第二章废水生物处理技术全

1第二章废水生物处理技术第一节概述第二节好氧生物处理第三节厌氧生物处理第四节脱氮除磷处理第一节概述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4水体自净正常情况下，当水体接纳了一定量的有机污染物后，在无人干预条件下，借助于水体自身的调节能力使污染物浓度不断降低，最后水质恢复到污染前的水平和状态，我们把水体的这种自我净化作用叫作水体自净(Selfpurification)。水体的自净能力有一定的限度，每一类水体的自净作用都有一个最大阈值即自净容量。水体的自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大量。天然水体中的自净作用是废水生物处理技术与方法的基础5水体的自净原理物理净化天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使污染物质的浓度降低。生物净化天然水体中的生物活动过程，使污染物质的浓度降低。特别重要的是水中微生物对有机物的氧化分解作用。化学净化天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。6水体污染水体污染概念：因某种物质的介入，而导致水体化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水体的有效利用，危害人体健康，或者破坏生态环境、造成水质恶化的现象。7化学性污染物理性污染生物性污染无机有毒物质污染水体污染分类无机物质污染需氧物质污染油类污染有机有毒物质污染悬浮物质污染热污染放射性污染水体污染分类8污水处理方法►物理法：主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质。沉淀法过滤法离心法吸附法根据作用原理和方法的不同，可将处理方法分为三类：物理法、化学法、生物法。利用废水中各种污染物密度的不同这一原理把各种污染物从污水中分离开来，如沉砂池，隔油池等。用活性炭、硅藻土等吸附剂吸附除去污水中的污染物。9污水处理方法►化学法：利用化学反应原理来分离、回收废水中的污染物，或改变污染物的性质，使他从有害变为无害。化学絮凝法中和法氧化还原法离子交换法污水中的胶体物质通常带有负电荷，相互排斥成为稳定的溶液，向污水中投加带有相反电荷的电解质（絮凝剂）中和胶体的电荷，使胶体失去稳定絮凝沉淀。硫酸铝，硫酸亚铁等投加氧化剂或还原剂，使废水中的污染物发生氧化或还原反应变成无害物。10污水处理方法►生物法利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物质进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方法。由于整个过程是在微生物所产生的酶的参与下发生的生物化学反应，因此将废水生物处理称为废水生化处理。12废水生物处理的类型划分依据类型方法举例微生物种类好氧微生物厌氧微生物藻类活性污泥法厌氧污泥法氧化塘微生物生长方式悬浮生长附着生长活性污泥法生物膜法反应器类型完全混合式间隙式流化床混合式曝气池SBR好氧流化床13废水的分级处理处理级别污染物质处理方法一级处理悬浮或胶态固体、悬浮油类、酸、碱沉淀、上浮、过滤、混凝、中和二级处理可生化降解的有机物活性污泥法，生物膜法等三级处理难生化降解的有机物、溶解态的无机物、病毒、病菌、磷、氮等吸附、离子交换、电渗析、反渗透、超滤、化学处理法14格栅沉砂池常用污水处理流程进厂污水粗格栅污水泵房细格栅沉砂池A2/O反应池UV消毒剩余污泥鼓风机房排放污泥脱水车间泥饼外运16污水处理处理目标►除去废水中的有机物和悬浮物，得到透明的处理水。►尽量除去N、P等营养盐类。►尽可能减少产生的污泥量。►尽可能将有用物质作为资源加以回收利用。17固体污染物指标需氧污染物指标pH指标BOD污水的水质污染指标COD细菌总数总大肠菌群数总需氧量金属有毒有害物质有机有毒有害物质放射性物质污水的水质污染指标细菌污染指标有毒物质指标18生化需氧量（BiologicalOxygenDemand,BOD）1L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mg/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。19生化需氧量►由于微生物的降解作用较缓慢，废水中有机物完全降解完毕需要大约20d左右的时间。因此，为实用起见，一般取5d所消耗的氧来作为指标，简称为BOD5。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20oC。20化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)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。►COD是度量废水中有机污染物含量的一个常用水质指标。21化学需氧量►用强氧化剂(重铬酸钾或高锰酸钾)在酸性条件下能将废水中有机物彻底氧化，其中碳水化合物被氧化为H2O和CO2，此时所测定的氧(重铬酸钾或高锰酸钾中的化合态氧)的消耗量即为化学需氧量。22化学需氧量►由重铬酸钾法测定得出的化学需氧量，简称为CODCr；CODCr测定中使用硫酸银作为催化剂。►由高锰酸钾法测定得出的化学需氧量简称为CODMn或高锰酸钾指数。23BODCOD或BODCOD？24化学需氧量►由于强氧化剂对有机物的氧化作用比微生物的生物氧化作用更强烈和彻底，因此废水的COD一般总是大于BOD值。►对于生活污水BOD5和CODCr的比值大致为0.4～0.8。►BOD5和CODCr的比值(B/C)大小常常被用来判断废水能否用好氧生物法来处理或者判断用好氧生物法处理能够进行到怎样的程度。废水的可生化性25根据BOD5与CODcr的比值大小判断：B/C0.45B/C0.30B/C0.25B/C0.2生化性好可生化较难生化不易生化26总需氧量TOD(TotalOxygenDemand)►在900oC下将废水加以燃烧，使废水中的有机物及部分无机物完全氧化所需氧量。这一指标目前很少使用。27总有机碳TOC(TotalOxygenCarbon)►废水样品在约950oC下高温燃烧，用红外线仪定量测出燃烧中所生成的CO2量，此时测得的碳的含量为废水中的总碳(TC)含量。总碳中包含有机碳和以CO2和HCO3-形成存在的无机碳。如在高温燃烧前，将废水进行酸化曝气，去除无机碳后用同样的方法测定的废水的含碳量即为总有机碳TOC。总有机碳的单位为mg/L，生活污水的TOC一般为100～350mg/L，其值略高于BOD5。28悬浮固体（SS）与溶解性固体（DS）►悬浮固体（SS）：废水经过滤器过滤，被过滤器截留的固体。►溶解性固体（DS）：通过过滤器进入滤液中的固体。29挥发性固体（VS）与非挥发性固体（FS）►挥发性固体（VS）：把废水中的固体物，经550oC灼烧1小时，固体中的有机物即被气化，这就是VS。►非挥发性固体（FS）：灼烧后剩余的固体物质即为FS。第二节好氧生物处理31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，使污染物的浓度下降的处理方法。好氧生物处理好氧生物处理原理32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►好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。►目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。►在废水处理工程中，常用的好氧生物处理法有活性污泥法；生物膜法。33好氧生物处理►活性污泥法►生物膜法3435活性污泥法►1912年英国的Clark和Gage发现长时间曝气会产生污泥，同时水质明显改善。►Arden和Lockett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。36活性污泥法►活性污泥(activatedsludge)：是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物以及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体。►活性污泥法：是以活性污泥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107～108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98％~99％干固体1％~2%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：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒经0.02～0.2mm40活性污泥中的微生物1、细菌►直接摄取可溶性有机物；►主要的优势种芽孢杆菌属、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。41动胶菌属42球衣菌属43活性污泥中的微生物2、原生动物鞭毛虫纤毛虫活性污泥中的微生物2、原生动物2、原生动物活性污泥中的微生物46活性污泥中的微生物3、微小后生动物►轮虫类(rotifers)►线虫类(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。47线虫轮虫48活性污泥系统的指标1、污泥浓度指标混合液悬浮固体浓度（MLSS）：表示活性污泥在曝气池混合液中的浓度，mg/L或kg/m3。混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：表示有机悬浮固体的浓度，mg/L或kg/m3。活性污泥系统的指标2、污泥沉降性能指标污泥沉降比（SV）：取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。该值一般在20%-30%之间。49活性污泥系统的指标2、污泥沉降性能指标污泥体积指数（SVI）：SV不能确切表示污泥沉降性能，故用单位质量干泥形成湿泥的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。501L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)51活性污泥系统的指标3、负荷容积负荷：单位体积，单位时间去除BOD或COD的量，kgBOD/m3·d。污泥负荷(F/M)：单位质量活性污泥，单位时间去除COD或BOD的量，kgBOD/kgMLSS·d。52活性污泥法的基本流程►活性污泥法系统组成1、初沉池;2、曝气池;3、二沉池;4、曝气系统;5、污泥回流系统。►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54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55活性污泥工艺在污水工艺中的位置进厂污水粗格栅污水泵房细格栅沉砂池活性污泥反应池UV消毒剩余污泥鼓风机房排放污泥脱水车间泥饼外运56曝气池曝气池曝气池曝气池出水堰曝气池混合液配水进入二沉池61二沉池二沉池62二沉池活性污泥降解有机物的过程64活性污泥降解有机物的两个阶段1、吸附阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有黏性物质，使污水中的有机物转移到活性污泥上去。2、分解阶段转移到活性污泥上的有机物被微生物代谢利用。污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线有机物降解的过程66►利用活性污泥作为生化反应的主体物；►利用曝气设备提供氧源；►对体系进行搅拌增加接触和传质过程；►通过污泥回流使微生物返回系统；►经常排除一部分活性污泥。活性污泥法的基本特点活性污泥法的主要类型活性污泥法短时曝气法SBR法完全混合法AB法阶段曝气法6768短时曝气法►加大进口的通气量，然后随有机物浓度的逐渐降低而相应减少通气量。又称渐减曝气法。69沉淀池进水曝气池曝气设备回流污泥剩余污泥出水短时曝气法流程短时曝气法70阶段曝气法►把进水点加以调整，使废水沿着曝气池分若干点流入，又称多点进水法。►可以降低曝气池前端的耗氧速率，避免缺氧情况，提高空气利用率。71沉淀池曝气池进水出水回流污泥剩余污泥阶段曝气法流程阶段曝气法72吸附生物降解法（AB法）►70年