蒋展鹏-环境工程学课件：第三章水的生化处理方法

第一篇水质净化与水污染控制工程第一章水质与水体自净第二章水的物理化学处理方法第三章水的生物化学处理方法第四章水处理工程与废水最终处置第三章水的生化处理方法水的生化处理方法——在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化降解有机物效率的水处理方法。好氧生物处理厌氧生物处理（利用氧的能力）悬浮生长系统附着生长系统（处理工艺）去除对象：水中溶解性和胶体性的有机物磷、氮等营养物第三章水的生化处理方法第一节废水处理微生物学基础污泥（activatedsludge）由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂、肉眼可见的绒絮状的微生物共生体。细菌、真菌、藻类原生动物、后生动物好氧活性污泥厌氧颗粒污泥对有机污染物具有很强的吸附能力和降解能力第三章水的生化处理方法一、废水处理中的微生物细菌－假单孢菌属－以有机物为碳源和氮源真菌－霉菌－分解碳水化合物、脂肪、蛋白质和其它含氮化合物藻类－绿球藻类等－提高溶解氧浓度原生动物－肉足纲等－降低污水混浊度；促进生物污泥絮凝后生动物－轮虫－吞噬有机物和细菌第三章水的生化处理方法环境污染净化的尖兵细菌第三章水的生化处理方法细菌－假单孢菌属－以有机物为碳源和氮源根霉真菌第三章水的生化处理方法真菌－霉菌－分解碳水化合物、脂肪、蛋白质和其它含氮化合物青霉青霉青霉毛霉藻类第三章水的生化处理方法藻类－绿球藻类等－提高溶解氧浓度衣藻属小球藻属盘藻属实球藻属空球藻属团藻属栅藻属原生动物第三章水的生化处理方法原生动物－肉足纲等－降低污水混浊度；促进生物污泥絮凝肉足纲纤毛纲纤毛纲鞭毛纲鞭毛纲后生动物第三章水的生化处理方法后生动物－轮虫－吞噬有机物和细菌轮虫甲壳类摇蚊一、废水处理中的微生物分散有柄纤毛虫类活的微生物残余食物量凝聚自由游泳型纤毛虫类微生物量根足虫类鞭毛虫类轮虫类第三章水的生化处理方法二、微生物的生理学特性（一）微生物酶1、酶是由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的生物催化剂。2、生物包括细菌几乎所有的生化反应都需要酶的催化。作为生物催化剂酶具有高效性、专一性、温和的催化条件等优点，同时由于酶是蛋白质，因而也有容易失活的缺点。4、酶的活力大小用酶所催化反应的反应速度来表示，影响酶促反应速度的因素有温度、pH、底物浓度、酶浓度、激活剂、抑制剂等。3、绝大多数酶是蛋白质。根据存在位置的不同酶有胞内酶和胞外酶之分；根据酶促反应类型的不同，酶分为水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶六大类；根据酶的合成受环境影响的情况酶分为组成酶和诱导酶。第三章水的生化处理方法（二）微生物的代谢过程新陈代谢同化作用异化作用合成反应（将营养物质转变为细胞物质），吸收能量分解反应（分解自身细胞物质和营养物质），放出能量第三章水的生化处理方法三、细菌生长曲线及Monod公式（一）细菌的生长曲线增长率上升阶段细菌内源呼吸及细菌大量死亡阶段t0时间t增长率下降阶段1、细菌重量变化曲线第三章水的生化处理方法活细菌重量mg/L2、细菌数量的生长曲线稳定期衰老期细菌数目的对数值0时间t总菌数活菌数缓慢期对数期0+_细菌的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时方便0~10代表1～1010时间t第三章水的生化处理方法生长速率（二）微生物生长动力学比增长速度与基质浓度间的关系2mmskSdtdSYdtdXXSkSYdtdSsm)(11msSdXkSXdt比增长速率XSkSdtdXsm)(增殖速率mXkXdtdXm0基质很充足smkSSXkSXkdtdXsm1基质浓度低XkXSkSdtdXdsm)(第三章水的生化处理方法第二节好氧悬浮生长系统二、氧化塘法一、活性污泥法第三章水的生化处理方法一、活性污泥法一种依靠在曝气池内呈悬浮、流动状态的微生物群体的凝聚、吸附、氧化分解等作用来去除污水中有机物的方法。水体自净的人工强化活性污泥(一)基本原理活性污泥法的基本原理（普通活性污泥法的处理流程）曝气池二次沉淀池出水空气进水回流污泥剩余污泥第三章水的生化处理方法曝气池第三章水的生化处理方法沉淀池1、活性污泥法净水的三阶段（1）吸附阶段（2）氧化阶段（3）絮凝体形成与凝聚沉降阶段（一）基本原理活性污泥法的基本原理（普通活性污泥法的处理流程）曝气池二次沉淀池出水空气进水回流污泥剩余污泥第三章水的生化处理方法（一）基本原理2、影响活性污泥增长的因素（1）溶解氧（2）营养物（3）pH和温度（4）有毒害物质浓度（1）混合液悬浮固体（MLSS）（2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）（3）污泥沉降比（SV）（4）污泥指数（SVI）（5）污泥龄（θc）3、评价活性污泥性能指标第三章水的生化处理方法混合液悬浮固体（MLSS）悬浮物中绝大多数为细菌时计算105~110℃下进行干燥恒重称重离心沉淀滤膜过滤或MLSS悬浮物第三章水的生化处理方法混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）悬浮物中除细菌外还有大量无机悬浮物时550℃下灼烧2h称重105~110℃下进行干燥恒重称重MLSSW无MLVSS（挥发性悬浮物）=细菌群体的干重量＝MLSS－W无第三章水的生化处理方法污泥沉降比（SV）第三章水的生化处理方法丝状污泥膨胀污泥膨胀指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。第三章水的生化处理方法（二）曝气方法与曝气池构造1、曝气方法（1）鼓风曝气加压设备—管道系统—扩散装置中孔曝气装置—穿孔管扩散器空气管穿孔管导流板直径17.8mm微孔曝气装置—钟罩型扩散器水力剪切曝气装置—倒盆式扩散装置74进气螺杆螺母盆壳体橡皮板Φ152第三章水的生化处理方法小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切等（2）机械曝气泵型倒伞型平板型机械曝气设备分叶轮和转刷两类第三章水的生化处理方法（二）曝气方法与曝气池构造2、曝气池类型与构造（1）推流式曝气池（2）完全混合式曝气池（3）循环混合曝气池（氧化沟）第三章水的生化处理方法（三）活性污泥法的运行方式1、普通活性污泥法初次沉淀池曝气池二次沉淀池再生池回流污泥剩余污泥空气废水出水污泥缺点：（1）供氧量与需氧量不一致；（2）不能适应冲击负荷。第三章水的生化处理方法（三）活性污泥法的运行方式2、阶段曝气法曝气池沉淀池进水出水回流污泥剩余污泥阶段曝气法流程（1）曝气供氧量与需氧量不一致（1）分步曝气活性污泥法（污水）（2）渐减曝气活性污泥法（曝气）曝气池沉淀池曝气设备回流污泥剩余污泥出水阶段曝气法流程（2）第三章水的生化处理方法（三）活性污泥法的运行方式3、完全混合法曝气池二次沉淀池回流污水剩余污泥出水完全混合法流程（1）对冲击负荷的适应能力较强（2）控制整个池子处于良好的工作情况第三章水的生化处理方法（三）活性污泥法的运行方式4、生物吸附法进水出水二次沉淀池吸附池再生池回流污泥剩余污泥分建式生物吸附法流程进水出水二次沉淀池吸附池再生池回流污泥剩余污泥合建式生物吸附法流程第三章水的生化处理方法（三）活性污泥法的运行方式5、氧化沟第三章水的生化处理方法（三）活性污泥法的运行方式6、序批式活性污泥法SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。序列间歇式活性污泥法（SBR）（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。第三章水的生化处理方法SBR工艺基本操作工程（a）（b）（e）（d）（c）（a）进水阶段（b）反应阶段（c）沉淀阶段（d）排水阶段（e）待机阶段第三章水的生化处理方法7、膜生物反应器——利用微生物对水中有机物进行生物转化，然后用膜组件分离生物处理产生的污泥的一种特殊的反应器12剩余污泥废水循环净化水12剩余污泥废水净化水分置式生物反应器一体式生物反应器1、生物反应器2、膜组件第三章水的生化处理方法二、氧化塘滨洲污水处理厂8万方/日第三章水的生化处理方法污水在塘内经长时间缓慢流动和停留，经过微生物（细菌、真菌、藻类和原生动物）的代谢活动，使有机物降解，污水得以净化。好氧氧化塘兼性氧化塘第三章水的生化处理方法第三节好氧附着生长系统一、生物膜的构造及其对有机物的降解机理好氧附着生长系统——使用细菌等好氧微生物和原生动物、后生动物等好氧微型动物附着在某些载体上进行生长繁殖，形成生物膜，污水通过与膜接触，水中的有机污染物被摄取分解，使污水得以净化的系统。生物滤池生物转盘生物接触氧化第三章水的生化处理方法二、生物滤池①普通生物滤池第三章水的生化处理方法二、生物滤池②高负荷生物滤池第三章水的生化处理方法滤料布水器底部排水设施滤池底部②高负荷生物滤池初沉池滤池二次沉淀池进水出水初沉池滤池二次沉淀池进水出水沉淀池滤池进水出水比较三种高负荷生物滤池的工艺第三章水的生化处理方法二、生物滤池进水进水通风出水③塔式生物滤池第三章水的生化处理方法三、生物转盘1、盘片2、氧化槽3、转轴第三章水的生化处理方法四、生物接触氧化1、填料2、曝气器第三章水的生化处理方法五、生物流化床高位槽三相分离器流化床二沉池水泵空压机进水出水第三章水的生化处理方法五、生物流化床两相流化床三相流化床第三章水的生化处理方法第四节厌氧生物处理技术一、厌氧生物处理的机理大分子有机物（碳水化合物、蛋白质和脂肪）水溶性有机物（单糖、氨基酸、甘油和脂肪酸）有机酸、醛类、醇类甲酸、甲醇、甲胺等乙酸、CO2、H2OCH4水解酶产酸细菌产氢产乙酸菌甲烷细菌酸化Ⅰ酸化Ⅱ水解酸化甲烷化第三章水的生化处理方法二、影响厌氧生物处理的主要因素1、温度2、酸碱度3、负荷4、碳氮比5、有毒物质低温消化（5～15℃）中温消化（30～35℃）高温消化（50～55℃）甲烷细菌6.8～7.2投配率：每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池容积的比率。C：N=（10～20）：1重金属离子某些阴离子pH下降不利于产气设备容积大基建投资大铜镍、镉化合物（100～200mg/L）甲醛（100mg/L）甲苯（440mg/L）第三章水的生化处理方法三、厌氧生物处理设备升流式厌氧污泥床反应器浮盖式消化池厌氧流化床第三章水的生化处理方法第五节生物脱氮除磷技术第三章水的生化处理方法一、生物脱氮处理技术（一）生物脱氮机理生物脱氮——在微生物的作用下，将有机氮和氨氮转化为氮气的过程。有机氮化合物氨氮硝酸盐氮气氨化细菌氨化硝化细菌硝化反硝化细菌反硝化第三章水的生化处理方法1、硝化阶段2NH4++3O22NO2-+4H++2H2O（1）2NO2-+O22NO3-（2）亚硝酸菌硝酸菌NH4++2O2NO3-+2H++H2O（3）硝化细菌同时考虑硝化和细胞合成，可得硝化反应的综合反应方程式：22NH4++37O2+4CO2+HCO3-C5H7NO2+NO3-（4）硝化过程的反应条件：溶解氧浓度≥0.5mg/L；pH值7.5～9.0；反应温度20～30℃；水力停留时间较长；BOD负荷≤0.1kg（BOD5）/[kg（MLSS）·d]。第三章水的生化处理方法2、反硝化阶段硝酸还原菌6NO3-+2CH3OH6NO2-+2CO2+4H2O（1）6NO2-+2CH3OH3N2+3H2O+6OH-+3CO2（2）亚硝酸还原菌6NO3-+5CH3OH3N2+7H2O+6OH-+5CO2（3）再考虑细胞合成，可得反硝化反应的综合反应方程式：NO3-+1.08CH3OH+H+0.065C5H7NO2+0.47N2+2.44H2O+0.76CO2（4）反硝化过程的反应条件：反应温度15～30℃；pH值7.0～7.5；溶解氧浓度0.5mg/L；BOD5/TKN3～5（碳源充足)。第三章水的生化处理方法第三章水的生化处理方法（二）生物脱氮处理工艺二、生物脱磷处理技术活性污泥剩余污泥回流污泥有机物乙酸苷（分解聚磷）能量生存PHB无机磷厌氧放磷聚磷菌（磷酸盐）好氧吸