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1、5. 5. 特种废水的生物处理特种废水的生物处理 利 用 微生物的代谢作用，把水中的有机污染物转化为简单的无机物的过程，即利用微生物的生命活动过程来转化污染物，使之无害化的方法。 废水的生物处理过程是天然污水自净的人工化过程，人工浓缩的过程。废水的生物处理法废水的生物处理法根据微生物对有机物的降解能力和有机物对微生物的毒害或抑制作用：易降解的有机物，且无毒害或抑制作用； 可降解有机物，但有毒害或抑制作用； 难降解有机物，但无毒害或抑制作用； 难降解有机物，并有毒害或抑制作用。5.1.1 5.1.1 特种废水可生化性的评价方法特种废水可生化性的评价方法1. 1. 水质标准法水质标准法2. 2.
2、微生物耗氧速度法微生物耗氧速度法3. 3. 脱氢酶活性法脱氢酶活性法4. 4. 有机化合物分子结构评价法有机化合物分子结构评价法评价废水中有机物的生物降解性和毒害或抑评价废水中有机物的生物降解性和毒害或抑制性的常用方法：制性的常用方法：以废水中有机物的某些综合水质指标评价其可生化性。常用指标：BOD5 （代表废水中可生物降解的有机物）、 COD（采用强氧化剂时，代表废水中全部有机物）1. 1. 水质标准法水质标准法6生化需氧量（生化需氧量（Biological Oxygen Biological Oxygen Demand, BODDemand, BOD） 1 L 1 L废水中有机污染物在好氧
3、微生物作用下进行废水中有机污染物在好氧微生物作用下进行氧化分解时所消耗的溶解氧，单位是氧化分解时所消耗的溶解氧，单位是 mg/Lmg/L。BOD既是对水中可生物降解有机成分的间接指标，也是进行生化反应需氧量的直接反映，它是废水生物处理中最重要的参数之一。7生化需氧量生化需氧量由于微生物的降解作用较缓慢，废水中有机物完全由于微生物的降解作用较缓慢，废水中有机物完全降解完毕需要大约降解完毕需要大约20 d20 d左右的时间。因此，为实用左右的时间。因此，为实用起见，起见，一般取一般取5d5d所消耗的氧来作为指标，简称为所消耗的氧来作为指标，简称为BODBOD5 5。另外，由于温度不一样，微生物降解
4、作用也。另外，由于温度不一样，微生物降解作用也不一样，因此控制温度为不一样，因此控制温度为2020o oC C。 8化学需氧量化学需氧量(Chemical Oxygen Demand(Chemical Oxygen Demand，COD)COD) 用强化学试剂在化学氧化被测废水所含有机物用强化学试剂在化学氧化被测废水所含有机物过程中所消耗的氧量。过程中所消耗的氧量。CODCOD是度量废水中有机污染物含量的一个常用水质是度量废水中有机污染物含量的一个常用水质指标。指标。9化学需氧量化学需氧量 用强氧化剂用强氧化剂( (重铬酸钾或高锰酸钾重铬酸钾或高锰酸钾) )在酸性条件下能在酸性条件下能将废水中
5、有机物彻底氧化，其中碳水化合物被氧化为将废水中有机物彻底氧化，其中碳水化合物被氧化为H H2 2O O和和COCO2 2，此时所测定的氧，此时所测定的氧( (重铬酸钾或高锰酸钾中的重铬酸钾或高锰酸钾中的化合态氧化合态氧) )的消耗量即为化学需氧量。的消耗量即为化学需氧量。废水的可生化性废水的可生化性10 根据BOD5与COD的比值大小判断：B/C0.45 B/C0.30 B/C0.25 B/C0.2生化性好 可生化 较难生化 不易生化根据微生物与有机物接触后耗氧速度的变化特征，评价有机物的降解和微生物被抑制或毒害的规律。处于内源呼吸期的活性污泥的耗氧曲线称为内源呼吸耗氧曲线，投加有机物后的耗氧
6、曲线称为底物（有机物）耗氧曲线。一般用底物耗氧速度与内源呼吸速度的比值来评价有机物的可生化性。2. 2. 微生物耗氧速度法微生物耗氧速度法活性污泥或生物膜中微生物所产生的各种酶能够催化废水中的各种有机物进行氧化还原反应。其中脱氢酶类能使被氧化有机物的氢原子活化并传递给特定的受氢体，单位时间内脱氢酶活化氢的能力表现为它的活性。3. 3. 脱氢酶活性法脱氢酶活性法有机物的生物降解性与其分子结构有关，可根据归纳的规律判断有机物的可生化性。具体见教材60面。4. 4. 有机化合物分子结构评价法有机化合物分子结构评价法1. 生物处理方法（1）某种有机物对好氧菌来说是难降解的，但对厌氧菌来说，就不一定是难
7、降解的。（2）停留时间不同，降解结构不同。5.1.2 5.1.2 可生化性评价试验应注意的问题可生化性评价试验应注意的问题2. 微生物来源及浓度（1）当微生物与原来不能被其降解的有机物长时间接触后，会提高其降解能力。（2）微生物对某种有机物具有降解能力时，对于该有机物的化学结构相似的有机物，一般也有降解能力。（3）进行可生化性试验时，必须考虑微生物浓度。浓度过低，培养时间就会很长；浓度过高，因吸附作用使溶液中有机物的浓度降低，难于计算有机物的降解率（4）有机物浓度、营养物质、ph、水温、共存物质有机物浓度均有影响。5.1.2 5.1.2 可生化性评价试验应注意的问题可生化性评价试验应注意的问题
8、5.2 5.2 特种废水好氧生物处理特种废水好氧生物处理在有氧条件下，有机污染物作为好在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使氧微生物的营养基质而被氧化分解，使污染物的浓度下降的处理方法。污染物的浓度下降的处理方法。好氧生物处理原理好氧生物处理原理17有机物+O2+微生物能量+无机物（CO2、NH3）能量+无机物（CO2、NH3）细胞物质残留物分解，1/3合成，2/3内源呼吸80%20%好氧生物处理的特点好氧生物处理的特点好氧生物处理的反应速度较快，所需的好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较反应时间较短短，故处理，故处理构筑物容积较小构筑物容积较小。且处理过程中
9、散发的。且处理过程中散发的臭气较少臭气较少。目前对中、低浓度的有机废水，或者说目前对中、低浓度的有机废水，或者说BODBOD5 5浓度小浓度小于于500mg/L500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。法。18好氧生物处理好氧生物处理活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法191. 活性污泥法的基本原理5.2.1 5.2.1 好氧活性污泥法好氧活性污泥法19121912年英国的年英国的ClarkClark和和GageGage发现长时间曝气会产生污发现长时间曝气会产生污泥，同时水质明显改善。泥，同时水质明显改善。ArdenArden和和LockettLoc
10、kett发现了正是这些污泥对水质改善有着发现了正是这些污泥对水质改善有着关键作用，所以把这些污泥称为活性污泥。关键作用，所以把这些污泥称为活性污泥。21活性污泥法活性污泥法活性污泥活性污泥(activated (activated sludge)sludge)：是由多种好氧微生是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物物、某些兼性或厌氧微生物以及废水中的固体物质、胶以及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色体等交织在一起的呈黄褐色絮体。絮体。活性污泥法：活性污泥法：是以活性污泥是以活性污泥为主体的污水生物处理方法。为主体的污水生物处理方法。按栖息着的微生物分：活性污泥的组成大量的细菌真菌原
11、生动物后生动物 活性污泥活性污泥是以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物； 活性污泥中细菌含量一般在107108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数。 干固体和水分含水9899干固体12%MLSSMLVSSNVSS 一组活性污泥图片活性污泥的性质颜色黄褐色状态絮状颗粒味道土腥味相对密度曝气池混合液：1.0021.003回流污泥：1.0041.006粒径0.020.2mm25活性污泥中的微生物活性污泥中的微生物1 1、细、细 菌菌 直接摄取可溶性有机物；直接摄取可溶性有机物；主要的优势种主要
12、的优势种芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属、假单胞菌属和芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属、假单胞菌属和动胶菌属动胶菌属以及以及球衣菌属球衣菌属等。等。 27动胶菌属28球衣菌属29活性污泥中的微生物活性污泥中的微生物2 2、原生动物、原生动物鞭毛虫纤毛虫34活性污泥中的微生物活性污泥中的微生物3 3、微小后生动物、微小后生动物轮虫类轮虫类(rotifers)(rotifers)线虫类线虫类(nematodes)(nematodes)微小后生动物常摄食污泥中细菌、原生动物残骸的碎片等。35线虫轮虫37活性污泥法的基本流程活性污泥法的基本流程活性污泥法由活性污泥法由初沉池、曝气池、二沉池、曝气系统以初沉
13、池、曝气池、二沉池、曝气系统以及污泥回流系统及污泥回流系统组成。组成。曝气池与二沉池是活性污泥法的基本组成。曝气池与二沉池是活性污泥法的基本组成。活性污泥法的基本流程 二沉池39活性污泥法的流程图活性污泥法的流程图废水在曝气池一般停留3-5小时，能去除水中的BOD为90左右。曝气池二沉池回流污泥剩余污泥空 气处理水初沉池废水污泥40活性污泥工艺在污水工艺中的位置41曝气池基本原理基本原理生物絮凝体悬浮在废水中形成混合液，废水中的有机物同活性污染微生物充分接触。溶解性有机物被细胞吸附和吸收，进入细胞原生质内，并在细胞内酶作用下氧化分解。废水中悬浮状态和胶态有机污染物被吸收后，先在微生物细胞外酶作
14、用下分解为溶解性的低分子有机物，在进入细胞内部。新的细胞物质不断合成，活性污泥的数量也不断增多，将悬浮于废水中的活性污泥进行分离后，排出的即为净化后的废水。（1）黏附和附聚 黏质层是活性污泥的特有结构（2）吸附和吸收 活性污泥具有相当大的吸附能力，这是由于活性污泥比表面积大。（3）有机物分解和有机体合成 活性污泥的再生（4）凝聚和沉淀 微生物具有凝聚性能，可形成大块菌胶团。沉淀是混合液内固相活性污泥颗粒同废水分离的过程。活性污泥净化废水过程包括以下几个阶段：活性污泥净化废水过程包括以下几个阶段：（1）营养活性污泥法对氮和磷的需要量与被处理废水BOD浓度有关：BOD:N:P=100：5：1（2）
15、混合液温度a.温度对活性污泥处理反应速度的影响与废水中有机物特性和所处的状态有关b.温度对出水水质有影响2. 2. 营养和混合液温度对活性污泥处理工艺的营养和混合液温度对活性污泥处理工艺的影响影响从图中可知，温度高于35摄氏度时，混合液的成层沉淀速度随温度升高而下降。实践表明，温度为36摄氏度时，絮凝体尺寸大且有原生动物存在，可是当温度为43摄氏度时，污泥絮体发生解体且未发现原生动物和丝状微生物存在。目前活性污泥法温度范围438摄氏度3. 3. 活性污泥法的选择活性污泥法的选择（1）推流式活性污泥法有机物浓度变化梯度大，利于菌胶团细菌生长，不利于丝状微生物生长。优点：活性污泥絮凝性能好，易沉淀
16、。缺点：曝气池稀释能力小适于处理易降解的工业废水和生活污水（2）完全混合活性污泥法优点：该法对废水流量和水质变化抵抗能力强，具有中和、调节和稀释能力。缺点：不适于易降解有机废水的处理，丝状菌易于生长繁殖而导致活性污泥碰撞。（3）生物选择器完全混合式活性污泥法采用完全混合活性污泥法可在完全混合曝气池前设生物选择器以抑制丝状菌生长可处理易生物降解的有机废水。好氧生物选择器：菌胶团细菌生长速度超过丝状菌用活性污泥法处理城市污水时，出水悬浮物可低于20mg/L。但是处理工业废水时，出水悬浮物浓度往往很高。原因如下：（1）废水总溶解固体（TDS）浓度高导致污泥絮体分散（2）曝气池混合液温度变化造成絮体分
17、散，温度温度时，混合液的沉降性能会得到恢复。（3）污泥负荷过低或过高，都会使活性污泥的宁旭性能变差。（4）废水含有机分散剂过高，会是出水悬浮物浓度随表面张力的提高而有所上升。4. 4. 出水悬浮物的控制出水悬浮物的控制解决办法解决办法52（1 1）连续进水的间歇式活性污泥法（）连续进水的间歇式活性污泥法（）连续进水的间歇式活性污泥法（）连续进水的间歇式活性污泥法（SBRSBR）连续进水的间歇式活性污泥法连续进水的间歇式活性污泥法(sequencing batch (sequencing batch reactor, SBR)reactor, SBR)：是一种间歇运行的污水生物处理工是一种间歇运
18、行的污水生物处理工艺。艺。该工艺每个运行周期可以划分为：该工艺每个运行周期可以划分为：进水期、反应期、进水期、反应期、沉降期、排放期和闲置期沉降期、排放期和闲置期五个阶段。五个阶段。5. 典型活性污泥法处理工艺1. 工艺简单、节省占地及基建费用，运行管理自动化，操作简单。2. 反应推动力大、效率高。3. 较易适应负荷变化以及处理出水水质标准的变化4. 耐冲击负荷能力强，具有处理高浓度有机废水的特性。5. 合理控制SBR运行条件，可有效防止污泥膨胀。特点特点分为三个反应区：生物选择区；缺氧区；好氧区。各区容积比一般为1:5:30.（2 2）循环式活性污泥系统（）循环式活性污泥系统（CASTCAS
19、T）氧化沟属于活性污泥处理工艺的一种变形工艺，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为氧化沟，又称环形曝气池。优点：构造型式多样性 氧化沟曝气设备的多样性 曝气强度可调节 简化了预处理和污泥处理 不设二沉池 具有推流式的某些特征（3 3）氧化沟工艺）氧化沟工艺56生物膜法生物膜法生物膜：生物膜：通过附着而固定在特定载体（石头、沙砾或通过附着而固定在特定载体（石头、沙砾或塑料网等）上的结构复杂的微生物群落形成的一层黏塑料网等）上的结构复杂的微生物群落形成的一层黏液状膜。液状膜。生物膜法生物膜法(biofilm process)(biofilm process)：利用
20、附着在惰性材料利用附着在惰性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法。表面的膜状生物群落处理污水的方法。生物膜法是一种重要的生物处理方法。生物膜法是一种重要的生物处理方法。57生物膜法生物膜法通过废水和生物膜的通过废水和生物膜的相对运动相对运动，使废水和生，使废水和生物膜接触，进行固液两相的物膜接触，进行固液两相的物质交换物质交换，并在，并在膜内进行有机物的生物氧化与降解，使废水膜内进行有机物的生物氧化与降解，使废水得到净化，同时，膜内微生物不断得到生长得到净化，同时，膜内微生物不断得到生长和繁殖。和繁殖。生物膜技术的发展和分类生物膜技术的发展和分类18931893年，英国出现在粗滤料上喷洒污水，
21、进行净化。年，英国出现在粗滤料上喷洒污水，进行净化。2020世纪世纪20-3020-30年代，生物滤池为主的生物膜法得到了广泛应年代，生物滤池为主的生物膜法得到了广泛应用。用。2020世纪世纪40-5040-50年代，由于活性污泥法的发展，生物膜法工艺年代，由于活性污泥法的发展，生物膜法工艺出现停滞状态。出现停滞状态。2020世纪世纪6060年代以后，因为新型的有机合成材料开始大量生产，年代以后，因为新型的有机合成材料开始大量生产，出现了各种有机合成的高效填料，生物膜法获得了新的发展。出现了各种有机合成的高效填料，生物膜法获得了新的发展。2020世纪世纪7070年代以后，各种新型工艺相继出现，
22、生物膜法成为年代以后，各种新型工艺相继出现，生物膜法成为和活性污泥法并列的污水生物处理技术，得到广泛应用。和活性污泥法并列的污水生物处理技术，得到广泛应用。5859生物膜的净化原理生物膜的净化原理生物膜具有强烈的吸附、吸收、分解作用，微生生物膜具有强烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新细胞，膜不断加厚。物合成新细胞，膜不断加厚。生物膜达到一定厚度时，生物膜内层形成厌氧层，生物膜达到一定厚度时，生物膜内层形成厌氧层，厌氧层逐渐扩大增厚，随后造成生物膜整块脱落。厌氧层逐渐扩大增厚，随后造成生物膜整块脱落。滤料表面又生成新的生物膜，如此循环往复不断滤料表面又生成新的生物膜，如此循环往复不断更新。更
23、新。 1.生物接触氧化法处理流程的选择2.填料的选择3.接触停留时间的确定4.气水比的确定5.防止填料堵塞的措施生物接触氧化法应用时应注意的问题生物接触氧化法应用时应注意的问题61生物膜法生物膜法生物膜法生物滤池生物接触氧化池生物转盘生物流化床生物滤池生物滤池以土壤自净原理为以土壤自净原理为依据，在污水灌溉依据，在污水灌溉的实践基础上发展的实践基础上发展起来的人工处理方起来的人工处理方法。法。污水以滴状洒布在污水以滴状洒布在块状滤料的表面，块状滤料的表面，污水流经表面时会污水流经表面时会形成生物膜，其中形成生物膜，其中的微生物摄取有机的微生物摄取有机污染物作为营养，污染物作为营养，使污水得到净
24、化。使污水得到净化。626365生物滤池的净化原理生物滤池的净化原理污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面。污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面。薄膜状吸附于滤料周围形成附着水薄膜状吸附于滤料周围形成附着水(adhesive (adhesive water)water)，沿薄膜流过滤料即流动水，沿薄膜流过滤料即流动水(flowing (flowing water)water)。滤料表面微生物迅速繁殖，形成一层充满微生物滤料表面微生物迅速繁殖，形成一层充满微生物的生物膜。的生物膜。66生物滤池的基本流程生物滤池的基本流程生物虑池二沉池回流出水初沉池废水污泥生物滤池生物滤池6768生物滤池生物滤池池体池体二十世纪四十年代前二十世纪四十年代前常采用方形、矩形的常采用方形、矩形的池体。池体。现在大多采用圆形滤现在大多采用圆形滤池。池。69生物滤池生物滤池滤料滤料在普通生物滤池中一般采在普通生物滤池中一般采用用碎石、卵石、煤渣碎石、卵石、煤渣等。等。高负荷生物滤池中采用石高负荷生物滤池中采用石英石、花岗岩等；现在也英石、花岗岩等；现在也采用塑料滤料，如聚氯乙采用塑料滤料，如聚氯乙烯、聚苯乙烯等。烯、聚苯乙烯等。70一些填料的形状一些填料的形状酚醛树脂蜂窝填料常用填料的类型聚乙烯蜂窝填料聚乙烯蜂窝填料
