矿业环境工程废水的生物处理

第五章废水处理方法第九节废水的生物处理废水生物处理的主要目的：絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物；稳定和去除废水中的有机物；去除营养元素氮和磷。废水生物处理的重要性城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济；废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法；大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。,第五章废水处理方法第九节废水的生物处理微生物在废水生物处理中的作用去除溶解性有机物（以COD或BOD5表示）,将其转化成CO2和H2O;去除其它溶解性无机营养元素,如N最终转化为N2气、P转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来；絮凝沉淀和降解胶体状固体物;稳定有机物,第五章废水处理方法第九节废水的生物处理,第五章废水处理方法第九节废水的生物处理有机物的浓度较低时，通过好氧方法有效地去除。大部分有机废水中可以通过好氧方法有效地去除。过程中一部分有机物通过微生物代谢转变成二氧化碳，另一部分进入微生物体内。浓度较高的有机废水及有机悬浮物，通过厌氧的方法有效去除。过程中有机物被转变成甲烷、二氧化碳及微生物细胞。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理好氧生物处理的基本生物过程好氧生物处理过程的生化反应方程式：分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）异氧微生物CHONS+O2CO2+H2O+NH3+SO42-+能量（有机物的组成元素）合成反应（也称合成代谢、同化作用）C、H、O、N、S+能量C5H7NO2内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）微生物C5H7NO2+O2CO2+H2O+NH3+SO42-+能量在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理好氧生物处理的基本生物过程分解与合成的相互关系：1）二者不可分，而是相互依赖的；a、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。2)对有机物的去除，二者都有重要贡献；3）合成量的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的4050%）。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理影响好氧生物处理的主要因素溶解氧（DO）：约12mg/l；水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度1530C；40C或10C后，会有不利影响。营养物质：细胞组成中，C、H、O、N约占9097%；其余310%为无机元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加营养物质；而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BODNP=10051投加N和P；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理影响好氧生物处理的主要因素pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.58.5之间；pH4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。有毒物质（抑制物质）：重金属；氰化物；H2S；卤族元素及其化合物；酚、醇、醛等；有机负荷率：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物；氧化还原电位：好氧细菌：+300400mV，至少要求大于+100mV；厌氧细菌：要求小于+100mV，对于严格厌氧细菌，则-100mV，甚至-300mV。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术。活性污泥:向富含有机污染质并有细菌的废水中，不断地打入空气，使其中的微生物生长繁殖，一定时间后，就会出现絮花状的泥粒，它具有很强的分解有机物的能力，称之为活性污泥。活性污泥法:利用活性污泥处理废水的方法，就是活性污泥法。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法1.基本流程组成：曝气池、二次沉淀池、曝气系统（含空气或氧气的加压设备、管道系统和空气扩散装置）、污泥回流系统等。活性污泥处理系统有效运行的基本条件是：(1)废水中含有足够的可溶性易降解有机物，作为微生物生理活动所必需的营养物质；(2)混合液含有足够的溶解氧；(3)活性污泥在池内呈悬浮状态，能够充分地与废水相接触；(4)活性污泥连续回流、及时地排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；(5)没有对微生物有毒害作用的物质进入。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法2.活性污泥中的微生物活性污泥为3001000微米的不定形细菌的凝集体，无数微小动物则附着在其中。活性污泥中所出现的微生物，最大为lmm左右，主要以细菌和原生动物为主。但是随污泥种类的不同，也有真菌类和微小动物出现。细菌：废水中，直接摄取可溶性有机物者以细菌为主。是起净化作用的主要成分。构成活性污泥的细菌群中，有形成菌胶团的菌，形成丝状体的菌。菌胶团类是活性污泥的主体。如果污泥中丝状体菌异常增殖的话，则会引起污泥膨胀现象，导致终沉池中固液相不能分离。原生动物：是起净化作用的主要成分，是污水处理效率的重要指示生物。在活性污泥中，以纤毛虫占多数。真菌类：有关活性污泥中真菌类报道很少，通常在工业废水的活性污泥中的大多数为藻菌类、半知菌类、酵母类等。微小后生动物：轮虫类和线虫类，它们常摄食污泥中细菌、原生动物残骸的碎片。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法3.活性污泥的净化反应过程在活性污泥处理系统中，有机污染物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。一般将整个净化反应过程分为三个阶段：初期吸附；微生物代谢；活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法3.活性污泥的净化反应过程（1）絮凝、吸附作用蛋白质、碳水化合物和核酸组成的生物聚合物带有电荷，具有生理、物理、化学吸附作用和凝聚、沉淀作用。活性污泥大的表面积的吸附作用。有机物的除去：小分子有机物的除去：在透膜酶的催化作用下，透过细胞壁被摄入细菌体内大分子有机物的除去：先被吸附在细胞表面，在水解酶的作用下，水解成小分子再被摄入体内。一部分被吸附的有机物可能通过污泥排放被去除。影响活性污泥吸附作用的大小的因素：废水的性质、特征。由于活性污泥对呈悬浮和胶体状态的有机污染物吸附能力较强，因而对含有这类污染物多的废水处理效果好。一般应使活性污泥中的微生物进入内源代谢期。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法3.活性污泥的净化反应过程（2）活性污泥中微生物的代谢及其增殖规律在好氧条件下，代谢按两个途径进行：（1）合成代谢，部分有机物被微生物所利用，合成新的细胞物质；（2）分解代谢，部分有机物被分解，形成CO2和H2O等稳定物质，并产生能量，用于合成代谢。同时，微生物细胞物质也进行自身的氧化分解，即内源代谢或内源呼吸。当废水中有机物充足时，合成反应占优势，内源代谢不明显；但当有机物浓度大为降低或已耗尽时，微生物的内源呼吸作用就成为向微生物提供能量，维持其生前活动的主要方式。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法3.活性污泥的净化反应过程（2）活性污泥中微生物的代谢及其增殖规律活性污泥微生物增殖规律：增殖分为对数增殖期、减衰增殖期与内源呼吸期。在温度适宜、溶解氧充足，而且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量，即有机基质(F)与微生物(M)的比值(F/M)。它也是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法3.活性污泥的净化反应过程（2）活性污泥中微生物的代谢及其增殖规律活性污泥增殖规律的应用：活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同；通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥；活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法3.活性污泥的净化反应过程（3）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩活性污泥系统净化废水的最后程序是泥水分离。正常的活性污泥在静置状态下，于30min内即可基本完成絮凝沉淀和成层沉淀过程。浓缩过程比较缓慢，要达到完全浓缩，需时较长。影响活性污泥凝聚与沉淀性能的因素较多，其中以原废水性质为主。此外，水温、pH值、溶解氧浓度以及活性污泥的有机物负荷也是重要的影响因素。对活性污泥的凝聚、沉淀性能，可用SVI、SV和MLSS等三项指标共同评价。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法4.活性污泥性能及特性指标发育良好的活性污泥：外观黄褐色的絮绒颗粒状，粒径一般介于0.020.2mm之间，表面积大体上介于20100cm2ml之间含水率99相对密度1.0021.006之间，因含水率不同而异。活性污泥的固体物质(含量仅占l以下)由以下四部分组成：活细胞(Ma)，在活性污泥中具有活性的那一部分;微生物内源代谢的残留物(Me)，这部分物质无活性，且难于生物降解；由原废水夹入，难于生物降解的有机物(Mi)；由原废水夹入，附着在活性污泥上的无机物质(Mii)。前三类为有机物质，一般占固体成分的7585。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法4.活性污泥性能及特性指标（1）混合液悬浮固体浓度MLSS（MixedLiquorSuspendedSolids）包括活性污泥组成的各种物质，即：MLSSMa+Me+Mi十Mii单位：mgL或gm3Ma活细胞，Me微生物内源代谢的残留物，Mi由原废水夹入，难于生物降解的有机物，Mii由原废水夹入，附着在污泥上的无机物MLSS表示活性污泥在曝气池内的浓度。虽具有活性的微生物(Ma)只占其中的一部分，但所占比例相对固定，因此普遍用MLSS值作为表示活性污泥微生物量的相对指标,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法4.活性污泥性能及特性指标（2）混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）MLVSSMa+Me+Mi单位：mgL或gm3该项指标表示有机悬浮固体的浓度。该指标能够比较准确地表示微生物的数量，但其中仍包括非活性微生物Me的和惰性物质的Mi。因此，仍是活性污泥微生物量的相对指标。在条件一定时，MLVSSMLSS比值较稳定，城市污水的活性污泥介于0.750.85之间。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法4.活性污泥性能及特性指标（3）污泥沉降比SV污泥沉降比是指将曝气池流出来的混合液在量筒中静置30min，其沉淀污泥与原混合液的体积比，以%表示。正常的活性污泥经30min静沉，可以接近它的标准密度。处理城市污水活性污泥的沉降比介于20一30之间。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法4.活性污泥性能及特性指标（4）污泥容积指数SVl（SludgeVolumelndex）污泥指数是指曝气池出口处混合液经30min静沉，1g干污泥所形成的污泥体积，单位为ml/g。SVI值能够更好地评价污泥的凝聚性能和沉降性能。其值过低，说明泥粒细小，密实，无机成分多。过高又说明污泥沉降性能不好，将要或已发生膨胀现象。城市污水处理活性污泥的SVI值介于50150ml/g之间。注意：（1）工业废水处理活性污泥的SVI值有时偏高或偏低属正常；（2）高浓度活性污泥法系统MLSS值较高，即使污泥沉降性能较差，SVI值也不会很高。,4.活性污泥性能及特性指标（5）BOD负荷量容积负荷：每日单位曝气槽容积所接纳的BOD质量，BODkg/m3dMLSS负荷:每日单位质量MLSS所负担的BOD量，BODkg/MLSSkgd在设计时使用的容积负荷量，在操作管理上使用MLSS负荷量.（6）污泥返回率污泥返回率是指从终淀池中返回的活性污泥量QR与流入曝气槽中废水量QO之比,用r表示:r=QR/QO调整控制污泥返回率就能保证曝气槽中MLSS稳定。（7）污泥增殖量污泥增殖量是指从终沉淀池中需要向系统外排的剩余污泥量。它因废水中有机物含量、曝气时间长短而变化，BOD负荷量越低或曝气时间越长；污泥增殖量越少。（8）污泥龄污泥龄是指曝气池中活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比，单位是日。剩余污泥量也就是污泥增殖量，因此污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均仃留时间。,第九节废水的生物处理一、好氧生物处理（一）活性污泥法5.活性污泥净化反应的影响因素（1）溶解氧(DO)根据经验，在曝气池出口处的混合液中的溶解氧浓度保持在2mg/L左右，就能够使活性污泥保持良好的净化功能。（2）水温活性污泥微生物的最适温度范围是1530。一般水温低于10，即可对活性污泥的功能产生不利影响。但是如果经驯化，即使水温降低到67，通过采取一定的技术措施，如降低负荷、提高活性污泥和溶解氧的浓度，以及延长曝气时间等，仍能取得较好的处理效果。水温过高的工业废水在进人生物处理系统前，应考虑降温措施。（3）营养物质生活污水和城市废水含有足够的各种营养物质，但某些工业废水却不然，例如石油化工废水和制浆废水缺乏氮、磷等物质。用活性污泥法处理这一类废水，必须考虑投加适量的氮、磷等物质，以保持废水中的营养平衡。好氧过程中，微生物对氮、磷的需要量比例：BO