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'环境生物技术 环境生物技术废水废气固体废弃物环境生物技术应用 第五章废水处理技术环境生物技术 按处理方法的性质分：物理方法：格栅过滤、沉淀法、浮选法、离心分离、膜分离法等化学方法：混凝、化学沉淀、中和、萃取、氧化还原、电解等生物方法：好氧、厌氧法 按照水质状况及处理后水的去向分：一级处理：机械处理（预处理阶段）二级处理：主体工艺为生化处理（主体）三级处理：控制富营养化和重新回用 一级处理二级处理 上海白龙港污水处理厂—亚洲最大的污水处理厂处理规模达200万立方米/d 北京最大的高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置初沉池曝气池二沉池二期曝气池二沉池初沉池 一、污水的一级处理方法：物理处理方法设备：格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、隔油池等构筑物目标污染物：废水中的悬浮物、浮油，初步调整pH值效果：减轻废水的腐化程度。 污水一级处理的工艺调节池格栅沉砂池沉淀池 13调节池为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对污水的水量和水质进行调节。酸性污水和碱性污水在调节池内进行混合，可达到中和的目的。短期排出的高温污水也可用调节的办法来平衡水温。 14平面曲面粗格栅（50~100mm）中格栅（10~40mm）细格栅（3~10mm）人工清除格栅机械清除格栅是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。截留效果取决于缝隙宽度和水的性质。格栅 III沉砂池和IV沉淀池的区别沉砂池一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设施。分离的沉淀物质多为颗粒较大的砂子，沉淀物质比重较大，无机成分高，含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。沉淀池一般是在生化前或生化后泥水分离的构筑物，多为分离颗粒较细的污泥。在生化之前的称为初沉池，沉淀的污泥无机称为较多，污泥含水率相对于二沉池污泥低些。位于生化之后的沉淀池一般称为二沉池，多为有机污泥，污泥含水率较高。 二、污水的二级处理（生物处理）方法：生物处理方法及某些化学方法目标污染物：废水中的可溶性有机物和部分胶体污染物。效果：通过二级处理后，废水中BOD的去除率可达80%~90%，即BOD含量可低于30mg/L。 经二级处理后的水，一般可达到农灌标准和废水排放标准，故二级处理是废水处理的主体。 1.污水的生物处理概述污水的生物处理就是利用微生物的氧化分解及转化功能，以污水的有机物(少数以无机物)作为微生物的营养物质，采取一定的人工措施，创造一种可控制的环境，通过微生物的代谢作用，使污水中的污染物质被降解、转化，污水得以净化。 2.污水生物处理分类好氧生物处理厌（兼）氧生物处理 3.好氧生物处理原理：在充分供氧的条件下，利用好氧微生物的生命活动过程，将有机污染物氧化分解成较稳定的无机物的处理方法，在工程上称为污水的好氧生物处理。 注意：在污水好氧处理过程中，必须不间断地供给溶解氧。因为氧是有机物的最后氢受体，正是由于这种氢的转移，才使能量释放出来，成为细菌生命活动和合成新细胞物质的能源。要保证污水处理的效果，首先必须有足够数量的微生物，同时，还必须有足够数量的营养物质。 好氧生物处理的方法传统活性污泥法氧化沟序批式活性污泥法生物滤池、生物转盘流化床、气提式反应器（BAS）活性污泥法生物膜法 4.活性污泥及其特征活性污泥法（1）活性污泥法的产生（2）活性污泥法的基本流程（3）活性污泥法的工艺类型初次沉淀池曝气池空气进水回流污泥剩余污泥污泥出水二次沉淀池 曝气池曝气池（aerationtank）是利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。 曝气原理曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的氧通过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质转移。 曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气又称压缩空气曝气,主要由曝气风机及专用曝气器组成。采用这种方法的曝气池，多为长方形混凝土池，池内用隔墙分为几个单独进水的隔间，每一隔间又分成几条廊道。污水入池后顺次在廊道内流动，至另一端排出。空气是用空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置，成为气泡弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种不同型式。 曝气池中的曝气头的布置 微孔曝气头 机械曝气一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝气的，称为表面曝气。典型的机械曝气池有圆形表面加速曝气池、标准型加速曝气池、IO型加速曝气池和方形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联用，以提高充氧能力，这适用于有机物浓度较高的污水。 正在运行的曝气池 活性污泥(activesludge)：是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等。其中，细菌和原生动物是主要的二大类。活性污泥主要用来处理污废水。活性污泥 活性污泥法的产生1912年英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现，对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而阿尔敦（Arden）和洛开脱（Lockgtt）在瓶中进行曝气试验时，发现由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。1917年英国建立了第一座生产性活性污泥曝气池1923年我国第一座活性污泥处理厂在上海建成 活性污泥的特征与微生物①特征a、形态：在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。b、颜色：正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。c、理化性质：ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大小0.02～0.2mm，表面积20～100cm2/ml，pH值约6.7，有较强的缓冲能力。其固相组分主要为有机物，约占75～85%。d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。（理解：自我繁殖、生物吸附与生物氧化）。e、组成：由微生物群体Ma，微生物残体Me，难降解有机物Mi，无机物Mii四部分组成。 ②微生物组成及其作用组成：包括细菌、真菌、原生动物、后生动物。细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量107～108个/mL，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的主体，具有分解有机物的能力。主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等特征：1）绝大多数是好氧和兼性异养型的原核细菌；2）在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3）具有很高的增殖速率，其世代时间仅为2030分钟；4）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团”的功能。 真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。它常常出现于某些含碳较高或pH较低的工业废水处理系统中。 原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。在活性污泥中大约为103个/ml0.1mm钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫 后生动物(主要指轮虫、线虫、甲壳虫如水骚类），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。线虫轮虫 5.活性污泥性能指标（1）混合液悬浮固体浓度（MLSS）（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（3）污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）（4）污泥体积指数（SVI）（SludgeVolumeIndex）定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积(ml/g) SV的测定0min15min30minSV=40% 活性污泥的增殖曲线的分区可将增殖曲线分为四个时期：1)适应期2)对数增殖期3)减速增殖期4)内源呼吸期 活性污泥的增殖规律及应用活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增殖。活性污泥的增殖曲线微生物量时间对数增殖期减速增殖期内源呼吸期氧利用速率曲线微生物增殖曲线(M)BOD变化曲线(F)适应期 适应期1）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的短暂的适应过程；2）活性污泥微生物的变化：数量基本没有变化；菌体体积增大；酶系统相应调整；新的变异；等。3）水质指标基本无变化。 对数增殖期F/M值高(2.2kgBOD/kgVSS.d)，有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率增殖，合成新细胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如高负荷活性污泥法）F/M值：底物量（F)与微生物量(M)的比值F/M，即有机负荷或食料比。 减速增长期F/M值下降到一定水平后，有机物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为零，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定； 内源呼吸期内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。 活性污泥增殖规律的应用：1）活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水质也不同；3）通过调整F/M值，可调控曝气池的运行工况，以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法：一段线段；完全混合式活性污泥法：一个点微生物量时间对数增殖减速增殖内源呼吸适应期 营养氧气pH温度有机负荷6.活性污泥处理系统有效运行的基本条件 营养BOD5:N:P=100:5:1废水生物处理时要考虑C、N、P的配比。当N、P不足时，应投加氮源和磷源。生活污水：营养丰富，是最佳营养源。工业污水：宜与生活污水合并后处理。 溶解氧(DO)DO=2~4mg/L为宜;DO保持一定水平，使好氧微生物正常生长，维持较好的出水水质，使活性污泥和生物膜结构正常，沉降和絮凝性能良好。 pH值最佳：6.5～8.5维持适宜的pH值,可以使微生物生长繁殖良好，使菌胶团产生较好的粘性物质，形成较好的絮状物，取得良好的处理效果。pH＞9生化反应即受到抑制pH＜6.5丝状菌生长，易发生污泥膨胀 水温温度作用非常重要。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌其适宜温度在10～45摄氏度，为安全计，一般将活性污泥处理的温度控制在15～35摄氏度，低于5摄氏度微生物生长缓慢。 有毒物质：废水中含有一些物质如重金属离子、酚、醛……对微生物有毒害作用或抑制作用。当然，它们对微生物的毒害作用是相对而言的，在一定浓度范围内是没有影响的。若微生物经驯化后，可能承受较高浓度的有毒物质。 活性污泥监测指标：（1）反映污泥性质：污泥沉降比--以SV<30%为好；污泥体积指数—SVI=50～150，SVI=100最好，SVI达到200以上则污泥可能膨胀；（2）反映污泥营养：BOD5；出水氨氮(至少1mg/L)；出水磷(至少1mg/L)；二沉池出水DO不低于0.5mg/L；（3）溶解氧DO溶解氧(不低于l～2mg/L)；二沉池出水DO不低于0.5mg/L；（4）反映污泥环境条件水温、pH值、BOD5、CODcr、有毒物质、CN-、S2-、SS、NO3-、NO2-等。 7.活性污泥法的工艺类型传统活性污泥法完全混合活性污泥法阶段曝气活性污泥法吸附再生活性污泥法延时曝气活性污泥法高负荷活性污泥法纯氧曝气法深水曝气活性污泥法氧化沟法 （1）传统活性污泥法主要优点：a.处理效果好：BOD5的去除率可达90~95%；b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。主要问题：a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b.在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；c.对冲击负荷的适应性较弱。 完全混合活性污泥法是指污水进入曝气池后，立即与回流污泥及池内原有混合液充分混合，起到了对污水进行稀释的作用的一种方法。典型的完全混合活性污泥法为圆形表面曝气池，也称加速曝气池。（2）完全混合活性污泥法 主要特点：a.可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；c.适合于处理较高浓度的有机工业废水 阶段曝气法是指曝气池内分点进入废水进行阶段曝气的活性污泥法。经初沉池沉淀后的废水由曝气池沿水流方向的几个不同的部位进入曝气池内，水流为推流式，使池内各处的食料-微生物比趋于均衡，从而降低了高峰需氧量，使需氧量沿曝气池长度方向比较均匀，输入池内的氧气得到更有效的利用。（3）阶段曝气活性污泥法进水曝气池沉淀池出水回流污泥剩余污泥排放 对含有大量悬浮和胶体颗粒的废水，可充分利用活性污泥对其初期吸附量大的特点，将吸附凝聚和氧化分解分别在两个曝气池中进行，从而出现了吸附-再生法。主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程——吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。（4）吸附再生活性污泥法—又称生物吸附法或接触稳定法进水吸附池沉淀池出水回流污泥剩余污泥排放再生池 1)主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积之和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。2)主要缺点：对废水的处理效果低于传统法；对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差，尤其是对溶解性有机物较多的工业废水，处理效果不理想。 （5）延时曝气活性污泥法——完全氧化活性污泥法1)主要特点：a.有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，无需再进行处理；b.处理出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；c.在某些情况下，可不设初沉池。2)主要缺点：池容大、曝气时间长，占地面积大；建设费用和运行费用高；适用条件：出水水质高，小规模，水量一般在1000m3/d以下。 （6）高负荷活性污泥法高负荷活性污泥法又称短时曝气法或不完全活性污泥法。工艺的主要特点：负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果低；在系统和曝气池构造方面，本工艺与传统活性污泥法基本相同。曝气时间(t）1.5~3.0h；BOD5去除率60%~75%。 纯氧曝气又称富氧曝气，与空气曝气相比，具有以下几个特点：（7）纯氧曝气法（1）空气中含氧一般为21%，一般纯氧中含氧为90%~95%，而氧的分压纯氧比空气高4.4~4.7倍，因此纯氧曝气能大大提高氧在混合液中的扩散能力；（2）氧的利用率可髙达80%~90%，而空气曝气活性污泥法仅10%左右，因此达到同等氧浓度所需的气体体积可大大减少；（3）活性污泥浓度(MLSS)可达4000~7000mg/L，故在相同有机负荷时，容积负荷可大大提高；（4）污泥指数低，仅100左右，不易发生污泥膨胀；（5）处理效率高，所需的曝气时间短；（6）产生的剩余污泥量少。 （8）深水曝气活性污泥法主要特点：a.曝气池水深在78m以上，b.由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率；c.占地面积较小。 氧化沟作为传统活性污泥法的变型工艺，其曝气池呈封闭的沟渠形，由于污水和活性污泥混合液在渠内呈循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称环行曝气池”。进水沉淀池出水（9）氧化沟法 8.活性污泥反应的净化过程在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：1）初期吸附；2）微生物代谢；3）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩 （1）初期吸附作用在短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物。但不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关:1）废水的性质、特性：含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物。2）活性污泥的状态：充分的再生曝气，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期，才能使其吸附功能得到恢复和增强。 小分子有机物：大分子有机物：其他部分吸附物：透过细胞壁被摄入细菌体内通过污泥排放被去除吸附在细胞表面，水解酶作用，水解成小分子再被摄入 （2）微生物代谢活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成(活性污泥增长)、有机物(包括一部分细胞物质)的氧化分解和氧的消耗组成。当氧供应充足时，活性污泥的增长与有机物的去除是并行的，污泥增长的旺盛时期，也就是有机物去除的快速时期。 (3)絮凝体的形成与凝聚沉淀絮凝体是活性污泥的基本结构，它能够防止微型动物对游离细菌的吞噬，并承受曝气等外界不利因素的影响，更有利于与处理水的分离。凝聚的原因主要是细菌体内积累的聚羧基丁酸释放到液相，促使细菌间相互凝聚，微生物还可释放黏性物质促进凝聚。沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒向污水分离的过程。固液分离的好坏，直接影响出水水质。如果处理水夹带生物体，出水BOD和SS将增大。 9.污泥膨胀（1）非丝状菌膨胀：由于重金属影响，阻碍了絮凝体的形成，或是由于温度过高和营养缺乏而发生解絮作用。（2）丝状菌膨胀：在活性污泥中，丝状细菌及其他丝状微生物异常地大量增值，造成最终沉淀池中污泥几乎不沉淀的异常现象。造成污泥膨胀的微生物：球衣菌属，丝状增殖酵母和其他丝状微生物。 ThankYou!'