（安全技术及工程专业论文）一种复合菌剂的构建及其处理生活污水的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ns a f e t yt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g o nb u i l d i n g - u pas y n t h e t i cm i c r o b ea g e n t t r e a t i n go fd o m e s t i cs e w a g e b yc u il i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rh u x i a o m i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e m b e r2 0 0 7 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 0 b 常碉 e l 期：圳扩、夕、多 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： f i i l o 1 ， l 7 - 0 ，“ ， 么 东北大学博士学位论文 摘要 一种复合茵剂的构建及其处理生活污水的研究 摘要 生活污水含有大量的有机物、悬浮固体、营养物质以及病原体，容易引起水体富 营养化并危及人类健康。随着我国社会经济的发展以及人口数量的快速增加，生活污 水排放量剧增，占污水排放总量百分比逐年增大。生活污水治理已经成为我国水污染 治理的重点。活性污泥法是处理生活污水的主要方法。活性污泥必须具有良好的降解 有机物功能和沉降性能才能有效处理生活污水。本研究根据生物强化技术原理构建复 合菌剂，使菌剂能增强活性污泥的污染物去除效果和沉降性能。 目前，用于生活污水处理的复合菌剂主要考虑菌种的降解性能，忽略了微生物絮 凝剂的絮凝作用，极少含有絮凝剂产生菌，因此本研究首要筛选絮凝剂产生菌作为构 建复合菌剂的重要菌种。丝状菌能形成污泥絮体骨架、增强污泥沉降性能，因而丝状 茵也是筛选菌种的一个重要类别。本研究筛选絮凝剂产生菌、丝状菌和生活污水污染 物高效降解菌构建复合菌剂，尝试利用菌种的高效降解性能以及微生物絮凝剂的絮凝 作用增强污染物去除效果，利用微生物絮凝剂的粘结作用和丝状菌的骨架作用增强活 性污泥的沉降性能。 筛选到一株絮凝剂产生菌c 3 ，对其产絮凝剂培养基组成和培养条件进行了研究以 提高絮凝性能。在达到高效稳定的絮凝性能之后，利用模拟生活污水和生活污水对c 3 菌种和实验室保藏的另一株高效絮凝剂产生菌a 9 进行驯化，使之能适应生活污水水 质。结果表明两菌种能在生活污水中生长并分泌微生物絮凝剂。筛选到6 种可以降解 模拟生活污水中污染物的菌种，分别为e l 、e 1 0 、s 1 0 、s 1 6 、b 6 和b 2 0 。其中e 1 、 e 1 0 能降解淀粉和油脂；s 1 0 和s 1 6 能降解淀粉和纤维素；b 6 和b 2 0 可以降解淀粉、 纤维素和油脂，对模拟生活污水的降解能力最强，6 0 小时c o d 去除率分别为8 1 6 和8 0 3 。此外，e 1 、e 1 0 、s 1 0 和s 1 6 可以增强活性污泥的沉降性能。利用菌种c 3 、 a 9 、e 1 、e 1 0 、s 1 0 、s 1 6 、b 6 和b 2 0 构建了复合菌剂。复合菌剂适宜的培养基和培养 条件为：模拟生活污水培养基，初始p h 值6 、培养温度3 5 、摇床转速8 0 r m i n 。 将复合菌剂添加于活性污泥系统处理实际生活污水，发现复合菌剂可以加速活性 污泥系统的启动并具有较强的耐冲击负荷能力。复合菌剂强化活性污泥处理生活污水 的条件为，用量1 8 0 - - 1 4 0 、溶解氧3 m g l - - 4 m g l 、曝气时间6 小时。在此条件下， 在单纯使用活性污泥的对照组中，c o d 去除率达为5 4 - - - 7 3 ，污泥指数为7 7 一- 9 4 m l g ， 东北大学博士学位论文摘要 活性污泥絮凝性为4 2 - - 4 5 ，而添加了复合菌剂的实验组可以使c o d 去除率达到7 0 - 7 8 ，污泥指数达到6 6 - 8 4m l g ，活性污泥絮凝性达到4 9 - - 5 7 ，优于对照组。复 合菌剂在s b r 反应器中强化活性污泥处理生活污水有效期为3 0 天，以3 0 天为周期向、 其中重复投加复合菌剂不会降低强化效果。 一 对复合菌剂强化活性污泥处理生活污水的机理进行了初步分析，表明丝状菌的骨 架作用和微生物絮凝剂的粘结以及絮凝作用增强了活性污泥的絮凝和沉降性能。活性 污泥絮凝和沉降性能的增强以及微生物絮凝剂的絮凝作用使出水中的悬浮物和胶体减 少，c o d 去除率增加。另外，复合菌剂促进了活性污泥中原有微生物的种群的变更和 重排，大量具有高度降解作用的优势菌种使污染物降解速度加快、生物量的快速增加， 从而有利于污染物降解。 关键词：生活污水；生物强化技术：复合菌剂；絮凝剂产生菌；丝状菌 一 i 一 囔 拳 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t o nb u i l d i n g u pas y n t h e t i cm i c r o b ea g e n t a n di t st r e a t i n go fd o m e s t i cs e w a g e a b s t r a c t c o n t a i n i n gl a r g ea m o u n to fo r g a n i cc o n t a m i n a n t s ，s u s p e n d e ds o l i d s ，n u t r i e n tm a a e ma n d p a t h o g e n s ，t h ed o m e s t i cs e w a g ea l w a y sp o s e se u t r o p h i c a t i o ni nw a t e rb o d ya n dt h r e a t e n s h u m a nh e a l t h w i t hs o c i o e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dr a p i di n c r e a s i n gi np o p u l a t i o ns i z e ， t h ed o m e s t i cs e w a g ed i s c h a r g ea m o u n tr i s e ss h a r p l ya n dt h er a t i oo fi t t ow a s t ew a t e r d i s c h a r g ea m o u n th a sb e e ni n c r e a s i n ge a c hy e a r d o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n th a sb e e nt h e f o c u so fw a s t e w a t e rp o l l u t i o nc o n t r 0 1 a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t t e c h n i c sf o rd o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n t t h ea c t i v a t e ds l u d g em u s th a v es u p p e rd e g r a d a t i o n a b i l i t ya n ds e t t l i n ga b i l i t yt om e e tt h er e q u i r e m e n to f d o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n te f f i c i e n t l y t h i ss t u d ya i m st oc o n s t r u c tas y n t h e t i cm i c r o b e a g e n tb a s e d o nt h e p r i n c i p l eo f b i o a u g m e n t a t i o nt oi m p r o v et h er e m o v a lr a t eo f c o n t a m i n e n t sa n ds e t t l i n ga b i l i t y a tp r e s e n t ，s y n t h e t i cm i c r o b ea g e n ta l em a i n l yc o m p o s e do fd e g r a d a b l es t r a i n sr a t h e r t h a nf l o c c u l a n t - p r o d u c i n gs t r a i n s a st h ef l o c c u l a t i o no ff l o c c u l a t i n g p r o d u c i n gs t r a i n sh a s b e e nn e g l e c t e d , t h ec h i e ft a r g e to ft h i sp a p e ri st os c r e e nf l o c c u l a n t p r o d u c i n gs t r a i n s m o r e o v e r , f i l a m e n t o u sm i c r o o r g a n i s mi so n ek i n do fi m p o r t a n ts t r a i n st os c r e e n ，b e c a u s ei t c a r lf o r ms k e l e t o nf r a m eo fs l u d g ea n df u r t h e rs t r e n g t h e nt h es e t t l i n ga b i l i t yo fa c t i v a t e d s l u d g e i na d d i t i o n , t h es t r a i n sw i t hh i g hd e g r a d a t i o na b i l i t yt o t h ep o l l u t a n t si nd o m e s t i c s e w a g ea r e a l s ob e e ns c r e e n e d t h e s es t r a i n sa r ec o m b i n e dt o g e t h e rt ob u i l d as y n t h e t i c m i c r o b ea g e n t t h eh i g hd e g r a d a t i o na b i l i t yo ft h es t r a i n sa n dt h ef l o c c u l a t i o no ft h e b i o f l o c c u l a n t sc a ni m p r o v et h er e m o v a lr a t eo fc o n t a m i n e n t s t h ec e m e n t i n gp o w e ro ft h e f l o c c u l a n t - p r o d u c i n gs t r a i n sa n dt h es k e l e t o nf r a m e e f f e c to ff i l a m e n t o u ss t r a i n sc a ne n h a n c e t h es e t t l i n ga b i l i t yo fa c t i v a t e ds l u d g e af l o c c u l a n t p r o d u c i n gs t r a i nn a m e dc 3i si s o l a t e da n di t sc u l t u r em e d i u ma n dc u l t u r e c o n d i t i o na r er e s e a r c h e d t h e n ，c 3a n da n o t h e rf l o c c u l a n t p r o d u c i n gs t r a i nn a m e da 9a r e d o m e s t i c a t e d 、析t l ls y n t h e t i cd o m e s t i cs e w a g ea n dd o m e s t i cs e w a g e t h er e s u l t ss h o wt h a t t h et w os t r a i n sc a nl i v ei nd o m e s t i cs e w a g ea n dp r o d u c ef l o c c u l a n t s s i xs t r a i n s ，n a m e de1 ， e l0 ，s10 ，s16 ，b 6a n db 2 0 ，“t l lh i g hd e g r a d i n ga b i l i t yt os o m ep o l l u t a n t so fs y n t h e t i c d o m e s t i cs e w a g ea r ei s o l a t e d e l a n de i oa l ea l lf i l a m e n t o u sf u n g ia n dc a l ld e g r a d es t a r c h a n do i l s10a n ds16c a nd e g r a d es t a r c ha n dc e l l u l o s e b 6a n db 2 0c a nd e g r a d es t a r c h ，o i l ， c e l l u l o s e a m o n gt h es t r a i n s ，b 6a n db 2 0h a v et h em o s te f f e c t i v ed e g r a d a t i o na b i l i t yt o - i l i - k 爹 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t p o l l u t a n t so fs y n t h e t i cd o m e s t i cs e w a g ew i t ht h er e m o v a lr a t eo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d r e a c h i n gt o8 1 6 a n d8 0 3 ，r e s p e c t i v e l y e 1 ，e 1 0 ，s 1 0a n ds 1 6c a ne n h a n c et h es e t t l i n g a b i l i t yo fa c t i v a t e ds l u d g e as y n t h e t i cm i c r o b ea g e n ti sb u i l tu pw i t ht h es t r a i n sc 3 ，a 9 ，e1 ， el0 ，s10 ，s16 ，b 6a n db 2 0 t h eo p t i m u mc u l t u r em e d i u ma n dc u l t u r ec o n d i t i o na r e - s y n t h e t i cd o m e s t i cs e w a g ec u l t u r em e d i u m ，i n i t i a lp h6 ，c u l t u r i n gt e m p e r a t u r e3 5 c ，r o t a t i n g s p e e d8 0 r p m t h es y n t h e t i cm i c r o b ea g e n ti si n t r o d u c e dt oa c t i v a t e ds l u d g et od i s p o s eo fs e w a g e t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h es y n t h e t i cm i c r o b ea g e n tc a l la c c e l e r a t et h es t a r t u po ft h ea c t i v a t e d s l u d g es y s t e ma n dc a nr e s i s ts h o c kl o a dw e l l t h ec o n d i t i o nf o rt h eb i o a u g m e n t a t i o no ft h e s y n t h e t i cm i c r o b ea g e n tt od o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n ti s ：t h ed o s a g eo fs y n t h e t i cm i c r o b e a g e n t1 8 0 1 4 0 ，d i s s o l v e do x y g e n3 m g l - - - 4 m g l ，a e r a t i o nt i a n e6h o u r s u n d e rs u c h c o n d i t i o n ，i nt h ec o n t r o lg r o u pw h i c hc o n t a i n so n l ya c t i v a t e ds l u d g e ，t h er e m o v a lr a t eo f c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，s l u d g ei n d e xa n df o c c u l a t i n ga b i l i t ya r e5 4 - - 7 3 ，7 7 9 4m l g a n d4 2 , - 4 5 ，w h i l ei nt h et r e a t m e n tg r o u pc o n t a i n i n gs y n t h e t i cm i c r o b ea g e n t ，t h er e m o v a l r a t eo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，s l u d g ei n d e xa n df l o c c u l a t i n ga b i l i t yr e a c ht o7 0 - - 7 8 ， 6 6 8 4m l ga n d4 9 - - - 5 7 r e s p e c t i v e l y i nt h es e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , t h eb i o a u g m e n t a t i o n o ft h es y n t h e t i cm i c r o b ea g e n tf o ra c t i v a t e ds l u d g et od i s p o s eo fd o m e s t i cs e w a g ec a nl a s t f o r3 0d a y s t h e r e f o r e ，t h es y n t h e t i cm i c r o b ea g e n tc a l lb ei n t r o d u c e di n t ot h ea c t i v a t e d s l u d g es y s t e mr e p e a t e d l y 、析t l lap e r i o do f 3 0d a y sw i t h o u tl o s i n gi t se f f e c t t h em e c h a n i s mo ft h eb i o a u g m e n t a t i o ni ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec e m e n t i n g p o w e ra n dt h ef l o c c u l a t i o no ft h ef l o c c u l a n t - p r o d u c i n gs t r a i n s ，a sw e l l 嬲t h es k e l e t o nf r a m e e f f e c to ff i l a m e n t o u ss t r a i n s ，e n h a n c et h ef l o c c u l a t i n ga b i l i t ya n ds e t t l i n ga b i l i t y t h es u p p e r f l o c c u l a t i n ga b i l i t ya n ds e t t l i n ga b i l i t yo fa c t i v a t e ds l u d g ea n dt h ef l o c c u l a t i o nr e d u c et h e s u s p e n d e ds o l i d sa n dc o l l o i di nt h ed i s c h a r g e m o r e o v e r ，t h es y n t h e t i cm i c r o b ea g e n tc a u s e s at r a n s f o r m a t i o no ft h ee x i s t i n gm i c r o b e si na c t i v a t e ds l u d g e al a r g en u m b e ro fs t r a i n sw i l l l i g hd e g r a d a t i o na b i l i t yd o m i n a t et h ea c t i v a t e ds l u d g ea n dt h e ya r ef a v o r a b l et ot h ed i s p o s a l o ft h ed o m e s t i cs e w a g e k e yw o r d s ：d o m e s t i cs e w a g e ；b i o a u g m e n t a t i o n ；s y n t h e t i cm i c r o b ea g e n t ； f l o c c u l a t i n g - p r o d u c i n gs t r a i n ；f i l a m e n t o u ss t r a i n s - i v - 办 - 妒 ， 一 咱、 ， 咖 q l 由 j 东北大学博士学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章引言 1 1 生活污水的生物处理法 1 1 1 生活污水的来源、成分、危害 1 1 2 我国生活污水排放情况一l 1 1 3 生活污水的治理2 1 1 4 活性污泥法及优缺点一4 1 2 活性污泥5 1 2 1 活性污泥的组成和性质6 1 2 2 活性污泥去除有机物的过程和机理7 1 2 3 活性污泥的絮凝沉降性能。8 1 2 4 胞外多聚物8 1 2 5 丝状菌l l 1 3 生物强化技术。l3 1 3 1 生物强化技术简介1 3 1 3 2 生物强化技术原理1 4 1 3 3 生物强化作用的效果1 4 1 3 4 生物强化技术在水处理领域的应用1 6 1 4 复合菌剂1 7 1 4 1 复合菌剂的种类l7 1 4 2 复合菌剂的特点l8 1 4 3 复合菌剂的应用1 9 1 5 意义、构思及研究内容2 l 第二章絮凝剂产生菌的筛选和驯化。2 3 2 1 实验材料和方法2 4 2 1 1 实验仪器和设备2 4 东北大学博士学位论文 目录 2 1 2 实验药品2 5 2 1 3 培养基一2 5 2 1 4 模拟生活污水及生活污水2 6 2 1 5 菌种来源一2 6 2 1 6 实验方法2 6 2 2 实验结果3 0 2 2 1 絮凝剂产生菌的筛选结果3 0 2 2 2c 3 菌产絮凝剂的培养条件3 2 2 2 3 絮凝性物质的鉴定和分布3 8 2 2 4c 3 和a 9 以模拟生活污水为培养基的驯化3 9 2 2 5c 3 和a 9 在生活污水中生长的驯化4 1 2 3 关于絮凝剂产生菌的几点分析4 l 2 4 小结。4 2 第三章降解性菌种的筛选。4 3 3 1 实验材料和方法4 4 3 1 1 实验药品。4 4 3 1 2 实验仪器和设备4 4 3 1 3 培养基及模拟生活污水4 4 3 1 4 活性污泥4 5 3 1 5 菌种来源4 6 3 1 6 实验方法4 6 3 2 实验结果4 7 3 2 1 菌种的筛选结果4 7 3 2 2 菌种的鉴定4 8 3 2 3 菌种的降解性4 9 3 2 4 菌种在生活污水中生长的驯化5 2 3 2 5 菌种对于活性污泥沉降性能的影响。5 2 3 3 小结5 3 第四章复合菌剂的构建5 4 4 1 实验材料和方法5 4 曲 ， j 、 ， h 谭( 、 l 矗 l 东北大学博士学位论文目录 4 1 1 实验材料5 4 4 1 2 实验方法5 4 4 2 实验结果5 7 4 2 1 活性污泥对模拟生活污水的降解5 7 4 2 2 单菌种强化活性污泥处理模拟生活污水的效果5 8 4 2 3 双菌种的混合培养5 9 4 2 4 复合菌剂的构建6 3 4 2 5 复合菌剂中各菌种的影响6 7 4 2 6 复合菌剂的培养条件6 9 4 3 小结7 4 第五章复合菌剂应用于s b r 反应器处理生活污水。7 5 5 1 实验材料和方法7 5 5 1 1 实验药品7 5 5 1 2 活性污泥7 5 5 1 3 生活污水7 5 5 1 4 实验仪器和设备7 6 5 1 5 实验测试项目与分析方法7 6 5 1 6 实验方法7 6 5 1 7 处理工艺及反应器的选择7 6 5 2 实验结果7 8 5 2 1 复合菌剂对活性污泥系统启动的影响7 8 5 2 2 复合菌剂的有效作用时间8 0 5 2 3 复合菌剂用量的影响8 1 5 2 4 溶解氧的影响8 4 5 2 5 曝气时间的影响8 7 4 2 6 冲击负荷的影响9 0 5 3 复合菌剂强化活性污泥处理生活污水的几点研究。9 2 5 3 1c o d 去除率的提高9 3 5 3 2 污泥沉降性能和絮凝性能的增强9 5 5 4 小结9 6 东北大学博士学位论文 目录 第六章结论9 7 参考文献。9 9 发表文章隋况1 0 7 i 致谢10 8 东北大学博士学位论文第一章引言 第一章引言帚一早jl 苗 1 1 生活污水的生物处理法 1 1 1 生活污水的来源、成分、危害 生活污水是人们日常生活中产生的浑浊、深色、散发恶臭的液体，微呈碱性， 主要包括粪便水和洗涤水两部分【i 】。生活污水一般不含有毒物质，主要由一些无毒有 机物组成，含量大致在6 0 左右，主要包括糖类、淀粉、纤维素、油脂、蛋白质、 尿素等，在其全部悬浮物中有机物几乎占总量的四分之三以上【2 1 。生活污水中含氮、 磷、硫较高，伴有各种洗涤剂，还含有相当数量的微生物，包括病毒、寄生虫等病 原体。生活污水的组成成分以及对环境的影响见表1 1 【2 】，如果不经处理排放，将对 环境和人体健康产生严重影响。 表1 1 生活污水的组成成分及对环境的影响 t a b l e1 1c o m p o s i t i o na n de n v i r o n m e n t a li m p a c to fd o m e s t i cs e w a g e 1 1 2 我国生活污水排放情况 生活污水排放量与居民生活用水量密切相关。近年来，随着居民生活用水量的 增加，我国生活污水排放量剧增。 根据中国水资源公报以及部分发达国家统计资料，2 0 0 4 年中国农村居民人均生 活用水量为每同6 8 升，城镇人均生活用水量为每同2 1 2 升。而在部分工业发达国家， 城市生活用水量大约每人每天1 5 0 4 2 0 升，特大城市为4 4 0 8 2 0 升。从以上统计结果 东北大学博士学位论文 第一章引言 可以推断，随着我国社会经济的不断发展、人口数量的快速增加以及人民生活水平 的日益提高，居民生活用水的需求量将大大增加，并随之带来生活污水排放量的增 加。 另外，相比于工业废水污染，资料显示随着国内工业结构调整的逐步优化以及 政府管理部门对工业污染控制的加强，工业废水的污染压力日趋缓和，而城市生活 污水的排放量随着人口的增加和生活质量的提高，正以较快的速度上升，形式变化 很快。目前，生活污水污染已和工业废水污染平分秋色，在某些大型和特大型城市， 生活污水污染已经上升为主要矛盾【引。表1 2 1 4 1 是根据国家环保总局2 0 0 0 年 - - 2 0 0 6 年环境统计年报工业废水和生活污水排放量与处理情况的统计结果。 表1 2 我国废水排放以及处理情况 t a b l e1 2w a s t e w a t e rd i s c h a r g ea n dt r e a t m e n ti no u r c o u n t r y 从表中可以看出，在污水排放量方面，生活污水排放量逐年增长，高于工业废 水的排放量，且生活污水排放量占废水排放总量的百分比也有逐渐增大的趋势；在 处理效果方面，相比于工业废水，生活污水的处理率极低，截至2 0 0 6 年仅达4 3 8 。 以安徽省为例，安徽省2 0 0 4 年共排放废水1 4 8 4 亿吨，工业废水排放量6 4 l 亿吨， 比上年增加0 9 ；城镇生活废水排放量8 4 3 亿吨，超过工业废水排放量2 0 2 亿吨， 占废水排放总量的5 6 8 ，比上年增加8 5 。以上数据表明，城市生活污水的处理 已成为污染治理的一个重点【5 j 。 1 1 3 生活污水的治理 城市生活污水经过一定治理之后可以应用于不同场合，达到节水减污的作用。 东北大学博士学位论文第一章引言 如果按其不同利用途径和对象来看，把污水资源化同可利用的自然净化结合起来， 又起到了直接削减污染负荷的作用1 6 j 。如： ( 1 ) 农业利用：恰当地进行再生水农田灌溉，利用农田生态系统可达到深度净 化的功能。 ( 2 ) 生态恢复：水是生命存活繁衍的根本，城市淡污水在缺水地区是难得的资 源。城镇生态建设应当充分考虑运用再生水资源优势，开发生态恢复建设。长期运 行还将表明，随之引起的地下水环境和生态环境状况的演替、变化，会大大改善本 地区的整体环境状况。 ( 3 ) 土壤条件恢复：有的盐碱地区利用再生水辅以植被达到改良土壤的效果。 ( 4 ) 生态利用：把再生水生态利用措施作为深度净化环节，达到地表水体和海 洋环境保护的目的。 ( 5 ) 作城市生态用水：城市生态环境用水是指维系一定城市生态环境状况和目 标下客观需求的水资源量，其实质是城市生态系统结构、功能和水分之间的相互关 系问题。城市污水可以用作城郊水土保持生态用水、城市防护林生态工程用水、河 道环境用水以及地下水超采区恢复用水等。 我国是水资源短缺的国家，人均淡水资源量为2 3 0 0 立方米，仅为世界平均水平 的1 4 。在缺水的同时，我国水资源污染状况十分严重，属于污染性缺水国裂7 。由 于以上原因，生活污水的治理对我国至关重要，不仅可以降低对生态环境的污染、 减轻对人体健康的影响，还能通过再利用技术从一定程度上缓解我国水资源短缺的 局面。因此，研究高效、节能的生活污水治理技术刻不容缓。 生活污水的治理方法有物理法、化学法和生物法，主要采用生物法。生活污水 用物理法( 主要为沉淀法) 处理一般只能去除约2 5 - 3 0 的b o d 5 ，胶体和溶解性 的有机物无法去除【8 1 。化学法由于药剂费用很高而且化学混凝去除溶解性有机物的效 果不好而较少采用【9 1 。采用生物法处理生活污水中的溶解性有机物最为经济有效。 生物法是利用微生物分解氧化有机物的功能，并采取一定的人工措施，创造一 种可控制的环境，使微生物大量生长、繁殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种 废水处理方法【l0 1 。采用生物法处理生活污水，可以将溶解的及颗粒的可生物降解组 分转化为可接受的最终产物；将不易沉淀的胶体及悬浮固体截留并结合为生物絮体 或生物膜；将氮和磷等营养物质转化或者去除】。生物法分为好氧生物法和厌氧生 物法两大类，生活污水的处理主要采用好氧生物法，并以活性污泥法为主要方法。 东北大学博士学位论文第一章引言 1 1 4 活性污泥法及优缺点 活性污泥法于1 9 1 4 年在英国开发成功，是目前处理污水和废水的主要方法之一， 应用十分广泛。在全球近6 万座城市污水处理厂中，有3 万多座采用活性污泥工艺【1 2 】。 和其它污水处理方法相比，活性污泥法降解能力强、处理程度高，在我国有各种变 种f 1 3 1 ，是最普遍应用的方法。 活性污泥法的主要构筑物为曝气池和二次沉淀池。在曝气池中要不断进行曝气， 给停留在曝气池内的微生物提供足够的氧气。经过适当预处理，满足生物处理水质 要求的废水不断引入曝气池，曝气池中的混合液( 活性污泥和废水的混合液体) 不 断排出，流至二次沉淀池，经固液分离后，上清液不断从二次沉淀池排出。一部分 沉淀下来的活性污泥则不断回流到曝气池。如此循环往复，生活污水可以得到有效 处理。 活性污泥的性能对于活性污泥法处理生活污水具有重大影响【1 0 1 ，具有良好氧化 合成功能和沉降性能的活性污泥是活性污泥法主要功能载体，活性污泥法的成功运 行要求活性污泥能够将有机物氧化后在沉淀池中固液分离，从而达到去除污染物的 目的。 虽然活性污泥法因处理效果良好而普遍采用，但由于废水排放量的急剧增加以 及对废水处理要求的日益严格，传统工艺在多功能性、高效稳定性和经济合理性方 面已难以满足不断提高的要求。活性污泥运行过程中经常产生出水水质不高、污泥 沉降性变差的问题。表1 3 1 1 4 1 列举了活性污泥工艺中经常遇到的问题和影响。 表1 3 活性污泥工艺中的常见问题 t a b l e1 3c o m m o np r o b l e m si na c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s 产生的问题影响 污泥膨胀 分散生长 针状污泥 污泥上浮 污泥层升高、流失；处置污泥的水力负荷加大 出水浑浊，不形成污泥层 低s v i ，但出水浑浊 沉淀池水面上有人块污泥絮体，出水可能浑浊 在污水处理过程中，活性污泥是去除污水中污染物的主体。但是同时，活性污 泥也是污染物的归宿，污水中的污染物被合成为微生物菌体细胞或者被吸附及絮凝 在活性污泥絮团中而从污水水体中暂时除去。事实上，如果活性污泥与处理水体没 有进行有效的泥水分离，那么，虽然污水中的污染物已经得到了一定程度的转移或 东北大学博士学位论文第一章引言 者转化，当它被排入环境中时，依然会造成严重的环境污染。这一状况就是表1 3 中 所列举的问题，即当活性污泥性能恶化，发生诸如污泥膨胀、分散生长、针状污泥、 污泥上浮等情况时，必然带来出水水质恶化、污染环境以及运行动力费用增加的问 题。 即使是活性污泥与水进行了有效的分离，处理的水质得到了有效地净化，剩余 活性污泥的处理依然是人们迫切需要解决的问题【l5 1 。活性污泥法所产生的剩余污泥 为有机污泥，其主要成分为微生物细胞。除此之外，各种对生物有毒害作用的重金 属、致病性微生物、植物养分等环境污染物质均可能从中检出。随着现代化城市的 市政设施服务水平的日益提高，城市污泥的产生量逐渐增大。对城市污水处理率达 到1 0 0 的城市，仅城市污水厂污泥的产生量( 含水率9 8 ) 即远远高于城市居