废水的生化处理方法

1、废水的生化处理方法废水生物处理是19 世纪末出现的治理污水的技术，发展至今已成为世界各国处理城市生活污水和工业废水的主要手段。目前，国内己有近万座污水生物处理厂 （站 ）投入运行。生物化学处理法简称生化法，是利用自然环境中的微生物，并通过微生物体内的生物化学作用来分解废水中的有机物和某些无机毒物（ 如氰化物、硫化物） ，使之转化为稳定、无害物质的一种水处理方法。1916 年在英国出现了第一座人工处理的曝气池，利用人工培养的微生物来处理城市生活污水，开始了生化处理的新时代。由于生化法处理废水效率高、成本低、投资省、操作简单，因此在城市污水和工业废水的处理中都得到广泛的应用。生化法的缺点是有时会产

2、生污泥膨胀和上浮，影响处理效果；该法对要处理水的水质也有一定要求，如废水成份、pH 值、水温等，因而限制了它的使用范围，另外，生化法占地面积也较大。属于生化处理法的有活性污泥法、生物过滤法、生物膜法、生物塘法和厌氧生物法等。一、微生物及其生化特性迄今为止，已知的环境污染物达数十万种之多，其中大量的是有机物。所有的有机污染物，可根据微生物对它们的降解性，分成可生物降解、难生物降解和不可生物降解三大类。废水的生物处理就是利用微生物的新陈代谢作用处理废水的一种方法。微生物与其它生物一样，为了进行自身的生理活动，必须从周围环境中摄取营养物质并加以利用。这些营养物质在微生物体内，通过一系列的生物化学反应

3、，使微生物获得需要的能量，同时微生物本身也得到繁殖、数量得到增加。在废水中存在着各种有机物和无机物。这些物质大部分都可以被微生物作为营养物质而加以利用。废水的生物处理实质就是将废水中含有的污染物质作为微生物生长的营养物质被微生物代谢、利用、转化，将原有的高分子有机物转化为简单有机物或无机物，使得废水得到净化。作为一个整体，微生物分解有机物的能力是惊人的。可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物所分解。有些种类，如葱头假单胞菌甚至能降解90 种以上的有机物，它能利用其中任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。有毒的氰 （腈 ）化物、酚类化合物等，也能被不少微生物作为营养物质利用、分解。半个多

4、世纪以来，人工合成的有机物大量问世，如杀虫剂、除草剂、洗涤剂、增塑剂等，它们都是地球化学物质家族中的新成员。尤其是不少合成有机物的研制开发时的目的之一，就是要求它们具有化学稳定性。因此，微生物一接触这些陌生的物质，开始时难以降解也是不足为怪的。但由于微生物具有极其多样的代谢类型和很强的变异性，近年来的研究，已发现许多微生物能降解人工合成的有机物，甚至原以为不可生物降解的合成有机物，也找到了能降解它们的微生物。因此，通过研究，有可能使不可降解的或难降解的污染物转变为能降解的，甚至能使它们迅速、高效地去除。化学结构与生物降解的相关性归纳起来主要有以下几点：(1)煌类化合物一般是链煌比环煌易分解，直

5、链煌比支链煌易分解，不饱和烧比饱和煌易分解。(2)主要分子链主要分子链上的C被其他元素取代时，对生物氧化的阻抗就会增强，也就是说， 主链上的其他原子常比碳原子的生物利用度低，其中氧的影响最显着 (如醴类化合 物较难生物降解)，其次是s和N。(3)碳氢键每个C原子上至少保持一个氢碳键的有机化合物，对生物氧化的阻抗较小，而当C原子上的H都被烷基或芳基所取代时，就会形成生物氧化的阻抗物质。(4)官能团的性质及数量官能团的性质及数量对有机物的可生化性影响很大。例如，苯环上的氢被羟基或氨基取代，形成苯酚或苯胺时，它们的生物降解性将比原来的苯提高。卤代作 用则使生物降解性降低，尤其是间位取代的苯环，其抗生

6、物降解更明显。(5)分子量大小对生物降解性的影响很大高分子化合物，由于微生物及其酶难以扩散到化合物内部，袭击其中最敏感的反应键，因此使生物可降解性降低。由于废水中污染物的种类繁多，相互间的影响错综复杂， 所以一般应通过实验来评价废水的可生化性，判断采用生化处理的可能性和合理性。二、有机污染物生物降解性的评定方法1. BOD5/COD 值法BOD5和COD是废水生物处理过程中常用的两个水质指标，用BOD5/COD值评价废水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法。在一股情况下， BOD5/COD值愈大，说明废水可生物处理性愈好。综合国内外的研究结果，可参 照表8-4中所列数据评价废水的可生化性。

7、表8-4废水可生化性评价参考数据BOD5/CO D12阈能比JE一最一股天回速鼻M眸有二篇爱*草海近料潴料9a料也就比央西FVieYe）卜4AG&45-SO45-6。933$书力病新*分很少生物钥麓慵祝注想百工 _-送行要未立里需要二唾秩本投配霎尻网砍芥崎我邑n:%一觥盘同依 投配.也可逐罐投配不翻过5 .必猥性堆置匚次行能原a*离度气化.粒的则司 低海色东充分氧化.第央 a 黑此再次鼾w进内爵般起附 篁.BUKNEh也素充硝化,一觥只到肛 制的法的围鼻春用嚣不牝，HOD言 /L75as晴舒（超速滤池）从低负荷发展为高负荷，突破了传统采用滤料层高度；扩大了应用范围。目前使 用较多的生物滤池有普

8、通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池三种，表8-6为性能比较表。1 .普通生物滤池普通生物滤池又叫滴滤池，是生物滤池早期的类型，即第一代生物滤池（1）构造由池体、滤床、布水装置和排水系统组成，其构造如图 8-29所示池体普通生物滤池池体的平 形状多为方形、矩形和圆形。池壁一 采用砖砌或混凝土建造，有的池壁上 有小孔，用以促进滤层的内部通风， 防止风吹而影响废水的均匀分布，池顶应高出滤层表面,滤池壁下部通 孔总面积不应小于滤池表面积的 1%滤床 滤床由滤料组成，滤料生物滤池工作有很大的影响，对污水 净化作用的微生物就是生长在滤料 面上。滤料应采用强度高、耐腐蚀、质轻、 材料。过去常用球状滤料

9、，如碎石、炉渣、航小ATT：，授配怆虹事*0旭悻1 通风通和木X 球缶撵水渠图8-29 普通生物滤池构造颗粒均匀、比表面积大、空隙率高的焦炭等。一般分成工作层和承托层两面 般 带 为 壁 风层：工作层粒径为2540mm厚度为；承托层粒径为60100mm厚度为。近年 来，常采用塑料滤料，其表面积可达 100200m/m3,孔隙率高达80%90%滤料粒 径的选择对滤池工作影响较大，滤料粒径小，比表面积大，但孔隙率小，增加了 通风阻力，相反粒径大，比表面积小，影响污水和生物膜的接触面积。粒径的选 择还应综合考虑有机负荷和水力负荷的影响，当负荷较高时采用较大的粒径。布水装置布水装置的作用是将污水均匀分

10、配到整个滤池表面，并应具有适应水量变化、不易堵塞和易于清通等特点。根据结构可分成固定式和活动式两种。排水系统排水系统设于池体的底部，包括渗水装置、集水渠和总排水渠等。普通生物滤他的特点普通生物滤池的优点有：（a）处理效果好，BOD5的去除率可达95%以上；（b） 运行稳定、易于管理、节省能源。其主要缺点是负荷低、占地面积大、处理水量 小、滤池易堵塞、易产生池妈蝇散发臭味、卫生条件差。一般适用于处理每日污 水量不高于1000m的小城镇污水和工业有机污水。2 .高负荷生物滤池高负荷生物滤池是为解决普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际负荷低、易堵塞等问题而开发出来的。高负荷生物滤池是通过限制进水

11、BOD值和在运行上采取处理水回流等技术来提高有机负荷率和水力负荷率，分别为普通生物滤池的68倍和10倍。（1）高负荷生物滤池的工艺流程高负荷生物滤池的工艺流程设计主要采用处理水回流技术来保证进入的BOD值低于200mg/L,处理水回流后具有下列作用：（a）均化与稳定进水水质；（b）加大 水力负荷，及时冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜的更新，抑制厌氧层发育，使生物膜保持较高的活性；（c）抑制池蝇的滋长；（d）减轻臭味的散发。采取处理水回流措施，使高负荷生物滤池具有多种多样的流程，图 8-30为单 池系统的几种有代表性的流程。流程 （1）将生物滤池出水直接回流，二沉池的生物 污泥回流到初沉池有助

12、于生物膜接种、促进生物膜更新；同时对初沉池的沉淀效 果将有所提高。但回流的生物膜易堵塞滤料。流程 （2）和流程（1）相比可避免加大 初沉池的容积，流程（3）能提高初沉池效果，但提高了初沉池的负荷。流程 （4）的 特点是不设二沉池，滤池出水 （含生物污泥）直接回流到初沉池，这样能提高初沉 池效果，并使其兼行二沉他的功能，本工艺适用于含悬浮固体量较高而溶解性有 机物浓度较低的废水。当原污水浓度较高或对处理水质要求较高时，可以考虑二段滤池处理系统，其主要工艺流程如图8-31所示。二段生物滤池的有机物去除率可达90%以上，但负荷不均是其主要缺点：一段负荷高，生物膜生长快，脱落的生物膜易于沉积并产 生堵

13、塞现象，二段负荷低，生物膜生长不佳，没有充分发挥净化功能。为此可采 用交替式二段生物滤池，两种流程定期交替运行。同次施艇推Q 一离翦修生胸盘将1| I-二次於淀池iJ司次万便他生物波糖一中间谎施池匚二1一二次阮建驰图8-30单池高负荷生物滤池流程图8-31二段法高负荷（三）生物转盘生物转盘是在生物滤池基础上发展起来的一种高效、经济的污水生物处理设 备。它具有结构简单、运转安全、电耗低、抗冲击负荷能力强，不发生堵塞的优 点。目前已广泛运用到我国的生活污水以及许多行业的工业废水处理中、并取得 良好效果。1 .生物转盘的结构及净化作用原理（1）生物转盘构造生物转盘污水处理装置由生物转盘、氧化槽和驱动

14、装置组成，构造如图 8-32所示。生物转盘由固定在一根轴上的许多间距很小的圆盘或多角形盘片组成，盘 片是生物转盘的主体，作为生物膜的载体要求具有质轻、强度高、耐腐蚀、防老 化、比表面积大等特点，氧化槽位于转盘的正下方，一般采用钢板或钢筋混凝土 制成与盘片外形基本吻合的半圆形，在氧化槽的两端设有进出水设备，槽底有放 空管。（2）净化原理生物转盘在旋转过程中，当盘面某部分浸没在污水中时，盘上的生物膜便对污 水中的有机物进行吸附；当盘片离开液面暴露 在空气中时，盘上的生物膜从空气中吸收氧气 对有机物进行氧化。通过上述过程，氧化槽内 污水中的有机物减少，污水得到净化。转盘上 的生物膜也同样经历挂膜、生

15、长、增厚和老化 脱落的过程，脱落的生物膜可在二次沉淀池中 去除。生物转盘系统除有效地去除有机污染物 外，如运行得当可具有硝化、脱氮与除磷的功 能。2 .生物转盘的组合形式及工艺流程根据生物转盘的转轴和盘片的布置形式，图8-32 生物转盘生物转盘可以是单轴单级形式 （图8-32）以组合成单轴多级（图8-33）或多轴多级 （图8-34）形式。遴5-一 ,一 匚三三_-一 一三三一=目 /三_=_=三=三三=一|8| 扈!|一三一三all wl=,一一眉三=三一一三 二三一三三三三三三一曾城市污水生物转盘系统的基本工艺流程如图8-35所示。对于高浓度有机废水图8-33单轴子级生物转用:示意图., 一

16、一图8-34 多轴多京苒旅一机阮也I士生/特.中间加为他一物静生 |二弧.清鼻 *器本如昆相呢柞泥!搏批,推吃I可采用图8-36所示的工艺加油流程，该流程能够将BOD值由数千 mg/L降至原衿水一幡犹*梅|一回巩可-一住浣悔|一fww|出案 排修 林叫 排号 捧制-看.1图8-35 生物转盘污水处理系统基本20mg/L。根据上述的工艺流程，生物转盘污水处理系统具有如下特征：微生物浓度高，特别是最初几级生物转盘，这是生物转盘效率高的主要原因；反应槽不需要曝气，污泥勿需回流，因此动力消耗低，这是本法最突出的特征，耗电量为kg BOD5,运行费用低；生物膜上微生物的食物链长，产生污泥量少，在水温为5

17、 20C的范围内，BOD勺去除率为90%时，去除IkgBOD的污泥产量为。六厌氧生物处理法厌氧生物处理是在无氧的情况下，利用兼性菌和厌氧菌的代谢作用，分解有机 物的一种生物处理法。是一种低成本的废水处理技术，它能在处理废水过程中回 收能源。厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、 低浓度有机废水，包括城市污水。厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优点。(1)应用范围广好氧法因供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理， 而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。有些有机物 对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的、如固体有机 物、着色

18、剂慈酿和某些偶氮染料等。(2)能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加 而增大，而厌氧法不需要允氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定 浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。当原水BOD到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为 活性污泥法的1/10 o(3)负荷高 通常好氧法的有机容积负荷为24kgBOD/,而厌氧法为210kgCOD/高的可达50kgCO3。(4)剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好好氧法每去除1kg COD等产生0.6 kg生物量，而厌氧法去除1kg COD只产生0.1kg生物量，其剩

19、余污泥量只 有好氧法的5%20%0同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此， 剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。(5)氮、磷营养需要量较少好氧法一般要求 BOD N: P为100: 5: 1,而厌氧法的BOD N: P为100:,对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。(6)厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病 毒等。(7) 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。与好氧反应器相比，在停止运行一段时间后，能较迅速启动。但是，厌氧生物处理法也存在下列缺点：(1) 厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和

20、处理时间比好氧设备长。(2) 处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。1. 厌氧消化原理复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物性变化，可分为以下三个阶段。第一阶段为水解阶段。废水中的不溶性大分子有机物( 如蛋白质、多糖类、脂类等) 经发酵细菌水解后，分别转化为氨基酸、葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有机物。水解过程通常较缓慢，因此被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。由于简单碳水化合物的分解产酸作用，要比含氮有机物的分解产氨作用迅速，故蛋白质的分解在碳水化合物分解后产生。含氮有机物分解产生的 NH3除了提供合成细

21、胞物质的氮源外，在水中部分电离，形成NHHCQ具有缓冲消化液pH值的作用，故有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过程称为酸性减退期，反应为：第二阶段为产氢产乙酸阶段。 在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和在降解奇数碳素有机酸时还形成 CO,如：第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO和代等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲院，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1 3，后者约占2 3，反应为：上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成

22、为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。虽然厌氧消化过程可分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡，这种动态平衡一旦被 pH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，则首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，其至会导致整个厌氧消化过程停滞。2. 影响厌氧处理的因素( 1 )温度温度是影响微生物生命活动最重要的因素之一，其对厌氧微生物及厌氧消化的影响尤为显着。各种微生物都在一定的温度范围内生长，根据微生物生长的温度范围，习惯上将微生物分为

23、三类：(a)嗜冷微生物，生长温度为 520 C； (b)嗜温微生物，生长温度2042C； 嗜热微生物，生长温度42-75Co 相应地厌氧废水处理也分为低温、中温和高温三类。这三类微生物在相应的适应温度范围内还存在最佳温度范围，当温度高于或低于最佳温度范围时其厌氧消化速率将明显降低。在工程运用中，中温工艺中以3040 c最为常见，其最佳处理温度在3540C;高温工艺以5060 C最为常见，最佳温度为 55Co在上述范围里，温度的微小波动(例如13C)对厌氧工艺不会有明显的影响，但如果温度下降幅度过大，则由于微生物活力下降，反应器的负荷也将降低(2) pH值 产甲烷菌对pH值变化适应性很差，其最佳

24、范围为，超出该范 围厌氧消化细菌会受到抑制。(3)氧化还原电位 绝对的厌氧环境是产甲烷菌进行正常活动的基本条件， 产甲烷菌的最适氧化还原电位为一150400mV培养甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于一 330mV(4)营养 厌氧微生物对碳、氮等营养物质的要求略低于好氧微生物，需要 补充专门的营养物质有钾、钠、钙等金属盐类，它们是形成细胞或非细胞的金属 络合物所需要的物质，同时也应加入银、铝、钻、铝等微量金属，以提高若干酶 的活性。(5)有机负荷 在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷， 即消化器单位有效容积每天接受的有机物量(kg COD/ o对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即 kg COD/(Kg污泥.d);在污泥消化中，有促负荷习惯上以投 配率或进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。由 于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷， 为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参数，即kgMLVSS /有机负荷是影响厌氧消化效率的一个重要因素，直接影响产气量和处理效率。 在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率即单位重量物料的产气量趋向下降, 而消化器的容积产气量则增多，反