第八章 污水的生物处理课件

第八章污水的生物处理第一节概述一、水体污染及其危害（一）我国水体污染现状污水：指在生活与生产活动中排放水的总称，是水环境污染的主要污染源之一，包括生活污水、工业废水、农业污水，被污染的雨水等。与发达国家相比，我国面临着污水排放量大且处理率低等严峻现实。污水排放量逐年增加；工业废水排放量占一半，处理率约70％，而出水率仅为1/3；城市污水处理率只有18.5％.全国七大水系有一半河段污染严重；多数城市地下水受到不同程度污染，且逐年加重。（二）污水中化学污染物的特点及危害按化学性质分无机污染物有机污染物可生物降解性污染物难生物降解性污染物按物理状态分悬浮固体（粒径0.1～0.45微米以上）胶体性物质（粒径0.1～0.001微米）溶解性物质水中无机污染物包括氮磷等植物性营养物质、非金属、金属与重金属以及主要因无机物存在而形成的酸碱度的改变污水中的可生物降解性有机污染物排入水体后，在微生物的作用下得到降解，从而消耗了水中的溶解氧，引起水体缺氧和水生生物的死亡，破坏水体功能。在厌氧条件下有机物被微生物降解产生H2S、NH3、低级脂肪酸等有害或恶臭物质，另外，H2S会与铁形成黑色沉淀，引起水体的（黑臭）现象。难生物降解污染物，如农药、卤代烃、芳香族化合物、聚氯联苯等，一般具有毒性大、稳定性强、易于在生物体内富集等特点；他们排入环境中后长时间滞留，可直接或通过生物链对人体健康造成危害。二、污染物浓度指标及其意义根据有机物被氧化时都需要消耗氧的共性，常以污水的需氧量或总有机碳量来指示有机物的含量。对于污水中的氮、磷含量常用总氮和总磷表达（一）全需氧量（TOD）指水中全部有机物在被彻底氧化称水、二氧化碳等无机物过程中所消耗的氧（二）化学需氧量（COD）是表示水体中有机物含量的一个简便的间接指标，指1L污水中所含的有机物在用强氧化剂将它氧化后，所消耗氧的毫克数。常用的化学氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4，但前者的氧化能力更强，能使水体中80%-100%的有机物迅速氧化，由此测得的COD值应标以“CODCr”。（三）“生化需氧量”或“生化耗氧量”又称生物需氧量，是水中有机物含量的一个间接指标。一般指在1L污水或待测水样中所含的一部分易被氧化的有机物，当微生物对其氧化、分解时，所消耗的水中溶解氧毫克数。BOD的测定条件一般规定在20℃下5昼夜，故常用BOD5表示。我国对地面水环境质量标准的规定为：一级水BOD5＜1mg/L；二级水＜3mg/L；三级水＜4mg/L，若＞10mg/L时，表示该水已严重污染。指水体内所含有机物中的全部有机碳的和含量。可通过把水样中所有有机物全部氧化成CO2和H2O，然后测定生成CO2的量来计算。（四）总有机碳（五）总氮指污水中所有含氮化合物的总氮含量，是表示污水被氮污染的综合指标（六）总磷指污水中所有含氮化合物的总磷含量，是表示污水被磷污染的综合指标三、污水排放标准及处理要求分为一级标准二级标准三级标准四、污水处理的一般技术途径污水处理的基本目的是利用各种技术，将污水中的污染物分离去除或将其转化为无害物质，使污水得到净化。污水处理技术物理处理法化学处理法生物处理法物理处理法：利用物理原理主要分离污水中的悬浮固体。化学处理法：利用化学反应分解污水中各种形态的污染物。生物处理法：利用微生物代谢作用转化污水中的胶体性或溶解性污染物，使之成为无害物质的方法。生物处理法是污水处理工艺的主流技术根据处理对象与程度，污水处理可分为一级处理：主要通过过滤、沉淀等物理学方法去除污水中粗大固形物及部分悬浮物。二级处理：在一级处理的基础上，主要去除水中有机物。三级处理：也称深度处理，是使二级处理后的出水进一步净化，使各种有机物和无机污染物去除率达98%以上。可采用物理、化学、生物学等各种手段。第二节有机污水的生物处理一、有机污水生物处理的基本原理水体自净：天然水体受到污染后，在没有人为干预的条件下，可借助水体自身的能力使之得到净化。水体自净过程主要包括：稀释、沉降、扩散等物理作用；氧化、还原、分解、絮凝等化学作用和生物降解作用，而生物降解即生物净化作用是水体自净的主要动力。污水生物处理法：通过创造适宜的条件，使微生物高浓度的富集在特定的构筑物，即污水处理装置中，充分利用微生物的作用，高速度、高效率的分解/转化污水中的污染物，从而使污水得到净化。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，可将污水处理分为好氧处理与厌氧处理污水生物处理法类型好氧生物处理法活性污泥法生物膜法厌氧生物处理法氧化塘法土地处理法有机污水生物处理总的生化过程见图8-2二、好氧生物处理（一）活性污泥法利用含有大量好氧性微生物的活性污泥，在强力通气的条件下使污水净化的生物学方法。1.活性污泥的性质和生物相活性污泥：以好氧性细菌为主体的微生物和水中的悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒。颗粒大小约0.05~0.5mm，表面积为20~100cm2/mL，比重约1.002~1.006，静置时能立即凝聚成较大的绒粒而沉降。絮状体一般呈黄褐色，因水质不同也有呈深灰、灰褐，灰白等色。活性污泥中的生物组分（1）细菌起主导作用，活性污泥中有多种细菌；主要的优势种有：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属、假单胞菌属和动胶菌属以及球衣菌属等。动胶菌属球衣菌属活性污泥中，细菌大多数以菌胶团的形式存在，呈游离状态的较少；生枝动胶菌是最早发现的菌胶团形成菌；现已知道埃希氏菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属的一些菌株均可以产生菌胶团。活性污泥絮状体的作用有机物的吸附或黏附及其分解；金属离子的吸附；防止原生动物对细菌的吞食；增强污泥的沉降性，有利于污水分离。在活性污泥中的一些丝状细菌，如球衣菌属、贝日阿托氏菌属和硫发菌属等，附着在菌胶团上或与之交织在一起，成为活性污泥的骨架。（2）原生动物①纤毛虫类：游泳型和固着型②鞭毛虫类③肉足虫类都为好氧性生物，主要附聚在活性污泥的表面。原生动物在活性污泥中的作用促进絮凝：分泌黏液，促进生物絮凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性。净化作用：能吞食游离细菌和微小污泥，有利于该是水质；指示作用：根据出现的原生动物的种类可判断活性污泥的状态和处理水质的好坏。植鞭毛虫→肉足虫→动鞭毛虫→小型游泳型纤毛虫→大型游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→匍匐型纤毛虫→轮虫。（3）其他微生物青霉属(Penicillium)头孢霉属(Cephalosporium)枝孢属(Cladosporium)镰孢霉(Fusarium)地霉属(Geotrichum)假丝酵母屑(Candida)红酵母属(Rhodotorula)活性污泥中的真菌主要为霉菌2.活性污泥法的工艺流程及微生物学过程（1）活性污泥法的基本工艺流程及工艺参数以曝气方式的不同，分为普遍曝气法完全混合曝气法逐步曝气法旋流式曝气法纯氧曝气法活性污泥系统主要由初沉池（一次沉淀池）、生物反应器和二沉池（二次沉淀池）组成。污水初沉池曝气池二沉池处理后出水剩余污泥回流污泥活性污泥的基本工艺流程如下：（2）活性污泥法的微生物学过程•活性污泥的比表面积大，吸附力强。废水进入曝气池与活性污泥接触后，其中有机物在约1～30分钟的短时间内被吸附到活性污泥上。•大分子的有机物，先被细菌的胞外酶分解，成为较小分子化合物，然后摄入菌体内。低分子有机物则可直接吸收。在微生物胞内酶作用下，有机物的一部分同化形成微生物有机体，另一部分转化为CO2、H2O、NH3、SO42-、PO42-等简单无机物及能量释出。活性污泥中的微生物不断地氧化分解污泥所吸附的有机质，合成新的微生物细胞。活性污泥具有良好的沉降性能，使处理水与污泥分开，达到净化的目的。•微生物的代谢，无论合成或分解，都是一系列极为复杂的生物化学变化，有分解、合成、氧化、还原、转移、异构等各种反应，绝大多数是在特定的酶促作用中进行的。（3）活性污泥的培育及驯化活性污泥的培育一般在曝气池中进行，步骤如下：A、将污水泵入曝气池，并按曝气池有效体积的5%～10%投入接种污泥。B、在不进水的条件下，连续曝气数天，溶解氧控制在1mg/L左右。C、继续保持曝气，以小流量进水，并逐渐提高进水流量，最终达到设计流量。判断活性污泥是否成熟，可以利用镜检的方法。活性污泥的驯化将取来的污泥/土壤置入含有待处理污水的培养基中进行培养，在开始驯化时先加入少量污水，然后转种扩大培养量，废水浓度逐渐增加；在此过程中，使微生物由原来不适应而驯化至适应，降解污染物能力从无到有，由弱到强。3.活性污泥法的基本要求（1）养料活性污泥的生物合成，取决于能源物质的性质、浓度、氮和磷等的平衡，少量的钾、钠、硫、钙、镁、铁以及痕量的铜、锌、钻、铝等都是必要的。一般认为BOD：N：P的比例为100：5：1是适宜的有机物的浓度:浓度过高，微生物难以适应，或感氧气供应不足；同时，进水有机物浓度高时，出水浓度也会相应提高。浓度过低，微生物缺乏营养，也会降低处理效果。一般而言，好氧性生物处理法进水有机物浓度不宜超过BOD5500～1000mg/L。（2）水中溶解氧(DO)溶解氧太低会影响到活性污泥微生物的正常代谢活动，净化功能下降，易于滋生丝状菌产生污泥膨胀。混合液溶解氧浓度过高，氧转移效率降低，浪费动力费用，还会引起絮凝体分散。DO应保持在1.5~3mg／L较为适宜。（3）温度一般认为活性污泥处理中的适宜温度为25~32℃，10℃或过高温度都会影响处理效果。（4）pH活性污泥微生物的最适pH值介于6.5~8.0之间。pH4.5，原生动物全部消失，真菌将占优势，容易产生膨胀现象。pH9.0，微生物的代谢速率也会受到影响。（5）有毒物质无机物和有机物两类无机物有重金属、硫化氢、卤族元素及其化合物，有机物有酚、醇、醛等。重金属及其盐类是蛋白质沉淀剂，其离子易与细胞蛋白质结合，使之变性。4.活性污泥法运行中的问题（1）污泥膨胀：在曝气池运转过程中，有时会出现污泥结构松散，沉降性能恶化，随水漂浮，溢出池外的异常现象，引起出水水质的恶化。引起污泥膨胀的原因和条件（1）污泥膨胀类型有丝状菌性膨胀和非丝状菌性膨胀两种①非丝状菌膨胀因高黏性物质大量积累而引起的膨胀。低温季节容易产生，出现这种污泥膨胀时，废水净化效果良好，上清液清澈，但污泥难于沉淀。②丝状菌性膨胀丝状菌性膨胀是由于丝状菌异常增长而引起的；活性污泥呈棉絮状，沉降性能变差。通常所说的膨胀是指丝状菌性膨胀(filamentousbulking)。污水处理厂常见的污泥膨胀(1)缺氮和缺磷的废水：如造纸废水、含酚废水和印染废水，污泥膨胀比较严重。(2)温度过高：夏秋季膨胀现象频繁。有时低水温也会有问题。(3)污泥负荷过低或高：一般认为污泥负荷超过0.35kgBOD／(kgMLSSd)就会膨胀。(4)废水中悬浮物低，低分子糖类多；(5)有毒金属、硫化物等毒物流入。抑制丝状菌生长的方法投加化学药剂调节水的酸碱度调整其他工艺条件，如改变供氧量、排泥量、进水流量等。镜检时，丝状菌已伸出絮状体外或原生动物种类与数量发生急剧变化，则预示污泥可能发生膨胀。（2）污泥的解体（不絮凝）：在曝气池运转过程中有时会出现污泥絮凝体微细化，导致处理水质浑浊，处理效果变坏的现象。引起的原因：曝气过量、污水中混入有毒物质等。解决方法：通过控制曝气量、或对污水进行适当的预处理。（3）起泡沫现象：在曝气池运转过程中，有时会出现起泡现象。原因：污水中含有合成洗涤剂或由微生物产生的表面活性物质。解决方法：适当减少曝气量或喷洒消泡剂可缓解泡沫现象。（4）剩余污泥：经焚烧或堆肥处理掉。5.活性污泥法的新发展传统活性污泥法的缺点：基建投资高、运行费用高、负荷小、污泥产生量大、易发生污泥膨胀、氮磷去除率低等。新方法：序批式活性污泥法吸附-生物降解工艺等（1）序批式活性污泥法（SBR）SBR是活性污泥法的一个变型，它的反应机理以及污染物质的去除机制与传统活性污泥基本相同，仅运行操作不同，操作模式由进