9废水处理.

第九章废水微生物处理原理与应用第一节废水的好氧微生物处理第二节废水的厌氧微生物处理第九章废水微生物处理原理与应用有机污染物种类来源人工合成天然成分分子量复杂简单浓度高浓度低浓度形态固态液态气态降解能力可生物降解非生物降解决定了是否采用微生物处理以及选用哪种微生物处理方法第九章废水微生物处理原理及与应用第一节废水的好氧微生物处理一、好氧处理的基本原理有机污染物好氧微生物处理的一般途径第一节废水的好氧微生物处理一、好氧处理的基本原理第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法1914年的在英国曼彻斯特（1）活性污泥的基本特性组成：有机和无机的固体好氧微生物兼性厌氧微生物专性厌氧微生物絮状体或绒粒依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物.活性污泥•1、概念、组成和性质•好氧和兼性厌氧微生物与污水中固体物混凝交织在一起形成的絮状体或绒粒。第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法（1）活性污泥的基本特性性质：含水率99%具沉降性；具生物活性絮体大小为0.02—0.2mm具一定pH缓冲能力第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法（1）活性污泥的基本特性结构和功能中心是细菌形成的菌胶团，其上生长着其它微生物。正常活性污泥主要细菌：P224表微生物分布状态：第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法（1）活性污泥的基本特性污泥中微生物的浓度混合悬浮固体（MLSS）：1L活性污泥中含干固体的毫克数混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）：1L活性污泥中含恒量、干的挥发性固体的毫克数（代表微生物量）一般的城市污水处理：2000~3000mg/L工业废水处理：3000mg/L左右高浓度的工业废水生物处理：3000~5000mg/L。第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法（2）活性污泥法的运行方式a.推流式活性污泥法优点：BOD5去除率可达90%适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水对污水处理程度比较灵活第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法（2）活性污泥法的运行方式a.推流式活性污泥法缺点：溶解氧的供求矛盾第一节废水的好氧微生物处理第一节废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征1、活性污泥法（2）活性污泥法的运行方式b.完全混合活性污泥法主要优点：能够承受高浓度废水第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法（2）活性污泥法的运行方式c.氧化沟（循环曝气池）20世纪50年代，荷兰，巴斯维尔构造：形式多样化，运行灵活。水流混合：流态介于完全混合与推流之间特点：二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法（3）活性污泥运行的影响因素及其控制a.溶解氧（OD）供氧不足溶解氧浓度过低微生物代谢受阻净化功能下降易于滋生丝状菌产生污泥膨胀现象在曝气池出口处的混合液中的溶解氧保持在2mg/L左右溶解氧浓度过高氧的利用效率降低增加动力费用二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法二、好氧处理的种类及特征菌胶团的作用有很强的生物吸附与分解有机物能力对有机物的吸附附着原生动物及微型后生动物具有指示作用原生动物及微型后生动物的作用•指示作用•净化作用•促进絮凝和沉淀作用好养活性污泥的培养•自学（P304-305）第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法（3）活性污泥运行的影响因素及其控制b.水温最适温度：15—30℃最低温度：10℃二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法（3）活性污泥运行的影响因素及其控制c.营养物质一是各种营养物质比例要适宜。二是营养物质的浓度要适中有机负荷率（BOD污泥负荷）F/M：表示曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机基质的量。[kg/(kg·d)]BOD污泥负荷在0.2-0.3kg/(kg·d)为宜，超过0.38kg/(kg·d)时，容易发生污泥膨胀二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法（3）活性污泥运行的影响因素及其控制d.pH最适pH介于6.5~8.5之间低于4.5：原生动物消失，丝状菌占优势高于9.0，微生物的代谢受抑制二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理1、活性污泥法（4）活性污泥运行常见的微生物学问题二沉池中泥水分离a.不凝聚b.微小絮体c.起泡沫d.丝状菌污泥膨胀二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理2、生物膜法依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物（附着生长反应器）碎石卵石焦炭塑料材料二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理2、生物膜法（1）生物膜的基本特性a.生物组成：微生物种类多，食物链长而复杂二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理2、生物膜法（1）生物膜的基本特性b.结构液层：流动水层、附着水层生物膜：好氧层、厌氧层二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理2、生物膜法（2）生物膜的基本流程二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理2、生物膜法（3）生物膜反应器运行方式a.普通生物滤池优点：处理效果好出水水质稳定运行稳定二、好氧处理的种类及特征第一节废水的好氧微生物处理2、生物膜法（3）生物膜反应器运行方式b.生物转盘生物转盘盘片接触反应槽转轴驱动装置二、好氧处理的种类及特征第二节废水的厌氧微生物处理一、厌氧处理的基本原理有机物厌氧分解生成甲烷的过程1)发酵性细菌(2)产氢产乙酸细菌(3)同型产乙酸菌(4)利用H2和CO2产甲烷菌（30%）(5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）4H2+C02→CH4＋2H20CH3C00H→CH4+C02产甲烷化学过程微生物能源的种类有甲烷能源、乙醇能源和H2能源。前两种能源研究历史较久。H2能源是新型能源，因它燃烧后变成CO2和H2O，没有污染，是最清洁、最环保的能源，倍受人们的重视和青睐。（一）甲烷能源利用产酸菌和产甲烷菌的协同作用将高浓度有机废水发酵，产生CH4气体作能源。详见P147、151-3、315-8沼气发酵与环境保护沼气（生物气）：是一种混合可燃气体。主要成分为甲烷，及少量H2、N2和CO2。沼气发酵（甲烷形成）：产甲烷菌在厌氧条件下，利用H2还原CO2等碳源营养物，以产生细胞物质、能量和代谢废物——CH4的过程。所谓沼气发酵，若按其生物化学本质来说，就是一种由产甲烷菌进行的甲烷形成过程。宽古生菌门、2纲、3目、5科、21属，代表属有：甲烷杆菌属（19种）甲烷短杆菌属（7种）甲烷球菌属（11种）产甲烷菌属（11种）甲烷螺菌属（1种）甲烷嗜盐菌属（5种）甲烷叶菌属（5种）甲烷八叠球菌属（8种）产甲烷菌是一类必须在严格厌氧生境下并伴有甲烷产生的古生菌。产甲烷菌细胞结构（P35）•产甲烷菌的细胞结构：细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和荚膜）、细胞质膜、原生质和核质。•产甲烷菌有革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，它们的细胞壁结构和化学组分有所不同。也是与真细菌的区别点。•细胞封套有四种：•1.大多数G+产甲烷菌的细胞壁在结构上与G+真细菌相似，细胞壁有一层和三层的，单层的厚度为10～20nm，如甲烷杆菌属与甲烷短杆菌属。巴氏甲烷八叠球菌的细胞壁只有一层，厚约200nm。它们化学成分与G+真细菌的不同，不含细胞壁（即不含二胺基庚二酸或细胞酸）而是假细胞壁质或是未硫酸化的异多糖。三层的细胞壁壁厚为20～30nm，有内层、中层和外层。外层在细胞分裂横隔形成时消失，如瘤胃甲烷短杆菌。•2.G+的炽热高温甲烷菌的细胞壁外有一层六角形的蛋白质亚基即S层覆盖。•3.G-产甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜。只有一层六角形或四角形的，由蛋白质亚基或糖蛋白亚基组成的S层。•4.甲烷螺菌的细胞质膜外只有一层由蛋白纤维组成的鞘包裹几个细胞。其厚度为10nm。产甲烷菌的生理特性•1.营养特性：甲烷细菌的能源和碳源物质主要有5种，即H2/CO2、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。•2.特殊辅酶：F420：是黄素单核甘酸的类似物，分子量为630的低分子量荧光化合物。它是甲烷细菌持有的辅酶，在形成甲烷过程中起着重要作用。•其特点：(1)当用420nm波长的紫外光照射时，能产生自发蓝绿荧光，这一现象可借以鉴定甲烷细菌的存在。（2）中性或碱性条件下易被好氧光解，并使酶失活。•CoM:2-硫基乙烷磺酸.•其特点：（1）它是甲烷细菌独有的辅酶，可借以鉴定甲烷细菌的存在。（2）它在甲烷形成过程中，起着转移甲基的重要功能。（3）其具有RPG效应.。即促进CO2还原为CH4的效应。•3.环境条件：氧化还原电位：参与中温消化的甲烷细菌要求环境中应维持的氧化还原电位应低于一350mV；对参与高温消化的甲烷细菌则应低于-500~-600mV。•温度：低温菌的适应范围为20~25°C，中温菌为30~45°C，高温菌为45~75°C。•pH：大多数中温甲烷细菌的最适pH值范围约在6.8~7.2之间。微生物产甲烷的生化机理•早期二阶段理论•三阶段（四阶段）理论•四阶段理论甲烷形成的三个阶段四阶段理论1、水解阶段水解性（发酵性）细菌包括：（1）专性厌氧菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属、双歧杆菌属等。（2）兼性厌氧菌：链球菌属、一些肠道杆菌。2、产氢产酸阶段厌氧的产氢产乙酸细菌群：奥氏甲烷杆菌，为两种细菌的共生体。包括：产氢产乙酸细菌——S菌：G-，厌氧、运动，杆状，乙醇→乙酸+H2。MOH古菌：革氏染色可变，厌氧，杆状，不能利用乙醇，但能利用H2产甲烷。•3、同型产乙酸阶段•同型产乙酸菌把H2和CO2转化为乙酸的过程4、产气阶段严格厌氧的产甲烷菌群利用一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺、CO）、二碳化合物（乙酸）和H2产生甲烷。•目前已知有三种产甲烷途径：•CO2→甲烷、•甲醇→甲烷、•乙酸→甲烷。Page44a.Hydrogenotrophicpathwayb.Aceticlasticpathwayc.Methylotrophicpathway第二节废水的厌氧微生物处理三、厌氧生物处理运行方式1、普通消化池7.活动盖板1.进料口2.出料间3.隔墙4.发酵间5.贮气箱6.导气管圆形消化池的结构第二节废水的厌氧微生物处理三、厌氧生物处理运行方式2、厌氧接触消化池固体废物:人类生产和生活过程中产生的固体或泥状的，暂时没有利用价值的废弃物质。化学成分：有机废物、无机废物形状：固体废物、泥状废物危害状况：有害废物、一般废物来源：工业废弃物、城市垃圾、农业固体废弃物固体废物废弃物无害化、资源化、减量化，变废为宝，净化环境简单堆放法围海造地法堆肥处置法焚烧处置法卫生填埋法第十章有机固体废弃物与废气的微生物处理第一节固体有机废物的堆肥处理技术堆肥化：依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被微生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥：深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理技术通气条件下借好氧性微生物活动使有机物降解，从而使固体废弃物无害化、资源化。特点：高温堆肥（一般在50-60℃，极限可达80-90℃）一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理特点：高温堆肥（一般在50-60℃，极限可达80-90℃）堆制升温高温降温腐熟1-2d50-60℃中温菌嗜热菌中温菌寄生虫和病原菌被杀死30-40℃一次发酵二次发酵一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理环境温度：对二次发酵的影响大有机质含量：20-80%为宜。太低，升温慢，太高，供氧不足（发臭）水分：50-60%为宜。过高，氧不足碳氮比：初始30-35：1为宜。过高，缺氮，周期长，过低，氮损失。碳磷比：75-150为宜。酸碱度：中性或弱碱性。通风供氧：动力供氧影响堆肥的因素一、好氧堆肥第一节固体有机废物的堆肥处理立式堆肥发酵塔卧式堆