第二章废水二级处理

第四节废水的生物处理（一）生物处理废水基础知识1.生物处理中常见的微生物微生物植物－藻类动物原生动物－单细胞动物：肉足虫类、鞭毛虫类、纤毛虫类后生动物－多细胞动物：轮虫、线虫菌类细菌放线菌酵母菌霉菌病毒原核生物真核生物（真菌）一组活性污泥图片（细菌）菌胶团污泥细碎菌胶团菌胶团肉足虫（变形虫）游泳型纤毛虫固着型纤毛虫（累枝虫）一组活性污泥图片（原生动物）游泳型纤毛虫（草履虫）轮虫轮虫一组活性污泥图片（后生动物）原生动物和后生动物可以作为指示微生物2.细菌的新陈代谢1）营养物及作用80～90％水＋10～20％干物质10％无机物90％有机物Fe1%K6%Mn8%P50%S15%Na11%Ca9%C53.1%O28.3%N12.4%H6.2%2）营养类型菌类碳源氮源能源代表异养菌有机物有机物或无机物有机物分解释放的化学能大多数细菌自养菌CO2或碳酸盐氨或硝酸盐光能或化学能硫化细菌硝化细菌兼性菌无机物或有机物有机物或无机物光能或有机物释放的化学能氢细菌、红螺菌3）微生物的呼吸类型a.异养型微生物：有机物为底物，终点产物是无机物C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+2817.3KJb.自养型微生物：无机物为底物，终点产物是无机物H2S+2O2=H2SO4+能量NH4++2O2=NO3-+2H++H2O+能量（1）好氧呼吸（2）厌氧呼吸a.发酵：供氢体和受氢体都是有机物C6H12O6=2CH3COCOOH+4[H]2CH3COCOOH=2CO2+2CH3CHO4[H]+2CH3CHO=2CH3CH2OH总反应式：C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2+92KJb.无氧呼吸：受氢体是无机氧化物C6H12O6+6H2O=6CO2+24[H]24[H]+4NO3-=2N2+12H2O总反应式：C6H12O6+4NO3-=6CO2+6H2O+2N2+1755.6KJ3.微生物的生长规律（1）AB段：停滞期（2）BC段：对数期（3）CD段：静止期（4）DE段：衰老期活细菌数对数停滞期对数期静止期衰老期培养时间微生物的生长曲线DBCA0E4.微生物的生长环境（1）微生物的营养：碳源、氮、磷营养，BOD:N:P=100:5:1。（2）温度：类型最低温度最适温度最高温度存在环境嗜冷微生物05～1020～30水冷藏物中嗜温微生物525～3745～50大多数环境中嗜热微生物3050～6070～80土壤、温泉、堆肥中微生物生长的温度范围单位：0C（3）pH值：微生物种类最低pH值最适pH值最高pH值细菌和放线菌5.07.0～8.010.0酵母菌2.53.8～6.08.0霉菌1.53.0～6.010.0微生物生长的pH范围（4）毒物：重金属、硫化物、氰氢酸、木材提取物等毒物名称容许浓度（mg/l）毒物名称容许浓度（mg/l）锌5～20游离氯0.1～1铜5～20氯苯100铅1硝酸根50000铬酸盐5～20硫酸根5000氰5～20醋酸根100～150硫10～30苯100氨100～1000酚100亚砷酸盐5甲醛100～150砷酸盐20丙酮9000废水生物处理的毒物容许浓度5.废水的生物处理5.1废水的好氧生物处理有机物＋氧＋微生物（C.O.H.N.S.P）原生质（微生物的增长）CO2.H2O.NH3SO42-.PO43-能热＋合成分解2/31/3…….…………………随水排出好氧生物处理过程中有机物转化示意图5.废水的生物处理5.2废水的厌氧生物处理有机物＋微生物（C.O.H.N.S.P）原生质（微生物的增长）有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等＋能原生质（微生物的增长）CH4、CO2、NH3、H2S＋能产气阶段产酸阶段厌氧生物处理过程中有机物转化示意图……………………………合成合成分解分解好氧处理与厌氧处理的区别好氧处理厌氧处理微生物种群好氧微生物和兼性微生物先是厌氧菌和兼性菌，后是另一类厌氧菌产物CO2、H2O、NO3或NO2–、NO3–、PO43-、SO42-分解彻底，产能多；基本无害，出水无异臭。CH4、NH3、胺化物或N2、H2S等，氧化不彻底，产能少；产物复杂，出水异臭。反应速率有机物转化快，停留时间短，设备体积小。有机物转化慢，停留时间长，设备体积大。对环境要求要求充分供氧，对环境要求不太严。绝对厌氧，对环境pH、温度等要求严格。5.3厌氧与好氧比较之优点(1)不需设置曝气装置．这样既节省能量，又减少设备投资；厌氧废水处理技术在废水处理成本上比好氧处理便宜得多；(2)降解单位质量有机污染物，产生的生物固体量较少，仅相当于好氧处理法中的1/3～1/5；厌氧方法产生的剩余污泥量比好氧法少得多；(3)厌氧生物质中约有11％N与20％的P，生物质产量较少，厌氧方法对营养物的需求量小；(4)每降解1kg的COD，产CH4约为0.35m3；既消除污染，又回收了能源，一举两得；(5)厌氧方法的菌种（例如厌氧颗粒污泥）可以在中止供给废水和营养的情况下保留其生物活性与良好的沉淀性能至少一年以上；(6)厌氧法具有较强的耐有机物冲击负荷能力。可处理高浓度的有机废水，当废水浓度较高时，不需要大量稀释水。5.4厌氧与好氧比较之缺点(1)相对每单位生物质的基质去除率较低，为同一基质好氧处理时的1/4~1/10；出水COD浓度高于好氧处理，原则上仍需要后处理才能达到较高的排水标准；(2)污泥增长慢，去除1kg的COD，产生0.04~0.08kg的悬浮固体。因此厌氧反应器初次启动缓慢，一般需要8～12周时间，而且在正常运行时，突然废水流量下降时，维持系统生物污泥量是十分重要的问题。(3)厌氧过程中会产生硫化氢、有机酸、醛类等化学物质，其中有的物质既有恶臭又有腐蚀性；(4)某些氧化性的物质对厌氧微生物有一定的毒性和抑制作用。好氧生物处理技术及其设备活性污泥法生物膜法普通活性污泥法阶段曝气法渐减曝气法吸附再生活性污泥法完全混合活性污泥法序批式活性污泥法生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床好氧生物处理技术生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。共同特点：是在有氧的条件下，利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解的有机物。不同之处：微生物在处理构筑物中的生存方式有所不同。微生物生存方式：活性污泥法：曝气池中微生物以絮状体形式，悬浮于曝气池混合液中不断生长繁殖（悬浮生长）。生物膜法：反应器中微生物附着在载体的表面上形成一种生物膜，当废水流经其表面时，生物膜、水和空气相互接触，发生生物化学反应（附着生长）。固着于固体表面上的微生物对废水水质、水量的变化有较强的适应性；和活性污泥法相比，管理较方便；由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度较慢的微生物也能生息，从而构成了稳定的生态系。(二)生物膜法4生物接触氧化法2生物滤池3生物转盘5生物流化床1基本原理1生物膜法基本原理依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物（附着生长反应器）碎石卵石焦炭塑料材料真菌藻类原生动物后生动物一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫细菌（好氧、厌氧、兼性）生物膜的组成1.1生物膜法的净化原理•膜的表面吸取营养和溶解氧容易，微生物生长繁殖迅速，形成了好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层（1～2mm）。•内部营养和溶解氧的供应条件差，生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，形成了厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。1.2生物膜法的流程1.3生物膜法的特点1）微生物固着于固体表面，对废水水质、水量的变化有较强的适应性；2）管理较方便；3）由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生息，从而构成稳定的生态系。高营养级的微生物越多，污泥量自然就越少。生物膜法分为以下三类：1）润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等；2）浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如生物接触氧化；3）流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物流化床。2生物滤池生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究，1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大。典型的生物滤池的构造滤床布水设备排水系统自然通风,不设曝气系统.2.1生物滤池的构造建设中的生物滤池滤床滤床由池体和滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：①单位体积滤料的表面积要大；能为微生物附着提供大量的表面积：②使污水以液膜状态流过生物膜；③有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；④物理化学性质稳定，对微生物的增殖无危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生长；⑤有一定机械强度，不易变形和破碎；⑥价格低廉。几种常见滤料比表面积在98～340m2/m3，孔隙率为93％～95％比表面积在81～195m2/m3，孔隙率为93％～95％比表面积65～100m2/m3，孔隙率45％～50％塑料滤料比重小，孔隙率高，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10m以上。石质拳状滤料滤床高度：1～2.5m。孔隙率低，滤床过高会影响通风；太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。滤床高度同滤料种类的关系布水设备为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上•布水设备有固定式和移动式两种。•固定式布水装置由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成，喷水是间隙的，所以布水不均匀，配水的水头要高，配水池也较高（配水面高0.9～2.1m），故目前应用较少。移动式布水器组成及重要参数：水竖管和可旋转的布水横管组成，横管可以是多根，布水小孔的直径10～15mm，布水横管距滤料表面的高度0.15～0.25m，喷水旋转所需的水头0.6～1.5m，布水器在水压反推动力下旋转。旋转布水器的特点：布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。排水系统排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；支撑滤料排水系统组成：池子底面及开设于其上的沟渠。重要参数：池子底面坡度(0.01～0.03)；排水沟坡度0.005～0.02。排水总渠坡度0.003～0.005。重要提示：要保证不积淤流速(通常采用0.6m／s)，排水渠穿过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应不小于过水断面。排水口可设于池壁的一侧或数侧，但通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周。2.2生物滤池的工艺类型生物滤池分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和超负荷生物滤池（塔式生物滤池）。优点：处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，易于堵塞，影响环境卫生。普通生物滤池第一代工艺滤料粒径较小(25～70mm)，滤料层高度通常只有2～3m左右，多不采用回流措施；高负荷生物滤池第二代工艺处理水回流：（1）可以均化与稳定进水水质；（2）加大水力负荷及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜保持较高的活性；（3）抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。通过限制进水BOD5和采取处理水回流等技术措施，大幅度地提高了滤池的负荷率塔式生物滤池工艺特点：（1）内部形成较强的拔风状态，通风良好，污水、空气、滤料接触充分，充氧效果良好，传质速度快；（2）高负荷率，水力负荷为高负荷生物滤池2－10倍，生物膜活性高，净化效率也较高；（3）滤层内部的分层，能够承受较高的有机污染物的冲击负荷。第三代生物滤池高度达20m之多，常采用回流措施。采用塑料滤料。塔式生物滤池滤料滤料滤料进水沉淀池观察窗出水2.3工艺流程初次沉淀池生物滤池二次沉淀池初次沉淀池生物滤池二次沉淀池初次沉淀池一级滤池二级滤池二次沉淀池初次沉淀池一级滤池二级滤池二次沉淀池A增加生物膜的量B稀释进水CD2.4影响生物滤池功能的主要因素①滤床的比表面积和孔隙率：越大越好。②滤床的高度：有机物的去除率随高度的增加而提