第二篇 第三章水环境污染控制

第三章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理有机污水的生物处理典型的城市污水处理厂机械法污水处理生物法污水处理污泥处理活性污泥的组成Ma——活性微生物群体Me——微生物内源代谢自身氧化的残留物Mi——原污水夹入的不能为微生物降解的惰性有机物Mii——原污水夹入的无机物活性污泥（混合液悬浮固体MLSS）MaMeMiMii活性污泥的结构与功能中心：菌胶团。活性污泥净化废水的机理：吸附、分解氧化、生物活性、自我繁殖、良好的沉降性能。活性污泥的组成好氧细菌：以异养型的原核细菌为主，形成菌胶团——在活性污泥中具有十分重要的作用，是污水处理的主力军——净化污水的第一承担者，也是主要承担者。真菌——与活性污泥有关的真菌是微小的腐生或寄生的丝状菌。这种真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能。大量繁殖时会引起污泥膨胀。原生动物——肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫等，主要摄食的对象是细菌，原生动物在种属和数量上随水处理的水质和细菌的状态而改变。后生动物（主要指轮虫），在完全氧化活性污泥法系统如延时曝气系统才出现。轮虫出现是水质稳定的标志。原生动物是细菌的第一捕食者，后生动物摄食原生动物，是生态系统的第二捕食者。Ma的主要组成有机物细菌原生动物后生动物活性污泥物理性能颜色：黄褐色。气味：泥土的芳香。密度：1.002－1.006。比表面积：20－100cm2/mL污泥。颗粒尺寸：0.02－0.2mm或20－200微米。含水率：大于99％。小于1％的含固率中，有机成分75－85％，无机成分15％－25％。污泥指标污泥干重（MLSS）挥发性污泥浓度（MLVSS）污泥沉降比（SV）：30min沉降率污泥指数（SVI=SV/MLSS）:每克干污泥所形成的沉淀污泥的体积微生物量的指标混合液悬浮固体浓度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii组成混合液挥发固体浓度（MLVSS），由MLVSS=Ma+Me+Mi组成SV：污泥沉降比（SettlingVelocity），又称30min沉降率（比）。混合液在量筒内静置沉淀30min后沉淀污泥的容积与原混合液容积的百分比。一般低于30％认为沉降性能好。SVI：活性污泥体积指数（SludgeVolumnIndex），指曝气池混合液沉淀30min后，每单位重量干泥形成的湿泥的体积（mL／g），通常SVI为100。测定方法：①在曝气池出口处取混合液试样；②测定MLSS(g／L)；③把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积(mL)；④按下式计算：好氧处理的基本原理二、好氧活性污泥净化废水的作用机理二沉池污水出水污泥剩余回流污泥污泥浓缩池干化设备氧化沟法三、好氧活性污泥法的几种处理工艺流程Carrousel式氧化沟荷兰DHV公司表曝机交替工作式氧化沟曝气转盘设备(美国USFilter产品)曝气转刷设备(OTV-Gruger产品)SBR法初沉池曝气池出水污水SBR法SBR反应器市政管网排水沉淀曝气沉淀吸附沉沙格栅出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥A段B段图21-25A-B法工艺流程AB法氧化塘又名稳定塘或生物塘，其对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。应用：城镇污水，可与其他工艺结合分类：根据微生物类型、供氧方式、功能划分四、氧化塘中的微生物群落及其处理废水机制净化原理五、菌胶团的作用有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境为原生动物、微型后生动物提供附着场所具有指示作用六、原生动物及微型后生动物的作用(一)净化废水作用提问:有哪些作用?①直接参与废物的去除捕食水中的悬浮的有机废物颗粒（细菌主要吃溶解性污染物）②吞噬细菌，净化出水水质细菌（尤其使游离细菌）本身也是有机污染物；•提问：游离细菌转化为原生动物同样是有机污染物，净化何在呢？3kg1kgCO2+H2O+盐2kg同理可知：食物链越长，净化效果远好。③产生絮凝物质，促进活性污泥的形成活性污泥颗粒主要是由细菌絮凝而成，实验证明小口钟虫、累枝虫和草履虫等纤毛虫能分泌一些粘性多糖，使他们能够附着在小的絮凝体上，同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。生产上常常发现在活性污泥培养初期，一旦处理系统中出现固着型纤毛虫，随后就可看到活性污泥絮体的形成并逐渐增大。(二)指示生物作用①依据原生动物数量、种类、优势种、个体活性与水质的相关规律。②优越性提问:与水质分析及细菌观察、计数相比好处何在?Ⅰ.观察测量容易仅需低倍显微镜即可活体观察Ⅱ.快速预报通常污水处理厂每天都要对本厂的出水进行水质监测，若超过国家规定的标准，就要及时追查原因，以求解决。出水BOD5（mg/l）30Y=81.6—19.4lgX20100103104有柄纤毛虫（个/ml）湖南石油化工厂的曝气池中的有柄纤毛虫与BOD5统计数据各厂情况不同，需独立总结。•但有些数据当天得不到如BOD5，根据原生动物与BOD5的对应关系，则可以作出快速的判断，缩短发现问题、解决问题的时间。③普遍规律如若发现群体的纤毛虫缩成一团钟虫的柄脱落纤毛虫接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊表明水中？存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。Ⅰ.水质毒物判断有些原生动物对水中的溶解氧变化十分敏感。如钟虫细胞前端出现气泡，运动迟缓，说明水中充氧不足，或溶氧过高、过低，水质将变坏。反之则表明溶解氧情况适中良好•Ⅱ.溶解氧判断Ⅲ.曝气池处理效果的判断曝气池运转好曝气池运转差种类多少数量多少鞭毛虫少或无很多（大于1万个/ml）游泳型纤毛虫漫游虫多，没有豆形虫、肾形虫没有漫游虫，豆形虫、肾形虫多（大于1万个/ml）固着型纤毛虫多且活跃畸形，运动迟缓原生动物孢囊无有二、好氧生物膜法生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等。生物填料悬浮型生物填料投加量普通接触氧化水解调节池好氧或厌氧流化床好氧好氧或厌生物塘或厌氧滤池反应池体积%8-13515-253-540-601cm人工填料悬挂型填料弹性立体填料网片式立体填料软性填料生物填料上的生物膜生物滤床浸没式生物膜反应器生物滤床AbdeckungDrehsprengerF黮lungeingestauteLuft鰂fnungeingestauterAblaufZulauf顶盖旋转喷淋装置填料浸没式给气装置出水入水普通生物滤池生物转盘(一)好氧生物膜中的微生物群落根据位置与功能不同——生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。普通滤池内生物膜的微生物群落表横向纵向各不相同滤扫生物膜面生物膜生物2~3mm0.3mm好氧区生物膜生物生物膜面生物滤池扫除生物所处位置膜内膜表面膜外层生物组成以菌胶团为主要组分，辅以浮游球衣菌、藻类等固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、颗体虫功能净化和稳定污、废水水质促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞生物滤池（塔）中的分层特征表上层中层下层营养物浓度高上层微生物的代谢产物及较低的有机物浓度有机物浓度很低，低分子上层微生物的代谢产物较多微生物种类细菌及少数鞭毛虫菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、豆形虫、肾形虫等菌胶团、浮游球衣菌、钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫相当于多污带相当于中污带相当于寡污带同一类型废水好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比项目BODCODSS(悬浮物)细菌病毒活性污泥法95%69.2%95%98%98%去除率生物滤池95%69.2%95%95%50%优缺点对比生物量耐冲击负荷污泥产生量污泥膨胀动力消耗管路堵塞活性污泥法较小较差多发生较合理否生物滤池较大较强少不发生较大是好氧生物膜的培养自然挂膜法活性污泥挂膜法优势菌种挂膜法第二节活性污泥膨胀和控制对策提问：什么是活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。本质—污泥密度变小或黏附能力下降。分非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类1.非丝状污泥膨胀①曝气力度过大，污泥碎裂膨胀提问：原因——？气泡夹带,密度降低；气泡机械破碎；细菌处于对数期多糖分泌减少②缺氧、厌氧膨胀漂泥提问：原因——？二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化N2、CH4)③进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；提问：原因——？油及泡沫降低污泥密度④生物中毒（pH波动大、补碱过量、温度过高、CODcr浓度骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）污泥膨胀原因——？细菌——休克死亡、粘液分泌减少⑤新污泥膨胀现象未驯化污泥对新类型废水不适应，不沉降或沉降极慢，长时间曝气驯化后恢复正常；原因——丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长丝状菌过渡生长的环境因素：A.温度B.溶解氧（DO）C.可溶性有机物及种类D.有机物浓度（C/N）2.丝状污泥膨胀（95％污泥膨胀）废水C/N比高，N少；无机金属离子较少原因——菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在稀溶液中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境（包括溶解氧、各种营养物）的生长；E.毒物冲击原因—菌丝体耐受能力强3.污泥膨胀的预防与控制对策提问：基于上述原理如何预防污泥膨胀？A.设调节池(及事故池)控制高负荷（BOD、毒物）冲击B.控制溶解氧溶解氧浓度必须控制在2mg/L以上。C调节废水的营养配比尽量逼近BOD5与N和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。补N——尿素或含氮量高的污泥消化池上清液补P——磷酸钠D.控制有机负荷BOD5的污泥负荷在0.2~0.3kg/（kgMLSS∙d）为宜E.改革工艺将活性污泥法改为生物膜法在曝气池中加填料改为生物接触氧化法SBR(即序批式间歇曝气反应器)法第三节厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;一、厌氧法的优点提问：优点有哪些？1．产生的沼气可用于发电或作为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电5400度电。2．对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350~500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。4．产生的污泥量少，运行费用低?繁殖慢；不需要曝气基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点提问：？1．出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；2．对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，37℃。3．厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。二、厌氧法的缺点4.初次启动过程缓慢,处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功5．处理过程中产生臭气和有色物质提问：是什么？臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。三、厌氧活性污泥法（一）．厌氧活性污泥的