清洁生产_发酵工业清洁生产培训讲义

发酵工业清洁生产 微生物与环保 微生物处理腈纶废水的塔式滤池 29 1污水处理概述29 1 1水污染概述 水体自净 水体中的污染物因被稀释 水解 氧化 光分解和微生物降解等而去除的能力 主要靠细菌 藻类等微生物 自净能力影响因素 溶氧污染物过量 细菌和藻类大量繁殖 溶解氧下降 厌氧菌大量繁殖 产生带有恶臭的硫化氢和硫化铁 水环境保护 水是地球上一切生命赖以生存 也是人类生活和生产中不可缺少的基本物质之一 20世纪以来 由于世界各国工农业的迅速发展 城市人口的剧增 缺水已是当今世界许多国家面临的重大问题 防治水污染 保护水资源是当今世界性的问题 更是我国城乡普遍面临的当务之急 饥饿与营养不良 饥饿与营养不良较之疾病 污染与环境破坏更为亟待解决的世界性问题 应用生物技术发展粮食生产 这样既可提高农作物的生产能力 又能开垦荒芜地区 增加种植面积 土地变得沙化 农民手里捧如此土地该如何生存 大规模的工业生产矿藏开采投入环境生产消费排放废料农田森林中流失的农药 环境问题 包括 固体废物场地 地下储存罐 UST 和管道泄漏污染等 其中以固体废物场地 地下储存罐的污染问题最为突出 非点源污染主要来自许多扩散性的污染来源 如降水或融雪水在径流过程中携带污染物 最后进入地表水和地下水中 以及农业灌溉导致的化肥 除草剂 农药污染等 固体废物填埋场的污染 农业灌溉对土壤和地下水的污染 林树红 水资源的利用现状 世界各国和国民经济各部门对水资源的使用情况各有不同 一般可分为 工业用水 发电 造纸 人造纤维等部门的需水量最大 农业用水生活用水 水脏 问题主要是工业用水过程产生的 水是工业发展的基础 水可以是工业生产中的一种原料 也可以作为工业生产流程中的原料有用组分或杂质的浸出渗液 或作为工业生产工艺的反应介质 生产1吨钢材需水100m3以上制造1吨尼龙丝大约需水600m3染1万米布大约需300m3制1吨纸浆大约需水300m3等 目前 我国工业万元产值耗水量平均为600 700m3 农业和工业是人类社会的两个用水大户研究农业用水过程对于解决我国的 水少 问题具有决定性的作用研究工业用水过程则对解决我国 水脏 问题具有决定性的作用 我国90 以上的城市水域遭到污染 城市污水 包括生活污水和工业废水 以每年6 5 的速度增加 预计到2010年城市污水排放量将达到5300亿m3 d以上 我国 八五 期间曾有全国污水处理厂达到150座 城市污水处理率达10 的规划目标 实际1995年处理率达到了15 九五 期间拟新增污水处理设施 使日处理能力达400万m3以上 城市排水管网普及面积率达70 75 污水集中处理率达到20 县以上工业企业废水处理率达76 8 目前我国城市工业水重复利用率约为50 左右 日本80年代末就达到75 以上 从这些数据可以看出 我国城市污水治理还是相对滞后的 处于欠帐状态 水污染控制 治理 工程 就是以工程技术措施 来防止 减轻或消除水环境的污染 改善和保持水环境质量 保障人体健康 以及有效地保护和合理利用水资源 1989年5月联合国环境规划署 UNEP 首次提出清洁生产的概念 标志着人类工业生产观念的一次变革 清洁生产是与高投入 高消耗 粗放经营所支持的传统工业相对立的 推行清洁生产将导致工业用水方式的一次革命 这场 工业革命 是实现工业领域水资源可持续利用的必由之路 我国在90年代提出的 中国环境与发展十大对策 强调了清洁生产 清洁生产正在成为我国实现可持续发展战略的重要措施和手段 29 1 2水体的污染与自净 一 水体污染及水体自净作用二 水污染指标 一 水体污染及水体自净作用 水体 河流 湖泊 沼泽 水库 地下水 冰川和海洋等 贮水体 的总称 在环境科学领域中 水体不仅包括水 而且也包括水中的悬浮物 底泥及水中生物等 从自然地理的角度看 水体是指地表被水覆盖的自然综合体 水体污染 是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量 从而导致水体的物理特征 化学特征和生物特征发生不良变化 破坏了水中固有的生态系统 破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用 造成水体污染的因素 向水体排放未经过妥善处理的城市污水和工业废水 施用的化肥 农药及城市地面的污染物 被雨水冲刷 随地面径流而进入水体 随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等 有些赤潮生物会分泌出粘液 粘在鱼 虾 贝等生物的鳃上 妨碍呼吸 导致窒息死亡 含有毒素的赤潮生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡 人类食用含有毒素的海产品 也会造成类似的后果 环境工程海洋科学海洋生物资源与环境生物工程 人类行为对生态系统的影响 水体自净作用 水体能够在其环境容量的范围以内 经过水体的物理 化学和生物的作用 使排入的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低 称之为水体的自净作用 水体自净机理 物理过程 其中包括稀释 混合 扩散 挥发 沉淀等过程 水体中的污染物质在这一系列的作用下 其浓度得以降低 化学及物理化学过程 污染物质通过氧化 还原 吸附 凝聚 中和等反应使其浓度降低 生物化学过程 污染物质中的有机物 由于水体中微生物的代谢活动而被分解 氧化并转化为无害 稳定的无机物 从而使其浓度降低 二 水污染指标 一 生化需氧量 BOD 表示在有氧条件下 好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量 常用单位为mg L 这是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标 在20 和在BOD的测定条件 氧充足 不搅动 下 以五日作为测定BOD的标准时间 称之为五日生化需氧量 以BOD5表示 二 化学需氧量 COD 用强氧化剂 重铬酸钾 在酸性条件下能够将有机物氧化为H2O和CO2 此时所测出的耗氧量称为化学需氧量 COD COD能够比较精确地表示有机物含量 而且测定需时较短 不受水质限制 因此多作为工业废水的污染指标 用另一种氧化剂 高锰酸钾 也能够将有机物加以氧化 测出的耗氧量较COD低 称为耗氧量 以OC表示 三 总需氧量 TOD 有机物主要是由碳 C 氢 H 氮 N 硫 S 等元素所组成 当有机物完全被氧化时 C H N S分别被氧化为CO2 H2O NO和SO2 此时的需氧量称为总需氧量 TOD 四 总有机碳 TOC 是污水中有机污染物的总含碳量 其测定结果以C含量表示 单位为mg L 五 悬浮物 是通过过滤法测定的 滤后滤膜或滤纸上截留下来的物质即为悬浮固体 它包括部分的胶体物质 单位为mg L 六 有毒物质 是指其达到一定浓度后 对人体健康 水生生物的生长造成危害的物质 非重金属的氰化物和砷化物及重金属中的汞 镉 铬 铅等 是国际上公认的六大毒物 砷有时与重金放在一起进行研究 七 pH值 对水体生物生长有较大影响 也直接影响水处理工艺及装置的选用 八 大肠菌群数 是指单位体积水中所含的大肠菌群的数目 单位为个 L 它是常用的细菌学指标 29 1 3水体中主要污染物的来源及其危害 无机无毒物无机有毒物有机无毒物有机有毒物放射性物质 生物污染物质和热污染等 所谓无毒害作用是相对而有条件的 一 无机无毒物 砂粒 矿渣一类的颗粒状的物质 酸 碱无机盐类 氮 磷等植物营养物质 一 悬浮物的污染危害 1 大大地降低了光的穿透能力 减少了水的光合作用并妨碍水体的自净作用 2 对鱼类产生危害 可能堵塞鱼鳃 导致鱼的死亡 制浆造纸废水中的纸浆对此最为明显 3 水中的悬浮物又可能是各种污染物的载体 它可能吸附一部分水中的污染物并随水流动迁移 二 酸 碱 无机盐类的污染物质 来源污染水体中的酸主要来自矿山排水及许多工业废水 金属加工酸洗车间 黏胶纤维和酸性造纸等工业部门排放酸性工业废水 雨水淋洗含二氧化硫的空气后 汇入地表水体也能形成酸污染 水体中的碱主要来源于碱法造纸 化学纤维 制碱 制革及炼油等工业废水 酸和碱的污染必然伴随着无机盐类的污染 酸 碱污染物危害 酸 碱污染物能改变水体的pH值增加水中的一般无机盐类和水的硬度 三 氮 磷等植物营养物 主要来自于农田施肥 农业废弃物 城市生活污水和某些工业废水 污水中的氮可分为有机氮和无机氮两类 氮 磷污染危害及水体的富营养化 1 藻类在水体中占据的空间越来越大 使鱼类活动的空间越来越少 衰死藻类将沉积塘底 2 藻类种类逐渐减少 并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主 不适于作鱼饵料 而其中有一些种属是有毒的 3 藻类过度生长繁殖 将造成水体中溶解氧的急剧变化 严重影响鱼类生存 二 无机有毒物 一 非重金属的无机毒性物质1 氰化物 来源于电镀废水 焦炉和高炉的煤气洗涤冷却水 某些化工厂的含氰废水及金 银选矿废水等 氰化物在水中的自净作用 氰化物的挥发逸散 氰化物的氧化分解 2 砷 As 工业生产排放含砷废水的有 化工 有色冶金 炼焦 火电 造纸 皮革等 其中以冶金 化工排放砷量较高 二 重金属毒性物质 重金属与一般耗氧的有机物不同 在水体中不能为微生物所降解 只能产生各种形态之间的相互转化以及分散和富集 这个过程称之为重金属的迁移 重金属在水体中的迁移主要与沉淀 络合 螯合 吸附和氧化还原等作用有关 重金属的毒性和对生物体的危害 在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应 微生物不能降解重金属 相反地某些重金属有可能在微生物作用下转化为金属有机化合物 产生更大的毒性 地表水中的重金属可以通过生物的食物链 成千上万地富集 而达到相当高的浓度 重金属进入人体后能够和生理高分子物质如蛋白质和酶等发生强烈的相互作用使它们失去活性 也可能累积在人体的某些器官中 造成慢性累积性中毒 最终造成危害 微生物不能降解重金属 微生物作用于重金属主要是改变金属在环境中的存在状态从而改变它们的毒性 微生物对重金属的转化 三 有机无毒物 需氧有机物 属于碳水化合物 蛋白质 脂肪等自然生成的有机物 它们易于生物降解 向稳定的无机物转化 在有氧条件下 由好氧微生物作用下进行转化 这一转化进程快 产物一般为CO2 H2O等稳定物质 在无氧条件下 则在厌氧微生物的作用下进行转化 这一进程较慢 首先在产酸菌的作用下 形成脂肪酸 醇等中间产物继之在甲烷菌的作用下形成H2O CH4 CO2等稳定物质 同时放出硫化氢 硫醇 粪臭素等具有恶臭的气体 一 水体中需氧污染物 主要来自生活污水 牲畜污水以及屠宰 肉类加工 罐头等食品工业和制革 造纸 印染 焦化等工业废水 有机污染物对水体的危害 对渔业水产资源的破坏 有机无毒物 又称耗氧 需氧 有机物 或可生物降解有机物 四 有机有毒物 这一类物质多属于人工合成的有机物质 如农药 DDT 六六六等有机氯农药 醛 酮 酚以及聚氯联苯 芳香族氨基化合物 高分子合成聚合物 塑料 合成橡胶 人造纤维 染料等 来源 石油化学工业的合成生产过程及有关的产品使用过程中排放出的污水 主要污染特征 比较稳定 不易被微生物分解 所以又称难降解有机污染物 它们都有害于人类健康 只是危害程度和作用方式不同 这一类物质在某些条件下 好氧微生物也能够对其进行分解 因此 也能够消耗水体中的溶解氧 但速度较慢 农药 石油 洗涤剂 多氯联苯 氰和腈 微生物对有毒有机物的降解 五 石油类污染物 石油开采 储运 炼制和使用过程中 排出的废油和含油废水使水体遭受污染 石油化工 机械制造行业排放的废水也含有各种油类 海洋石油污染的危害 不仅影响海洋生物的生长 降低海滨环境的使用价值 破坏海岸设施 还可能影响局部地区的水文气象条件和降低海洋的自净能力 工程菌在环境工程中应用 美国GE公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌 并获专利 用于清除石油污染 六 其他污染物 放射性污染 铀矿开采 提炼 纯化 浓缩过程均产生放射性废水和废物 热污染 主要来源于工矿企业向江河排放的冷却水 其中以电力工业为主 其次是冶金 化工 石油 造纸 建材和机械等工业 29 1 4污水处理技术概述 一 污水处理方法的分类二 污水处理流程 一 水体污染防治 污水处理技术 物理法 筛滤 重力 离心 磁分离 蒸发 化学法 中和 氧化还原 化学沉淀 电解物理化学法 混凝 气浮 吸附 离子交换 萃取 膜分离 电渗析 扩散渗析 反渗透 超滤 生物法 好氧生物法 活性污泥法 生物膜法 厌氧生物法 自然生物处理法 一 物理法 通过物理作用 以分离 回收污水中不溶解的呈悬浮状的污染物质 包括油膜和油珠 在处理过程中不改变其化学性质 物理法操作简单 经济 常采用的有重力分离法 离心分离法 过滤法及蒸发 结晶法等 二 化学法 向污水中投加某种化学物质 利用化学反应来分离 回收污水中的某些污染物质 或使其转化为无害的物质 常用的方法有化学沉淀法 常用于含重金属 氰化物等工业生产污水的处理 石灰法 硫化物法和钡盐法 混凝法 目前常采用的混凝剂有硫酸铝 碱式氯化铝 铁盐 主要指硫酸亚铁 三氯化铁及硫酸铁 等 中和法 向酸性废水中投加碱性物质如石灰 氢氧化钠 石灰石等 使废水变为中性 对碱性废水可吹入含有CO2的烟道气进行中和 也可用其他的酸性物质进行中和 氧化还原 包括电解 法 三 物理化学法 工业废水在应用物理化学法进行处理或回收利用之前 一般均需先经过预处理 尽量去除废水中的悬浮物 油类 有害气体等杂质 或调整废水的pH值 以便提高回收效率及减少损耗 萃取 将不溶于水的溶剂投入污水之中吸附 利用多孔性的固体物质 常用活性炭离子交换 利用离子交换剂的离子交换作用来置换污水中的离子化物质膜分离技术 电渗析法 反渗透 超过滤法气提 离子交换法主要是利用离子交换树脂中的离子同原水在的某些离子进行交换而将其除去 使水得到净化的方法 它已广泛应用于化工 电子 医药 纺织 电镀行业的制取纯水 硬水软化 药物和食品的脱色和提取 重要化工原料的回收以及污水处理等 反渗透RO膜是用高分子材料经过特殊工艺制成的半透膜 它只允许水分子透过 而不允许溶质通过 用高压泵使处于半透膜一侧的原水压力超过渗透压时 原水中的水分子就能够透过半透膜进入另一侧 从而获得纯净水 而原水中的溶解与非溶解的无机盐 重金属离子 有机物 菌体 胶体等物质无法通过半透膜 只能留在浓缩水中被放掉 反渗透设备广泛应用于医药行业 饮料行业 电子 电力行业等 四 生物法 污水的生物处理法就是利用微生物新陈代谢功能 使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质 使污水得以净化 污水处理流程 格栅 沉砂池 沉淀池 生物曝气池或生物滤池 二沉池 混凝 过滤 离子交换 消毒等设备 废水 垃圾处理 沉渣处理 一级处理出水 排放 灌溉 污泥消化池或其他处理设备 浓缩池 二级处理出水 排放 灌溉 三级处理出 排放或回用 沉渣处理 一级处理 二级处理 三级处理 29 2好氧生物处理法 应用好氧微生物或兼性微生物来分解氧化污染物的方法 主要方法有 活性污泥法 生物膜法 适用于处理溶解的和胶体的有机物 不能直接沉淀 可使有机物转化为无机物 特点 不产生臭气处理周期短在适当的条件下 一般可除去BOD580 90 29 2 1活性污泥法 活性污泥法 是利用微生物生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团 他可以大量絮凝和吸附废水中悬浮的胶体状或溶解状的污染物 并将这些物质吸收入细胞体内 在氧的参与下 将这些物质同化为菌体的组成 或将这些物质完全氧化释放出能量 CO2和水 这种具有活性的微生物菌胶团或絮状泥粒状的微生物群体称之为活性污泥 以活性污泥为主体的废水处理法称为活性污泥法 向有机废水中不断地充入空气 使水中有足够的溶解氧 为好氧微生物生长繁殖创造良好的条件 经过一定时间后 就会产生一种褐色絮状泥粒 其中含有大量的微生物即活性污泥 活性污泥主要由菌胶团细菌 原生动物和后生动物组成的微生物群体 还含有一些无机物 分解中的有机物和微生物自身代谢残留物 外观及特性 外观呈黄褐色 易于沉淀分离 具有较大的比表面积 20 100cm2 1me 尺寸0 02 0 2mm 比重1 002 1 006之间 含水率99 组成 由具有活性微生物Ma 微生物自身氧化残留物Me 吸附在污泥上不能为生物降解的有机物Mi 无机物Mii组成 原理 由污水中繁殖的大量微生物凝絮而成的绒絮状泥柱 具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力 菌胶团能提供营固定生活的原生动物和丝状菌栖息和附着生长的场所 又能使胶团细菌包围在胶质中 而不被原生动物所吞噬 过程 1 废水中溶解性有机物质透过细菌的细胞壁为细菌所吸收 固体和胶体的有机物先附着在细菌体外 被分泌酶变为溶解性物质再渗入细胞 2 细菌通过自身氧化 还原 合成等过程 把一部分有机物氧化成简单无机物 另一部分转化成生物体所必需的营养物质 组成新的原生质 活性污泥微生物 以好氧细菌为主 也存活有真菌 原生动物 后生动物 构成稳定生态系 细菌 微生物主要组成部分 以异养性原核细菌为主 1ml正常污泥中含细菌107 108个 细菌种属与污水中有机成分有关 是有机污染物的分解者 在环境条件适宜时其世代时间仅为20 30min 真菌 种类繁多 活性污泥中较多出现的为腐生或寄生的丝状菌 异常增殖会引发污泥膨胀 原生动物 为活性污泥系统中的指示性生物 是首次捕食者 后生动物 仅在完全氧化型活性污泥系统中出现 是水质非常稳定的标志 是生态系的二次捕食者 菌胶团 由各种细菌及细菌所分泌的粘性物质组成的絮凝体状团粒 菌体种类 细菌毛霉 根霉 曲霉 青霉等霉菌各种原生动物类 细菌 是活性污泥中最重要的成员 球菌 杆菌 螺旋菌 丝状细菌 硫丝细菌 细菌存在形式 菌胶团由细菌结合成一定形状的胶团 根据外形可分为团形 椭圆形 分枝形 垂丝形和蘑菇形 菌胶团的大小影响活性污泥的吸附和絮凝能力 一种废水处理中可以有一种菌占主要地位 但多种微生物配合才能大幅度降低BOD 真菌 酵母和霉菌在活性污泥中都有出现 存在适宜条件 酸性条件 氮源贫乏 在处理某些特种工业废水及有机固体废渣中起重要作用 原生动物 以废水处理中细菌和有机微粒作为食物和能源 在废水处理中具有重要作用 种类 肉足类 鞭毛类 孢子虫类 吸管类 纤毛类 在废水处理中以纤毛类最重要 又以草履虫和钟形虫为代表 污泥培养成熟时 固定型的钟形虫增加 微形后生动物 是多细胞动物 大多为好气异养型 对溶解氧需求量大 种类 轮虫 甲壳虫和线虫 后生动物出现 可以认为废水处理达到水质较好程度 在用生化技术处理污水时 首先要得到作为菌种的活性污泥 其来源可将下水道 化粪池污泥 或水处理厂周围的污泥取来 再用要处理的污水驯化污泥 在驯化过程中 污水浓度和量逐渐加大 待微生物适应后 即可作为活性污泥 也可用诱变技术或基因工程技术处理菌种 活性污泥法的基本流程 由曝气池 沉淀池 污泥回流 剩余污泥排除系统组成 活性污泥工作参数 微生物种类和数量混合液悬浮固体 MLSS 1L曝气池混合液中所含悬浮固体的干重g l或mg ml 间接反映废水中微生物浓度 混合液挥发性悬浮固体 MLVSS 每升曝气池混合液所含挥发性悬浮固体的质量 g l 即去除混合液中无机物的重量 更接近活性污泥中微生物的重量 污泥沉降比 SV 一定量的曝气池混合液 静置30min后 沉降污泥体积与原混合液体积之比 反映曝气池正常运行时的污泥量 大小也能反映出污泥膨胀等异常现象 污泥容积指数 SVI 曝气池中混合液经30min静置后的污泥体积与污泥干重之比 反映污泥的凝聚性和沉降性 污泥负荷 LS 在单位时间内 单位重量的活性污泥能处理的有机物数量 活性污泥法有多种池型及运行方式 常用的有 普通活性污泥法完全混合式表面曝气法吸附再生法等 废水在曝气池内停留一般为4 6小时 能去除废水中的有机物 BOD5 90 左右 活性污泥法对废水的要求及运行 pH在6 9之间 不能波动太大 进水中有机物浓度的控制 进水BOD500 1000mg L 水中养料要具有微生物生长所必需的基本化合物和元素 BOD N P 100 5 1 水中有毒物的控制溶解氧 2 4mg L 2 完全混合式曝气池一般机械曝气 也可鼓风曝气 多为圆形 偶见方型或多边型 分合建与分建两种 合建式 分建式 3 推流完全混合结合式在推流式曝气池中设置多个表曝机 活性污泥的生长规律及活性污泥法的运行方式 一 活性污泥增长曲线 二 活性污泥的净化过程 三 活性污泥法运行方式 一 活性污泥增长曲线 活性污泥微生物生长规律用增殖曲线表示 底物一次投加 间歇培养 分为适应期 对数增长期 减速增长期 内源呼吸期 取决于营养物与微生物比值 适应期 对数增长期 减速增长期 内源呼吸期 几个主要参数 1 BOD 污泥负荷 有机污染物的量 活性污泥量 F M 的比值 用NS表示 F M NS QLA XV KgBOD KgMLSS d Q 污水流量m3 dLa 进水有机物浓度 BOD5 Mg LX 混和液悬浮固体浓度 MLSS Mg LV 曝气池容积m3 含义 曝气池内单位重量 KG 活性污泥 在单位时间 1d 内能够接受能降解到预定程度的有机污泥等物量 BOD 有时为表示有机物去除情况 采取去除负荷Nr NS与处理效率 活性污泥特性 污泥生成量 氧化消耗等有很大的关系 2 BOD 容积负荷率 单位曝气时间单位容积承担的有机底物BOD5的量 NV QLa 10 3 V KgBOD5 m3 d 3 污泥龄ts 曝气池中活性污泥量与每日排放的剩余污泥量之比 4 回流比R 回流污泥量与进水量之比 R Qr Q 5 污泥的增长量 X kg d X aQ La Le bXVa 污泥产量 去除1KgBOD5形成的MLSS的KG数 B 自身氧化率Q 污泥流量M3 DLaLe 进出水BOD5浓度X 混和液挥发性悬浮物固体浓度MLVSSV 曝气池容积 M3一般活性污泥中 a 0 3 0 72 平均0 52 b 0 02 0 18 平均0 07 二 活性污泥的净化过程 分为吸附阶段和代谢阶段吸附阶段 污水和污泥在刚开始接触5 10分钟内出现了高的BOD去除率 代谢阶段 包括合成代谢和分解代谢 1 传统法 普通 推流式 有机物浓度和需氧量沿池长降低 供氧量沿池长均匀分布 工艺特征 微生物的生长速率沿池长减少 微生物生长处在前池的对数增长 经减速增长到池末的内源呼吸期的完全生长周期 有机物在曝气池内降解经历第一阶段的吸附与第二阶段的代谢 优点 处理效果好 BOD去除率90 以上 缺点 抗冲击性差 池容大 基建费用高 供氧和需氧矛盾 三 活性污泥法运行方式 2 阶段曝气活性污泥法 分段进水 分步曝气 通过改善进水方法 解决供氧与需氧矛盾 工艺特征 污水沿池长分散进入曝气池 优点 有机底物沿池均匀分布 负荷均衡 解决了供氧与需氧矛盾 提高了曝气池对冲击负荷的适应能力 3 吸附再生法 接触稳定法 生物吸附法 工艺特征 将活性污泥降解有机污染物的两个过程 吸附与代谢稳定 分别在各自的反应器内进行 吸附池 30 60分钟 污水与活性很强的污泥接触 吸附去除水中有机物 进二沉池进行泥水分离 再生池 污泥回流至再生池进行分解合成代谢 使污泥活性得以恢复 优点 池容小 基建费用低 抗冲击性强 吸附池的污泥遭到破坏 可由再生池污泥予以补充 缺点 处理效果低于传统法 不宜处理以溶解非有机物为主的污水物质 活性污泥法的新发展 功能 脱氮 除磷效能 提高供氧能力 污泥浓度 微生物代谢功能等 一 生物脱氮 二 生物除磷 三 氧化沟 四 间歇活性污泥法 五 AB法 2 生物膜法 使污水连续流经固体填料 碎石 煤渣或塑料填料 的滤床表面 其表面附着的大量微生物群落可以形成一层黏液状膜即生物膜生物膜上的微生物吸附和降解水中的有机污染物 生物膜组成 生物膜一般呈蓬松的絮状结构 微孔较多 表面积大 具有强吸附作用 生物膜外表层的微生物一般为好氧菌 内层为厌氧层 生物膜中常见微生物 包括好气菌 厌气菌和兼性菌 真菌 藻类 原生动物 蚊蝇幼虫在生物滤池中兼性菌占优势 生物滤池中pH较低则以真菌为主 滤池顶部有阳光处常有藻类生物只提供氧 生物膜法多采用的处理构筑物有生物滤池 塔式滤池 生物转盘 生物接触氧化池及生物流化床等 除此之外 土地处理系统 污水灌溉 和氧化塘皆属于生物处理法中的自然生物处理范畴 塔式滤池 高可达20米 延长了污水 生物膜和空气的接触时间 有机负荷为2000 3000 BOD 立方米 天轻质塑料滤料 附着菌胶团和游离的细菌 下层为原生动物和轮虫可分层进水 进风注意废水预处理 防止滤料堵塞占地面积小 适用于大城市处理负荷大的废水 29 3厌氧生物处理法 1 液化发酵阶段 废水中的可溶性及悬浮性有机物主要被细菌作用 有机酸不断积累 蛋白质 纤维素 脂肪 有机酸 醇类菌种 厌氧或兼性厌氧菌梭状芽孢杆菌 胞硫弧菌 乳杆菌 大肠杆菌等 纤维素 蛋白质 脂肪 纤维酶蛋白酶脂肪酶 双糖或单糖 多肽和氨基酸 脂肪酸和甘油 第一阶段 水解发酵 2 产氢产乙酸阶段脂肪酸 醇 乙酸 H2和CO2两种细菌的共生体S菌氧化乙醇产生H2MOH 以H2为氢供体还原CO2产生甲烷 单糖 氨基酸 脂肪酸 产酸菌 乙酸 丙酸 CO2 氢气 醇类 可溶性物质 简单化合物 第二阶段 产酸 3 产甲烷阶段乙酸 甲酸 甲醇 CO2 H2 甲烷产甲烷菌 严格厌氧菌CO2 4H2 CH4 2H2O 乙酸 丙酸 甲烷菌 甲烷 二氧化碳 醇类 简单化合物 第三阶段 产甲烷 优点1 操作不消耗动力 2 可以处理高浓度有机废水 3 副产物甲烷可以作燃料 缺点1 分解有机物的速度慢 2 需要大体积的处理槽 3 BOD的消除率低于好气处理 常先用厌氧法处理再好氧法处理 沼气发酵是复杂的微生物学过程 只有有了大量的沼气微生物 并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件 各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气 五 沼气发酵原理 一 沼气微生物 沼气发酵是指各种有机物在一定的水分 温度和厌氧条件下 被各类沼气微生物分解转化 最终生成沼气的过程 沼气微生物 不产甲烷菌 产甲烷菌 发酵性细菌 产氢产乙酸菌 耗氢产乙酸菌 食氢产甲烷菌 食乙酸产甲烷菌 1 沼气微生物的种类 不产甲烷菌能将纤维 半纤维 淀粉 蛋白质 脂肪等复杂有机物分解成乙酸 丙酸 丁酸等简单的小分子量的物质 为产甲烷菌提供基质 不产甲烷菌 产甲烷菌是沼气发酵微生物的核心 它们严格厌氧 适宜在中性环境中繁殖 依靠乙酸 二氧化碳和氢生长 并以废物的形式排出甲烷 产甲烷菌 有机质水解产酸产甲烷沼气 二 沼气发酵过程 充足的沼气发酵原料 质优量多的沼气微生物 严格厌氧的生态环境 尽量高的发酵温度 适宜的酸碱度 合适的负荷 持续的搅拌 三 沼气发酵条件 一 沼气发酵原料 原料是沼气微生物赖以生存和产生沼气的物质基础 按物理形态分为液态原料和固态原料 按营养成分为富氮原料和富碳原料 富氮原料通常指动物粪便 这类原料经过动物肠胃系统的充分消化 颗粒细小 含有大量低分子化合物和较高的含水量 做沼气原料 容易分解 产气很快 发酵期较短 富氮原料 富碳原料通常指秸秆等农作物的残余物 这类原料富含纤维素 半纤维素 果胶以及难降解的木质素和植物蜡质 干物质含量高 质地疏松 比重小 厌氧分解慢 产气周期长 富碳原料 沼气发酵细菌消耗碳的速度比消耗氮的速度要快25 30倍 因此 碳氮比例配成25 30 1可以使沼气发酵在合适的速度下进行 原料碳氮比 如果碳氮比例失调 就会使产气和微生物的生命活动受到影响 以致抑制或者停止 原料碳氮比 沼气发酵微生物包括有机质分解菌和产甲烷菌两大菌群 人工制取沼气的核心菌落是甲烷菌群 自然界一切具备厌氧条件和有机物的地方都可以找到它们的踪迹 二 沼气发酵微生物 三 严格的厌氧环境 产甲烷微生物是严格的厌氧菌 只能在无氧的生态环境中生存和繁殖 人工制取沼气的首要外因条件是建造一个不漏气的厌氧发酵装置 温度是制约沼气产量的重要因素 在10 到60 的范围内 沼气均能正常发酵产气 在这一温度范围内 一般温度愈高 微生物活动愈旺盛 产气量愈高 四 合适的发酵温度 温度对产气率的影响 沼气发酵最适宜酸碱度 pH 为6 8 7 4 pH值在6 4以下 7 6以上对发酵都要产生抑制作用 五 适宜的酸碱度 农村沼气池的负荷一般用发酵原料的浓度来表示 其大小由厌氧活性污泥的数量 活性及发酵温度等因素决定 夏季 8 秋冬季10 12 六 合适的负荷 静态发酵沼气池随着发酵时间的推移 由下向上逐步分成沉渣层 活性层 清液层 浮渣层 七 持续搅拌 搅拌可以使发酵原料分布均匀 增加微生物与原料的接触面 增强微生物的活性 产气量可提高30 以上 持续搅拌 光合细苗 一大类能进行光合作用的原核生物的总称 体内有光合色素 厌氧光照条件下进行光合作用 光合细菌和藻类处理废水 氧化塘 净化废水原理 菌藻共生的生态对有机物的好气分解 有机物的甲烷发酵和光合作用同时进行的过程 好气细菌分解有机物的氧来自藻类光合作用中释放的和大气扩散进入水体的氧 好气细菌在代谢过程中除合成自身原生质 还产生CO2 水 无机盐类等供