微生物在环境污染防治中的应用

《微生物在环境污染防治中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微生物在环境污染防治中的应用（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、环境微生物学第 8 章1第第 8 章章 微生物在环境污染防治中的应用微生物在环境污染防治中的应用8.1 微生物在水污染控制中的应用 8.1.1 水污染指标 BOD COD 8.1.2废水生物处理的原理 天然水体的自净作用 废水生物处理的原理 8.1.3 活性污泥法活性污泥法自 1914 年在英国建成活性污泥污水处理试验厂以来，活性污泥法已有八十多年的历史。 随着生产上的广泛应用，对其生物反应、净化机理、运行管理等进行了深入的研究，其工 艺流程也不断有所改进和创新，得到了很大的发展，是目前处理有机废水的主要方法。8.1.3.1 普通活性污泥法普通活性污泥法8.1.3.2 阶段曝气法阶段曝气法8.

2、1.3.3 渐减曝气法渐减曝气法克服普通活性污泥法曝气池中供氧、需氧不平衡的另一个改进方法是将曝气池的供氧 沿活性污泥推进方向逐渐减少，这即为渐减曝气法。该工艺曝气池中有机物浓度随着向前 推进不断降低、污泥需氧量也不断下降、曝气量相应减少，如图 44 所示。出水二沉池曝气池 进水a. 工艺流程回流污泥空气 剩余污泥b. 曝气池中供氧量和需氧量 之间的关系需 氧 量供氧量曝气过程图 44 渐减曝气法8.1.3.4 吸附再生活性污吸附再生活性污泥泥法法8.1.3.5 完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法8.1.3.6 批式活性污泥法批式活性污泥法8.1.3.7 生物吸附氧化法（生物吸附氧化法（AB

3、 法）法）8.1.3.8 延时曝气法延时曝气法延时曝气，又称完全氧化活性污泥法，为长时间曝气的活性污泥法。采用低负荷方式 运行，去除率高，污泥量少；同时由于曝气时间较长，一般都会有硝化作用发生。其缺点 是占地面积大，曝气量大，运行时曝气池内的活性污泥易产生部分老化现象而导致二沉池 出水飘泥。8.1.3.9 氧化沟氧化沟8.1.3.10 活性污泥法的其他几活性污泥法的其他几种种运行方式运行方式环境微生物学第 8 章28.1.4 生物膜法生物膜法十九世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生物过滤法，并应用于生 产。与其后出现的活性污泥法相比，前者体积负荷和 BOD 去除率都较低，环境卫生

4、条件 也较差，处理构筑物易堵，于是在本世纪四十至六十年代有逐渐被活性污泥法代替的趋势。 但到六十年代，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对水质要求的进一步提高，生物 膜法又获得了新的发展。近年来，属于生物膜法的塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧 化法和生物流化床得到了较多的研究和应用。这些新工艺与原有的以碎石为填料的生物滤 池相比，具有以下优点： 供氧充分，传质条件好； 采用轻质塑料填料后构筑物轻巧，填料比表面积大； 设备处理能力大，处理效果好； 不生长滤池蝇，气味小，卫生条件好。 生物膜法与活性污泥法的主要区别在于生物膜固定生长或附着生长于固体填料（或称 载体）的表面，而活性污泥则以絮体（

5、floc）方式悬浮生长于处理构筑物中。8.1.4.1 普通生物滤池普通生物滤池8.1.4.2 塔式生物滤池塔式生物滤池8.1.4.3 生物转盘生物转盘8.1.4.3 接触接触氧氧化法化法8.1.4.5 生物生物流流化床化床环境微生物学第 8 章38.1.5 厌氧生物处理厌氧生物处理早期的厌氧消化，主要处理 BOD 浓度 10,000 毫克/升以上、或固体含量为 27%的污 水、污泥、粪尿等。随着厌氧微生物和厌氧工艺的不断发展，在近 20 年，对各种低浓度污 水，以及有机固体含量高达 40%的麦杆、作物残渣等，都可采用厌氧工艺进行处理。在当 今能源紧张的情况下，世界上一些国家，对利用消化沼气、提

6、供处理厂内部所需的部分能 量，进行了积极的研究。8.1.5.1 化粪池化粪池最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池，流行于本世纪初，我国的一些城市至今仍在沿 用。化粪池主要用于居住房屋及公用建筑的生活污水的预处理。 化粪池分为两室。污水于第一室中进行固液分离，悬浮物沉于池底或浮于池面，污水 可以得到初步的澄清和厌氧处理；污水于第二室中进一步进行澄清和厌氧处理，处理后的 水经出水管导出。污水在池内的停留时间一般为 1224h；污泥在池底进行厌氧消化，一 般在半年左右清除一次。 由于污水在池内的停留时间较短、温度较低（不加温，与气温接近） 、污水与厌氧微 生物的接触也较差。因而化粪池的主要功能是预处理作

7、用，即仅对生活污水中的悬浮固体 加以截留并消化，而对溶解性和胶态的有机物的去除率则很低，远不能达到国家规定的有 关城市污水的排放标准。8.1.5.2 厌氧生物滤池厌氧生物滤池厌氧生物滤池的构造与一般的好氧生物滤池相似，池内设置填料，但池顶密封。如图 419 所示，废水由池底进入，由池顶部排出。填料浸没于水中，微生物附着生长在填料 之上。滤池中微生物量较高，平均停留时间可长达 150 天左右，因此可以达到较高的处理 效果。滤池填料可采用碎石、卵石或塑料等，平均粒径在 40mm 左右。为防止时间长后污 泥的堵塞，现在大多采用空隙率大的塑料填料。进水出水填 料消化气图 419 厌氧生物滤池厌氧生物滤

8、池的主要优点是：处理能力较高；滤池内可以保持很高的微生物浓度而不 需要搅拌设备；不需要另外的泥水分离设备，出水 SS 较低；设备简单、操作管理方便。 其主要缺点是易堵塞，特别是滤池下部的生物膜较厚，更易发生堵塞的现象。因而它主要 用于含悬浮物很低的溶解性有机废水。 根据对一些有机废水的试验结果，当温度在 2535时，使用碎石填料时，厌氧生 物滤池的容积负荷可以达到 36kgCOD/m3d；使用塑料填料时，容积负荷可以达到 310kgCOD/m3d。8.1.5.3 厌氧接触法厌氧接触法厌氧接触法流程类似于好氧的传统活性污泥法，如图 420 所示。废水先进入混合接环境微生物学第 8 章4触池（消化

9、池）与回流的厌氧污泥相混合，废水中的有机物被厌氧污泥所吸附、分解，厌 氧反应所产生的消化气由顶部排出；消化池出水于沉淀池中完成固液分离，上清液由沉淀 池排出，部分污泥回流至消化池，另一部分作为剩余污泥处置。进水出水混合接触池 （消化池）沉淀池剩余污泥污泥回流消化气图 420 厌氧接触法在消化池中，搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环等方式。排出的消化气可以用于 混合液升温，以增加生化反应速度。 厌氧接触法对于悬浮物含量较高的有机废水的效果较好，微生物可大量附着生长在悬 浮污泥上，使微生物与废水的接触表面积增大，悬浮污泥的沉降性能也较好。据报道，肉 类加工废水（BOD5约 1,0001,800mg

10、/L）在中温消化时，经过 612 小时的消化，BOD 去除率可达 90%以上。8.1.5.4 上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（UASB）(1) 概述概述上流式厌氧污泥床反应器是由荷兰农业大学在 1972 年开始研制，并于 1977 年工业化 生产应用。其构造如图 421 所示。废水自下而上地通过厌氧污泥床，床体底部是一层絮 凝和沉淀性能良好的污泥层，中部是一层悬浮层，上部是澄清区。澄清区设有三相分离器， 用以完成气、液、固三相分离：被分离出的消化气由上部导出，被分离的污泥则自动落到 下部反应区，出水入后续构筑物。其分离原理与好氧的完全混合活性污泥法（参照图 46）类似。厌氧消化

11、过程所产生的微小沼气气泡，对污泥床进行缓和的搅拌作用。进水出水消化气澄清区图 421 上流式厌氧污泥床反应器污泥层悬浮层床体污泥浓度可以维持在相当高的水平，如 4080 克/升，因而对于一般的高浓度有 机废水，当水温在 30左右时，容积负荷可达 1020kgCOD/m3d。 试验结果表明，良好的污泥床常可形成一个相当稳定的生物相，呈颗粒状较大的絮体 具有良好的沉淀性能，有机负荷和去除效率高，不需要搅拌设备，对负荷冲击、温度和 pH 值的变化有一定的适应性。该法的应用发展很快，世界上最大设计容量已达到每日处理数 千吨废水的水平。环境微生物学第 8 章5(2) UASB 的启动的启动UASB 反应

12、器由于不设填料，在投资和运行成本上更节省、更节能，同时操作相对简 单，易于控制，因此是目前应用最为广泛的厌氧反应器。UASB 反应器运行的三个重用前 提是： 反应器内形成沉淀性能良好的颗粒污泥； 以产气和进水为动力形成良好的菌 （污泥）料（废水中的有机物）接触搅拌，使颗粒污泥均匀地悬浮分布在反应器内； 设 计合理的气（沼气）、水（出水）、泥（颗粒污泥）三相分离器，使沉淀性能良好的污泥 能保留在反应器内，并保持极高的生物量。1）三相分离器 三相分离器的基本构造三相分离器的型式是多种多样的，但其主要功能均为气液分离、固液分离和污泥回流； 主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。图 422 所示为三相分

13、离器的基本构造型式。图图 422 三相分离器的基本构造三相分离器的基本构造 图 422 中的 a 式构造简单，但泥水分离的情况不佳，在回流缝同时存在上升和下降 两股流体，相互干扰，污泥回流不通畅。C 式也存在类似情况。b 式的构造较为复杂，但 污泥回流和水流上升互不干扰，污泥回流通畅，泥水分离效果较好，气体分离效果也较好。 三相分离器的布置形式三相分离器有多种多样的布置形式，下面将列出常用的几种形式。对于容积较大的 UASB 反应器，往往有若干个连续安装的三相分离器系统，如图 423 所示。图 423 三相分离器的布置形式2） UASB 反应器的启动和颗粒污泥的培养 UASB 反应器的启动指使

14、 UASB 系统中厌氧微生物（主要是颗粒污泥）数量不断增长， 使反应器达到设计负荷和有机物去除率的过程。由于厌氧微生物，特别是产甲烷菌增殖缓 慢（约为产酸细菌增长速率的 1/5） ，故厌氧反应器启动需要较长的时间。 为了缩短启动所需的时间，可在 UASB 反应器中接种。种泥以正在运行的其他相似性环境微生物学第 8 章6质的废水 UASB 中颗粒污泥为最佳，即使对于不同性质的废水，颗粒污泥也能很快适应， 但将延长驯化及启动的时间。此外不同温度范围的种泥也会延长启动的时间。例如，采用 高温种泥不利于中温反应器的启动。因此应尽量使用同一水质及同一温度范围的种泥。其 他常用的种泥可取自污泥处理厂污泥消

15、化池的消化污泥及牛粪和各类粪肥、下水道污泥， 甚至富含微生物的河底淤泥等。接种浓度至少不低于 10KgVSS/m3反应器容积。接种污泥 的填充量应不超过反应器容积的 60%。接种后可通过调节合适的温度、pH、负荷（营养）、防止毒物的冲击等手段使厌氧微 生物的数量不断增长。当以非颗粒污泥接种时，为避免絮状污泥在反应器的大量生长，从 而妨碍颗粒污泥的形成，必须通过流量的调控将絮状污泥和分散细小污泥从反应器中“洗 出”（wash out）。在启动初期污泥负荷控制较低，一般应低于 2KgCOD/(m3d)（或污泥 负荷低于 0.1 KgCOD/(KgVSSd)），这时不能追求处理效率、产气率。因为，此

16、时微生 物由休眠状态恢复，处于停滞期，对废水有一个适应的过程。进水 COD 浓度应控制在 10005000mg/L 为佳，当废水浓度过高或含有有毒物质时作稀释。当系统的 COD 处理率 达到 80%后可逐步增大负荷，每次可增加 2030%。负荷的增加可通过增加进水流量或减 少稀释水比例（对高浓度废水而言）来达到。这时须注意反应器内的 pH 及出水的 VFA。 若启动进程过快或负荷增加过多，因产甲烷菌增长慢，产酸菌可将废水中的有机物转化为 小分子有机酸，导致反应器内 pH 下降，VFA 积累。一般出水 VFA 应低于 8mmol/L，pH 不得低于 6.2，最好控制在 6.5 以上。若超过上述范围，应暂时停止进水 23 天，必要时 加碱调 pH 至 6.87.5，在稳定运行数天后，可按上述方式继续提高进水水量和浓度，重复 以上操作，直至达到预定的负荷。随着启动过程的进展，产气和上流