水的生物化学处理方法

水的生物化学处理方法自然界存在大量的微生物，可以在有氧或无氧的条件下将有机物分解，获得能量以繁殖，生长。水的生物化学处理法就是利用微生物的这种特性去除污水中的有机物，降低水中的氮、磷等营养物的含量。悬浮生长系统附着生长系统悬浮生长系统附着生长系统好氧厌氧内容1、微生物基础2、好氧悬浮生长技术（重点）3、好氧附着生长技术4、厌氧生物处理技术5、生物脱氮除磷技术（难点）6、水处理厂污泥处理技术7、废水土地处理技术微生物的代谢过程微生物代谢产物（H2O,CO2,NH3等）＋能细胞物质（C5H7NO5)净增物质有机物＋O2细菌的生长曲线：时间细菌数对数生长期二、细菌生长曲线及Monod公式由于基质按一定比例转化为细胞，因此细菌的增长与基质的消失有以下关系：dtdSYdtdXY为产率系数微生物代谢产物（H2O,CO2,NH3等）＋能细胞物质（C5H7NO5)净增物质有机物＋O2(3-5))(SKYXSdtdSYdtdXdtdSSmYkm/（2）基质的利用速率SKkXSdtdSS第二节好氧悬浮生长系统处理技术生物处理过程分为好氧悬浮生长生物处理工艺和附着生长生物处理工艺。好氧悬浮生长生物处理活性污泥法曝气氧化塘好氧消化法高负荷氧化塘本章概要（一）活性污泥法基本原理（二）普通活性污泥法的运行方式及其演变（三）活性污泥法主要设计与运行参数（四）好氧悬浮生长处理工艺质量平衡方程（本章重点）（五）曝气方法与曝气机理（六）活性污泥法处理系统工艺设计及计算一、活性污泥法活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。自1912年开始至今，活性污泥法的研究经过近百年的发展，在理论和实践上都取得了很大的进步。活性污泥法本质上与天然水体（江、湖）的自净过程相似。大量微生物形成的絮凝团，外形呈黑色污泥状。与污水混合完全，在有氧条件下，将污水中有机物分解，净化水体。（一）活性污泥法基本原理活性污泥法的基本流程活性污泥法基本原理污泥吸附有机物氧化分解有机物絮凝体形成，沉降对数生长期，有机物分解最快，但不易形成絮凝体减数生长期，有机物分解变慢，易形成絮凝体，吸附能力强2曝气方法：鼓风曝气机械曝气鼓风曝气装置：1.钟罩式扩散器2.管式扩散器3.穿孔式扩散器4.倒盆式5.射流式机械曝气装置：叶轮式转刷式（六）活性污泥法处理系统工艺设计及计算系统组成：曝气池，曝气设备，污泥回流设备，二次沉淀池1、设计内容：选定工艺流程；曝气池的容积的计算及曝气池工艺设计；计算需氧量、供气量以及曝气系统的计算与设计；计算回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计。二次沉淀池的选定与工艺计算、设计。2、应确定的主要各项参数首先解决需氧量和供气量。需氧量的计算：O2＝RhBODQ)(5（2）曝气系统的设计R－需氧量（3）二次沉淀池，污泥回流系统的设计污泥回流量可以从沉淀池的质量平衡方程来确定。假设二次沉淀池的污泥量保持不变（稳定状态）稳定状态下，污泥的质量平衡方程为：累积污泥量＝污泥流入量－出水污泥量－废弃生物量0＝（Q0+QR)*X-(Q0-QW)*Xe-(QR+QW)*XuV，X，S曝气池二次沉淀池Q0+QR，X，S出水Q0-QW，Xe，S污泥底流QW+QR，Xu剩余污泥QW，Xu污泥回流QR，Xu第四节厌氧生物处理技术一、概述二、厌氧生物处理机理三、厌氧生物处理系统四、厌氧生物处理的新发展请大家带着问题学习这一节：与好氧相比厌氧生物处理的优、缺点一、概述1906年德国学者Imhoff开发双层沉淀池处理有机污泥.(化粪池）1970年代由荷兰学者G.Lettinga等人研究成功上流式厌氧污泥床（UASB)。20世纪90年代，EGSB及IC二、厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理：在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）消化作用，将废水中各种复杂有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程。与好氧不同之处在于厌氧过程不以分子氧为受氢体。kJOHCOOOHC28806662226126好氧过程厌氧过程厌氧过程的受氢体可以是有机物（厌氧状态），也可以是含氧有机物（NO3-，SO42-，CO2等，缺氧状态）。kJKNOOHCOKNOOHC179612661222236126kJCOOHCHCHOHC226222236126厌氧生物处理是复杂的微生物化学过程，由三大主要类群的细菌完成。水解产酸细菌产氢产乙酸细菌产甲烷细菌含纤维素，半纤维素，果胶和脂类的污水中，水解成为速度限制；简单的糖类，淀粉，氨基酸的废水中，产甲烷成为限制步骤。常温消化中温消化高温消化水温10～30℃水温25～38℃水温50～55℃影响厌氧处理的主要因素1、甲烷细菌对温度的变化十分敏感。2、甲烷细菌的繁殖速度很慢。3、甲烷细菌的专一性很强。4、甲烷细菌对pH的要求很严格产酸菌要求环境介质pH在4.5～8，产甲烷菌要求在中性附近。在6.6～7.4较适宜。有机物质中炭氮比（C/N）过高，则pH易下降，缓冲能力弱；炭氮比（C/N）过低，则pH易上升，脂肪酸的胺盐积累，会对产甲烷菌产生毒害。三、厌氧生物处理系统分为厌氧悬浮生长系统处理技术和厌氧附着生长系统处理技术。厌氧接触法普通消化池厌氧生物滤池厌氧流化床厌氧生物转盘厌氧污泥层工艺UASB工艺厌氧隔板反应器厌氧移动层反应器1.厌氧接触法工艺特点：类似活性污泥法，废水经消化池搅拌分解后，流入沉淀池进行固液分离，污泥流回消化池内回用。运行参数：按消化池容积负荷计算，COD负荷为2～6kg/m3d，消化池高度：宽度＝1：1；池内水上升流速约0.5mm/s，停留时间约2h。（一）厌氧悬浮生长系统处理技术普通消化池又称常规消化池或传统消化池。常用密闭的圆柱型。高浓度废水或污泥定期排入，消化后的污泥和废水分别由池底和上部排除，产生的沼气从顶部排出。搅拌方式：机械搅拌，沼气搅拌，消化液搅拌加热方式：热蒸汽直接在池内加热；消化池内装热交换管；池外加热2、普通消化池消化池设计参数投配率p：每天加入消化池的新鲜污泥体积与消化池容积的比率。pWiV污泥有效容积：Wi------湿污泥投配量，m2p值——中温消化一般用6～8％，高温消化用10～16％。（２）厌氧污泥层工艺１.升流式厌氧污泥床法（ＵＡＳＢ工艺）２．厌氧隔板反应器３．厌氧移动层反应器１.升流式厌氧污泥床法工艺特点：反应器内没有载体，由反应区，沉淀区和气室三部分组成。废水在上升时被微生物分解产生气体，搅动污泥床的上部形成悬浮污泥层，在三相分离器内沼气与水，污泥分离，在重力作用下，污泥和水在沉淀区内分离，污泥下落回到反应区。反应器内污泥浓度平均为30～40g/L，底部污泥床高达60～80g/LCOD容积负荷达到10～20kg/m3d，去除率达到90％以上。反应器内设三相分离器，一般无污泥回流设备，无混合搅拌设备，进水悬浮物应该比普通消化池低，对水质变化比较敏感。升流式厌氧污泥床法设计参数池高一般为3～8米，污泥床高1～2米，污泥悬浮层高2～4米三相分离器沉淀区斜壁角度大于50度，使污泥迅速滑落回反应区。沉淀区表面负荷应在0.7m3/m2h，混合液进入沉淀区前，通过入流孔道的流速不大于2m/h。２．厌氧隔板反应器利用隔板引导废水水流以升流方式通过一系列的污泥层反应器。进水出水气体回流（３）厌氧附着生长系统处理技术1、厌氧生物滤池2、厌氧膨胀床和厌氧流化床3、厌氧生物转盘（４）厌氧塘四、厌氧生物处理的新发展（一）多级厌氧生物处理系统（二）两相厌氧处理系统（三）厌氧、好氧联合处理系统发展方向高效率厌氧处理系统必须满足的条件之一是：能够保持大量的活性厌氧污泥。第二个条件，是使得进水和保持的污泥之间的良好接触。今后厌氧反应器的发展方理效果，向应该围绕这两个基本条件，开发启动周期短、使用范围广，耐冲击负荷能力强，出水水质进一步提高的高效厌氧反应器。讨论：与好氧相比厌氧生物处理的优、缺点1、优点（1）需要的能量和营养物少。（2）产生的生物污泥较少。（3）产生甲烷，是一种潜在的能源。（４）需要的反应器容积较小．2、缺点（1）处理程度往往达不到排放要求。（2）厌氧生物技术不能除磷。（3）厌氧生物处理过程反应速度较慢。（４）为培养必需的的生物污泥总量，起动时间较长．（５）需要补充碱度．第五节生物脱氮除磷技术水环境中的氮与磷过多，会造成地表水富营养化，使水环境恶化。水中的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐与有机磷三种形态存在，生活污水中，后两种占总数的70%左右，约10%左右以固体形式存在。第三节废水的深度处理技术一、污水脱氮处理技术生物脱氮机理：硝化过程：NH4++3/2O2NO2-+2H++H2ONO2-+1/2O2NO3-反硝化过程：厌氧菌将NO3-和NO2-还原为N2需要电子供体OHOHCONOHCHNOOHCONOOHCHNO633336426262223222233McCarty经验甲醇投加量计算公式：Cm：要求的甲醇浓度N0：NO3-的起始浓度N1：NO2-的起始浓度D0：溶解氧的初始浓度01087.053.147.2DNNCm•生物脱氮处理工艺：生物脱氮，一般在好氧条件下进行硝化处理，然后在缺氧条件下进行反硝化处理脱去氮。BOD5与总氮的比例制约了污水中反硝化菌的量，BOD5与总氮的比在1～3之间时，好氧可相当于单独硝化；BOD5与总氮的比在5以上时，完成反硝化需外加炭源。物理化学脱氮技术空气吹脱折点氯氧化当pH为11时，水中NH3占总氨的98％HClOHNHClONHClHHClOOHCl333222322二、废水中磷的处理技术生物脱磷工艺化学除磷工艺磷合成细胞物质沉淀到污泥中投石灰乳PO43-+Ca2+——投铝盐或铁盐PO43-+Al3+——本节内容生物脱氮机理生物脱磷机理同步脱氮除磷处理技术一、生物脱氮机理氨化细菌硝化菌厌氧菌将有机氮化合物分解，转化为氨氮将氨氮转化为硝酸盐将NO3-转化为N2污水中有充足的氢源和碳源溶解氧严格低于0.5mg/L反硝化过程水温35℃pH值7.5－9溶解氧不低于0.5mg/L硝化过程生物脱氮工艺两段工艺流程初沉池曝气氧化硝化池缺氧反硝化池二沉池曝气排放空气空气氮气A/O工艺（缺氧/好氧脱氮工艺）初沉池缺氧池好氧池二沉池硝化池体积反硝化池体积生物脱磷机理快速降解有机物提供能量磷酸盐O2提供能量磷酸盐CO2厌氧条件下好氧条件下生物脱磷机理1.聚磷菌磷的摄取：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来，细菌以聚磷的形式在细胞中储存磷，其量可超过生长所需，这一过程成为聚磷菌磷的摄取。2.聚磷菌磷的释放：在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，这一过程成为聚磷菌磷的释放。是通过上述两个过程，在好氧和厌氧的间歇作用下，进行除磷的生物脱氮处理工艺厌氧-好氧除磷工艺（A/O工艺）初沉池厌氧池好氧池二沉池Phostrip除磷工艺曝气池（吸磷和除BOD）二沉池沉淀池石灰沉淀池厌氧吸磷池三、同步脱氮除磷处理技术工艺OA/2厌氧段缺氧段好氧段沉淀池Bardenpho工艺沉淀池第一缺氧反应器好氧反应器第二缺氧反应器快速好氧反应器沉淀池作业想一想：脱氮除磷工艺是如何在ＳＢＲ工艺中实现的？Ｐhoredox法由于在最初的除磷系统的运行中，在不曝气区不能保证产生严格厌氧条件，放在第一缺氧池之前增设一个厌氧发酵区，沉淀池污泥回流入厌氧池，厌氧池中混合液进入缺氧池．由于回流污泥所含硝酸盐甚少，故在发酵区中厌氧条件易达到，该法即称为Ｐhoredox法Ｐhoredox法厌氧池缺氧池好氧池缺氧池好氧池二沉池除磷的影响因素:碳源的浓度和种类溶解氧硝酸盐和亚硝酸盐温度PH工艺的运行参数和运行方式一、污泥的性质二、污泥的处理和处置技术第六节水处理厂污泥处理技术污泥分类生物