術(shù)。 KOT 生物處理技術(shù)源自大自然的啟示, 利 用大自然中原本存在的具有特定降解功能的微生物來降解污染物。 KOT 微生物具 有很強的環(huán)境適應(yīng)性, 處理系統(tǒng)能長期自我維持, 并保持穩(wěn)定。 KOT 微生物種群 可有效地將有機污染物分解為二氧化碳和水等穩(wěn)定性物質(zhì),并徹底消除惡臭。3 KOT生物處理系統(tǒng)的特點KOT 生物處理技術(shù)是一種生物強化技術(shù)(bio-augmentation ,采用從大自 然中篩選的多種類優(yōu)勢微生物種群, 并經(jīng)過定向馴化培育, 用之于污染物降解的 一種高效的污染物生物降解技術(shù)。 KOT 生

7、物處理技術(shù)應(yīng)用的范圍廣泛,其特有的 污水處理器構(gòu)造及生物培養(yǎng)器獲得了多項國家專利。專利號分別為: ZL 00 1 32483.7 ZL 2005 2 0144718.4ZL 02 2 92031.5 ZL 2005 2 0144717.XZL02 2 92030.7 ZL 2005 2 0144719.9KOT 生物處理技術(shù)具有以下特點:1. 采用了特殊的多種屬環(huán)境微生物菌群, 污染物分解徹底, 處理過程中無剩 余污泥產(chǎn)生,防止了二次污染,降低了處理成本。2. 處理過程環(huán)保、衛(wèi)生、安全,不易產(chǎn)生硫化氫、氨氮等臭味。3.KOT 系統(tǒng)具有很強的脫氮、除磷效果。4.KOT 系統(tǒng)可模塊化設(shè)計,多處理單

8、元并聯(lián)組合,建設(shè)費用低,機電設(shè)備較 少,噪音低。5.KOT 生物處理系統(tǒng)運行管理方便,操作過程及維護簡單,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。 4 KOT微生物的生理4.1 KOT微生物的化學(xué)組成KOT 微生物從外界環(huán)境中不斷地攝取營養(yǎng)物質(zhì),經(jīng)過一系列的生物化學(xué)反 應(yīng),轉(zhuǎn)變成細胞組分,同時產(chǎn)生廢物并排泄到體外。 KOT 微生物體質(zhì)量的 70% 90%為水分,其余 10%30%為干物質(zhì),干物質(zhì)由有機物和無機物組成,有機物 占干物質(zhì)質(zhì)量的 90%97%,包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂類。無機物占干物質(zhì) 質(zhì)量的 3%10%,包括 P 、 S 、 K 、 Na 、 Ca 、 Mg 、 Fe 、 Cl 和微量元素 Cu 、 Mn

9、 、 Zn 、 B 、 Mo 、 Co 、 Ni 等。 C 、 H 、 O 、 N 是所有生物體的有機元素。糖類和脂類 由 C 、 H 、 O 組成,蛋白質(zhì)由 C 、 H 、 O 、 N 、 S 組成,核酸由 C 、 H 、 O 、 N 、 P 組成。4.2 KOT微生物的酶KOT 微生物的代謝需要在酶的參與下才能正常進行。酶是在 KOT 微生物體 內(nèi)合成的,催化生物化學(xué)反應(yīng)的,并傳遞電子、原子和化學(xué)基團的催化劑。它同 時也是一種蛋白質(zhì)。酶蛋白由 20中氨基酸組成的。 組成酶蛋白的氨基酸按一定的排列順序由肽鍵 (-CO-NH-連接而成,兩條多肽鏈之間或一條多肽鏈卷曲后相鄰的基團之間以 氫鍵(C

10、=O H-N 、鹽鍵(-NH 3+-OOC- 、酯鍵(R-CO-O-R 、疏水鍵、 范德華力及金屬鍵等相連接而成。 酶蛋白與底物結(jié)合, 并起催化作用的小部分氨 基酸微區(qū)是酶的活性中心。構(gòu)成活性中心的微區(qū)或處在同一條肽鏈的不同部位, 或處在不同肽鏈上; 在多肽鍵盤曲成一定空間構(gòu)型時, 它們按一定的位置靠近在 一起,形成特定的酶活性中心。KOT 生物酶作為一種催化劑能加速生物化學(xué)反應(yīng)的速度, 縮短反應(yīng)達到平 衡的時間, 但不改變反應(yīng)的平衡點。 KOT 微生物可以合成不同的酶, 每一種酶的 催化作用具有專一性。 一種酶只作用于一種物質(zhì)或一類物質(zhì), 或催化一種或一類 化學(xué)反應(yīng), 產(chǎn)生一定的產(chǎn)物。 KO

11、T 微生物酶的催化作用條件溫和, 只需要在常溫、 常壓和近中性的水溶液中就可催化反應(yīng)的進行。 酶的催化效率極高, 它能降低反 應(yīng)物所需的活化能。不同 KOT 生物酶的濃度下,酶的促反映速度有很大的差別,如圖 1-1: 反 應(yīng) 速 度 (v 底物濃度(S 圖1-1 不同酶濃度下底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系由上圖可以看出, 在底物濃度相同的條件下, 酶促反應(yīng)速度與酶的初始濃度 成正比。 KOT 酶的初始濃度越大,其酶促反應(yīng)速度就越快。4.3 KOT微生物的營養(yǎng)KOT 微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)有水、 碳素營養(yǎng)源、 氮素營養(yǎng)源、 無機鹽及生長 因子。 水是微生物的組分, 又是微生物代謝過程必不可少的溶劑。 它

12、有助于營養(yǎng) 物質(zhì)的溶解和吸收,保證細胞內(nèi)、外各種生物化學(xué)反應(yīng)在溶液中正常進行。碳源的主要作用是構(gòu)成微生物細胞的含碳物質(zhì)和供給 KOT 微生物生長、 繁殖 及運動所需的能量。 從簡單的無機碳化合物到復(fù)雜的有機碳化合物, 都可作為碳 源。 KOT 微生物細胞中的碳素含量相當(dāng)高,占干物質(zhì)質(zhì)量的 50%左右?？梢?微 生物對碳素的需求量最大。氮源有 N 2、 NH 3、尿素、硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、 硝酸鈉、 氨基酸和蛋白質(zhì)等。 氮源的作用是提供微生物合成蛋白質(zhì)的原料。 無機 鹽的生理功能包括:1、構(gòu)成細胞組分; 2、構(gòu)成酶的組分和維持酶的活性; 3、 調(diào)節(jié)滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等; 4、供

13、給自氧微生物的能源。 KOT 微生物所需要的無機鹽有磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。這些無 機鹽中含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等元素,其中,微生物對磷和硫的需求量最大。 此外,微生物還需要鋅、錳、銅等微量元素。4.4 KOT微生物的產(chǎn)能代謝和呼吸作用KOT 微生物進行生長繁殖、 合成細胞組分及維持生命活動所需的能量要依賴 產(chǎn)能代謝提供。 KOT 微生物呼吸作用的本質(zhì)是氧化與還原統(tǒng)一過程, 這過程中有 能量的產(chǎn)生和能量的轉(zhuǎn)移。 KOT 微生物呼吸作用有三種方式:發(fā)酵、 好氧呼吸及 無氧呼吸。 這三者都是氧化還原反應(yīng), 即在化學(xué)反應(yīng)中一種物質(zhì)失去電子被氧化, 另一種物質(zhì)得到電子被還原。 KOT

14、 微生物的產(chǎn)能代謝是通過上述三種氧化還原反 應(yīng)來實現(xiàn)的, KOT 微生物從中獲得生命活動所需要的能量。在 KOT 微生物的呼吸過程中,底物的氧化分解產(chǎn)生能量;同時, KOT 微生 物將能量用于細胞組分的合成。在這兩者之間存在能量的轉(zhuǎn)移中心 ATP ,它 在發(fā)酵、好氧呼吸及無氧呼吸中生成的。 ATP 含高能磷酸鍵(PO 4 ,它水解釋 放出高能鍵,每一個高能鍵含 31.4KJ 的能量。 ATP 只是一種短期的儲能物質(zhì),若 要長期儲能,還需要轉(zhuǎn)換形式。 KOT 微生物的能量釋放、 ATP 的生成都是通過呼 吸作用實現(xiàn)的。4.5 KOT微生物的生產(chǎn)繁殖KOT 微生物在適宜的環(huán)境條件下, 不斷吸收營養(yǎng)

15、物質(zhì), 按照自己的方式進行 新陳代謝。正常情況下,同化作用大于異化作用,微生物的細胞不斷迅速增長。 當(dāng)單細胞個體生長到一定程度時, 由一個親代細胞分裂為兩個大小、 形狀與親代 細胞相似的子代細胞, 使個體數(shù)目增加。 KOT 微生物質(zhì)量的變化只反映了細菌分 裂的數(shù)目, 質(zhì)量則包括細菌個數(shù)增加和每個菌體細胞物質(zhì)的增長。 KOT 菌群內(nèi)各 細菌的生長的速率不一, 每一種細菌都有各自的生長曲線, 但曲線的形狀基本相 同。 KOT 微生物的生長繁殖期可細分為 6個時期:停滯期(適應(yīng)期 、加速期、對 數(shù)期、減速期、靜止期及衰亡期。由于加速期和減速期歷時都很短,可把加速期 并入停滯期,把減速期并入靜止期。因

16、此, KOT 微生物的生長繁殖可粗分為 4個 時期,如圖 4-2所示。 處于停滯期的 KOT 微生物細胞特征如下:在停滯期初期,一部分細菌適應(yīng) 環(huán)境,而另一部分死亡,細菌總數(shù)下降。到停滯期末期,細菌的細胞物質(zhì)增加, 菌體體積增大, 其長軸的增長速度特別快。 處于這一時期的細胞代謝活力強, 細 胞中 RNA 含量高、嗜堿性強,對不良環(huán)境條件比較敏感,其呼吸速度、核酸及 蛋白質(zhì)的合成速度接近對數(shù)期細胞,并開始細胞分裂。繼停滯期的末期, 細菌的生長速度增至最大, 細菌數(shù)量以幾何級數(shù)增加。 當(dāng) 細菌總數(shù)與時間的關(guān)系在坐標(biāo)系中成直線關(guān)系時, 細菌即進入對數(shù)期。 對數(shù)期的 細 胞 個 數(shù) 按 幾 何 級

17、數(shù) 增 加 :12481632 , 即 20212223242n 。處于對數(shù)期的細菌生長繁殖迅速, 消耗了大量的營養(yǎng)物質(zhì), 致使一定容積的 培養(yǎng)基濃度降低, KOT 微生物即進入了靜止期。靜止期的 KOT 微生物數(shù)量達到 最大值, 并恒定一段時間, 新生的 KOT 微生物數(shù)和死亡的微生物數(shù)相當(dāng)。 到此階 段的初期, KOT 微生物的培養(yǎng)即結(jié)束。4.6 KOT微生物的生存因子KOT 微生物除了需要營養(yǎng)外,還需要合適的環(huán)境生存因子,例如溫度、 pH 、 氧氣、滲透壓、氧化還原電位等。溫度是 KOT 微生物的重要生存因子。 在適宜的溫度范圍內(nèi), 溫度每升高 10, 酶促反應(yīng)速度將提高 12倍, KO

18、T 微生物的代謝速率和生長速度均可相應(yīng)提高。適宜的培養(yǎng)溫度使微生物以最快的生長速率生長。微生物的生命活動、物質(zhì)代謝與 PH 有密切的關(guān)系。 KOT 生物處理系統(tǒng)的 pH 值宜在 6.58.5左右,較低的 pH 值會導(dǎo)致 KOT 微生物分泌的粘性物質(zhì)減少,微生 物的吸附性能降低,處理效果下降。KOT 微生物對氧化還原電位(Eh 有一定的要求,一般要求氧化還原電位 在 +600mV-250mV 。氧化還原電位受氧分壓的影響:;氧分壓高,氧化還原電 位高;氧分壓低,氧化還原電位低。在培養(yǎng) KOT 微生物過程中,由于微生物生長 繁殖消耗了大量的氧氣, 分解有機物產(chǎn)生氫氣, 使氧化還原電位降低, 在微生

19、物 生長的對數(shù)生長期中下降到最低點。環(huán)境中的 pH 對氧化還原電位也有影響, pH 低時,氧化還原電位低; PH 高時,氧化還原電位高。KOT 微生物需要氧作為呼吸的最終電子受體, 并參與部分物質(zhì)合成, 同時又 能抵抗在利用氧的過程中所產(chǎn)生有毒物質(zhì),如過氧化氫(H 2O 2 、過氧化物和羥 自由基(OH· 。 KOT 微生物體內(nèi)有相應(yīng)的過氧化氫酶,過氧化氫酶和超氧化歧 化物酶分解上述物質(zhì),使自身不致中毒。KOT 微生物在不同的滲透壓的溶液中呈不同的反應(yīng), 在等滲溶液中 (如濃度 為 58.5g/l的 NaCl 溶液 KOT 微生物生長得很好; 在低滲溶液中 (如濃度為 0.1g/l的

20、 NaCl 溶液 ,溶液中的水分子大量滲入微生物體內(nèi),使微生物細胞發(fā)生膨脹; 在高滲溶液中(如濃度為 200g/l的 NaCl 溶液 , KOT 微生物體內(nèi)水分子大量滲到 體外,使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離。5 KOT生物處理系統(tǒng)降解污染物的機理KOT 微生物對環(huán)境中的污染物有強大的降解與轉(zhuǎn)化能力,主要因為 KOT 微 生物的以下特點:個體微小、比表面積比較大,成為巨大的營養(yǎng)物質(zhì)接觸面,所 以 KOT 微生物有驚人的活性。 KOT 微生物菌群包含不同的營養(yǎng)類型、理化性狀 的種屬 , 它們的代謝活動,對環(huán)境中形形色色的物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化,起著至關(guān)重要 的作用。 巨大的比表面積, 使微生物對生存條件的變化具有極

21、強的敏感性; 又由 于微生物繁殖快, 數(shù)量多, 可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。 對進入環(huán)境的 “ 新 ” 污染物, KOT 微生物可通過基因突變,改變原來的代謝類型而適應(yīng)并降解 “ 新 ” 污染物。5.1 污染物在 KOT 微生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運KOT 微生物個體微小, 比表面積比較大, 當(dāng)大的比表面積和環(huán)境接觸, 成為 巨大的營養(yǎng)物質(zhì)接觸面。 KOT 微生物的生物膜由脂質(zhì)分子和蛋白質(zhì)分子組成。 脂 分子主要是磷脂類, 其親水的磷酸部分和堿基部分向著膜的內(nèi)外表面, 疏水的脂 肪酸部分向著膜的中心。 蛋白質(zhì)分子鑲嵌在脂質(zhì)分子層內(nèi), 疏水性氨基酸多在膜 內(nèi), 親水性氨基酸則露在膜外。 接觸到 KO

22、T 微生物的環(huán)境污染物通過生物膜的生 物運轉(zhuǎn)作用透過生物膜進入微生物體內(nèi), 生物轉(zhuǎn)運作用主要分為三種形式:被動 轉(zhuǎn)運、 特殊轉(zhuǎn)運、 胞飲作用。 被動轉(zhuǎn)運是污染物由生物膜濃度高的一側(cè)進入濃度 低的一側(cè)或通過生物膜上的親水性孔道的轉(zhuǎn)運過程; 特殊轉(zhuǎn)運依靠 KOT 微生物的 代謝能量使污染物從生物膜濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)運; 胞飲作用是利用 生物膜具有的可塑性和流動性把污染物包圍從而進入微生物體內(nèi)。 KOT 微生物體 外還會合成一種胞外酶, 可以將大分子有機物水解, 變成小分子有機物以利于轉(zhuǎn) 運。5.2 污染物在 KOT 微生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化進入 KOT 微生物體內(nèi)的污染物在生物酶的作用下會發(fā)

23、生一系列代謝變化過 程。 KOT 微生物能合成各種降解酶,酶具有專一性,又有誘導(dǎo)性。微生物可靈活 地改變其代謝和調(diào)控途徑, 同時產(chǎn)生不同類型的酶, 以適應(yīng)不同的環(huán)境, 將轉(zhuǎn)運 進入體內(nèi)的污染物降解轉(zhuǎn)化。 生物轉(zhuǎn)化分為兩個連續(xù)的作用過程:在第一個過程 中, 污染物在有關(guān)酶的的催化下經(jīng)由氧化、 還原或水解反應(yīng)改變化學(xué)結(jié)構(gòu), 形成 某些活性基團(如 -OH 、 -SH 、 -COOH 、 -NH 2等或進一步讓這些活性基團暴露; 在第二個過程中, 一級代謝物在另外一些酶系統(tǒng)的催化下通過上述活性基團與微 生物體內(nèi)的某些化合物結(jié)合,轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的簡單化合物。5.3 KOT微生物共代謝作用降解污染物的

24、原理KOT 微生物在可用作碳源和能源的基質(zhì)上生長時, 會伴隨著一種非生長基質(zhì) 的不完全轉(zhuǎn)化, 這就是 KOT 微生物的共代謝作用。 共代謝微生物不能從非生長基 質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用中獲得能量、碳源和其它營養(yǎng)。微生物在利用生長基質(zhì) A 時,同時非生長基質(zhì)B 也伴隨著發(fā)生氧化或其它反應(yīng),這是由于B 與A 有類似的化學(xué)結(jié)構(gòu),而微生物降解生長基質(zhì)A 的初始酶E 1的專一性不高,在將A 降解為C 的同時,將B 轉(zhuǎn)化為D 。但接著攻擊降解產(chǎn)物的酶E 2,則具有較高專一性,不會把D 當(dāng)作C 繼續(xù)轉(zhuǎn)化。所以,在純培養(yǎng)情況下,共代謝只是一種截止式轉(zhuǎn)化,局部轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物會聚集起來。在自然環(huán)境下,這種轉(zhuǎn)化可以為其它種類的微生

25、物所進行的共代謝對某種物質(zhì)的降解鋪平道路,其代謝產(chǎn)物可以繼續(xù)降解。因此,若KOT 微生物不能依靠某種有機污染物生長,并不一定意味著這種污染物就是難以生物降解與轉(zhuǎn)化的。因為在合適的底物和環(huán)境條件時,該污染物就可通過共代謝作用而降解。一種酶或KOT 微生物的共代謝產(chǎn)物,也可以成為另一種酶或微生物的共代謝底物。微生物的共代謝作用對于難降解污染物的徹底分解起著重要的作用。5.4 KOT 微生物的代謝活性對污染物降解速度的影響污染物的量(m g /L K O T 微生物的量(個/m l 時間圖1-2 KOT微生物的活性與有機物降解速率的關(guān)系KOT 微生物本身的代謝活性是其對物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的最主要的因素。

26、在生長速度最快的對數(shù)期,代謝最旺盛,活性最強。以污染物為唯一的碳源或主要碳源作降解試驗,以時間為橫坐標(biāo),微生物和污染物量為縱坐標(biāo),可得到兩條基本對應(yīng)的雙曲線(見圖1-2,顯示KOT 微生物經(jīng)遲緩期進入對數(shù)生長期,污染物相應(yīng)由遲緩期進入迅速降解區(qū)。同樣的道理,在自然環(huán)境中可存留幾天或幾周的有機物,在KOT 生物菌群的環(huán)境中幾個小時就被降解。5.5 KOT 微生物降解動力學(xué)KOT 微生物對污染物的降解速度與污染物濃度、生物量等因素之間有直接的關(guān)系,在理想狀態(tài)下,降解速度和污染物濃度的關(guān)系如下:V=dc-=Kc ndt從上式可以看出,降解速度V與污染物濃度成正比;式中c為污染物濃度;K 為速度常數(shù),

27、它是單位濃度的反應(yīng)速度,又稱反應(yīng)比率;n為反應(yīng)級數(shù)。本數(shù)學(xué)模型主要用于KOT微生物的污水處理。反應(yīng)級數(shù)大于1,當(dāng)n=1時,以上模型就簡化為:V=dc-=Kcdt此即一級反應(yīng)方程。它表示,反應(yīng)速度與有機物物濃度c成正比。5.6 污染物降解過程與降解動力學(xué)的擬合性在封閉式系統(tǒng)投加KOT微生物的初期,KOT微生物經(jīng)適應(yīng)過程而污染物降解的反應(yīng)速度不同(如圖5-2曲線1所示。起初,微生物要經(jīng)歷一個對基質(zhì)(污染物的適應(yīng)過程,這期間,污染物濃度基本保持不變,KOT微生物處于遲緩期。而后,參與降解的KOT微生物增殖,降解速度漸增,這與KOT微生物的數(shù)量成正比,也與微生物適應(yīng)化合物之后引起的降解率增加成正比。當(dāng)

28、KOT微生物進入對數(shù)生長期,化合物的濃度逐漸下降。隨后,KOT微生物增殖減慢,此時若不再補充有機污染物,KOT微生物就會停止增殖直至有機污染物被耗凈;至于降解速度,先是不再增加,而后隨剩余有機污染物濃度的降低而降低,此即進入了一級反應(yīng)階段。若反應(yīng)速度發(fā)生改變,反應(yīng)級數(shù)將介于零級和一級之間,其值根據(jù)化合物濃度而定。如果在經(jīng)歷第一次適應(yīng)降解過程后,接著第二次投加同一種有機污染物,底物濃度就會迅速增加而無遲緩期。C 160有機物濃度200401008031C tDED 1E 1B 2A 圖1-3 KOT微生物對有機化合物的降解曲線微生物通過共代謝而致化合物降解的反應(yīng)速度不同(如圖1-3曲線2:對于未

29、被微生物優(yōu)先選作能源的有機污染物,通?？抗泊x反應(yīng)降解。這個反應(yīng)過程沒有遲緩期,降解速度從高濃度下的零級反應(yīng)速度轉(zhuǎn)為低濃度下的一級反應(yīng)速度。如圖1-3,曲線1為微生物經(jīng)適應(yīng)過程降解化合物:AB 遲緩期;BC 富集期;CD 轉(zhuǎn)化為一級反應(yīng)速度;DE 從一級降解速度到化合物完全降解。曲線2為通過共代謝降解:C 1D 1轉(zhuǎn)化為一級降解速度;D 1E 1從一級降解速度到有機污染物完全被降解。曲線3為第二次投加同一化合物后的快速降解。5.7 有機物的可生物降解性KOT 微生物可以通過生命活動來改變污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu),但由于特性和化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同,污染物最終被KOT 微生物降解的程度不同。為定量了解有機污染物

30、的生物可降解性,可采用適當(dāng)?shù)姆椒A(yù)先測定KOT 微生物在某種有機污染物被降解過程中的代謝強度,以確定所必須采取的處理方法和有關(guān)運行參數(shù)。通過測定KOT 微生物的對該污染物的耗氧曲線的方法可以評價這種污染物的可降解性能。當(dāng)KOT 微生物處于內(nèi)源呼吸時,利用的底物是微生物自身的細胞物質(zhì),其呼吸速度是恒定的,耗氧量與時間呈直線關(guān)系,這稱為內(nèi)呼吸線。當(dāng)供給KOT 微生物外源有機物時,耗氧量隨時間變化是一條特性曲線,稱生化呼吸線。把不同的有機污染物的生化呼吸線與內(nèi)呼吸線加以比較時,可能出現(xiàn)如圖1-4所示的三種情況:如1所示,生化呼吸線位于內(nèi)呼吸線之上,說明該有機物或廢水可以被KOT 微生物氧化分解。兩條

31、呼吸線之間的距離越大。該有機物或廢水的生物降解性能越好。如2所示,生化呼吸線與內(nèi)呼吸線基本重合,表明該有機污染物不能被KOT 微生物降解,但對微生物的生命活動無抑制作用。如3所示,生化呼吸線位于內(nèi)呼吸線下,說明該有機物對KOT 微生物產(chǎn)生了抑制作用,生化呼吸線越接近橫坐標(biāo),則抑制作用越大。6 KOT 生物處理系統(tǒng)降解污染物的過程6.1 KOT 微生物對大分子有機物的降解 多糖類的生物降解多糖類是由10個以上單糖殘基,以配糖體方式連接起來的高分子縮聚物,如纖維素、淀粉、半纖維等。它們被微生物分解時,首先都由相應(yīng)的細胞外酶系統(tǒng)把它們水解成單體,然后由細胞內(nèi)酶再進一步降解。纖維素是由3002500個

32、葡萄糖分子組成的高分子縮聚物,它的降解是在產(chǎn)纖維素酶的KOT 微生物作用下,被分解成二糖或單糖。淀粉可以作為KOT 微生物的碳源和能源,KOT 微生物可以產(chǎn)生的淀粉酶,使淀粉水解成麥芽糖和葡萄糖,再進入細胞內(nèi)被微生物分解利用。 脂類的生物降解脂肪類的生物降解途徑如下:時間(h 時間(h 時間(h 生化呼吸線內(nèi)呼吸線耗氧量(m g /g 生化呼吸線耗氧量(m g /g 內(nèi)呼吸線耗氧量(m g /g 生化呼吸線內(nèi)呼吸線 圖1-4 KOT微生物生化呼吸和內(nèi)呼吸比較脂肪+H 2O 脂肪酸甘油+高級脂肪酸甘油能被KOT 微生物利用作為碳源和能源,脂肪酸則通過氧化,分解成多個乙酸,最終徹底氧化成CO 2

33、。6.2 常規(guī)有機物的生物降解222R O CO H O +好氧菌(生物好氧氧化2222OR R RCOOH CO H O +兼氧菌好氧菌(生物水解+生物好氧氧化242R R RCOOH CH H O +兼氧菌(生物厭氧消化 6.3 抑制和消除有機酸、H 2S 、NH 3-N 有機酸的消除兼氧菌降解有機污染物產(chǎn)生的有機酸快速被好氧菌和厭氧菌分解,使系統(tǒng)無有機酸異味產(chǎn)生。 NH 3-N 的消除有機酸經(jīng)氨化菌氨化成NH 4+,經(jīng)硝化菌氧化成亞硝酸鹽及硝酸鹽,再經(jīng)反硝化菌在厭氧條件下進行脫氮。223423H ONO R H NHNH N NO -+-氨化菌 硫化物的消除KOT 系統(tǒng)中的硫化物可以被微

34、生物以三種方式氧化:第一種方式是以硫桿菌為代表的硫化細菌進行的氧化。硫桿菌屬于好氧微生物,為專性或兼性自養(yǎng)細菌,它們主要氧化硫化物、單質(zhì)硫或硫代硫酸鹽為硫酸或硫酸鹽,其氧化過程為:S 0 硫化物(H 2S 、HS -S 0 SO 32- SO 42-第二種方式是以絲狀硫細菌進行的氧化。以硫細菌、發(fā)硫菌為代表的絲狀硫細菌可將H 2S 氧化成單質(zhì)硫,積累在細胞中。當(dāng)需要時,細胞可氧化其自身體內(nèi)貯存的硫并獲得能量,其氧化過程為:硫化物(2H S 、HS -絲狀硫細菌0S 絲狀硫細菌24SO - 第三種方式是由光合硫細菌進行的氧化。光合細菌中的綠硫細菌和紅硫細菌能把H 2S 氧化成單質(zhì)硫,紅硫細菌能把

35、H 2S 進一步氧化成硫酸鹽,其氧化過程為:222222H S CO CH H O S +綠硫細菌紅硫細菌 6.4 生物脫氮生物脫氮分為硝化和反硝化兩個反應(yīng)過程。生物硝化作用是化能自氧型的硝化細菌將氨態(tài)氮氧化成硝酸鹽的一種生化反應(yīng)過程,這一過程需要在好氧環(huán)境下完成。生物反硝化作用是異養(yǎng)型的反硝化細菌將硝酸鹽還原為氮氣的過程,這一過程需要在缺氧環(huán)境和碳源充足的條件下完成。硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的過程為:硝化反應(yīng):224232NH O NO H H O +-+硝化細菌 反硝化反應(yīng):65537633222NO CH OH CO N H O OH +-+反硝化菌在KOT 系統(tǒng)中,缺氧和好氧環(huán)境同時存在,

36、硝化和反硝化反復(fù)進行,由此強化了生物脫氧作用,與傳統(tǒng)生物處理相比,脫氮效率顯著提高。 6.5 生物除磷KOT 生物反應(yīng)器中,沙雷氏菌等磷細菌可卵化有機磷,硝化細菌等細菌能把不溶性的磷酸鹽轉(zhuǎn)化為可溶性的磷酸鹽。在多種微生物的協(xié)同作用下,磷酸鹽可被還原為磷化氫而逸出,其作用過程為:礦化作用磷酸鹽(沉積吸附于載體內(nèi)微生物有機磷化物厭氧 R +PH 3+CO 2 磷酸鹽磷化作用PH 37 KOT 生物處理技術(shù)的應(yīng)用KOT 作為一種先進的生物處理技術(shù),有廣泛的應(yīng)用,具體的應(yīng)用有: 城市黑臭河道的生態(tài)修復(fù); 小區(qū)生活污水處理及中水回用工程; 景觀湖體的生態(tài)修復(fù); 污水的深度處理及回用工程; 水資源循環(huán)利用

37、工程; 化糞池糞便污水及城市糞便消納站處理工程; 各類食品、屠宰、釀造、畜產(chǎn)、水產(chǎn)等工業(yè)廢水處理工程; 醫(yī)院污水處理工程; 垃圾滲濾液處理工程。第二篇KOT生物技術(shù)應(yīng)用于黑臭河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)說明1 前言傳統(tǒng)的城市黑臭河道的治理方法大多采用綠化、駁岸、配水、截污、清淤、換水、甚至底質(zhì)硬化、明渠覆蓋等工程手段,未重視底泥和水體生物修復(fù)及河道生態(tài)系統(tǒng)的建立,出現(xiàn)邊治邊黑,邊黑邊治,河岸綠樹成蔭,河水黑臭依然的窘境,黑臭河道已成為許多城市迫在眉睫的難題。2 城市黑臭河道的常規(guī)處理方法城市黑臭河道的治理方法,大致可歸結(jié)為物理法、化學(xué)法以及生物法,目前主要以物理法為主。一般河道的底泥比較厚,且底泥中含有大

38、量的污染物,如有機質(zhì)、氮、磷等。城市河道大多為開放式,河水主要的污染源有兩類,一為排入河道的污水,另一類是從底泥釋放到河水的污染物。常規(guī)的治理河道的方法是清淤和截污,清淤的辦法是利用河道的閘門或人工做圍堰,將河道兩端封閉,再將河水抽干后采用機械的方法將淤泥清理干凈;截污是將排入河道的污染源截流處理。清淤包括機械或人工挖泥的方法,前者只能作為簡易的輔助手段,根本不能從根本上解決問題,而且耗費大量人力物力,效果甚微。機械挖泥法雖然能使局部環(huán)境短期內(nèi)得到改善,但這種方法難以全部徹底清除底泥的,而只挖去部分底泥對水質(zhì)不會發(fā)生任何變化,因為剩余的底泥仍會向水中釋放污染物,而且會造成短期內(nèi)污染物濃度增高的

39、現(xiàn)象,直至達成新的溶解與釋放平衡,水質(zhì)沒有任何改善。城市黑臭河道的常規(guī)處理方法有三方面缺點:河道清淤的工程量大,周期長、工程成本高;河道截污管理的難度大,短期內(nèi)無法實施;水質(zhì)改善后難以保持,由于開放式河道難以杜絕控制污染物排入,治理一段時間后,河道又逐漸黑臭,并逐漸形成新的污染底泥。3 KOT生物技術(shù)應(yīng)用于黑臭河道的治理3.1 KOT技術(shù)應(yīng)用在黑臭河道治理中的優(yōu)勢與常規(guī)的黑臭河道治理技術(shù)相比,采用KOT生物技術(shù)治理城市黑臭河道有以下優(yōu)勢:1、短時間內(nèi)即可消除河道的黑臭,效果立竿見影;2、河道不用清淤,多種自然環(huán)境微生物可逐漸降解河道淤泥;3、不用截污,經(jīng)過本方法治理后,河道可以降解沿途受納的污

40、染物;4、經(jīng)本方法治理后的河道可逐漸恢復(fù)河道固有的自凈能力,河道水質(zhì)不會再次惡化。3.2 KOT黑河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)曝氣充氧原理溶解氧含量是反映水體污染狀態(tài)的一個重要指標(biāo),污染水體溶解氧濃度的變化過程反映河流的自凈過程。溶解氧在河水自凈過程中起著非常重要作用,并且水體的自凈能力直接與曝氣能力有關(guān)。河水中的溶解氧主要來源于大氣復(fù)氧和水生植物的光合作用,其中大氣復(fù)氧是水體溶解氧的主要來源。有機物降解過程中耗氧速率大于大氣復(fù)氧與水生生物光合作用的復(fù)氧速率之和,使溶解氧迅速下降,甚至消耗殆盡而出現(xiàn)無氧狀態(tài),有機物的分解便從有氧分解轉(zhuǎn)為厭氧分解。細菌厭氧分解產(chǎn)生的二價硫和鐵形成硫化亞鐵(FeS,硫化亞鐵沉

41、淀造成黑色沉積,并產(chǎn)生臭味,使水生生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞(如圖2-1。如果在適當(dāng)位置向河水中進行人工充氧,加速水體復(fù)氧過程,避免出現(xiàn)缺氧狀態(tài),提高水體中的KOT好氧微生物活力,使水體污染物質(zhì)得到凈化,從而改善河流水質(zhì)。 圖2-1:溶解氧與污染物濃度及水生生物關(guān)系示意圖曝氣系統(tǒng)能保證水體的好氧環(huán)境,提高水體中好氧KOT微生物活性。人工曝氣能在河底沉積層形成一個以兼性菌為主的環(huán)境,并使沉積物表層具備KOT好氧菌群生長刺激的潛能。在采用曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的黑臭河道內(nèi)形成了一種多種KOT微生物和水生動植物共存的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng),有細菌、真菌、霉菌、藻類、原生動物、后生動物、底棲動物、水生動植物等。通過物理吸附

42、、生物吸收和生物降解等作用以及種類微生物和水生生物之間功能上的協(xié)同作用去除污染物,并形成食物鏈,達到去除污染物目的;同時,人工曝氣還能及時將氧氣輸送到根區(qū)附近,保證水生根區(qū)周圍的好氧環(huán)境,以發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的最大凈化功能。對黑臭河道進行人工智能曝氣,加速水體復(fù)氧過程,迅速氧化有機物厭氧降解時產(chǎn)生的H2S及FeS等等致黑臭物質(zhì),有效地改善或緩解黑臭現(xiàn)象,并且會形成Fe(OH2沉降,在底泥表層形成一個密實“沉積層”,可防止上層的底泥上浮,并防止底泥中的化學(xué)物質(zhì)進入到水體。3.3 底泥的生態(tài)修復(fù)水體底泥污染,是世界范圍的一個環(huán)境問題。就污染底泥來說,目前曾應(yīng)用過的生物修復(fù)工程技術(shù)有原位處理、生物通風(fēng)/曝

43、氣和疏浚等。這些方式從理論上都是可行的,并且效率較高,但是在實際實施過程中卻會碰到各種問題,大規(guī)模的應(yīng)用和推廣比較困難。目前在實際的工程實施中,我司采用加大人工曝氣量的做法,這樣即可以改變底泥的供氧環(huán)境,通過寄宿在底泥里的KOT 微生物逐漸降解底泥,工程實施簡單,且運行成本低廉。4 KOT 技術(shù)生態(tài)修復(fù)黑臭河道具體實施方式每個城市黑臭河道的水質(zhì)、水量、底泥厚度、污染源等情況都不同,所以采用KOT 技術(shù)生態(tài)修復(fù)黑臭河道的實施方式也不同,比較普遍的做法是:在開放式黑臭河道中,在河道一定長度的河段兩端分別通過垃圾格柵和土工布隔離設(shè)置一個生化緩沖區(qū),形成有利于KOT 微生物生長的環(huán)境;通過充氧設(shè)備對黑

44、臭河道進行充氧和推流,形成順流推動的平衡生態(tài);利用KOT 好氧、兼氧、厭氧微生物來降解河道中污染物(如圖2-2和圖2-3所示,快速消除河道的黑臭;同時利用KOT 微生物的降解作用逐漸減少河道的底泥,以河道底部及駁岸土壤作為具有自凈能力的KOT 微生物的宿居載體,使河道內(nèi)河水恢復(fù)自凈能力。下游上游格柵土工布曝氣機 河道圖2-2: KOT 生物處理技術(shù)治理黑臭河道流程示意 厭氧區(qū)兼氧區(qū)好氧區(qū)下游上游土工布KO T微生物自然復(fù)氧曝氣機水底圖2-3:KOT 生物處理技術(shù)治理黑臭河道原理示意在待處理河道的兩端均采用垃圾格柵和土工布隔離設(shè)置一個生化緩沖區(qū),其目的為:1、攔截河水中大的懸浮物和漂浮物,城市河

45、道中的垃圾比較多,攔截這些垃圾可以保證處理河段內(nèi)的設(shè)備正常運行;2、緩沖河水對待處理區(qū)域的河水水質(zhì)和水量的沖擊負荷;3、在生化緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)有曝氣裝置,對河水進行生化預(yù)處理,生化緩沖區(qū)可為自然環(huán)境微生物提供正常的生長環(huán)境。河道中的充氧設(shè)備還具有推流作用,可以增加河水的流動性和大氣復(fù)氧的效果,形成一個順流推動的平衡環(huán)境。5 KOT 技術(shù)生物修復(fù)黑臭河道的工程案例5.1 上海長浜黑臭河道生態(tài)修復(fù)項目長浜位于上海市寶山區(qū)與普陀區(qū)的交界處,與蘇州河支流桃浦河相連。每天排入長浜的工業(yè)廢水和未經(jīng)處理的生活污水約30005000噸, 本項目治理河段長約800米,為長浜與桃浦河相連的下游河道,平均寬度為18米,河底淤泥平均厚度為0.6米。本項目經(jīng)過長達兩年的專家論證,于2005年7月開始項目施工,7月下旬開始系統(tǒng)調(diào)試,8月底完成調(diào)試工作。9月初通過了上海水務(wù)局領(lǐng)導(dǎo)與專家的現(xiàn)場驗收。治理前河道狀況(一 治理前,河水黑臭現(xiàn)象嚴重治理前河道狀況(二 水體的溶解氧幾乎為零,透明度為零,河水中魚蝦絕跡。 投加KOT微生物后數(shù)日內(nèi),水質(zhì)即可明顯改善,處理區(qū)水由黑色變成黃色。水體的臭味開始明顯降低。 河水的透明度提高到0.3-0.4