第二章 廢水好氧生物處理

1、內(nèi)容：第一節(jié) 廢水處理技術(shù)概述第二節(jié) 活性污泥法第三節(jié) 生物膜法 一、生物處理的基本原理生物處理的主體是微生物。有機(jī)物的轉(zhuǎn)化廣義上可以定義為兩種： 礦化和共代謝 礦化是將有機(jī)物完全無機(jī)化的過程，是與微生物生長(zhǎng)包括分解代謝與合成代謝過程相關(guān)的過程。 共代謝通常是由非專一性酶促反應(yīng)完成的，不導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)量或能量的增加,使有機(jī)物得到修飾和轉(zhuǎn)化，但不能使其分子完全分解。1.好氧生物處理的基本原理 在好氧條件下，有機(jī)物在好氧微生物的作用下氧化分解，有機(jī)物濃度下降，微生物量增加。微生物將有機(jī)物攝入體內(nèi)后，以其作為營(yíng)養(yǎng)源加以代謝，代謝按兩條途徑進(jìn)行：合成代謝和分解代謝圖6-1 有機(jī)物好氧分解圖示 在有機(jī)物的好

2、氧分解過程中，有機(jī)物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗這三個(gè)過程是同步進(jìn)行的，也是控制好氧生物處理成功與否的關(guān)鍵過程。（1）有機(jī)物的降解圖6-2 有機(jī)物好氧生物降解的一般途徑（2）微生物的增殖圖6-3 靜態(tài)培養(yǎng)微生物生長(zhǎng)曲線（3）溶解氧的提供 溶解氧是影響好氧生物處理過程的重要因素。 充足的溶解氧供應(yīng)有利于好氧生物降解過程的順利進(jìn)行。 溶解氧的需求量與微生物的代謝過程密切相關(guān)。 在不同的好氧生物處理過程和工藝中，溶解氧的提供方式也不同。2.厭氧生物處理的基本原理 厭氧生物處理是在無氧條件下，利用多種厭氧微生物的代謝活動(dòng)，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物和少量細(xì)胞物質(zhì)的過程。（1）厭氧生物分解有機(jī)物的過程圖

3、6-4 有機(jī)物厭氧分解過程 水解階段 復(fù)雜有機(jī)物首先在發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的胞外酶的作用下分解為溶解性的小分子有機(jī)物。該過程通常比較緩慢，是復(fù)雜有機(jī)物厭氧降解的限速階段。 發(fā)酵（酸化）階段 溶解性小分子有機(jī)物進(jìn)入發(fā)酵菌（酸化菌）細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)酶作用下分解為揮發(fā)性脂肪酸（VFA),同時(shí)合成細(xì)胞物質(zhì)。 產(chǎn)乙酸階段 發(fā)酵酸化階段的產(chǎn)物丙酸、丁酸、乙醇等，在此階段經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。 產(chǎn)甲烷階段 產(chǎn)甲烷菌通過以下兩個(gè)途徑之一，將乙酸、氫氣和二氧化碳等轉(zhuǎn)化為甲烷。其一是在二氧化碳存在時(shí)，利用氫氣生成甲烷。其二是利用乙酸生成甲烷。（2）水解處理 水解處理是指將厭氧過程控制在水解或酸化階

4、段，利用兼性的水解產(chǎn)酸菌將復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單有機(jī)物。能降低污染物的復(fù)雜程度，提高后續(xù)好氧生物處理的效率。（3）缺氧處理在沒有分子氧存在的條件下，一些特殊的微生物類群可以利用含有化合態(tài)氧的物質(zhì)進(jìn)行代謝活動(dòng)。1.存在含有某種降解酶的微生物。2.微生物必須在目標(biāo)化合物出現(xiàn)的環(huán)境中出現(xiàn)。3.化合物必須是具有適宜酶的微生物可獲得的。4. 如果產(chǎn)生降解的啟動(dòng)酶是胞外酶，酶作用的化學(xué)鍵必須暴露以利于催化作用發(fā)生，這種條件并不是總能滿足，因?yàn)樵S多化合物會(huì)發(fā)生吸附。5. 催化起始降解的酶如果是胞內(nèi)酶，化合物分子則必須進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的酶作用位點(diǎn)，或者胞外反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步降解。6. 由于能作用于多種合

5、成化合物的細(xì)菌或真菌種群或生物量起始濃度較低，環(huán)境條件必須適合具有活性潛力的微生物增殖。1.微生物活性2.目標(biāo)化合物特征3.環(huán)境因素（1）營(yíng)養(yǎng)（2）溫度（3）pH（4）氧廢水包括生活污水和工業(yè)廢水工業(yè)廢水是生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水的總稱一、廢水水質(zhì)指標(biāo)1）表示水的污染程度 2）表示處理廠的處理效果 3）作為設(shè)計(jì)處理工程的指標(biāo) 4）作為污水排入水體的標(biāo)準(zhǔn)制定、檢驗(yàn)等。 生物化學(xué)需氧量（BOD）生化需氧量表示在有氧的情況下，由于微生物的活動(dòng)，可降解有機(jī)物穩(wěn)定化所需的氧量。BOD越大，表示水體中的有機(jī)物越多，污染越嚴(yán)重?；瘜W(xué)需氧量是指在一定條件下水中有機(jī)物與強(qiáng)氧化劑（如 K2CrO4,KMnO4 )作用所

6、消耗的氧量。水中的COD不僅代表水中有機(jī)物的含量，同時(shí)也包括水中還原性無機(jī)物被氧化的耗氧量。根據(jù)BOD/COD的比值可以初步評(píng)介廢水的可生化性。一般來說： BOD/COD =0.4 BOD/COD =0.4 可生化性較好，適合于用生可生化性較好，適合于用生化處理方法?；幚矸椒?。 BOD/COD =0.3BOD/COD =0.30.4 0.4 可生化性一般，可以用生可生化性一般，可以用生化處理方法。化處理方法。 BOD/COD =0.2BOD/COD =0.20.3 0.3 可生化性較差，需馴化后可生化性較差，需馴化后用生化處理方法。用生化處理方法。BOD/COD 0.2 BOD/COD 0.

7、2 可生化性很差，不適合于用生可生化性很差，不適合于用生化處理方法。化處理方法。 懸浮固體懸浮固體 SSSS；揮發(fā)性懸浮固體揮發(fā)性懸浮固體 VSSVSS； 總固體總固體 TSTS； PH；顏色；溫度；氨氮；溶解固體；氯化物。有毒物指標(biāo)：重金屬；硫化物；氰化物；有毒物指標(biāo)：重金屬；硫化物；氰化物； 其它有機(jī)物；其它有機(jī)物； 三致物質(zhì)及高穩(wěn)定有機(jī)合成化三致物質(zhì)及高穩(wěn)定有機(jī)合成化合物。合物。 （細(xì)菌總數(shù)；大腸菌指數(shù)。（細(xì)菌總數(shù)；大腸菌指數(shù)。-微生物指標(biāo)）微生物指標(biāo)） 按照作用原理和去除對(duì)象可分為： 物理法 化學(xué)法 生物法利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)。使用的處理設(shè)備有：格柵、篩網(wǎng)、沉砂池

8、、沉淀池、濾池、氣浮裝置、離心機(jī)等。利用化學(xué)反應(yīng)作用來分離、轉(zhuǎn)化、破壞或回收廢水中的污染物，使其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。通常通過向廢水中投加某些化學(xué)物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢水的目的。1）中和處理法 酸或堿2）混凝處理法 3) 化學(xué)沉淀法4）氧化 還原法5）吸附法6）離子交換法7）膜分離法采取一定的措施，使微生物大量生長(zhǎng)和繁殖，從而提高微生物氧化、分解有機(jī)污染物的一種技術(shù)。(1)活性污泥法 是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種生物處理技術(shù)。(2)生物膜法 生物濾池 、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等(3)自然生物處理法 穩(wěn)定塘和土地處理法(4)厭氧生物處理法 利用兼性厭氧菌和專門厭氧菌在無氧條件下降解有機(jī)污染物的處理

9、技術(shù)。(5)廢水的脫磷除氮一、活性污泥與活性污泥法一、活性污泥與活性污泥法 有機(jī)廢水經(jīng)過一段時(shí)間的曝氣后，水中會(huì)產(chǎn)生一種以好氧菌為主體的茶褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是活性污泥。 活性污泥法就是以含于廢水中的有機(jī)污染物為培養(yǎng)基，在有溶解氧的條件下，連續(xù)地培養(yǎng)活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用凈化廢水中有機(jī)污染物。普通活性污泥法處理系統(tǒng)如圖7-3?；钚晕勰嗵幚硐到y(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件：活性污泥處理系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件：（1）廢水中有足夠的可溶性易降解有機(jī)物；（2）曝氣池中有足夠的氧氣；（3）活性污泥在池中呈懸浮狀態(tài)，可與廢水充分接觸；（4）活性污泥連續(xù)回流，及時(shí)排出

10、剩余污泥；（5）沒有對(duì)微生物有毒害作用的物質(zhì)進(jìn)入。（一）微生物種類 細(xì)菌 ：是生物相中的主要成分是生物相中的主要成分,形成菌膠團(tuán)形成菌膠團(tuán) 原生動(dòng)物：鞭毛蟲、肉足蟲、纖毛蟲 真菌 ：主要是霉菌，一般呈絲狀主要是霉菌，一般呈絲狀 后生動(dòng)物： 輪蟲類、線蟲類等。（二）活性污泥的增長(zhǎng)曲線 （三）吸附基質(zhì)，代謝，自身繁殖 以及消耗水中溶解氧的關(guān)系 活性污泥的性能決定著凈化結(jié)果的好壞。 （一）混合液懸浮固體 （MLSS）（二）污泥沉降比（SV） （三）污泥體積指數(shù)（SVI） （四）污泥密度指數(shù)（SDI） （一）溶解氧（DO) 不低于2mg/L（二）水溫 1525 （三）營(yíng)養(yǎng)料 碳源、氮源以及微量的鉀，鎂

11、， 鐵，維生素等 （四）有毒物質(zhì) 重金屬離子 鋅，銅，鎳，鉛，鉻等 非金屬化合物 酚，醛，氰化物，硫化物等（五）pH 6.58.5 （一）污泥膨脹 廣義地把活性污泥的凝聚性和沉降性惡化，以及處理水渾濁的現(xiàn)象總稱為活性污泥的膨脹。 1.絲狀體膨脹 2.非絲狀體膨脹（二）污泥上浮（3）污泥的致密和減少 有機(jī)物減少，曝氣時(shí)間過長(zhǎng)，回流比小而剩余污泥排放量大，污泥上浮而流失等。（4）泡沫問題 合成洗滌劑或其他起泡物質(zhì)。1.深水曝氣活性污泥法2.純氧曝氣活性污泥法 以純氧代替空氣3.活性炭載體活性污泥法 4.活性污泥法除氮除磷5.凝聚劑活性污泥法一、生物膜法的基本原理 微生物附著在固體濾料的表面上，在固

12、體介質(zhì)表面形成生物膜，廢水同生物膜相接觸而得到處理，所需氧氣一般來自大氣。所以又稱為生物過濾法。（一）生物膜法分類 生物濾池是生物膜法中最重要的處理設(shè)備，根據(jù)生物膜與廢水的接觸方法及介質(zhì)的種類，分為： 1.潤(rùn)壁型生物膜法 如生物濾池 生物轉(zhuǎn)盤 2.浸沒型生物膜法 接觸氧化法 3.流動(dòng)床型生物膜法 （二） 生物膜的形成及特點(diǎn) 在生物膜凈化構(gòu)筑物中，填充著相當(dāng)多的掛膜介質(zhì)。當(dāng)有機(jī)廢水均勻地淋灑在介質(zhì)表層上后，便沿介質(zhì)表面向下滲流。在充分供氧的條件下，接種的或原存在廢水中微生物就在介質(zhì)表面增殖。這些微生物吸附水中的有機(jī)物，迅速進(jìn)行降解有機(jī)物的生命活動(dòng)，逐漸在介質(zhì)表面形成了粘液狀的生長(zhǎng)有極多微生物的膜，稱為生物膜。生物膜是生物處理的基礎(chǔ)，必須保持足夠的數(shù)量才能達(dá)到凈化目的。一般，生物膜厚度介于23mm較為理想，膜太厚，會(huì)影響通風(fēng)，造成堵塞。（一）生物濾池的基本原理 1. 生物膜構(gòu)造 2. 生物濾池的基本流程 生物膜構(gòu)造剖面示意圖 生物濾池的基本流程 1.微