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中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目：含毒有机废水生物处理前的预处理 学习中心： 安阳学习中心 年级专业： 环境工程 0803 学生姓名： 宋宇清 学 号： 0883280009 指导教师： 王天喜 职 称： 工程师 导师单位： 安阳贞元集团 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2010 年 01 月 20 日 摘要众所周知，污水、废水污染环境的问题日益凸显，当前的各种工业废水和生活污水污染环境的现象有增无减，而我国目前的水环境污染问题又主要是有机废水的污染问题。因此，有机废水的治理是环保工作中极其重要的一面。关键词：有机废水、毒物、生物处理、预处理目 录第1章 前言1第2章 有机废水生物处理的作用机制 2第3章 毒物及其作用机制 3第4章 菌种承受毒物的能力及菌种驯化法 5第5章 预处理方法651 稀释法 652 转化法653 分离法7第6章 难降解有机物的生物处理8第7章 结论 9参考文献 10致 谢 11- 12 -第1章 前言水是人类维系生命的基本物质，是工农业生产和城市发展不可缺少的重要资源。人类习惯于把水看成是取之不尽、用之不竭的最廉价的自然资源，但随着人口的膨胀和经济的发展，水资源短缺的现象正在很多地区相继出现，水污染更加剧了水资源的紧张，并对人类的生命健康形成威胁。切实防治水污染、保护水资源己成为当今人类的迫切任务。我国水体污染也日益严重、水质普遍恶化，而废水治理的主要问题是有机废水治理问题。有机废水的组成较为复杂，处理较繁索，目前有机废水无害化处理的首选方法是生物处理，利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法，亦称废水生物化学处理法。利用生物法处理废水的具体方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地处理系统和污泥消化等。废水中含有某些对微生物有抑制、有毒害的有机物质，因此废水在进入生化池之前必须进行必要的预处理，预处理的目的有二个：一是将废水中对微生物有抑制有毒害、有抑制作用的物质尽可能地消减和去除或转化为对微生物无害或有利的物质，以保证生化池中的微生物能正常运行；其二是在预处理过程中削减COD负荷，以减轻生化池的运行负担。生化处理是利用微生物的生命活动过程将废水中的可溶性的有机物及部分不溶性的有机物有效地去除，使水得到净化。在天然的河流中，有着大量的、依靠有机物生活的微生物，它们日日夜夜地将人们排入河流中的有机物（如工业废水、农药化肥、粪便等等有机物质）氧化或还原，最终转化为无机物质，如果没有微生物的存在，我们周围的河流，少则几个月，多则一、二年，就会成为臭河，只是由于微生物太微小太分散，以致人们的肉眼看不见罢了。而废水的生化处理工程则是在人工条件下对这一过程的强化。人们将无以计数的微生物全部集中在一个池子内，创造一个非常适合微生物繁殖、生长的环境（如温度、pH值、氧气、氮磷等营养物质），使微生物大量增殖，以提高其分解有机物的速度和效率。然后再往池内泵入废水，使废水中的有机物质在微生物的生命活动过程中得到氧化降解，使废水得到净化和处理。与其他处理方法相比，生化法具有能耗低、不加药、处理效果好、处理费用低等特点。 第2章 有机废水生物处理的作用机制 废水微生物处理的方法很多，根据不同的原则，可作不同的划分。若根据起主要作用的微生物的呼吸类型，分为好氧处理、厌氧处理和兼氧处理。如果根据微生物存在的状态，可分为悬浮生长系统和固定膜系统。根据有机废水处理方面的特性可以将其划分为以下3类：废水中的有机物易于生物降解，同时废水中的毒物含量很少。这类废水主要是生活污水和来自以农牧产品为原料的工业废水等；废水中的有机物易于生物降解，同时废水中的毒物含量较多。这类废水主要来自印染、制革废水等；废水中所含的有机物难于生物降解（生物降解速度极其缓慢），同时，废水中毒物可能较多、亦可能较少。这类废水主要来自造纸、制药废水等。 第类废水可直接进行生物处理。本文主要对中的毒物作用机制及应对措施加以讨论。第类废水较为复杂，这里只作简单讨论。第3章 毒物及其作用机制 废水中凡是能延缓或完全抑制微生物生长的化学物质，统称为有毒有害物质，简称毒物。大多数毒物的毒性与浓度和作用时间有关，浓度越大，作用时间越长，致毒后果愈严重。此外，毒物反应与环境条件（温度、pH值、溶解氧浓度等）和有机物的种类及健康状况有关。毒物是重要的水质指标，各类水质标准中对主要的毒物都规定了限值。表3-1污水中抑制生物处理的有毒物质的容许浓度毒物名称容许浓度（mg/L）毒物名称容许浓度（mg/L）三价铬10二甲苯7铜1己内酰胺100锌5苯酸150镍2丁酸500铅1戊酸3锑0.2甲醇200砷0.2甲苯7石油和焦油50二硝基甲苯12烷基苯磺酸盐15酚100拉开粉100甲醛160硫化物（以S计）40硫氰酸铵500氯化钠10000氰化钾89六价铬25醋酸铵500铁100吡啶400镉15硬脂酸300氰（以CN-计）2氯苯10苯胺100间苯二酚100苯100邻苯二酚100甘油5苯二酚15注：1.表中浓度一般以日平均浓度考虑2.废水中含有两种或两种以上毒物时，单项物质容许浓度应低于表列数字。重金属容许浓度则为表列数字的50%70%。3.表内数字一般是指排入城市污水厂的抑制浓度。对于专门的工业废水处理，微生物经驯化后，可提高浓度。这些毒物，从化学性质上来分可划分为有机物和无机物两大类。从处理的角度又可划分为能被生物处理段去除、转化的物质和不能被生物处理段去除、转化的物质两大类。 毒物对微生物的作用机制主要有如下方式： （1）损伤细胞结构成分和细胞外膜。如：70%浓度的乙醇能使蛋白凝固达到杀菌作用；酚、甲酚、表面活性剂作用于细胞外膜，破坏细胞膜的半透性。（2）损伤酶和重要代谢过程。一些重金属（铜、银、汞等）对酶有潜在的毒害作用，甚至在非常低的浓度下也起作用。这些重金属的盐类和有机化合物能与酶的-SH基结合，并改变这些蛋白质的三级和四级结构。（3）竞争性抑制作用。当废水中存在一种化学结构与代谢物质相类似的有机物时便会发生。因为二者都能在酶的活性中心与酶相结合，它们的竞争将抑制中间产物的形成，使酶的催化反应速率降低。（4）对细胞成分合成过程的抑制作用。当某些化学物质的结构类似于细胞成分的结构时，它们便会被细胞吸收并同化，结果是合成无功能的辅酶或导致生长停止。这种作用最典型的例子便是磺胺酸。（5）抗生素对核酸的抑制作用。不少抗生素能专一地抑制原核生物的蛋白质合成，如链霉素会抑制氨基酸正确结合于多肽上。（6）抗生素对核酸的抑制作用。如丝裂霉系C会选择性地阻止DNA的合成，从而抑制微生物的生长。（7）对细胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通过干扰细胞壁的合成从而达到抑制微生物生长的效果。第4章 菌种承受毒物的能力及菌种驯化法 需要说明的是，微生物中存在不少能耐受常用代谢毒物的菌株，有的甚至能利用它们作为能源。化学物质对微生物的抑制作用与其浓度有直接关系，并随微生物的驯化而发生变化，经过驯化的微生物对有毒物质的适应能力将逐步加强。微生物这种巨大的适应性（变异性）是由它们的小体积决定的。如一个微球细胞仅具有约100 000个蛋白质分子所能容纳的空间，如此小的体积决定了那些近期用不着的酶是不能储备的，许多分解代谢酶类只有当存在合适的基质时才会产生。在某些条件下这类可诱导的酶可占蛋白质总含量的10%.正是微生物的这种变异性，才使生物法处理含毒有机废水成为可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的极限的（此时的浓度叫极限允许浓度），正是这种极限又要求含毒物有机废水在生物处理前需要一定的预处理。前面已说过，微生物由于其体积的细小，而具有巨大的适应性（变异）。因此可以采用人工改变微生物生活环境的方法进行诱导变异，让微生物直接适应原水中毒物浓度或提高微生物对毒物的去除能力。这种方法对稳定性毒物及非稳定性毒物均适用，是处理含毒有机废水的一种基本方法。 第5章 预处理方法前已说过，驯化是生物处理法中应对毒物的一种基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的极限的，毒物浓度超过极限允许浓度时就需要一定的预处理。目前，第类废水预处理法主要有稀释法、转化法和分离法。 5.1稀释法污水中的毒物之所以成为毒物，是与其浓度有关的。当其浓度超过某一极限允许浓度时，毒物就成为毒物；在极限允许浓度以下时，毒物就不表现出毒性甚至成为营养。当废水中毒物浓度超过生物处理的极限允许浓度时，为保证生物处理的正常进行，可采用简单的稀释法，将废水中毒物浓度降低到极限浓度以下。根据废水中毒物的稳定或非稳定性质，结合实际情况，可采取3种不同的稀释法：污水稀释法，处理出水稀释法，清水稀释法。 （1）污水稀释法。不同的污水中所含的物质不同，将它们混合起来，彼此稀释，可将毒物浓度降低到极限允许浓度以下，这便是污水稀释法。它最简单、最经济，是首选方法，不论毒物的性质是稳定或非稳定均适用。少量的工业废水混入大量的城市污水中，几乎所有的毒物浓度都会被降低到极限允许浓度以下。但是，少量的工业废水彼此间混合后，毒物浓度仍有可能在极限允许浓度以上，仍需继续采取其它措施。 （2）处理出水稀释法。这种方法只适用于废水中的毒物为非稳定这一单一情况。处理出水稀释法又有两种：曝气池池型采用完全混合式；处理出水回流稀释法。出于经济方面的考虑，方法应是首选。（3）清水稀释法。这种方法只有在废水中的毒物为稳定性毒物，不能采用处理出水稀释，工厂内部及其附近又没有其它废水可以用来稀释它，而且这种毒物又不能采用分离法或转化法去除时才能使用。这是由于这种方法的不经济性。采用清水稀释本身就要花费大量的水费；原水采用大量的清水稀释后，处理投资和运行费都要增加。随着环境管理的加强，已由浓度排放控制过渡到排放总量控制。 5.2转化法 化学物质只有在特定的情况下才会表现毒性，比如，硝基苯毒性较大，转化为苯胺后，毒性就大为降低。Cr6+的毒性很大，可是被还原为Cr3+后，毒性就大为降低。所以，可以通过化学方法，将有机废水中的毒物转化为无毒或毒性较低的物质，以保证生物处理的正常进行。这种方法对稳定性毒物或非稳定性毒物均适用。采用这种方法一定要注意两个问题：转化后，稳定性毒物的浓度必须在生物处理极限允许浓度以下，非稳定性毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行；最终出水中，毒物浓度也应满足排放标准。实例：化工废水中的硝基苯是一种毒性较大，可生化性较差的物质。直接对它进行生物处理，由于毒物负荷的限制，使得生化曝气池的BOD负荷极低，效率不高。故绝大多数工程在废水进入曝气池之前进行预处理，用化学法(比如亚铁还原)将硝基苯转化为苯胺，苯胺与硝基苯相比，其毒性大为降低，而且可生化性大幅提高，使曝气池BOD负荷大大提高。5.3分离法 利用分离的手段，将废水中的毒物转移到气相或固相中去，以保证废水生物处理的正常运转，这便是分离法的原理。此法对稳定性或非稳定性毒物均适用。采用这种方法时应注意如下几点：分离后，废水中稳定性毒物浓度必须在生物处理的极限允许浓度之下，非稳定性毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行；必须保证最终出水各项指项(包括毒物)达到国家排放标准；转移到气相或固相的毒物必须进行妥善处理，不允许出现二次污染。第6章 难降解有机物的生物处理对于第类废水以造纸工业废水为例在这里作一简单讨论。资料显示，制浆造纸是我国国民经济的重要产业，同时也是造成环境污染的主要行业之一。随着造纸工业的迅速发展，所产生的废水已经成为水环境的重要污染源之一。制浆废水主要是化学法制浆废水、洗浆及漂白废水、脱墨废水等。废水中含有大量来自植物纤维原料难以降解的有机物、主要是木质素、纤维素等，再加上造纸工艺中必须加入的化学药品及助剂等。更加重了水体污染。如漂白工段所产生的氯化苯酚、氯化脂肪酸、二噁节英等有毒难以处理的氯化有机物，对人体及环境生物会造成强烈的毒害、致畸变型及多发性神经性疾病等。在日本已被列为五大社会公害之一，美国的六大公害之一。在我国造纸废水排放量已占工业废水排放总量的1/6，COD和SS均占1/4，问题相当严重。针对造纸工业所产生的废水具有种类繁多、水量大、有机污染物含量高的特点，确定有效的处理工艺，当前用于造纸工业废水处理的主要方法有沉淀、气浮、吸附、膜分离、好氧生物、厌氧生物等处理方法以及几种工艺结合的处理方法。无论采用什么样的方法，废水都需要进行预处理，预处理主要是为了改善废水水质，以便满足各工艺的进水要求，提高废水处理的整体效果，确保整个处理系统的稳定性，造纸工业废水处理中的预处理可分为厂内预处理和厂外预处理，厂内预处理主要是对白水中的纸浆进行回收，常采用过滤、气浮等进行回收利用，能够避免大量的纸浆进入废水处理系统中，既提高了纸浆的得率又节约了废水处理的成本；厂外预处理主要是为了保证进入物化、生化等系统的废水能够最大程度的满足要求，能够使系统稳定运行。预处理工艺主要有：格栅、筛网、纤维回收系统、调节水量及水质、等工艺组成。可根据不同的造纸工业废水水质采取不同的预处理手段，去除一部分污染物，改善废水水质，使整个废水处理系统的处理效果达到最佳。第7章 结论 为保证生物处理的正常进行，可采用的消除毒物影响的措施是很多的，如何从繁多的方法措施中选择一个最佳方案，是一个全系统优化课题。优化的原则是：废水中各项指标（包括毒物）必须达到国家排