工业生物技术产业与生物加工技术

第十五章废水生物处理法第一节概述污水按污染源可分为无机污水和有机污水。生物方法处理污水的基本原理是：利用生物体的新陈代谢过程，将污水中的有机物消耗掉，以CO2排放到空气中和形成菌体以活性污泥的形式沉淀出来。生物方法在有机废水的处理中具有独到之处：①投资及运营费用低，适宜大量处理；②处理效果较理想；③处理彻底，不会造成二次污染；④处理过程操作简单，运行条件易于控制；⑤能够回收部分再生能源。废水的重要指标：1.BOD：生物耗氧量，利用耗氧微生物氧化分解水中的有机物时所消耗的溶解氧的量，以氧的mg/L表示。BOD实际表示的是废水中可生化降解的那部分有机物的相对含量，因此BOD与水体的污染程度呈正相关。2.COD：化学耗氧量，在一定条件下，用强氧化剂催化处理被测水样，在进行化学氧化时所消耗的强氧化剂的量，以氧的mg/L表示。它可以作为水体有机物相对含量的指标。常用的氧化剂为：重铬酸钾、酸性高锰酸钾。3.TOC：总有机碳，水体中所含的在105℃条件下的可燃烧碳。4.固形物TS：水体样在103～105℃时的恒重干燥物；SS：悬浮固形物，即可滤出固形物；DS：可溶性固形物；VS：挥发性固形物；FS：非挥发性固形物第二节厌氧生物处理法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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。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。3．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。二、厌氧法的缺点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。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臭气主要是硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等。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。厌氧活性污泥的性质和组成由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。呈灰色至黑色。有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能。颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm以上。微生物的组成主要有六种：由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架。二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段（又称酸化阶段）、产乙酸阶段、产甲烷阶段。框图表示见下图1．水解阶段在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物。2．发酵阶段梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等。3．产乙酸阶段上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。4．产甲烷阶段乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。厌氧活性污泥处理的工艺流程厌氧生物反应器发展第一代厌氧反应器——化粪池工作原理2级(平流沉淀+厌氧污泥消化)缺点：污泥量少、易被带出，静态消化全国各地使用广泛，为生活污水的预处理——液固分离处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌沼气阻挡收集污泥沉降第二代厌氧反应器：UASB反应器克服了第一代的缺点，且处理污水工业级UASB装置全世界有几千座UASB反应器，占所有厌氧反应器（第二代以上）总数的64%，应用广泛。UASB反应器完全混合型EGSB反应器厌氧滤池厌氧塘流化床-复合床第三代厌氧生物反应器EGSBICUBF厌氧膨胀颗粒污泥床内循环反应器流式污泥床过滤器第三节好氧生物处理法借助一些特殊装置，通过人工或自然的方式供给氧气，用来强化和维持好氧微生物的活动，促使菌体分解利用废水的有机物。一、活性污泥法：又称曝气法，是好氧微生物在通气条件下净化污水的方法。活性污泥：由菌胶团形成菌、原生动物、有机和无机胶体以及悬浮物组成的直径为0.05—0.5毫米的绒絮状颗粒。能吸附、氧化、分解有机物。复杂的生态系统：细菌占90%-95%有机物—细胞物质与CO2可培养、驯化。菌胶团二、氧化塘法：大面积敞开式的污水处理塘。利用细菌与藻类共生系统来分解污水中的有机污染物，使污水得以净化。细菌—氧化有机物—无机物—藻类--O2—细菌三、生物滤池法基本原理：污水通过由石块等滤料及其上附着的生物膜组成的滤床时，污水中的有机物被生物膜吸附，在好氧或厌氧条件下，被生物膜中的微生物分解。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