蒋展鹏-环境工程学课件：第三章水的生化处理方法

第 一 篇 水质净化与水污染控制工程,第一章 水质与水体自净 第二章 水的物理化学处理方法 第三章 水的生物化学处理方法 第四章 水处理工程与废水最终处置,第三章 水的生化处理方法,水的生化处理方法 在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化降解有机物效率的水处理方法。,去除对象：水中溶解性和胶体性的有机物 磷、氮等营养物,第三章 水的生化处理方法,第一节 废水处理微生物学基础,污泥（activated sludge） 由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂、肉眼可见的绒絮状的微生物共生体。,细菌、真菌、藻类 原生动物、后生动物,好氧活性污泥 厌氧颗粒污泥,对有机污染物具有很强的吸附能力和降解能力,第三章 水的生化处理方法,一、废水处理中的微生物,细菌 假单孢菌属 以有机物为碳源和氮源,真菌 霉菌 分解碳水化合物、脂肪、 蛋白质和其它含氮化合物,藻类 绿球藻类等 提高溶解氧浓度,原生动物 肉足纲等 降低污水混浊度； 促进生物污泥絮凝,后生动物 轮虫 吞噬有机物和细菌,第三章 水的生化处理方法,环境污染净化的尖兵,细 菌,常见的三种细菌典型形态 A.球菌 B.杆菌 C.弧菌,第三章 水的生化处理方法,细菌 假单孢菌属 以有机物为碳源和氮源,根霉,真 菌,第三章 水的生化处理方法,真菌 霉菌 分解碳水化合物、脂肪、蛋白质和其它含氮化合物,青霉,青霉,青霉,毛霉,藻 类,第三章 水的生化处理方法,藻类 绿球藻类等 提高溶解氧浓度,原 生 动 物,第三章 水的生化处理方法,原生动物 肉足纲等 降低污水混浊度；促进生物污泥絮凝,肉足纲,纤 毛 纲,纤毛纲,鞭毛纲,鞭毛纲,后 生 动 物,第三章 水的生化处理方法,后生动物 轮虫 吞噬有机物和细菌,轮 虫,甲壳类,摇蚊,一、废水处理中的微生物,第三章 水的生化处理方法,二、微生物的生理学特性,（一）微生物酶,1、酶是由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的生物催化剂。 2、生物包括细菌几乎所有的生化反应都需要酶的催化。作为生物催化剂酶具有高效性、专一性、温和的催化条件等优点，同时由于酶是蛋白质，因而也有容易失活的缺点。,4、酶的活力大小用酶所催化反应的反应速度来表示，影响酶促反应速度的因素有温度、 pH 、底物浓度、酶浓度、激活剂、抑制剂等。,3、绝大多数酶是蛋白质。根据存在位置的不同酶有胞内酶和胞外酶之分；根据酶促反应类型的不同，酶分为水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶六大类；根据酶的合成受环境影响的情况酶分为组成酶和诱导酶。,第三章 水的生化处理方法,（二）微生物的代谢过程,第三章 水的生化处理方法,三、细菌生长曲线及Monod公式,（一）细菌的生长曲线,t,1、细菌重量变化曲线,第三章 水的生化处理方法,活细菌重量mg/L,2、细菌数量的生长曲线,稳定期,衰老期,总菌数,活菌数,第三章 水的生化处理方法,生长速率,（二）微生物生长动力学,比增长速度与基质浓度间的关系,比增长速率,增殖速率,第三章 水的生化处理方法,第二节 好氧悬浮生长系统,二、氧化塘法,一、活性污泥法,第三章 水的生化处理方法,一、活性污泥法,一种依靠在曝气池内呈悬浮、流动状态的微生物群体的凝聚、吸附、氧化分解等作用来去除污水中有机物的方法。,水体自净的人工强化,活性污泥,(一) 基 本 原 理,第三章 水的生化处理方法,曝 气 池,第三章 水的生化处理方法,沉 淀 池,1、活性污泥法净水的三阶段,（1）吸附阶段 （2）氧化阶段 （3）絮凝体形成与凝聚沉降阶段,（一）基本原理,第三章 水的生化处理方法,（一）基本原理,2、影响活性污泥增长的因素,（1）溶解氧 （2）营养物 （3） pH和温度 （4）有毒害物质浓度,（1）混合液悬浮固体（MLSS） （2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS） （3）污泥沉降比（SV） （4）污泥指数（SVI） （5）污泥龄（c）,3、评价活性污泥性能指标,第三章 水的生化处理方法,混合液悬浮固体（MLSS）,悬浮物中绝大多数为细菌时,计算,称重,MLSS悬浮物,第三章 水的生化处理方法,混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）,悬浮物中除细菌外还有大量无机悬浮物时,550 下 灼烧2h,MLSS,W无,MLVSS（挥发性悬浮物）=细菌群体的干重量 MLSS W无,第三章 水的生化处理方法,污泥沉降比（SV）,第三章 水的生化处理方法,丝状污泥膨胀,污泥膨胀指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。,第三章 水的生化处理方法,（二）曝气方法与曝气池构造,1、曝气方法,（1）鼓风曝气,加压设备 管道系统 扩散装置,第三章 水的生化处理方法,小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切等,（2）机械曝气,机械曝气设备分叶轮和转刷两类,第三章 水的生化处理方法,（二）曝气方法与曝气池构造,2、曝气池类型与构造,（1）推流式曝气池,（2）完全混合式曝气池,（3）循环混合曝气池（氧化沟）,第三章 水的生化处理方法,（三）活性污泥法的运行方式,1、普通活性污泥法,缺点：（1）供氧量与需氧量不一致； （2） 不能适应冲击负荷。,第三章 水的生化处理方法,（三）活性污泥法的运行方式,2、阶段曝气法,供氧量与需氧量不一致,（1）分步曝气活性污泥法（污水） （2）渐减曝气活性污泥法（曝气）,第三章 水的生化处理方法,（三）活性污泥法的运行方式,3、完全混合法,曝气池,二次沉淀池,回流污水,剩余污泥,出水,完全混合法流程,（1）对冲击负荷的适应能力较强 （2）控制整个池子处于良好的工作情况,第三章 水的生化处理方法,（三）活性污泥法的运行方式,4、生物吸附法,第三章 水的生化处理方法,（三）活性污泥法的运行方式,5、氧化沟,第三章 水的生化处理方法,（三）活性污泥法的运行方式,6、序批式活性污泥法,SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。,序列间歇式活性污泥法（SBR） （Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）,按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。,第三章 水的生化处理方法,SBR工艺基本操作工程,（a）进水阶段（b）反应阶段（c）沉淀阶段（d）排水阶段（e）待机阶段,第三章 水的生化处理方法,7、膜生物反应器, 利用微生物对水中有机物进行生物转化，然后用膜组件分离生物处理产生的污泥的一种特殊的反应器,分置式生物反应器,一体式生物反应器,1、生物反应器 2、膜组件,第三章 水的生化处理方法,二、氧化塘,滨洲污水处理厂 8万方/日,第三章 水的生化处理方法,污水在塘内经长时间缓慢流动和停留，经过微生物（细菌、真菌、藻类和原生动物）的代谢活动，使有机物降解，污水得以净化。,好氧氧化塘,兼性氧化塘,第三章 水的生化处理方法,第三节 好氧附着生长系统,一、生物膜的构造及其 对有机物的降解机理,好氧附着生长系统使用细菌等好氧微生物和原生动物、后生动物等好氧微型动物附着在某些载体上进行生长繁殖，形成生物膜，污水通过与膜接触，水中的有机污染物被摄取分解，使污水得以净化的系统。,第三章 水的生化处理方法,二、生物滤池,普通生物滤池,第三章 水的生化处理方法,二、生物滤池,高负荷生物滤池,第三章 水的生化处理方法,高负荷生物滤池,比较三种高负荷生物滤池的工艺,第三章 水的生化处理方法,二、生物滤池,塔式生物滤池,第三章 水的生化处理方法,三、生物转盘,1、盘片 2、氧化槽 3、转轴,第三章 水的生化处理方法,四、生物接触氧化,1、填料 2、曝气器,第三章 水的生化处理方法,五、生物流化床,高位槽,三相分离器,流 化 床,二沉池,水泵,空压机,进水,出水,第三章 水的生化处理方法,五、生物流化床,两相流化床,三相流化床,第三章 水的生化处理方法,第四节 厌氧生物处理技术,一、厌氧生物处理的机理,第三章 水的生化处理方法,二、影响厌氧生物处理的主要因素,1、温度,2、酸碱度,3、负荷,4、碳氮比,5、有毒物质,低温消化（515） 中温消化（3035） 高温消化（5055）,甲烷细菌 6.87.2,投配率：每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池容积的比率。,C：N=（1020）：1,重金属离子 某些阴离子,pH下降 不利于产气,设备容积大基建投资大,铜镍、镉化合物（100200mg/L） 甲醛（<100mg/L） 甲苯（<440mg/L）,第三章 水的生化处理方法,三、厌氧生物处理设备,升流式厌氧污泥床反应器,浮盖式消化池,厌氧流化床,第三章 水的生化处理方法,第五节 生物脱氮除磷技术,第三章 水的生化处理方法,一、生物脱氮处理技术,（一） 生物脱氮机理 生物脱氮 在微生物的作用下，将有机氮和氨氮 转化为氮气的过程。,第三章 水的生化处理方法,1、硝化阶段,同时考虑硝化和细胞合成，可得硝化反应的综合反应方程式：,硝化过程的反应条件： 溶解氧浓度0.5mg/L；pH值7.59.0； 反应温度 2030；水力停留时间较长； BOD负荷0.1kg（BOD5）/ kg（MLSS）d。,第三章 水的生化处理方法,2、反硝化阶段,硝酸还原菌,再考虑细胞合成，可得反硝化反应的综合反应方程式：,反硝化过程的反应条件： 反应温度 1530；pH值7.07.5； 溶解氧浓度 35（碳源充足)。,第三章 水的生化处理方法,第三章 水的生化处理方法,（二） 生物脱氮处理工艺,二、生物脱磷处理技术,活性污泥,剩余污泥,回流污泥,有机物,乙酸苷,（分解聚磷）,能量,生存,PHB,无机磷,厌氧放磷,聚磷菌,（磷酸盐）,好氧吸磷,生物脱磷机理图解,（分解供能）,第三章 水的生化处理方法,三、同步脱氮除磷处理技术,Bardenpho 生物脱氮工艺 （A/OA/O工艺）,A1：（厌氧）反硝化，放磷 O1：（好氧）有机物氧化，硝化，吸磷 A2：（厌氧）反硝化，放磷 O2：（好氧） N2吹脱，吸磷,第三章 水的生化处理方法,第三章 水的生物化学处理方法要 点,1、水的生物处理方法、水处理中的微生物种类、微生物酶、细菌生长曲线及Monod公式、活性污泥、污泥膨胀 2、活性污泥法、活性污泥法去除有机物的三阶段、活性污泥性能指标（污泥沉降比、污泥指数）、影响污泥增长的因素、活性污泥法的运行方式（普通、阶段曝气、完全混合、生物吸附、氧化沟、序批式、膜生物反应器） 3、好氧附着生长系统、生物膜构造，生物接触氧化法 4、厌氧生物处理及其适用范围、有机物厌氧分解的两阶段 5、生物脱氮的两阶段（硝化、反硝化）、Bardenpho生物脱氮工艺流程、生物脱磷机理,