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1、污水处理 微生物系统,哈尔滨与无锡停水事件,松花江与无锡太湖水的污染，看似偶然，其实必然，看似孤立事件，实则是整个中国大面积水污染严峻现实的一个缩影。,人民网报道 水利部部长汪恕诚曾通过媒体透露，初步摸底调查显示，我国有3亿多人饮水不安全，其中有1.9亿人饮用水有害物质含量超标。全国700余条河流约10万公里河长，46.5%受到污染，10.6%严重污染，水体已丧失使用价值。就连过去污染程度稍好的长江和珠江，近期也先后爆出忧讯：长江正在变成第二条黄河；珠江水位和流量一再跌破历史同期最低值，珠三角地区的供水安全备受威胁。盲目上马严重污染项目，过度消耗物质资源，种下了今天的祸患。,我国的污染物排放,
2、目前我国环境状况十分严峻，环境质量下降的趋势仍在继续，环境不断恶化。我国每年排放： 工业废水400多亿吨; 工业固体废弃物7000多万吨； 二氧化硫、漂尘等2000多万吨。 其结果是造成我国环境的全面污染和破坏,海洋赤潮,蓝藻水华,小河漂满污染物,河水污染,污水直扑长江,公路成了黑色,沙尘暴,“白色”污染,中国垃圾侵占土地面积达5亿m2,海龟吃塑料,以上这些都是表面的土地、地下水、空气污染等农田、工厂周边与搬迁、地下水、空气（城区与郊区）饮用水、食品安全等农村的污染现状农药、化肥、养殖业,畸形儿,废弃物的处理 固体废弃物的处理 废水/污水的处理 废气的处理 处理方法： 物理方法 化学方法 生物
3、方法 多种方法的结合,废水的控制指标及国家标准,生活污水(2002/1996) 项目 基本控制项目 一级标准 (A标 B标） 二级标准 三级标准 1 化学需氧量(COD)(mg/L) 50/60 60/60 100/120 120 2 生化需氧量(BOD)(mg/L) 10/20 20/20 30/30 60 3 悬浮物(SS)(mg/L) 10/20 20/20 30/30 50 4 动植物油(mg/L) 1/20 3/20 5/20 20 5 石油类(mg/L) 1/10 3/10 5/10 15 6 阴离子表面活性剂(mg/L) 0.5/5 1/5 2/5 5 7 总氮(以N计)(mg/
4、L) 15/- 20/- - - 8 氨氮(以N计) (mg/L) 5(8)/15 8(15)/15 25(30)/25 - 9 总磷(以P计)(mg/L) 0.5/1.0 0.5/1.5 1/3 5 10 色度/稀释倍数 30/50 30/50 40/80 50 11 pH 69 12 粪大肠菌群数(个/L) 103 104 104 -,部分一类污染物最高允许排放浓度（mg/L),序号 项目 标准值 1 总汞 0.001 2 烷基汞 不得检出 3 总镉 0.01 4 总铬 0.1 5 六价铬 0.05 6 总砷 0.1 7 总铅 0.1 8 蓝藻毒素 0.0001,工业废水的情况,工业废水的
5、情况比较复杂，国家针对不同行业制定了不同的检测指标与标准。总体上来说，比城市污水的标准要宽松些。,我国废水的处理现状,处理率：生活污水 90% 由于城镇化的加剧 工业废水 70% 乡镇企业 达标率：生活污水 80% 特别是在冬天 工业废水 60% 大部分采用生物法或与其他方法相结合。,污水的生物处理-环境生物技术,废水处理微生物系统,1、污水生物处理的基本原理 用于废水处理的生物反应器类型及工艺流程很多，视废水类型及污染程度而采用不同的生物反应器和工艺流程，其原理都是发挥各种微生物群落的代谢活性，以去除污水中的各种污染物。 各种反应器与运行工艺的根本目的，体现在3个方面： 1）维持高的细胞浓度
6、； 2）调节系统的微生物种群结构； 3）提高微生物的代谢活性。,一、污水生物处理的基本原理,2、污水（废水）处理的主要指标及其微生物学原理 废水处理的指标有很多，但最主要的是COD/BOD（有机物）、TN、TP等三项指标的控制。 COD：以强氧化剂（如重铬酸钾）在强酸性介质下氧化样品，以氧化剂的消耗量折算成氧的消耗量，因此COD包括了所有可以被该氧化剂所氧化的物质，如有机物、一些小分子无机物等。 BOD：通常以活性污泥为测定物对样品进行生物氧化而消耗的氧量，包括所有可以被活性污泥所氧化的物质。BOD/COD1 TN、TP：总氮、总磷，样品中所含的全部氮素和磷素。,一、污水生物处理的基本原理,2
7、、污水（废水）处理的主要指标及其微生物学原理 微生物的作用： 1）、有机物去除 有机污染物的生物去除处理可以分为：好氧生物处理、厌氧生物处理和兼氧生物处理。 好氧生物处理： 好氧微生物利用氧将废水中的有机物氧化成CO2和H2O。 相对来说，需要动力消耗较多，负荷比较低。 厌氧生物处理：有机物在无氧的条件下被厌氧微生物降解为CH4、CO2和H2O的过程。厌氧消化分为高温厌氧消化（55 0C）、中温（35 0C）厌氧消化和常温厌氧消化，不需要曝气动力消耗，负荷比较高。,一、污水生物处理的基本原理,一、污水生物处理的基本原理,兼性生物处理： 在兼氧条件下将大分子难降解有机物转换为小分子有机物的工程，
8、实际上为厌氧生物处理的第一阶段-水解酸化阶段。,一、污水生物处理的基本原理,2、污水（废水）处理的主要指标及其微生物学原理 微生物的作用： 厌氧消化的代谢过程如下： 厌氧微生物降解废水中含有的溶解性有机物及部分非溶解性有机物，分解后的主要产物是：CO2、H2O、CH4及合成厌氧微生物菌体。厌氧消化可分为四阶段，见下图：,一、污水生物处理的基本原理,一、污水生物处理的基本原理,第一阶段：有机物在水解酸化菌的作用下转化为H2，CO2，乙 酸和其他有机酸以及新细胞。部分大分子有机物转化为溶于水的小分子有机物，透过细胞膜被细菌所利用。 第二阶段：由于除H2/CO2和乙酸外，其他有机酸不能直接被产甲烷菌
9、所利用，这些有机酸的代谢是首先被产氢产乙酸菌利用，转化为碳酸，H2/CO2和乙酸以及新细胞，从而被产甲烷菌所利用。 第三阶段：H2/CO2和乙酸被产甲烷菌利用而转化为CH4、CO2和H2O以及新细胞。 第四阶段：存在一类细菌（同型产乙酸菌），该菌能将H2/CO2转化为乙酸而被产甲烷菌所利用。,一、污水生物处理的基本原理,参与厌氧消化的微生物类群 类微生物：水解酸化菌（Hydrolysis Bacteria or Fermentation Bacteria）将有机物转化为H2/CO2，乙酸和其他有机酸。该类微生物生长速度较快，世代时间从几十分钟到数小时。代谢速度快，对环境的适应能力较强。 类微生
10、物：产氢产乙酸菌（H2-producing Acetogenic Bacteria）将除H2/CO2和乙酸外的有机酸转化为H2/CO2和乙酸，从而再被产甲烷菌所利用。该类微生物生长速度较快，世代时间从几十分钟到数小时。代谢速度快，对环境的适应能力较强。,一、污水生物处理的基本原理,类微生物：产甲烷菌（Methanogenic Bacteria or Methane-producing Bacteria）只能利用一碳单位的有机物（如甲酸、甲醇和H2/CO2等）和唯一的二碳单位的乙酸，将其转化为甲烷。该类微生物的生长速度很慢，世代时间一般为3-5天，产甲烷菌代谢速度较慢，对环境的敏感度比其他几类菌
11、高。因此在通常情况下，厌氧消化系统的启动过程即是产甲烷菌的适应和富集过程。因此产甲烷阶段成为厌氧消化的限速阶段。 类微生物：同型产乙酸菌（Homo-acetogenic Bacteria）利用H2/CO2合成乙酸,该类细菌可以降低废水中的氢分压，从而有利于产氢产乙酸菌的代谢和产甲烷菌的生长与代谢。,一、污水生物处理的基本原理,一、污水生物处理的基本原理,脱氮处理传统脱氮工艺 微生物反应： 亚硝化细菌 NH41.382 O21.982 HCO3 0.982 NO20.018 C5H7O2N1.036 H2O1.891 H2CO3 NO20.003 NH40.01 H2CO30.003 HCO30
12、.488 O2 硝化菌 0.003 C5H7O2NNO3,一、污水生物处理的基本原理,微生物反应： 反硝化菌 NO3H NO2H2O 反硝化菌 NO2H N2H2O 需要好氧硝化厌氧反硝化的分体式反应器。,一、污水生物处理的基本原理,除磷处理： 有关生物除磷的机理，目前比较一致的看法是聚磷菌独特的代谢活动完成了磷从液态(污水)到固态(污泥)的转化。,VFAs,ATP,ATP,NADH,厌氧 好氧,Biomass,ATP,Maintenance Energy,Maintenance Energy,O2,PO43-P,PO43-P,Poly-P,Poly-P,CO2+H2O,二、污水生物处理系统的
13、基本类型 按微生物细胞在处理系统中的存在状况，可以将污水生物处理系统分为： 悬浮细胞污水处理系统 生物膜污水处理系统 活性污泥处理系统,2.1 悬浮细胞污水处理系统,在这样的处理系统中，微生物细胞是悬浮在所需处理的污水中而发挥作用。例如，氧化塘即是经典的悬浮细胞污水处理系统。氧化塘的效率较低，并需要较大的空间位置，氧化有机物所需的氧气来自于藻类的光合作用，并主要通过扩散被其他微生物所吸收利用，而且氧化作用通常不完全，随之而来的是臭味问题。由于它处于开放系统，它的处理效率受季节温度波动的影响很大，而且占地面积很大。,运行中的氧化塘,2.2 生物膜污水处理系统,生物膜法是一大类生物处理法的总称，共
14、同的特点是微生物附着在介质(填料)表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后, 溶解的有机物被微生物吸附、转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化。,生物膜构造及污染物去除示意图,载 体 表 面,BOD,H2O,O2,O2,NH3,空气,空气,CH4,H2S,CO2,BOD,NH3,流动水层,生物膜,液膜,厌氧,好氧,O2,废水,1. 生物膜中污染 基质的代谢； 2. 生物膜的生长 和脱落,生物膜污水处理系统的基本类型,A、滴滤系统(Trickling filter system)。该系统是一种简单且相对便宜的膜式好氧处理装置。在该处理系统中，通过转动的栅栏喷淋装置将污水均匀分布于多孔处理床(由石子等铺成)上，在多孔处理床上可生长多种微生物群落和原生动物，当污水缓慢地流过处理床时，微生物就吸收了其中的有机成分，而使得污水得到处理。在这样的处理系统中，天然形成了食物链，微生物吸收有机物生长繁殖，原生动物等以微生物为食，从而维持在一个动态平衡中。如果污水中的营养(BOD)过高，就会导致微生物的过量生长繁殖从而引起多孔处理床的堵塞，而使得处理效果下降。,上海金山石化总厂处理腈纶废水的塔滤系统,B、旋转生物接触氧化系统(Rotating Biological Contactor, RBC)或叫生物
