6环境污染的生物净化方法

第六章环境污染的生物净化方法7/16/2020提纲废水的好氧生物处理法废水的厌氧生物处理法特定微生物处理法废水的微生物脱氮除磷有机固体废弃物的微生物处理大气污染物的微生物处理废水生物处理的原理活性污泥法的作用机制吸附作用分解和氧化作用具有较长的食物链具有良好的沉降性能废水生物处理的类型按微生物种类分好氧、厌氧、兼性处理按微生物存在状态分悬浮生长系统、固定膜系统、稳定塘系统按反应器形式分完全混合式、转盘式、流化床式等废水的微生物处理类型好氧处理厌氧处理活性污泥法生物膜法氧化塘法厌氧消化法厌氧生物膜法厌氧塘法利用特定微生物生理类群的处理：光合细菌利用自然生态系统的处理：土地处理净化法利用固定化微生物或其酶处理二级处理深度处理1污水的好氧生物处理法污水好氧处理时的COD转化有机物(CODtot)难降解的有机物(CODres)可降解的有机物(CODbc)简单无机物(CODmin)细胞物质(CODcells)未降解部分(CODubd)1污水的好氧生物处理法污水好氧处理的生化特点必需消耗氧气——用于有机物的完全氧化、细胞物质的合成和内源性耗氧。具有较高的污泥产率——当污水中的有机物含量高时，细胞的增殖较快，因此污泥较多；由于污泥富含有机质，所以应在经过适当处理后排放。1污水的好氧生物处理法污水好氧处理的生物类群存在形式：微生物积聚成絮状物（活性污泥）曝气时悬浮，静置时沉淀。生物类型：细菌：主要的降解者，包括动胶菌、假单胞菌、杆菌、球菌等；真菌：和细菌一起，位于食物链的最底层；原生动物、后生动物：位于食物链上层，捕食游离细菌，造成选择压力，澄清水体。1污水的好氧生物处理法活性污泥法——经典工作流程（推流式）初级沉淀池曝气池二次沉淀池清水污水空气回流污泥剩余污泥1污水的好氧生物处理法活性污泥法——工艺要点培养基（污水的预处理）：注意C、N、P三者的比例关系，可能需要补充营养元素；溶氧（曝气）：曝气方法有鼓风曝气、机械曝气、自吸式射流曝气、纯氧曝气等，曝气应充分，提高曝气效率的方法包括多点进水、完全混合曝气、递减曝气等；温度：30-35ºC最佳，实际为15-30ºC；pH：6.5—8.5，适于细菌生长。1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程递减曝气法初级沉淀池曝气池二次沉淀池清水污水回流污泥剩余污泥空气1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程多点进水法初级沉淀池机械曝气池二次沉淀池清水污水回流污泥剩余污泥1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程初级沉淀池机械曝气池二次沉淀池清水污水回流污泥剩余污泥1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程吸附再生活性污泥法初级沉淀池吸附曝气池二次沉淀池清水污水回流污泥剩余污泥再生曝气池1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程生物吸附氧化法（AB法）A段沉淀池B段曝气池B段沉淀池清水污水回流污泥剩余污泥A段曝气池剩余污泥回流污泥1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程连续环式反应池（氧化沟法）进水二次沉淀池回流污泥出水1污水的好氧生物处理法活性污泥法——其它工作流程批式活性污泥法进水出水进水期反应期沉降期排水期闲置期1污水的好氧生物处理法生物膜法——原理运动水层有机物层滤材层好氧生物膜层厌氧生物膜层1污水的好氧生物处理法生物膜法——生物滤池法1污水的好氧生物处理法生物膜法——生物转盘法出水进水进水出水1污水的好氧生物处理法生物膜法——接触氧化法和流化床法1污水的好氧生物处理法生物膜法的特点（与活性污泥法比较）微生物多样性高生物膜各段的微生物类群不同生物膜中的食物链较长单位处理能力大系统稳定、操作维护方便1污水的好氧生物处理法氧化塘法——原理氧化塘是一种大面积、敞开式的污水处理系统；氧化塘中主要由细菌对有机物进行降解；藻类利用细菌的分解产物生长，同时通过光合作用向细菌供氧（空气溶氧是辅助性的）；藻类O2小分子营养物细菌污染有机物N、P等污染无机物1污水的好氧生物处理法氧化塘法——原理——氧化塘中的食物链有机和无机污染物藻类和菌类浮游动物鱼类营养物质高等水生植物污水的好氧生物处理法氧化塘法——串联使用实例12废水的厌氧生物处理法厌氧处理中的COD转化有机物(CODtot)难降解的有机物(CODres)可降解的有机物(CODbc)甲烷(CODCH4)细胞物质(CODcells)残余部分(CODvfa)2废水的厌氧生物处理法复杂有机物厌氧降解的过程水解阶段：高分子被微生物释放的胞外酶分解为有机小分子，以便它们进入细胞酸化阶段：小分子有机物在胞内被产酸菌转化成简单化合物后，被产乙酸菌进一步转化成乙酸产甲烷阶段：乙酸、二氧化碳、氢气转化为甲烷2废水的厌氧生物处理法厌氧生物处理中的微生物类群水解、酸化由多种严格厌氧的发酵细菌完成，最重要的是梭状芽孢杆菌、拟杆菌；产乙酸是由乙酸杆菌、乙酸梭菌等完成的；产甲烷主要是有甲烷杆菌、甲烷短杆菌、甲烷球菌完成的，这些菌的增殖缓慢，且对pH极端敏感（最适pH为6.5-7.8），是需要重点关注的对象。2废水的厌氧生物处理法影响厌氧处理的因素温度：20-40ºC，比好氧处理稍高；溶氧：严格厌氧；pH：6.5-7.8，且要求有较高的缓冲能力；营养：对N、P的需求比好氧处理低3-5倍。2废水的厌氧生物处理法厌氧处理与好氧处理的比较优点：运行成本低（能耗、药品用量少）、污泥少且可作肥料、甲烷可作燃料；缺点：出水质量较差，需后处理，运行时间（启动时间）长，对毒物更敏感2废水的厌氧生物处理法厌氧活性污泥法——厌氧反应器法2废水的厌氧生物处理法厌氧活性污泥法——上流式厌氧污泥床（UASB）2废水的厌氧生物处理法厌氧生物膜法——厌氧滤池法3特定微生物处理法——光合细菌处理法光合细菌（PhotosyntheticBacteria,PSB)能进行光合作用的原核生物的总称，除蓝藻外，都能在厌氧条件下进行不产氧的光合作用；在厌氧光照和好氧黑暗条件下均能异养生长；降解能力强，效果稳定3特定微生物处理法——光合细菌处理法一般工艺流程异养菌将大分子降解成为小分子的有机物光合细菌将小分子有机物进一步降解藻类或好氧处理使废水达到排放标准可溶化处理PSBNo.1PSBNo.2PSBNo.3PSBNo.4沉淀池氧化池进水BOD10000mg/L回流低负荷废水出水菌种槽菌体利用4废水的微生物脱氮除磷——深度处理水体中N、P过多的危害造成水体富营养化现象，引发藻类“水华”（Bloom），产生毒素，使水体严重缺氧；大量藻类遗体的积累会使湖、河退化为沼泽；增加水处理成本（如自来水净化）；化合态氮、磷的积累对人和动物具有毒性。4废水的微生物脱氮除磷生物脱氮原理含氮有机物NH4+NO2—、NO3—N2氨化作用硝化作用反硝化作用4废水的微生物脱氮除磷影响反硝化作用的因素碳源浓度：BOD5:TN3硝酸盐浓度：大于0.1mg/L氧：缺氧环境，溶氧低于1mg/L温度：不低于15°C，最适20-35°CpH：最适为7.0-8.54废水的微生物脱氮除磷生物脱氮工艺流程悬浮污泥法生物膜法4废水的微生物脱氮除磷生物脱氮工艺流程——单级悬浮污泥系统进水去碳、硝化反硝化曝气沉淀出水排放提供反硝化的碳源消耗剩余的碳源4废水的微生物脱氮除磷生物脱氮工艺流程——多级悬浮污泥系统进水去碳反硝化曝气沉淀出水排放沉淀硝化沉淀4废水的微生物脱氮除磷生物脱氮工艺流程——反硝化滤池进水去碳和硝化滤池反硝化滤池出水4废水的微生物脱氮除磷生物除磷原理聚磷菌在好氧条件下大量吸收磷酸盐合成多聚磷酸盐颗粒（异染颗粒），在厌氧时又能释放磷酸盐于体外。通过创造厌氧、缺氧和好氧环境，使菌类先厌氧放磷，再好氧贮磷，最后通过排泥从污水中去除磷素。4废水的微生物脱氮除磷生物除磷的影响因素碳源浓度：有机物浓度越高越好；溶氧：厌氧池（0.2mg/L）、好氧池（3-4mg/L）硝酸盐：干扰厌氧放磷；温度：积磷菌本身对温度不敏感；pH：中性或弱碱性4废水的微生物脱氮除磷生物除磷工艺流程——A/A/O工艺——Anaerobic/Anoxic/Oxic工艺进水厌氧池缺氧池好氧池沉淀出水排放——UCT工艺进水厌氧池缺氧池好氧池沉淀出水排放4废水的微生物脱氮除磷——人工湿地和土地污水处理系统原理具有物理、化学和生物的综合效力；主要是依靠细菌的分解和转化作用；而植物起着供氧和消耗营养的作用。进水排水生物净化的下游处理问题——在生物净化中得到的富含营养物质的污泥或藻类如何处理？解决方案之一污泥（藻类）浓缩发酵肥料（饲料）生物净化的下游处理滇池中微囊藻的下游处理自然发酵脱毒后用作饲料和农肥豆制品废水的微生物处理黄泔水加热器厌氧塔污泥分离罐溢流液污泥贮罐蒸汽甲烷用户厌氧溢流液低浓度有机废水生物转盘二次沉淀煤渣过滤排放板框压滤干污泥沉淀鼓风造纸废水的处理中和槽贮水槽厌氧反应器好氧反应器生物活性碳柱化学混凝槽黑液的处理造纸废水的处理中段废水的处理初沉池曝气池澄清池清水排放空气N、P硫酸铝沉淀物活性污泥化学污泥气浮池板框压滤作燃料重金属废水的微生物处理生活污水格栅培菌池重金属废水反应池沉淀池过滤池排放金属回收回流小节：废水的微生物处理好氧处理厌氧处理好氧处理的COD转化、生物类群、生化特征活性污泥法（基本流程、影响因素、其它流程）生物膜法（原理、工艺）氧化塘法（原理、方法）厌氧处理的阶段、COD转化、影响因素生物类群、与好氧处理的比较厌氧生物膜法土地处理净化法原理深度处理：生物脱氮、除磷的原理、影响因素和典型流程应用举例：豆制品、造纸、印染和重金属废水的处理5有机固体废弃物的微生物处理适用于微生物处理法的固体废弃物1.农业废弃物2.城市垃圾中的有机物3.城市污水处理厂产生的干污泥5有机固体废弃物的微生物处理1.农业废弃物的处理——沼气发酵原理有机污染物丙酸乳酸乙酸、甲酸、H2CH4、CO2、H2O发酵细菌产氢、产乙酸细菌产甲烷细菌5有机固体废弃物的微生物处理水压式沼气池发酵流程原料准备沼气发酵液或活性污泥池外堆肥入池加水封盖发酵大换料中间补料5有机固体废弃物的微生物处理水压式沼气池5有机固体废弃物的微生物处理沼气发酵的影响因素溶氧：控制严格厌氧；营养：最佳碳氮比是12—16；固体颗粒尺寸：颗粒越小越好（有利于溶解）；发酵温度：50—58°C；pH：最适pH为6.4—7.2；搅拌：需适当搅拌。5有机固体废弃物的微生物处理2.城市有机固体废弃物的最终处理方法堆肥好氧堆肥厌氧堆肥卫生填埋蚯蚓床法土地耕作法5有机固体废弃物的微生物处理好氧堆肥原理好氧堆肥处理法的特点处理迅速、处理对象多、可杀死病原生物；设备和控制复杂、能耗较大。有机物＋O2———————CO2+H2O+NH3+SO42-+简单有机物＋能量好氧微生物（细菌、真菌、放线菌）5有机固体废弃物的微生物处理好氧堆肥的发酵时期和相应生物学机制发热阶段：中温好氧细菌和真菌利用最易分解的基质，产热升温；高温阶段：嗜热菌分解纤维素和半纤维素；50°C，嗜热真菌、放线菌、细菌60°C，仅放线菌和细菌缓慢活动70°C，微生物死亡或休眠降温和腐熟阶段（40°C）：中温微生物又占优势，需考虑保存腐殖质和N源。5有机固体废弃物的微生物处理堆肥过程的参数控制供氧量：适量、保持物料间的间隙率含水量：控制含水量为50-60%溶解有机物、调节肥料温度碳氮比：控制在20-35碳磷比：控制在75-150pH：初期5.5-6.0，末期8.5-9.05有机固体废弃物的微生物处理堆肥方法野积式堆肥（间歇堆肥法）纯垃圾堆肥、垃圾—粪便混合堆肥、垃圾—污泥混合堆肥连续堆肥法（工厂化机械堆肥）立式发酵、卧式发酵5有机固体废弃物的微生物处理堆肥方法—野积式堆肥流程（二次发酵式）5有机固体废弃物的微生物处理堆肥方法—立式多段发酵流程5有机固体废弃物的微生物处理堆肥方法—卧式回转圆筒形发酵仓系统流程5有机固体废弃物的微生物处理堆肥方法—高温动态二次堆肥工艺5有机固体废弃物