4废水生物处理原理

《4废水生物处理原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4废水生物处理原理（63页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、4 废水生物处理的基本原理污染物质污染物质 安全物质安全物质微生物降解微生物降解一、微生物特点n种类多n目前发现目前发现10万种万种n实际存在实际存在10倍以上倍以上n分布广n仅火山中心区域没有仅火山中心区域没有n生存能力强，部分可培养生存能力强，部分可培养n例如：硫细菌例如：硫细菌n生活在1万米深的海底温泉，100万100亿个硫细菌/mL海水，供养了蠕虫、蛤、贝和蟹n以硫化氢为能源，CO2为碳源，100高温，1140个大气压及厌氧条件下自养生活一、微生物特点n代谢类型多样n食谱广食谱广n天然有机物均可被利用天然有机物均可被利用n某些毒性物质也能被利用某些毒性物质也能被利用n可降解大量污染物质

2、可降解大量污染物质n繁殖快n居生物界中第一位居生物界中第一位n如，大肠杆菌和梭状芽孢杆菌在最合适的条件下经如，大肠杆菌和梭状芽孢杆菌在最合适的条件下经48h后可产生后可产生2.21043个后代，相当于个后代，相当于4000个地球的重量。个地球的重量。n废水生化处理启动快废水生化处理启动快一、微生物特点n代谢强度大n比表面积大比表面积大利于吸收营养利于吸收营养n乳酸杆菌：乳酸杆菌：120000m2/m3n鸡蛋：鸡蛋：1.5m2/m3n体重体重90Kg的人体：的人体：0.3m2/m3n代谢物相当多代谢物相当多n乳酸杆菌乳酸杆菌1h产生其体重上万倍的乳酸产生其体重上万倍的乳酸n污水处理效率高污水处理

3、效率高n易变异n对周围环境适应能力强对周围环境适应能力强n易于培养专性细菌易于培养专性细菌n经过污泥驯化，可对特殊污染物进行处理经过污泥驯化，可对特殊污染物进行处理n正是由于微生物的诸多优点，使得生物正是由于微生物的诸多优点，使得生物法具有经济、有效的废水处理特点。法具有经济、有效的废水处理特点。n在各种处理方法中处于主要地位。在各种处理方法中处于主要地位。二、水体自净现象n污染物浓度的变化n由高变低由高变低n生物相的变化n异养细菌异养细菌原生动物原生动物藻类藻类n溶解氧浓度的变化n先下降，后回升先下降，后回升二、水体自净现象水流方向水流方向污染进口污染进口溶解氧溶解氧藻类藻类细菌细菌有机物有

4、机物原生动物原生动物水体的自净过程n1、异养细菌大量繁殖，水体溶解氧浓度急剧下降。n2、有机物浓度显著下降；原生动物大量出现；水中游离氨氮增加。n3、有机物浓度下降到最低点；溶解氧恢复；氨转化为硝酸盐与亚硝酸盐；有机物矿化生成磷酸盐和硫酸盐，藻类得以繁殖。n如果这些盐类的含量低，水可逐渐达到净化；如含量如果这些盐类的含量低，水可逐渐达到净化；如含量高，将造成水体的富营养化。高，将造成水体的富营养化。河流方向河流方向污染源污染源水体自净作用原理n物理作用n稀释、沉淀稀释、沉淀n化学作用n氧化还原、中和氧化还原、中和n生物作用（微生物）n微生物对污染物质的同化、异化作用微生物对污染物质的同化、异化

5、作用水体自净能力n受溶解氧及温度制约n有机物浓度高水体缺氧厌氧环境水质变黑、发臭腐胺、尸胺、腐胺、尸胺、H2S、CH4、CO2、NH3等等具恶臭的发酵中间物。具恶臭的发酵中间物。H2S遇铁产生黑色硫化铁沉淀。遇铁产生黑色硫化铁沉淀。n脂肪烃或正烷烃较芳香烃或环烷烃易降解；不饱和脂肪族化合物较易降解。n直链的中长链烃的降解比短链烃易。n烷烃中丙烷以上的碳化合物，随着碳原子数量的增多降解越容易。n不溶性物质，如矿物油类，抗降解能力大。n化合物的分子大小与可降解性有关，聚合物和复合物具有较大的抗降解能力，酶分子不能接近和破坏它们的内部结构。n 有机化合物异构作用对可降解性有影响，化合物所含置换集团的

6、性质、数量和位置影响着可降解性。n 当化合物主链上有非碳元素时，降解十分困难。n 酚类是易于降解的，酮类介于醛、醇之间，但丁烯酮降解困难。以酚为代表的决大部分有机物低浓度时可以降解但在高浓度时毒性大将抑制微生物的生命活动。n 废水中污染物混合后若出现聚合，复合等现象将加大其抗降解能力。有毒物质之间的混合也会增大毒性作用。n 自然界中原有物质较易降解，人工合成物质则较难。三、生物降解性四、废水可生化性的评价方法1、生物氧化率n微生物：微生物：活性污泥活性污泥n底物：底物：单一被测物单一被测物n仪器：仪器：瓦氏呼吸仪瓦氏呼吸仪n检测参数：检测参数：耗氧量耗氧量n生物氧化率：生物氧化率：耗氧量占理论

7、总需氧量的百分比耗氧量占理论总需氧量的百分比。瓦氏呼吸仪瓦氏呼吸仪四、废水可生化性的评价方法2、呼吸线(耗氧线)n a为内源呼吸线，若废水中有机污染物的耗氧曲线与内源呼吸线重合时，说明有机污染物不能被微生物所分解，但对微生物也无抑制作用。nb为可降解有机污染物的耗氧曲线，此曲线应始终在内源呼吸线的上方。起始时，微生物代谢速度快，耗氧速度也大，随着有机物浓度的减小，耗氧速度下降，耗氧曲线与内源呼吸线平行。nc为对微生物有抑制作用的有机污染物的耗氧曲线。na类曲线 相应的有机污染物不能被微生物分解，对微生物的活性亦无抑制作用。nb类曲线 相应的有机污染物是可生物降解的物质。n c类曲线 相应的有机

8、污染物在一定浓度范围内可以生物降解，超过这一浓度范围时。则对微生物产生抑制作用。nd类曲线 相应的有机污染物不可生物降解，且对微生物具有毒害抑制作用。一些重金属离子也有与此相同的作用。%100baVVR四、废水可生化性的评价方法3、BOD5/CODCr值CrnBOD5/CODCr0.45，生化性较好；，生化性较好；nBOD5/CODCr0.30，可生化；，可生化；nBOD5/CODCr0.30，较难生化；，较难生化；nBOD5/CODCr0.25，不宜生化；，不宜生化；测定逐日测定逐日BOD5和和TOD，再以，再以BOD5/TOD值与测定时间值与测定时间t作图作图n(1)摇床试验n在培养瓶中加

9、入驯化活性污泥、待测物质及无机营养盐溶液，在摇床上振摇，培养瓶中的混合液在摇床振荡过程中不断更新液面，使大气中的氧不断溶解于混合液中，以供微生物代谢有机物之用，经过一定时间后，对混合液进行过滤或离心分离，然后测定清液的COD或BOD，以考察待测物质去除效果。n(2)模型试验 n指采用生化处理的模型装置考察废水的可生化性。模型装置通常可分为间歇流和连续流反应器两种。五、微生物降解原理五、微生物降解原理五、微生物降解原理1、大分子有机化合物n多糖类多糖类n纤维素纤维素(半纤维素半纤维素较易降解较易降解)+H2O+H2OC1、Cx酶细胞过程细胞内过程好氧好氧分解分解纤维二糖纤维二糖纤维素纤维素葡萄糖

10、葡萄糖厌氧厌氧分解分解-葡萄糖苷酶n多糖类n淀粉淀粉麦芽糖麦芽糖n原果胶原果胶原果胶酶果胶甲基酯酶果胶酸酶n木质素：难降解n脂类脂肪酶+H2O磷脂酶+H2O酯酶+H2On烷烃类n甲烷甲烷n乙烷、丙烷、丁烷乙烷、丙烷、丁烷n共代谢：以共代谢：以甲烷甲烷为能源为能源n转化为酮、酸类转化为酮、酸类n继续被分解继续被分解n烷烃类n高级烷烃高级烷烃n烯烃类-氧化-氧化环氧六、好氧处理原理n好氧生物处理：好氧生物处理：在提供在提供游离氧游离氧前提下，以好氧微生物为前提下，以好氧微生物为主，使有机物主，使有机物降解、稳定降解、稳定的的无害化无害化处理方法。处理方法。n微生物营养源：微生物营养源：胶体状、溶解

11、性有机物胶体状、溶解性有机物n处理过程处理过程n 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）n 合成反应（也称合成代谢、同化作用）n内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）C、H、O、N、S +O2 CO2+H2O+NH3+SO42-+能量能量 异氧微生物异氧微生物C、H、O、N、S+能量能量 C5H7NO2 活性污泥活性污泥C5H7NO2+O2 CO2+H2O+NH3+SO42-+能量能量 微生物六、好氧处理原理n正常情况下，各类微生物细胞物质成分相对稳定，可正常情况下，各类微生物细胞物质成分相对稳定，可用下列实验式表示：用下列实验式表示：n细菌：细菌：C5H7NO2n真菌：真菌：C16H17N

12、O6n藻类：藻类：C5H8NO2n原生动物：原生动物：C7H14NO3 n活性污泥n包含微生物、悬浮物、胶体等包含微生物、悬浮物、胶体等n吸附、分解有机物能力强；易沉降吸附、分解有机物能力强；易沉降n呈絮状呈絮状n生物膜n载体上附着呈薄膜状的活性污泥载体上附着呈薄膜状的活性污泥七、厌氧处理原理n又称厌氧消化、厌氧发酵，在厌氧条件下由厌氧或兼性微生物分解复杂有机物并产生CH4和CO2n相对于好氧，污泥增长率小、运转费用低；反应时间长厌氧两阶段理论n20世纪世纪3060年代年代n第一阶段：酸性发酵阶段第一阶段：酸性发酵阶段n主要功能：水解和酸化主要功能：水解和酸化n主要产物：脂肪酸、醇类、主要产物

13、：脂肪酸、醇类、CO2和和H2等等n主要参与反应的微生物：发酵细菌或产酸细菌主要参与反应的微生物：发酵细菌或产酸细菌n特点：生长速率快；环境适应性强特点：生长速率快；环境适应性强n第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段n主要产物：主要产物：CH4和和CO2n主要参与反应的微生物：产甲烷菌主要参与反应的微生物：产甲烷菌(Methane producing Methane producing bacteriabacteria)n特点：生长速率慢；对环境敏感，要求苛刻特点：生长速率慢；对环境敏感，要求苛刻 厌氧三阶段理论n20世纪世纪70年代年代Bryant提出

14、，基于产甲烷细菌不能利用产甲烷细菌不能利用一碳以上的脂肪酸和醇类一碳以上的脂肪酸和醇类(可利用乙酸可利用乙酸)n三阶段包括：三阶段包括：n水解、发酵阶段水解、发酵阶段n产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段n产甲烷阶段产甲烷阶段n三阶段理论基础上增加了同型产乙酸菌三阶段理论基础上增加了同型产乙酸菌n将产氢产乙酸细菌产生的将产氢产乙酸细菌产生的H2/CO2合成为乙酸合成为乙酸n“三阶段三阶段理论理论”、“四阶段四阶段理论理论”是目前公认的对厌是目前公认的对厌氧生物处理过程氧生物处理过程较全面和较准确较全面和较准确的描述的描述 碳水化合物厌氧消化酶发酵脂类厌氧消化酶8次-氧化脂肪酸甘油甘油蛋白质厌氧消化酶发

15、酵废水厌氧生物处理过程产酸阶段产气阶段八、脱氮原理1、氮、氮生命的重要组成元素生命的重要组成元素n蛋白质、蛋白质、DNA、RNAn约占生物重量的约占生物重量的10%2、氮素的循环、氮素的循环n大气氮大气氮固氮固氮蛋白质等蛋白质等氨等氨等亚硝酸盐亚硝酸盐硝硝酸盐酸盐大气氮大气氮氮素的循环八、脱氮原理3、氮对水体的污染、氮对水体的污染n固氮比返回大气氮多固氮比返回大气氮多680万万t/an工业固氮年递增工业固氮年递增10%氮素循环平衡被破坏氮素循环平衡被破坏n生活污水及工业含氮废水生活污水及工业含氮废水n降水溶解土壤中氮肥降水溶解土壤中氮肥4、氮对水体、生物的危害、氮对水体、生物的危害n水体富营养

16、化：水体富营养化：某些藻类恶性繁殖某些藻类恶性繁殖“水华水华”(bloom)(bloom)n水体缺氧，造成水体黑臭水体缺氧，造成水体黑臭n对人及生物有毒害作用对人及生物有毒害作用化合态氮的毒害作用脱氮八、脱氮原理氨化氨化(Ammonification)(Ammonification)：n废水中的废水中的含氮有机物含氮有机物，在生物处理过程中被，在生物处理过程中被好氧或厌好氧或厌氧异养型微生物氧异养型微生物氧化分解为氧化分解为氨氮氨氮的过程，又称的过程，又称氮素矿氮素矿化化。a.蛋白质的氨化蛋白质的氨化蛋白质蛋白质多肽多肽(二肽二肽)氨基酸氨基酸蛋白酶肽酶氧化脱氨基水解脱氨基还原脱氨基脱羧基b.

17、核酸的氨化核酸的氨化c.尿素、尿酸、几丁质、卵磷脂的氨化尿素、尿酸、几丁质、卵磷脂的氨化核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶核糖或脱氧核糖核糖或脱氧核糖磷酸磷酸核酸酶核苷酸酶核苷酶八、脱氮原理硝化硝化(Nitrification)：n 废水中的废水中的氨氮氨氮在好氧自养型微生物（统称为在好氧自养型微生物（统称为硝硝化菌化菌）的作用下被转化为）的作用下被转化为NO2 和和NO3 的过程。的过程。1、硝化反应的基本原理、硝化反应的基本原理n1）亚硝化细菌（氧化氨的细菌）(Nitrosomonas)n化能无机营养，专性好氧，最适温度化能无机营养，专性好氧，最适温度25-30（5-30），

18、最），最适适pH7.5-8.0（5.8-8.5），），n常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶状菌。叶状菌。n2）硝化细菌(Nitrobacter)n最适温度最适温度25-30，最适，最适pH7.5-8.0。NO2-浓度在浓度在2-30mmol/L时时化能无机营养最好，化能无机营养最好，n常见菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。常见菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。42NHNO23NONO2 2、硝化反应过程、硝化反应过程n亚硝化反应亚硝化反应n硝化反应硝化反应n总细菌产率：总细菌产率：0.02g/gNO2-N。n氧化氧化1mg

19、氨氮为硝酸氮氨氮为硝酸氮：n耗氧4.27mg；n耗碱度7.07mg(以CaCO3计)。423572222355761095457104NHOHCOCHONNOHOHCO2423325722340041953400NONHH COHCOOC H O NH ONO因此，污水必须要有足够碱度。因此，污水必须要有足够碱度。八、脱氮原理反硝化反硝化(Denitrification)(Denitrification)：n缺氧缺氧条件下废水中的条件下废水中的NO2 和和/或或NO3 在在反硝化菌反硝化菌（异（异养型兼性厌氧菌）的作用下被还原为养型兼性厌氧菌）的作用下被还原为N2的过程。的过程。n反硝化反应的

20、途径反硝化反应的途径 n同化反硝化：n最终产物为有机氮化合物菌体的组成部分n异化反硝化：n最终产物是氮气(N2)或笑气(N2O)n反硝化反应过程反硝化反应过程n反硝化反应方程式反硝化反应方程式n 以H为电子供体：n以甲醇为电子供体：3222NOHNOH O2222264HNOHNH O 33222332NOCH OHNOH OCO23222223HNOCH OHNH OCO 废废水水好好氧氧脱脱碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水出水回流回流九、除磷原理1、磷在废水中的存在形式、磷在废水中的存在形式磷酸盐、聚磷酸盐、有机磷一般细

21、菌：摄取定量磷满足生理需要。磷细菌：可过量摄取磷，以聚合磷酸盐形式贮存在体内。聚磷细菌：种类较多，其中聚磷能力强的优势菌有不动杆菌莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属、黄杆菌属等。2、除磷过程、除磷过程n1)除磷菌过量摄取磷除磷菌过量摄取磷n好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。n2)除磷菌磷释放除磷菌磷释放n厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解

22、聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。n3)富磷污泥排放富磷污泥排放n好氧条件下所摄取的磷比厌氧条件下所释放的磷多，利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统即达到除磷目的。十、生化处理方法分类n起作用的微生物不同。好氧处理是由好氧微生物和兼性微生物起作用；而厌氧处理是厌氧菌和兼性菌起作用。n产物不同。好氧处理中有机物被转化为CO2、H2O、NH3或NO2-、SO42-等。厌氧处理中有机物被转化为CH4、NH3等。n反应速率不同。好氧处理有机物转化速率快，处理设备内停留时间短、设备体积小。厌氧处理有机物转化速率慢，需要时间长，设备体积庞大。n对环境要求条件不同。好氧处理要求充分供氧。厌氧处理要求绝对

23、厌氧的环境，对环境条件要求甚严。n活性污泥法于1914年首先在英国被应用。近二十多年来，随着对其生物反应和净化机理的广泛深入的研究，以及该法在生产应用技术上的不断改进和完善。使它得到了迅速发展，相继出现了多种工艺流程和工艺方法，使得该法的应用范围逐渐扩大，处理效果不断提高，工艺设计和运行管理更加科学化。目前，活性污泥法已成为城市污水、有机工业废水的有效处理方法和污水生物处理的主流方法。n第一个生物膜法处理设施1893年在英国试验成功，1900年后开始付诸污水处理实践，并迅速欧美得到广泛应用。50年代，在德国建造了塔式生物滤池，这种滤池高度大，具有通风良好、净化效能高、占地面积小等优点。n生物转

24、盘出现于60年代。由于它净化功能好、效果稳定、能耗低，因此在国际上得到了广泛应用。70年代初期出现了生物流化床具有BOD容积负荷大、处理效率高、占地面积小、投资省等特点，生物活性炭法是近年来发展起来的，已在世界上许多国家采用。近年来出现的生物接触氧化法、投料活性污泥法，均是兼有活性污泥法和生物膜法特点的生物处理法。n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，该法的应用已有一百多年历史。n从70年代起，其理论研究和实际应用都取得了很大的进展。近年来，一些新的厌氧处理工艺或设备，如上流式厌氧污泥床、上流式厌氧滤池、厌氧接触法、厌氧流化床及两相厌氧消化工艺等

25、相继出现，使厌氧生物处理法所具有的能耗小并可回收能源，剩余污泥量少，生成的污泥稳定，易处理，对高浓度有机污水处理效率高等优点，得到充分地体现。n60年代以来，生物脱氮除磷工艺受到重视，先后开发了厌氧-好氧(A1-O)和缺氧-好氧(A2-O)组合工艺，在去除有机物的同时，前者可去除废水中的磷，后者可脱除废水中的氮。继而又将上述两工艺优化组合，构成可以同时脱氮除磷并处理有机物的A1-A2-O流程(或称A2/O)。作业1、污水可生化评价指标有哪些？简述按照BOD/COD 的污水可生化评价标准。2、为了保证水体的自净作用，污水必须满足哪些条件？3、简述厌氧生物处理和好氧生物处理的区别。4、简述影响生物脱氧、降磷系统的因素。5、简述生物脱氮包括哪些作用（过程）。