第三节污水的生物处理

第三章污水的生物处理我国的水资源形势：城市和农业缺水十分严重;全国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。第一节概述一、污水处理的过程分为五个阶段：预处理(preliminarytreatment)一级处理(primarytreatment)二级处理(secondarytreatment)三级处理(tertiary)污泥处理(sludgetreatment)•预处理(preliminarytreatment)•去除粗砂粒和大的固体物，漂浮物和油污也在此阶段去除。•一级处理(primarytreatment)又称沉淀处理(sedimentation)悬浮固体以污泥的形式去除;去除70％~80％的悬浮固体、25％~40％的BOD5，减轻后续处理工艺的负荷和提高处理效果。•二级处理(secondarytreatment)又称生物处理(biologicaltreatment)主要利用构筑物内或特定外境中的微生物去除水中溶解的或胶体状态的有机物;去除80％~95％的BOD5，使城市污水BOD5下降到30mg/L以下。•三级处理(tertiary)又称高级处理(advancedtreatment)通过活性炭吸附、臭氧消毒和生物脱除等物理、化学和生物学方法去除氮磷营养盐、难降解物质、病原体等污染物。•污泥处理(sludgetreatment)将处理过程中产生的污泥经过脱水、稳定和处置。二、生物处理的优点和基本类型1、生物处理的优点①效率高普通活性污泥水处理厂，每天1m3曝气池能转换1~2kg干有机物，100倍于森林。②效果好BOD去除率达90%~95%，COD去除率为60%~70%。生物处理的优点含酚废水：萃取法：100mg/L生物法：≤1mg/L③适用范围广（与微生物特点相关）④成本低、运行费用少；⑤可处理的水量大，方法成熟生物处理是废水二级处理的首选方法生物处理的优点2、生物处理的基本类型生物处理的方法很多好氧处理厌氧处理活性污泥法生物膜法•微生物在构筑物中的状态•微生物与氧的关系三、生物处理的作用机理1、吸附作用(absorption)吸附作用在污水处理厂密集的微生物生态系统中可能起着主要作用。通过微生物的吸附特性得以去除废水中的一些不可降解的污染物，如合成有机物、金属盐类以及一些放射性物质。2．生物氧化和细胞合成作用•生物氧化和细胞合成作用是通过微生物酶的作用进行的。CHON十O2——→C5H7O2N(有机物)(新细胞)C5H7O2N十5O2→5CO2十NH3十2H2O十能量(细胞)(维持能)一、活性污泥法的特点（一）活性污泥的概念：以好氧性细菌为主体的微生物和水中的悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒。第三章污水的生物处理第二节活性污泥法颗粒大小约0.05~0.5mm，表面积为20~100cm2/mL，比重约1.002~1.006，静置时能立即凝聚成较大的绒粒而沉降。絮状体一般呈黄褐色，因水质不同也有呈深灰、灰褐，灰白等色。第三章污水的生物处理①通过以活性污泥或生物膜形式存在的微生物旺盛的代谢活动，氧化分解有机污染物，使污水净化。第三章污水的生物处理（二）活性污泥法的作用特点②微生物的代谢，无论合成或分解，都是一系列极为复杂的生物化学变化，有分解、合成、氧化、还原、转移、异构等各种反应，绝大多数是在特定的酶促作用中进行的。第三章污水的生物处理③活性污泥中的微生物不断地氧化分解污泥所吸附的有机质，合成新的微生物细胞。④活性污泥具有良好的沉降性能，使处理水与污泥分开，达到净化的目的。第三章污水的生物处理初级曝气池SECONDARYCLARIFIER①具有很强的吸附能力：活性污泥的比表面积小、菌胶团表面有丰富的粘液物质。据研究，10~30min内，生活污水中BOD的85%~90%可因活性污泥的作用而除去。（三）活性污泥的特征活性污泥的特征②很强的分解、氧化有机物的能力和pH缓冲力活性污泥是多种微生物和有机物颗粒的聚集体，分解、氧化有机物的能力和pH缓冲力巨大。活性污泥的特征③良好的沉降性能在污水处理过程中，活性污泥能将一些金属离子吸附，使与有机物形成络合物而得以沉降除去。活性污泥的特征（四）活性污泥法处理的类型1）推流式曝气处理：采用长方形曝气池。处理时，废水与活性污泥同时进入曝气池，向前方推进，直到池末端。2）完全混合曝气：与推流式曝气处理不同之处在于回流污泥直接进入曝气池而不是同废水混合后进入曝气池。活性污泥法的类型3）接触氧化稳定法。4）分段布水推流式活性污泥法。5）氧化沟式活性污泥法。活性污泥法的类型（五）活性污泥中的生物组分1、细菌•起主导作用，活性污泥中有多种细菌；•主要的优势种有：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属、假单胞菌属和动胶菌属以及球衣菌属等。动胶菌属球衣菌属•活性污泥中，细菌大多数以菌胶团的形式存在，呈游离状态的较少；•生枝动胶菌是最早发现的菌胶团形成菌;•现已知道埃希氏菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属的一些菌株均可以产生菌胶团。•在活性污泥中的一些丝状细菌，如球衣菌属、贝日阿托氏菌属和硫发菌属等，附着在菌胶团上或与之交织在一起，成为活性污泥的骨架。贝日阿托氏菌属2、原生动物①纤毛虫类：游泳型和固着型②鞭毛虫类③肉足虫类原生动物3、真菌类•青霉属(Penicillium)•头孢霉属(Cephalosporium)•枝孢属(Cladosporium)•镰孢霉(Fusarium)•地霉属(Geotrichum)•假丝酵母屑(Candida)•红酵母属(Rhodotorula)4、后生动物•轮虫类(rotifers)•线虫类(nematodes)线虫（五）活性污泥系统中微生物的演替和指示生物1、异养细菌和原生动物的演替•异养细菌和两种不同类群原生动物两次盛衰；•初期异养细菌大量繁殖，接着原生动物大量繁殖，由于细菌数量下降原生动物衰落，又使异养菌大量繁殖，又造成次生原生动物成为优势群，最后原生动物死亡。2、活性污泥系统中原生动物的演替植鞭毛虫→肉足虫→动鞭毛虫→小型游泳型纤毛虫→大型游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→匍匐型纤毛虫→轮虫。3、指示生物（六）活性污泥法的影响因素1.水中溶解氧(DO)•溶解氧太低会影响到活性污泥微生物的正常代谢活动，净化功能下降，易于滋生丝状菌产生污泥膨胀。•混合液溶解氧浓度过高，氧转移效率降低，浪费动力费用，还会引起絮凝体分散。•DO应保持在2.0~4.0mg／L左右。•活性污泥法消耗的O2是通过鼓风曝气系统或机械曝气系统供给。2.温度和pH•一般认为活性污泥处理中的适宜温度为15~30℃，10℃和30℃都会影响处理效果。•活性污泥微生物的最适pH值介于6.0~8.0之间。–pH4.5，原生动物全部消失，真菌将占优势，容易产生膨胀现象。–pH9.0，微生物的代谢速率也会受到影响。③营养盐浓度和平衡•活性污泥的生物合成，取决于能源物质的性质、浓度、氮和磷等的平衡，少量的钾、钠、硫、钙、镁、铁以及痕量的铜、锌、钻、铝等都是必要的。•一般认为BOD：N：P的比例为100：5：1是适宜的④食料微生物比（污泥负荷）•F/M比•F/M比既影响微生物的生长和代谢活动，又影响活性污泥系统的效率。通常以污泥负荷BOD/MLSS之比来表示•污泥负荷和容积负荷•污泥负荷(sludgeloading)–每日每千克混合液中的悬浮固体所能承受的BOD千克数，其单位是kgBOD／(kgMLSSd)。•容积负荷(volumeloading)，–每立方米曝气池体积每日所承受的BODkg数，其单位是kgBOD／(m3d)。5.污泥龄•污泥龄c(sludgeage)–指曝气池中微生物细胞的停留时间。有回流的活性污泥法，污泥龄就是曝气池全池污泥平均更新一次所需要的时间(以天计)。–普通活性污泥法—般c为5~15d，延时限气法c为20~30d，高负荷活性污泥法c为0.3~2.5d。6.有毒物质•无机物和有机物两类–无机物有重金属、硫化氢、卤族元素及其化合物，有机物有酚、醇、醛等。–重金属及其盐类是蛋白质沉淀剂，其离子易与细胞蛋白质结合，使之变性。（七）活性污泥的膨胀及其控制•正常的活性污泥：具有絮凝作用的菌胶团细菌占优势，同时有少量丝状细菌穿插其中，上面附有钟虫、楯纤虫和轮虫一类低等动物。•当活性污泥性质发生变化时，不易沉降，絮凝物随水漂流，致使出水BOD增高。这一现象称为污泥膨胀(sludgebulking)，1、活性污泥的膨胀2、引起污泥膨胀的原因和条件（1）污泥膨胀类型•有丝状菌性膨胀和非丝状菌性膨胀两种①非丝状菌膨胀–因高黏性物质大量积累而引起的膨胀。–低温季节容易产生，出现这种污泥膨胀时，废水净化效果良好，上清液清澈，但污泥难于沉淀。②丝状菌性膨胀–丝状菌性膨胀是由于丝状菌异常增长而引起的；–活性污泥呈棉絮状，沉降性能变差。通常所说的膨胀是指丝状菌性膨胀(filamentousbulking)。MicroscopicviewofahighlyfilamentousbulkingsludgefromanindustrialwastewatertreatmentplantBEFORE(left)andAFTER(right)treatmentwithSettle-on.Theadditiveclearlyhasrepressedthefilamentousbacteriaandgivenrisetostableactivesludgeperformance.导致产生丝状菌性膨胀的微生物•球衣菌(Sphaerotilus)•贝日阿托氏菌(Beggiatoa)•硫发菌(Thiothrix)•诺卡氏菌(Nocardia)•芽孢杆菌(Bacillus)•假单胞菌(Pseudomonas)•黄杆菌(Flavobacterium)•地霉(Geotrichum)•木霉(Tricboderma)•丝状的酵母污水处理厂常见的污泥膨胀(1)缺氮和缺磷的废水：如造纸废水、含酚废水和印染废水，污泥膨胀比较严重。(2)温度过高：夏秋季膨胀现象频繁。有时低水温也会有问题。(3)污泥负荷过低或高：一般认为污泥负荷超过0.35kgBOD／(kgMLSSd)就会膨胀。(4)废水中悬浮物低，低分子糖类多；(5)有毒金属、硫化物等毒物流入。解决办法(1)改进污水处理工艺–推流式一般不容易发生膨胀，–完全混合法易发生膨胀，采用间歇式进水可抑制膨胀发生。–活性污泥饥饿可抑制丝状菌的增长：菌胶团形成菌贮存能力高，丝状菌贮存能力低。解决办法(2)分析污泥膨胀原因，改变运行条件–废水中含硫化物较高引起硫发菌繁衍造成的，预曝气氧化除去硫化物，降低了硫发菌的含量，可消除膨胀；–提高溶氧浓度，溶氧21mg/L以上；–降低污泥负荷，控制BOD负荷为0.2~0.3kg／(kg.MLSSd)。解决办法(3)投加絮凝剂–在原因不明的情况下，投入絮凝剂可起到明显的效果。如投加铁盐(三氯化铁5~50mg/L)铝盐(按矾土计10~100mg/L)高分子絮凝剂解决办法(4)投加氧化剂–丝状细菌膨胀加氯气或加过氧化氢有效氯浓度为10~20mg/L(20mg/L污泥解絮)；过氧化氢浓度为100~200mg/L。–球衣菌对这些物质较敏感，而菌胶团形成菌不敏感。浓度不能过高，避免污泥解絮。第三节好氧生物膜法•利用固着在惰性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法称为生物膜法(biofilmprocess)，是一种重要的生物处理方法。•亦称固着膜法(fixed-filmprocess)，主要结构是生物滤池(biologicalfilter)•英国称为溶滤池(percolatingfilter)，美国称为滴滤池(tricklingfilter)。生物滤池生物滤池一、基本特点和类型1.生物滤池的优缺点：•优点：耗能少、维持费用低、运转管理方便，抗毒物冲击能力强，污泥量少。•缺点：规模较小，占地多–如果建立生物滤池污水处理厂的处理能力超过5万人污水的规模，占地太多，不适