62废水的微生物处理法厌氧

6.2.2厌氧消化法AnaerobicBiologicalTreatment厌氧生物处理法，是在无氧的条件下由兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机污染物的处理方法。废水的厌氧生物处理（一）厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物（二）厌氧微生物群体间的关系（三）厌氧生物处理的影响因素（四）厌氧法处理废水的特征（五）厌氧法处理废水的应用6.2.2.1厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物废水的厌氧生物处理：在无氧的条件下，借多种厌氧微生物的作用处理废水。又叫厌氧消化。1881年法国报道了罗伊斯.莫拉斯（LouisMouras）发明的“自动净化器”。开始了利用厌氧消化处理废水的历史。至今已100多年。1979年布利安特（Bryant）等人提出厌氧消化的三阶段4类群理论。▲发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段）▲产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段）▲产甲烷阶段三阶段4类群理论A发酵细菌作用阶段碳水化合物蛋白质类脂（1）原理：胞外酶单糖氨基酸脂肪酸发酵醇低级脂肪酸（2）参加的微生物：发酵细菌群梭菌属（Clostridium)丁酸弧菌属（Butyrivibrio）拟杆菌属（Bacteroides)大多专性厌氧；适宜pH4.5～8（3）特性B产醋酸细菌作用阶段上阶段产物（丙酸、丁酸、醇等）醋酸、甲胺CO2、H2（1）原理（2）参加的微生物产氢产乙酸细菌群同型产乙酸细菌群互营单胞菌属互营杆菌属梭菌属暗杆菌属绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；适宜pH4.5～8三阶段4类群理论（3）特性：C产甲烷细菌作用阶段（厌氧消化的控制阶段）（1）原理H2、CO2、CH3COOCH3NH2、CH3OHCH4（2）参加的微生物产甲烷细菌群产甲烷杆菌属产甲烷短杆菌属产甲烷球菌属▲严格厌氧菌▲中温菌对温度敏感▲pH适宜6.8~7.2▲增殖速率慢三阶段4类群理论（3）特性：厌氧消化三阶段四类群废水中有机物脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类乙酸H2+CO2发酵性细菌Ⅰ产氢产乙酸细菌Ⅱ同型产乙酸细菌产甲烷细菌CH4Ⅲ不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约。表现在：1)不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的基质。不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。2)不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细菌所代谢，使发酵液的氧化还原电位不断下降，为产甲烷细菌提供生长条件。6.2.2.2厌氧微生物群体间的关系3)不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质苯环、氰化物可被不产甲烷细菌降解。4)产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳等，解除反馈。5)不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值。不产甲烷菌分解糖等产生酸，降低pH产甲烷菌分解酸产生甲烷，pH上升厌氧微生物群体间的关系对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。厌氧消化最佳温度55℃左右——嗜热菌（高温消化）35℃左右——嗜温菌（中温消化）取舍：高温消化的反应速率为中温消化的1.5~1.9倍，但甲烷在气体中占比例低。消化不彻底。高温消化需较多的能量，不经济。1)温度温度对厌氧消化的影响6.2.2.3厌氧生物处理的影响因素不产甲烷细菌适宜pH4.5~8产甲烷细菌适宜pH6.8~7.2在pH6.5或pH8.2的环境中，厌氧消化会受到严重抑制。主要对甲烷细菌的抑制。厌氧消化的最佳pH值为6.8~7.2.2)pH值厌氧生物处理的影响因素有机污泥高浓度有机废水——一般先厌氧处理将污物，后好氧处理。大量稀释或降低好氧处理进水量，则处理费用较昂贵。1)处理对象：有机污泥和高浓度的有机废水2)时间长：30～35℃，需1～5天。生化需氧量去除率50～90％与好氧处理法比较3)能量需求大大降低不需供给氧气，同时还可产生甲烷每去除1kgCOD好氧生物处理一般需消耗0.5~1.0kW.h电能。每去除1kgCOD厌氧生物处理约能产生3.5kW.h电能。6.2.2.4厌氧法处理废水的特征4)污泥产量极低厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。5)处理后有机物浓度高于好氧处理6)有臭气产生S、SO42-－O2还原H2S7)设备较简单厌氧消化处理工艺6.2.2.5厌氧法处理废水的应用•化粪池•普通厌氧反应器或称普通消化池•厌氧生物滤池（厌氧过滤器）•厌氧接触法•上流式厌氧污泥床反应器(UASB)•厌氧流化床、膨胀床法厌氧消化池主要用于处理城市废水厂的污泥和固体含量很高的废水。沼气稳定性好的腐殖质。污泥体积减少1/2以上。我国常用的为圆柱形。钢筋混凝土浮盖式消化池螺旋桨搅拌的消化池厌氧接触法•在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobiccontactprocess)。厌氧接触法工艺UASB工艺示意图上流式厌氧污泥床反应器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)，简称UASB反应器，是由荷兰的G.Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。UASB反应器示意图6.2.3废水的生物脱氮除磷技术AdvancedTreatment（一）水体的富营养化（二）废水的生物脱氮（三）废水的生物除磷（四）生物脱氮和除磷的影响因素6.2.3.1水体的富营养化水体富营养化（eutrophication）由于N、P在水体中含量过高，而引起藻类、某些细菌大量繁殖，其它生物种类减少，以至水质恶化。是近30年在废水处理中才出现的一个术语。开始富营养化的条件◆水体中可溶性磷0.01mg/L◆N:P＝5:1N：是富营养化的主要因素（NH4+、NO3-、NO2-、有机N）P:可溶性磷酸盐与不溶性磷酸盐相互转化。N:P比例取决于（1）生物转化（有机N和无机N间转化）（2）流入水体的水（出水的N、P超标）6.2.3.2废水的生物脱氮1)生物脱氮的基本原理生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将NO3-还原为N2，从而达到脱氮的目的。含氮有机物异养型微生物NH4+-N氨化作用亚硝酸细菌NO2--N硝酸细菌NO3--N硝化作用有O2反硝化细菌反硝化作用无O2N2、NO2最终完成生物脱氮•基本原理–硝化作用：硝化作用是指NH3氧化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。硝化作用由两类细菌参与，一是亚硝酸细菌，二是硝酸细菌•需有较长的泥龄•BOD5与总氮（TKN）的比例，BOD5一般应低于20mg/L–反硝化作用：反硝化作用是指硝酸盐和亚硝酸盐被还原为气态氮和氧化亚氮的过程。参与这一过程的细菌称为反硝化细菌。废水的生物脱氮2)参与生物脱氮的微生物氨化细菌硝化细菌亚硝酸细菌硝酸细菌反硝化细菌生物脱氮工艺废水的生物脱氮活性污泥法脱氮传统工艺分单级、2级、3级流程是由巴茨（Barth）开创的活性污泥法脱氮流程。它是以氨化、硝化、反硝化3相反应过程为基础建立的。A活性污泥法脱氮传统工艺活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图曝气池去除BOD沉淀池Ⅰ第二级硝化曝气池沉淀池Ⅱ反硝化反应器沉淀池Ⅲ原废水污泥回流剩余污泥碱污泥回流剩余污泥CH3OHN2处理水污泥回流剩余污泥B缺氧－好氧活性污泥法脱氮系统A/O（Anoxic/Oxic）－缺氧/好氧工艺沉淀池反硝化反应器（缺氧）硝化反应器BOD5去除，（好氧）缺氧——好氧活性污泥法脱氮系统原废水N2碱内循环（硝化液回流）回流污泥剩余污泥处理水•A/O（A/O–Anoxic/Oxic）脱氮工艺是一种前置反硝化工艺A/O活性污泥法脱氮系统流程C.SBR工艺•序批式活性污泥法（SequencingBatch〔一批〕Reactor）是一种间歇式活性污泥法。•该方法将污水处理的曝气及沉淀等单元操作工序在一个反应池中按时间顺序反复进行。•工艺简单，多数情况下不必设调节池和初沉池，从而节省费用；•SBR反应池生化反应推力大，处理效率高；•运行方式灵活可靠，管理简单；•脱氮除磷效果好；•反应池中污泥活性高；•沉降性能好，能有效地防止污泥膨胀，耐冲击负荷能力强；•工作稳定性好。SBR法适应的进出水水质要求变化范围较大，不仅适合于城市生活污水的处理，而且适合于不同的工业废水处理。该工艺具有下列一些优点：SBR处理技术6.2.3.3废水的生物除磷■20世纪70年代末，发现多种有明显除磷能力的细菌，统称除磷菌，如不动杆菌（Acinetobacter）。■在有氧环境中可超量摄取磷。■一般细菌细胞中磷占2.3％。而除磷菌可摄取约为正常需要10倍以上的磷。磷常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中。1)参与生物除磷的微生物2)废水的生物除磷的基本原理及实质利于聚磷菌一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。分两步进行：聚磷菌的放磷（厌氧条件）聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）聚磷菌的放磷（厌氧）ATP聚磷菌细胞内的聚磷酸盐分解PO43-废水中脂肪酸PHB、糖原储存在细胞内PHB聚β羟基丁酸聚磷菌的磷过量摄取（好氧）细胞内的PHB分解ATP废水磷聚磷菌聚磷酸盐储存在细胞内好氧时摄取的磷多于厌氧时释放的磷厌氧－好氧系统生物除磷过程图3)工艺a.A/O法（Anaerobic/Oxic）－厌氧／好氧工艺b.A2/O（Anaerobic/Anoxic/Oxic）－厌氧／缺氧／好氧工艺•二十世纪末期发展起来的•在厌氧／好氧除磷系统和缺氧／好氧除氮系统的原理基础上提出的较为实用和成熟的工艺。•在除磷A/O工艺的厌氧区之后、好氧区之前增设一个缺氧区。•A2/O工艺系统具有降解有机物效果优、高效节能、出水水质好、运行费用低的特点，符合经济有效地处理污水的目的。例如为保护华北明珠--白洋淀，在保定市建立了2座污水处理厂，即鲁岗污水处理厂(A2/O工艺)和银定庄污水处理厂(A/O工艺)。A2/O工艺流程•鲁岗污水处理厂1996年9月投入运行，设计处理能力为8万m3/d(最大可处理10万m3/d)，处理保定市西干道和北干道两个系统的城市污水，服务面积2800ha(hectare公顷＝1万m2），服务人口24万，采用生物除磷脱氨(A2/O)工艺，处理净化后的出水近期用于农灌和补给护城河，改善城市景观，最终进入白洋淀，远期目标为工业回用。1）温度生物脱氮除磷系统温度在5～40℃范围内都能成功运行。2）pH值与碱度生物脱氮最适pH：硝酸菌6.0~7.5，亚硝酸菌7.0~8.5，反硝化细菌7.0~7.5生物除磷最适pH：6.0~8.03）溶解氧生物脱氮：硝化时溶解氧2.0mg/L。反硝化时溶解氧小于0.5mg/L生物除磷：厌氧段溶解氧小于0.2mg/L需氧段溶解氧1.5~2.5mg/L6.2.3.4生物脱氮和除磷的影响因素•1.微生物在自然界碳素循环中的作用是什么?2.植物残体的化学组成和相应分解的微生物有何关系?3.简述微生物分解含碳有机物的主要途径和参与的微生物类群。4.简述微生物在腐殖质形成和分解中的作用。5.影响植物残体腐解的条件有哪些?6.什么是氨化作用?参与氨化作用的微生物有哪些?7.简述氨化作用的条件和意义。8.什么是硝化作用?硝化作用分几个阶段?简述硝化作用的意义?9.什么是反硝化作用?反硝化作用产生的条件是什么?10.什么是生物固氮?生物固氮有哪些类型?11.什么是自生固氮?自生固氮的微生物有哪些?它与农业生产有何关系?12.什么是共生固氮?影响结瘤固氮的生态条件有哪几个方面?13.简述微生物与磷素转化的关系。14.什么是硫化作用?硫细菌包括哪些种类?15.参与钾、铁、锰转化的微生物有哪些?其作用是什么?16.土壤污染的污染源主要有哪些?17.简述化学农药的微生物降解途径主要有哪些?18.微生物降解有毒元素的