廢水的生物處理法ppt課件

1、廢水的生物處理廢水的生物處理發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 水體污染：主要是由于人類活動排放的污染物進入河流、湖泊、海洋或地下水等水體，使水和水體底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價值，這種現(xiàn)象稱為水體污染。概述發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 按污染物劃分的污染類型衛(wèi)生學(xué)角度：化學(xué)性污染物、物理性污染物和生物性污染物。環(huán)境工程學(xué)角度：病原體污染，需氧物質(zhì)污染 、植物營養(yǎng)物質(zhì)污染 、石油污染 、熱污染 、放射性污染 、有毒化學(xué)物質(zhì)污染、鹽污染。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 防止水體污染的途徑主要有以下幾個方面（1減少污染物的排放。 改革生產(chǎn)工藝。 綜合利用廢水。（

2、2廢水無害化。（3對水體及其污染源進行監(jiān)測和管理。監(jiān)測指標(biāo)主要有：發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 pH值，反映水體或廢水的酸堿度及酸堿性污染物的含量； 懸浮物質(zhì)含量； 需氧有機物，主要測定BOD、COD等綜合指標(biāo)； 有毒物質(zhì)，如重金屬、氰化物、亞硝酸鹽的含量； 其它特定指標(biāo)，針對廢水特點而定。例如核電站排水的放射性指標(biāo)、醫(yī)院和生物制品業(yè)廢水的病原體指標(biāo)等。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 （4廢水處理技術(shù)或分離出廢水中各污染物質(zhì)，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。廢水處理應(yīng)針對污染物的不同特點，選用不同處理方法；這些方法可按作用原理分為：物理法、化學(xué)法、生物法。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 物理法 適用于

3、分離懸浮于水的不溶物。a沉淀法； b過濾法； c離心分離法； d氣浮法；e蒸發(fā)結(jié)晶； f反滲透法； 化學(xué)方法a混凝法；b中和法；c化學(xué)沉淀法；d氧化還原法；e電滲析法；生物方法a活性污泥法；b生物膜法和生物(氧化)塘法；c污水灌溉，對污水有綜合性凈化作用；發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 廢水處理流程廢水中污染物成分極其復(fù)雜多樣，任何一種處理方法都難以達(dá)到完全凈化的目的，而常常要幾種方法組成處理系統(tǒng)，才能達(dá)到處理的要求。按處理程度的不同，廢水處理系統(tǒng)可分為一級處理、二級處理和深度處理。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 一級處理只除去廢水中的懸浮物，以物理方法為主，處理后的廢水一般還不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)

4、，是預(yù)處理。二級處理最常用的是生物處理法，能大幅度地除去廢水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機物，使廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。深度處理是進一步除去廢水中懸浮物質(zhì)，無機鹽類及其它污染物質(zhì)，使之達(dá)到工業(yè)用水或城市非飲用水的要求。廢水處理流程的設(shè)計，根據(jù)其所含污染物的組成不同而不同。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 項目項目一級標(biāo)準(zhǔn)一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)pHBOD5(mg/L)COD/(ml/L)氨氮氨氮/(ml/L)磷酸鹽磷酸鹽/(ml/L)6-9 2060150.56-930120251.06-9 - - - -城市污水處理廠污染物排放濃度發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 微生物對污染物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)

5、化的適應(yīng)性微生物個體微小，比表面積大，代謝速率快；微生物種類繁多，分布廣，代謝類型多，具有多種降解酶；微生物繁殖快，易變異，適應(yīng)性強；微生物的降解性質(zhì)粒plasmid是對陌生化合物的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)；共代謝作用co-metabolism）；廢水生物處理原理發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 微生物對污染物降解與轉(zhuǎn)化的途徑礦化作用：有機物在微生物的作用下徹底分解為H2O 、CO2和簡單的無機化合物的過程。是徹底的生物降解終極降解），可從根本上清除有毒物質(zhì)的環(huán)境污染。包括氧化作用醇，醛、甲基、氨、亞硝酸、硫、鐵）、還原作用醇、硝酸、硫酸）、脫羧、脫氨基、水解、脫水。實質(zhì)都是酶促反應(yīng)。共代謝作用：當(dāng)環(huán)境中存

6、在其他可利用的碳源和能源時，難降解的化合物才能被利用被修飾或轉(zhuǎn)化但非徹底降解）。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 影響微生物降解轉(zhuǎn)化作用的因素微生物的代謝活性、種類、生長狀況；化合物的結(jié)構(gòu)消費“環(huán)境友好材料”）；環(huán)境因素：溫度：酶活、微生物生長速度、污染物溶解度；酸堿度：酶活、微生物生長速度、污染物物態(tài)；營養(yǎng)；氧；底物濃度；發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 微生物對常見污染物的降解與轉(zhuǎn)化有機物好氧降解的一般途徑 大分子有機物大分子有機物（多糖，脂肪，蛋白（多糖，脂肪，蛋白質(zhì)，）質(zhì)，）小分子有機物小分子有機物丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACo2+H2O胞外酶胞外酶氧化脫羧氧化脫羧三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)發(fā)酵

7、工藝學(xué)-污水處理 污水處理 廢水生物處理的類型據(jù)微生物種類好氧兼性微生物：活性污泥法、生物膜法；厭氧微生物：厭氧污泥法；藻類 ：氧化塘；據(jù)微生物生長方式懸浮生長：活性污泥法；附著生長：生物膜法；發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 廢水好氧生物處理生化需氧量(Chemical Oxygen Demand, BOD)在20條件下，微生物好氧分解水樣中有機物所消耗的氧量，BOD5；只能評價有機污染物中易生物降解的部分，不能全部反映污水中有機物含量。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 有機物被微生物攝取后，通過代謝活動，約有1/3被分解、穩(wěn)定，并提供其生理活動所需的能量；約有2/3被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)細(xì)胞

8、質(zhì)），即進行微生物自身生長繁殖。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對中、低濃度的有機廢水，或者說BOD5濃度小于500mg/L的有機廢水，基本上采用好氧生物處理法。在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機物的生物處理方法。廢水厭氧生物處理在這個過程中，有機物的轉(zhuǎn)化分為三部分進行：部分轉(zhuǎn)化為CH4；部分被分解為CO2、H2O、NH3、H2S等無機物，并為細(xì)胞合成提供能量；少量有機物

9、被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。由于僅少量有機物用于合成，故相對于好氧生物處理法，其污泥增長率小得多。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 由于廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運行費用低。此外，它還具有剩余污泥量少、可回收能量CH4等優(yōu)點。其主要缺點是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時間較長，處理構(gòu)筑物容積大等。為維持較高的反應(yīng)速度，需維持較高的溫度。對于有機污泥和高濃度有機廢水(一般BOD52000mg/L)可采用厭氧生物處理法。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 活性污泥法活性污泥 由細(xì)菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機和無機物質(zhì)組成的、有一定活

10、力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 活性污泥的性質(zhì)顏色黃褐色形狀絮絨顆粒味道土腥味相對密度曝氣池混合液：1.0021.003回流污泥：1.0041.006粒經(jīng)0.020.2mm20100cm2/mL比表面積發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個以細(xì)菌為主體的群體，除細(xì)菌外，還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物和后生動物?；钚晕勰嘀屑?xì)菌含量一般在107108個/mL；原生動物103個/m

11、L，原生動物中以纖毛蟲居多，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、蓋纖蟲、獨縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好?；钚晕勰嗟慕M成發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 活性污泥固形物指標(biāo)活性污泥的固形物為1-2%，可分為：MLSS：懸浮固體物質(zhì)總量；MLVSS：揮發(fā)性固體成分，有機物含量；MLNVSS：灼燒殘量，無機物含量；MLVSS包含了微生物量，但不僅僅是微生物的量，由于測定方便，目前用于近似表示微生物的量。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 活性污泥法的基本流程發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 活性污泥降解污水中有機物的過程活性污泥在曝氣過程

12、中，對有機物的降解去除過程可分為兩個階段：吸附階段穩(wěn)定階段由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 對活性污泥法曝氣過程中污水中有機物的變化分析得到結(jié)論殘留在廢殘留在廢水中的有水中的有機物機物從廢水中從廢水中去除的有去除的有機物機物微生物不能利用的有機物微生物不能利用的有機物微生物能利用的有機物微生物能利用的有機物微生物能利用而尚未微生物能利用而尚未利用的有機物利用的有機物微生物不能利用的有微生物不能利用的有機物機物微生物已利用的有機微生物已利用的有機物氧化和合

13、成）物氧化和合成）（吸附量）（吸附量）增殖的生物體增殖的生物體氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物廢廢水水中中的的有有機機物物發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 污水中有機物的去除規(guī)律；活性污泥利用有機物的規(guī)律；活性污泥吸附有機物的規(guī)律。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 如下圖：曝氣過程中，污水中有機物的去除在較短時間( 圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了；污水中的有機物先是轉(zhuǎn)移到污泥上(),然后逐漸為微生物所利用()；吸附作用在相當(dāng)短的時間(圖中是45min左右)內(nèi)就基本完成了()；微生物利用有機物的過程比較緩慢()。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 氣體傳遞和曝氣池一、引起吸附和氧化分解作用的微生物，即活性污泥；污泥馴

14、化；二、廢水中的有機物，它是處理對象，也是微生物的營養(yǎng)料；三、溶解氧，充足的溶解氧，為好氧微生物的生存、發(fā)揮氧化分解作用提供保障。構(gòu)成活性污泥法的三個要素發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 生物濾池法一、生物濾池的構(gòu)造 1、濾床濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 2.布水設(shè)備 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 3.排水系統(tǒng) 二、生物濾池法的流程 低負(fù)荷生物濾池又稱普通生物濾池所示為傳統(tǒng)的普通生物濾池的流程；發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 交替式二級生物濾池 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 幾種常用的回流式生物濾池法的流程 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 生物濾

15、池的機理 1.生物濾池的工作情況 污水流過濾床時，有一部分污水、污染物和細(xì)菌附著在濾料表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的粘膜，稱為生物膜。這個起始階段通常叫“掛膜”，是生物濾池的成熟期。 生物膜是由細(xì)菌好氧、厭氧、兼性）、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲等組成。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 2.影響生物濾池性能的主要因素 （1濾池高度 濾床的上層和下層相比，生物膜量、微生物種類和去除有機物的速率均不相同。濾床上層，污水中有機物濃度較高，微生物繁殖速率高，種屬較低級以細(xì)菌為主，生物膜量較多，有機物去除速率較高。隨著濾床深度增加，微生

16、物從低級趨向高級，種類逐漸增多，生物膜量從多到少。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 （3回流 利用污水廠的出水，或生物濾池出水稀釋進水的做法稱回流，回流水量與進水量之比叫回流比。 （2負(fù)荷率 負(fù)荷率的單位是m3(水)/ m3d或m3(水)/m2d；若提高負(fù)荷率，出水水質(zhì)將相應(yīng)有所下降。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 （4供氧 生物濾池供氧不足，生物膜好氧層厚度變薄。 一些研究表明，用生物濾池出水回流，增加濾床的生物量，可以改善濾池的工作。但懸浮微生物的增加，又可能影響氧向生物膜的轉(zhuǎn)移，影響生物濾池的效率?？梢?，回流對生物濾池性能的影響是多方面的，不可以一概而論?；亓鳛V池的回流比與污水濃度有關(guān)

17、。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 氧化塘法氧化塘又稱穩(wěn)定塘，按塘內(nèi)的微生物類型、供氧方式和功能等進行劃分，可分類如下： 1.好氧塘好氧塘的深度較淺，陽光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，塘內(nèi)菌藻共生，溶解氧主要是由藻類供給，好氧微生物起凈化污水作用。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 2.兼性塘兼性塘的深度較大，上層為好氧區(qū)，藻類的光合作用和大氣復(fù)氧作用使其有較高的溶解氧，由好氧微生物起凈化污水作用；中層的溶解氧逐漸減少，稱兼性區(qū)(過渡區(qū))，由兼性微生物起凈化作用；下層塘水無溶解氧，稱厭氧區(qū)，沉淀污泥在塘底進行厭氧分解。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 發(fā)酵工藝

18、學(xué)-污水處理 污水處理 3.厭氧塘厭氧塘的塘深在2m以上，有機負(fù)荷高，全部塘水均無溶解氧，呈厭氧狀態(tài)，由厭氧微生物起凈化作用，凈化速度慢，污水在塘內(nèi)停留時間長。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 4.曝氣塘曝氣塘采用人工曝氣供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起凈化作用，污水停留時間較短。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 5.深度處理塘深度處理塘又稱三級處理塘或熟化塘，屬于好氧塘。其進水有機污染物濃度很低，一般B0D530mg/L。常用于處理傳統(tǒng)二級處理廠的出水，提高出水水質(zhì)，以滿足受納水體或回用水的水質(zhì)要求。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 除上述幾種常見的穩(wěn)定塘以外，還有水生

19、植物塘(塘內(nèi)種植水葫蘆、水花生等水生植物，以提高污水凈化效果，特別是提高對磷、氮的凈化效果)、生態(tài)塘(塘內(nèi)養(yǎng)魚、鴨、鵝等，通過食物鏈形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，以提高凈化效果)、完全儲存塘(完全蒸發(fā)塘)等也正在被廣泛研究、開發(fā)和應(yīng)用。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 厭氧生物處理法早期的厭氧處理研究都針對污泥消化。污泥的厭氧處理面對的是固態(tài)有機物，所以稱為消化。對批量污泥靜置考察，可以見到污泥的消化過程明顯分為兩個階段。固態(tài)有機物先是液化，稱液化階段；接著降解產(chǎn)物氣化，稱氣化階段；二階段學(xué)說。 一、基本原理消化過程液化(酸化)液態(tài)污泥的pH迅速下降，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中有機酸是主體氣化(甲烷化)產(chǎn)生消化氣，主體

20、是CH4發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 第一階段最顯著的特征是液態(tài)污泥的pH值迅速下降。污泥中的固態(tài)有機物在無氧環(huán)境中降解時，轉(zhuǎn)化為有機酸、醇、醛、水分子等液態(tài)產(chǎn)物和CO2、H2、NH3、H2S等氣體分子，氣體大多溶解在泥液中。轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中有機酸是主體。 氣化階段產(chǎn)生氣體，類似沼澤散發(fā)的氣體，可稱消化氣，主體是甲烷，因此氣化階段常稱甲烷化階段。二氧化碳也相當(dāng)多，還有微量硫化氫。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 三(四)階段學(xué)說:大分子有機物(碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂肪等)水解細(xì)菌的胞外酶水解的和溶解的有機物酸化產(chǎn)酸細(xì)菌有機酸醇 類醛類等H2，CO2乙酸化乙酸細(xì)菌乙酸甲烷化甲烷細(xì)菌CH4甲烷細(xì)菌CH4

21、發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 在工程技術(shù)上，研究甲烷細(xì)菌的通性是重要的，這將有助于打破厭氧生物處理過程分階段的現(xiàn)象，從而最大限度地縮短處理過程的歷時。 參與消化的細(xì)菌，酸化階段的統(tǒng)稱產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌，幾乎包括所有的兼性細(xì)菌；甲烷化階段的統(tǒng)稱甲烷細(xì)菌，已經(jīng)證實的已有80多種。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 Bryant在分離培養(yǎng)奧氏桿菌的研究中，發(fā)現(xiàn)長期來被稱為的奧氏桿菌實際上是由兩株生理功能不同的細(xì)菌組成，一株為 M.S.，另一株為M.OH.。奧氏桿菌并不象人們以前認(rèn)為的能簡單地直接利用產(chǎn)酸階段的產(chǎn)物乙醇，而必須先在M.S.的作用下使乙醇氧化為乙酸放出H2，然后M.OH.利用產(chǎn)生的H2還原CO

22、2產(chǎn)生甲烷。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 Bryant的研究明確和突出了產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間嚴(yán)格的共生關(guān)系。如果奧氏桿菌M.OH.受到抑制，則H2就會積累，反過來會使M.S.亦受到抑制。同樣，如M.S.受到抑制，則不會產(chǎn)生乙酸和還原CO2所需的H2。進一步的研究表明，復(fù)雜有機物的絕大部分72%的CH4是經(jīng)過乙酸生成甲烷的。發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 研究這種共生關(guān)系對于厭氧工藝的改進有實際意義。有人提出，考慮到這種共生關(guān)系，反應(yīng)器中的剪切力要注意控制，不能在系統(tǒng)內(nèi)進行連續(xù)的劇烈攪拌。前聯(lián)邦德國一個果膠廠廢水厭氧處理裝置的運行實踐也證實，當(dāng)采用低速循環(huán)泵代替高速泵進行攪拌時，處理效果就會提高。 發(fā)酵工藝學(xué)-污水處理 污水處理 厭氧法為什么有機負(fù)荷率低，需要的停留時間長?與好氧法相比，厭氧法的降解較不徹底，放出熱量少