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1、第三章水的生物化学处理方法,废水处理微生物基础,生物化学处理原理,主要作用,废水生物处理的目的和重要性,废水生物处理的主要目的有以下3点： 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物； 稳定和去除废水中的有机物； 去除营养元素氮和磷。 废水生物处理的重要性,生物处理在废水处理中的地位,颗粒状有机物(1m) 胶体状有机物(1nm100nm) 溶解性有机物(1nm),沉淀过滤分离法,机械分离去除效率低,分子状态存在于水中,氧化法（生物法)处理的主要对象,氧化：化学氧化和生物氧化,生物化学处理工艺,自然过程及其强化,应用面广阔 城市污水60以上 世界上90生活污水用生物处理 大多数工业废水 废水中氮
2、的去除,我国水体中有机物污染状况,1、我国水环境污染特点 废水排放量巨大； 我国水环境中量大面广的污染物是有机物； N、P的污染也日益严重,2、水环境中有机污染的主要来源 生活污水：COD = 400500mg/l，BOD5 = 200300mg/l； 工业废水：主要有石油化工、轻工、食品等行业， 如：啤酒废水：820m3废水/m3酒，COD = 20003500mg/l； 酒精废水：1215 m3废水/m3酒，COD = 36 万mg/l； 味精废水：2535 m3废水/吨味精，COD = 610 万mg/l； 造纸黑液：120600 m3废水/吨纸浆，COD = 1015万mg/l 3、水
3、处理概况,有毒 直接危害水生生物及人类 慢性中毒 直接危害水生生物及人类 三致 致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康,危害,有机物污染的危害,消耗水中的溶解氧DO 水生生物受害 水质变差,污水的危害,污水的来源及危害,危害,有机物污染的危害,生活污水：家庭生活污水医院污水（经过消毒处理后）公共设施污水（如电影院、办公楼、餐厅等） 工业废水经过一定预处理之后 初雨径流当排水系统为合流制时 其它,废水生化处理理论基础,城市污水的定义,城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水,城市污水的组成,我国城市污水处理的发展及现状,始于二十世纪70年代,利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或
4、围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理,在全国已建成各种类型的稳定塘有38座，日处理城市污水约173万m3。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。,80年代，日益重视，有了较快发展,国家适时调整政策，推动了一大批城市污水处理设施的兴建。我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26万m3/d。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。,“八五”期间，发展高潮时期,排水系统配套：到1
5、995年，我国城市排水系统排水管道长度约为110062km，按服务面积计算，城市排水管网普及率为64.8%。 处理厂建设 ：城市污水处理厂169座(其中二级生化处理厂116座)，日处理污水479万m3，处理率8.69%。与1990年相比，城市污水处理厂增加89座(其中有北京高碑店、天津东郊、石家庄桥西、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理厂)，平均每年建污水处理厂17座。,国家给予相应资金和技术上的支持。19961999年竣工投入运行的城市污水处理项目有22个，投资59.58亿元，日处理规模371.7万m3；在建项目109个，计划投资161.83亿元，日处理规模832.0万m3。 据
6、统计，到2000年底，全国已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15%。2000年用于城市污水处理工程建设的总投资约为150亿元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。,“九五”期间， “三河” 、“三湖”、 “环渤海” 水污染治理,发展规划,根据我国国民经济发展计划和水污染防治规划中城市污水处理规划要求：到2010年，我国城市化率将达40，城镇人口总量将从现在的3.8亿增加到6.7亿，城镇需水量将从目前的858亿m3增加到1290亿m3。污水处理率建制镇不低于50，设市城市不低于60，重点城市不低于70。,“十五”期间，“三河三湖”流域规划新建城市污水处理工程
7、,城市污水处理系统的规划在我国正受到越来越多的重视。规划目标主要包括： 水源保护目标 水环境质量控制目标 污水再生利用目标,废水处理程度的分级,1、一级处理： 去除效果：BOD 30%, SS 50%； 主要功能： 去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担； 调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。 主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等 2、二级处理： 去除效果：BOD 8590%，SS 90%； 主要功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放； 主要方法：各种形式的生物处理工艺 3、三级处理： 主要目的： 去除二级处理出水中残存的SS、有机物
8、，或脱色、杀菌， 脱氮、除磷防止水体富营养化；方法： 主要方法： 物化法超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等； 生物法生物法脱氮除磷，等,废水生物处理工艺的分类,一、人工强化废水处理系统主要包括好氧生物处理工艺和厌氧生物处理工艺，将是本课程重点介绍内容。 二、天然废水生物处理系统主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统，其中生物稳定塘系统是在河流自净功能的基础上发展起来的；而土地处理系统则是在污水的土地灌溉技术的基础上发展起来的。,生物处理法分类,废水生物处理中的微生物,细菌 真菌 主要特点： 能在低温和低pH值的条件生长； 在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）； 能降解纤维素
9、。 真菌在废水处理中的应用： 处理某些特殊工业废水； 固体废弃物的堆肥处理 原生动物和后生动物,一、微生物及其特性 （一）微生物的分类,微生物与微生物反应,（二）微生物的特性 1菌体成分（水分含量、元素组成） 2细菌细胞的物理性质（大小与大小分布、密度） 3微生物培养液的性质,二、微生物反应及其在污染防治中的利用 （一）微生物反应的特点,复杂反应体系,基质、营养物、活细胞、非活性细胞、分泌产物等。,参与微生物反应的主要组分,微生物反应的总反应式（概括式）,碳源氮源其它营养物质氧细胞代谢产物CO2H2O,微生物代谢过程简介,微生物代谢的基本要素 能源、碳源、营养元素（无机营养物和有机营养物）,生
10、物处理涉及的微生物代谢过程, 化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌； 化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在研究阶段）、铁细菌等； 光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白； 光合自养型代谢：在废水生物处理中少有应用。,第1章绪论,基质利用 细胞生长 细胞死亡/溶化 产物生成。,微生物反应的类型,第一类产物：基质水平磷酸化产生的产物(如乙醇、乳酸，柠檬酸)。 第二类产物：由合成代谢生成较复杂的物质（
11、如胞外酶、多糖、抗生素、激素、维生素、生物碱等） 第三类产物：一般指在碳源过量、氮源等受到限制的条件下产生的一类物质（蓄能化合物，如多糖、储存于细胞内的糖原、脂肪等。),底物内部分子能量重排，并且伴有ADP转化为ATP的作用，它与呼吸链的电子传导无关。,第1章绪论,基质分解所产生的能量及其消耗途径,第1章绪论,（二）微生物反应的影响因素,微生物的种类 基质的种类和浓度(注意抑制作用) 环境条件 共存物质（注意刺激效应、抑制作用）,第1章绪论,（三）微生物反应在环境领域中的应用,污染水体、土壤的修复 城市污水及工业废水的生物处理 有机废气、挥发性有机物(VOC)及还原性无机气体的生物处理 有机废
12、弃物的堆肥处理,工业微生物反应与环境微生物反应器的不同 目的、微生物种类、规模,污染物的生物分解与转化,微生物反应的计量关系,一、微生物反应综合方程 （一）微生物浓度的表达方式,活性污泥： C5H7O2N C60H87O23N12P C118H170O51N17P C7H10O3N 大肠杆菌: C4.2H8O1.3N,在一定条件下，同一类微生物的细胞元素组成可以视为相对稳定。,（二）微生物细胞的组成式,一般用重量浓度表示：单位体积培养液中所含细胞的干燥重量来表示（gdry cell/L）。,好氧微生物反应： CHmOna NH3bO2 = Yx/cCHxOyNzYp/cCHuOvNw（1-Yx
13、/c-Yp/c）CO2cH2O a=zYx/c+wYp/c b=(1-Yx/c-Yp/c+m/4-n/2)+(Yp/c/4)(-u+2v+3w)+(Yx/c/4)(-x+2y+3z) c=m/2+( Yp/c/2)(-u+3w)+ (Yx/c/2)(-x+3z),SYxXYpP,（三）微生物反应的综合计量式,计量学限制性物质：细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质,生长速率限制性基质：在一定的环境条件下，向反应系统中加入某一基质，能使微生物生长速率增加，则该基质被称生长速率限制性基质。 （富营养化湖泊的营养限制因子）,反应系统中细胞的生长量（细胞干燥重量）与反应消耗掉的基质的重量之比(单位：g-d
14、ry cell formed/g-substrate consumed),二、细胞产率系数 （一）以基质重量为基准的细胞产率系数Yx/s,Yx/s值的大小：,可能小于1，也可能大于1,表 细菌的细胞产率系数,间歇培养过程中的细胞产率,总产率系数（overall cell yield）,（二）以碳元素为基准的细胞产率系数,Yx/c值的大小：,只能小于1，一般在0.50.7之间。,（三）以氧消耗量为基准的细胞产率系数,好氧微生物对有机物氧化分解过程,有机物的降解速率，微生物的存在方式、增殖规律，溶解氧的提供方式是好氧生物处理工艺的关键,第三节 废水的好氧生物处理,废水的好氧生物处理方法活性污泥法（
15、Activated Sludge Process）生物膜法（Biofilm）,活性污泥基本概念和原理,1912年英国人Clark and Cage发现对废水长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其 后Arden and Lackett研究发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥。 1916年英国建成第一座污水处 理厂，上图为活性污泥处理工艺基本流程。,目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺,1.1 活性污泥法的理论基础,1.1.1 基本概念与流程,活性污泥污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌
16、为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。,活性污泥法以活性污泥为主体的污水生物处理技术活性污泥法来源河流自净启示人工强化命名根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理、技术。,基本流程 污水格栅泵间沉砂池初沉池活性污泥曝气池二沉池消毒,1.曝气池：微生物降解有机 物的反应场所 2.二沉池：泥水分离 3.污泥回流：确保曝气池内生物量稳定 4.曝气：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌 混合的作用。,曝气系统与空气扩散装置,
