环境生物工程 第3章 环境污染治理的生物技术

1、第三章第三章 环境污染治理的生物技术环境污染治理的生物技术 是指利用生物来除去环境中的生物垃圾和有是指利用生物来除去环境中的生物垃圾和有毒物质的过程。毒物质的过程。 生物处理生物处理包括工农业生产过程中所产生的废弃物。包括工农业生产过程中所产生的废弃物。 生物垃圾生物垃圾1 生物处理概述焚烧焚烧成本高，产生成本高，产生新的污染物。新的污染物。 微生物微生物安全有效的方安全有效的方法，且成本低法，且成本低廉。廉。例如把纤维物例如把纤维物质转化为沼气、质转化为沼气、乙醇。乙醇。化学处理化学处理成本高，产生成本高，产生新的污染物。新的污染物。 生物垃圾和有毒废弃物的处理方法生物垃圾和有毒废弃物的处理

2、方法 在种类繁多的微生物中也不难找到可以在种类繁多的微生物中也不难找到可以用来清除污水、污物中有害物质的种类，用来清除污水、污物中有害物质的种类，利用它们对这些有机、无机的污染物质的利用它们对这些有机、无机的污染物质的吸收转化功能，对环境保护将起到积极的吸收转化功能，对环境保护将起到积极的作用。作用。 微生物处理生物垃圾和有毒废弃物微生物处理生物垃圾和有毒废弃物2 废水的生物处理废水的生物处理（一）废水水质指标与排放标准（一）废水水质指标与排放标准生活污水：生活污水：居民在日常生活中产生的废水，包括厨房洗涤、居民在日常生活中产生的废水，包括厨房洗涤、沐浴、衣物洗涤等的废水及冲洗厕所的污水等。沐

3、浴、衣物洗涤等的废水及冲洗厕所的污水等。工业废水：工业废水：在工业生产过程中所排出的废水，其成分主要取决于生产过程中应用的原料和化学品。不经处理即排放的工业废水成为生产废水，处理后排放的工业废水成为生产污水。第一节第一节 概概 述述一、一、 基本知识基本知识废废 水水水质指标种类有：有毒物质、有机物质、固体物质、水质指标种类有：有毒物质、有机物质、固体物质、pH值、值、色度、温度等。色度、温度等。水质水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。生物学的综合特性。水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具

4、体衡量标准，间接表示出水体受污染的程度。1. 水质指标 某些水体中的污染物往往对人体和生物有毒害作用，某些水体中的污染物往往对人体和生物有毒害作用，但这些有毒物质往往又都是有用的工业原料，可以回收利但这些有毒物质往往又都是有用的工业原料，可以回收利用。用。 有毒和有用物质的含量是污水处理与利用工作中的重要有毒和有用物质的含量是污水处理与利用工作中的重要水质标准，应通过水质分析加以确定。水质标准，应通过水质分析加以确定。1. 水质指标（1）有毒和有用物质）有毒和有用物质（1）有毒物质）有毒物质1. 水质指标（2）有机物）有机物 有机物的成分比较复杂，难以准确测定，通常采用生化需有机物的成分比较复

5、杂，难以准确测定，通常采用生化需氧量和化学需氧量两个指标表示有机物的含量。如果水中的氧量和化学需氧量两个指标表示有机物的含量。如果水中的有机物含有毒性，则需要分别测定这些有毒物质的数量。有机物含有毒性，则需要分别测定这些有毒物质的数量。 有机物是很多微生物的良好养料，微生物利用有机物的有机物是很多微生物的良好养料，微生物利用有机物的同时要消耗水中的溶解氧，当溶解氧得不到有效补充时有机同时要消耗水中的溶解氧，当溶解氧得不到有效补充时有机物开始腐化，产生臭气；有毒有机物会对生物体产生危害。物开始腐化，产生臭气；有毒有机物会对生物体产生危害。 废水中有机物的浓度也是一个重要的水质指标。废水中有机物的

6、浓度也是一个重要的水质指标。 表示在有氧情况下，由于微表示在有氧情况下，由于微生物的活动，可降解有机物稳生物的活动，可降解有机物稳定化所需的氧量。常以定化所需的氧量。常以Biochemical Oxygen Demand (BOD)表示，表示，BOD越大，表示水体中越大，表示水体中的有机物越多，污染越严重的有机物越多，污染越严重。生化需氧量生化需氧量 由于有机物全部分解稳定所由于有机物全部分解稳定所需时间很长，实际应用上采用需时间很长，实际应用上采用20下下5d的生化需氧量作为衡量的生化需氧量作为衡量污水中的有机物浓度，表示为污水中的有机物浓度，表示为BOD5。 在一定条件下水中有机物与在一定

7、条件下水中有机物与强氧化剂作用所消耗的氧量，以强氧化剂作用所消耗的氧量，以 Chemical Oxygen Demand (COD) 表表示。示。化学需氧量化学需氧量 水中的水中的COD不仅代表水中有机物不仅代表水中有机物的含量，同时包括了水中还原性无的含量，同时包括了水中还原性无机物被氧化的耗氧量。机物被氧化的耗氧量。1. 水质指标（2）有机物）有机物是间接表示水中有机物含量是间接表示水中有机物含量的一个综合性指标。将水样的一个综合性指标。将水样在高温下燃烧，有机物氧化在高温下燃烧，有机物氧化成二氧化碳，测定所产生二成二氧化碳，测定所产生二氧化碳的量而求出的水样中氧化碳的量而求出的水样中的总

8、碳，以的总碳，以TOC (Total Organic Carbon)表示。表示。总有机碳总有机碳总需氧量总需氧量 指水中的还原性物质在燃指水中的还原性物质在燃烧中变成稳定的氧化物所需烧中变成稳定的氧化物所需要的氧量，以要的氧量，以TOD（Total Oxygen Demand）表示。）表示。 TOD值能反映几乎全部有机物值能反映几乎全部有机物（C、H、O、N、P、S）经燃烧）经燃烧后变成后变成CO2、H2O、NOx、SO2等等时所需氧的量。时所需氧的量。1. 水质指标（2）有机物）有机物按溶解性分按溶解性分溶解性固体溶解性固体（DS）对水样经过滤操对水样经过滤操作后，滤液在作后，滤液在105

9、110温温度下烘干后的蒸度下烘干后的蒸发残渣就是发残渣就是溶解溶解性固体性固体滤渣经烘干后的质滤渣经烘干后的质量就是量就是悬浮固体悬浮固体。悬浮固体悬浮固体（SS）（3）固体物质）固体物质挥发性固体挥发性固体（VS）在在600 温度下，温度下，将水样蒸发干燥后将水样蒸发干燥后的固体灼烧而减少的固体灼烧而减少的成分称为的成分称为挥发性挥发性固体。固体。可粗略代表固体中可粗略代表固体中有机物的含量有机物的含量灼烧后的残余物灼烧后的残余物质称为质称为固定性固固定性固体。体。可代表固体中的可代表固体中的无机物含量无机物含量固定性固体固定性固体（FS）（3）固体物质）固体物质按挥发性分按挥发性分按溶解性

10、分按溶解性分按挥发性分按挥发性分悬浮固体和挥发性悬浮固体和挥发性固体是表示废水强固体是表示废水强度的重要指标，是度的重要指标，是废水处理工程设计废水处理工程设计的重要参数之一。的重要参数之一。1. 水质质指标标 水体生物及细菌对水体生物及细菌对pH值比较敏感，因而值比较敏感，因而pH值的变化会影响污值的变化会影响污水的净化和水体自净。水的净化和水体自净。 pH值是废水重要值是废水重要污染指标之一。污染指标之一。pH值值 带有颜色的水会带有颜色的水会减弱水体的透光性，减弱水体的透光性，影响水体中生物的生影响水体中生物的生长，也容易令人生厌。长，也容易令人生厌。 颜色也是一个重颜色也是一个重要的污

11、染指标。要的污染指标。颜颜色1. 水质质指标标 根据废水的温根据废水的温度，可以确定在回度，可以确定在回用或处理之前是否用或处理之前是否需要冷却或加热。需要冷却或加热。温度温度 某些废水中含某些废水中含有大量的微生物，有大量的微生物，其中可能有对人体其中可能有对人体健康有害的病原微健康有害的病原微生物，通常是判断生物，通常是判断地面水和饮用水的地面水和饮用水的重要指标之一。重要指标之一。微生物微生物2. 废水水质控制标准废水水质控制标准废水水质控制的基本目的废水水质控制的基本目的（1）满足废水再回用水质要求）满足废水再回用水质要求（2）满足废水中有价值物质的回收工艺对水质的要求）满足废水中有价

12、值物质的回收工艺对水质的要求（3）满足废水排放对水质的要求）满足废水排放对水质的要求2. 废水水质控制标准废水水质控制标准 我国从我国从1983年开始制定年开始制定污水综合排放标准污水综合排放标准，进过多次修改（进过多次修改（GB 3546-1983，GB 3549-1983，GB 3550-1983，GB 3553-1983，GB 4281-1984，GB 5469-1985，GB 8978-1988 ），现行标准是），现行标准是 GB 8978-1996，于于1998年年1月月1日开始实施。日开始实施。 对向地面水体和城市下水道排放的污水，分别规定对向地面水体和城市下水道排放的污水，分别规

13、定了执行的级别标准。了执行的级别标准。（二）废水处理的基本方法（二）废水处理的基本方法废水处理的任务：废水处理的任务：采用各种技术措施将废水中所含有的采用各种技术措施将废水中所含有的各种形态的污染物分离出来或将其分解、转化为无害和各种形态的污染物分离出来或将其分解、转化为无害和稳定的物质，使废水得到净化。稳定的物质，使废水得到净化。 现代废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为现代废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为物理法物理法、化学法化学法和和生物法生物法。1. 废水的物理处理法废水的物理处理法 利用物理作用，分离废水中呈悬浮状态的污染物利用物理作用，分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处

14、理过程中不改变水的化学性质。质，在处理过程中不改变水的化学性质。去除对象：去除对象：是水中不溶解的悬浮物质。是水中不溶解的悬浮物质。处理设备和构筑物：处理设备和构筑物：格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、滤池、微滤机、气浮装置、离心机等。滤池、微滤机、气浮装置、离心机等。2. 废水的化学处理法废水的化学处理法 利用化学反应作用来分离、转化、破坏或回收废利用化学反应作用来分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化为无害物质。水中的污染物，并使其转化为无害物质。类型：类型： （1）中和处理法；）中和处理法； （2）混凝处理法；）混凝处理法； （3）化学沉淀法；）化学沉淀法

15、； （4）氧化还原法；）氧化还原法； （5）吸附法；）吸附法； （6）离子交换法；）离子交换法； （7）膜分离法。）膜分离法。3. 废水的生物处理法废水的生物处理法 利用水中微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶利用水中微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶状的有机物被降解，并转化成为无害的物质，解和胶状的有机物被降解，并转化成为无害的物质，废水得以净化。废水得以净化。类型：类型： （1）活性污泥法；）活性污泥法； （2）生物膜法；）生物膜法； （3）自然生物处理法；）自然生物处理法； （4）厌氧生物处理法；）厌氧生物处理法； （5）废水的脱磷除氮。）废水的脱磷除氮。 4. 废水处理工艺流程废水

16、处理工艺流程 在达到所要求的处理程度的前提下，废水处理各在达到所要求的处理程度的前提下，废水处理各个单元的有机组成。个单元的有机组成。（1）城市废水处理工艺流程）城市废水处理工艺流程 主要任务是去除城市废水中的悬浮物和主要任务是去除城市废水中的悬浮物和BOD。一般分为三级。一般分为三级。一级处理（物理处理）一级处理（物理处理）：主要去除水中呈悬浮状态的固体污染：主要去除水中呈悬浮状态的固体污染物质。物质。二级处理（生化处理）二级处理（生化处理）：大幅度去除水中呈胶体和溶解状态的：大幅度去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物；有机污染物；三级处理（深度处理）三级处理（深度处理）：进一步去除二级处理

17、未能去除的污染：进一步去除二级处理未能去除的污染物，包括微生物未能降解的有机物和氮、磷等。物，包括微生物未能降解的有机物和氮、磷等。水 泵格 栅沉 砂均 化初 沉原废水原废水生物处理二 沉物化处理生物处理消 毒排放或回收利用消化脱水利用污泥气利用处置污砂处置栅渣处置初雨径流初雨径流回流污泥初沉污泥上清液（或堆肥）剩余污泥排放或利用排放或利用预处理及一级处理预处理及一级处理二级处理二级处理三级处理三级处理城市污水处理系统城市污水处理系统（2）工业废水的处理流程）工业废水的处理流程 工业废水由于水质成分复杂，选定的流程也各不工业废水由于水质成分复杂，选定的流程也各不相同。相同。 根据废水的水质、水

18、量、去除主要污染物等因素，根据废水的水质、水量、去除主要污染物等因素，在适当考虑当地的实际情况和调查研究的基础上，选在适当考虑当地的实际情况和调查研究的基础上，选择合适的处理单元和流程，必要时在稳定流程前要进择合适的处理单元和流程，必要时在稳定流程前要进行试验研究。行试验研究。二、废水的生物处理（一）概述（一）概述细菌动胶菌属、球衣菌属和甲烷菌属真菌藻类、半知菌和酵母原生动物纤毛虫纲的草履虫、游仆虫等微小的后生动物轮虫、线虫等微微 生生 物物 好好氧氧生生物物处处理理 厌厌氧氧生生物物处处理理 备备注注 氧氧气气 需需 不不需需 温温度度 1040 3040 只只代代表表常常用用的的中中温温细

19、细菌菌特特点点 pH 69 6.57.5 BOD5 5001500mg/L 之之间间，不不低低于于50100mg/L 1500 mg/L 以以上上 BOD：N：P 100：5：1 （350500） ：5：1 工工业业废废水水常常需需要要额额外外补补充充氮氮磷磷源源 生物处理法生物处理法好氧处理好氧处理厌氧处理厌氧处理自然条件下自然条件下人工条件下人工条件下自然条件下自然条件下人工条件下人工条件下水体自净水体自净好氧稳定塘好氧稳定塘土壤自净土壤自净污水灌溉及渗滤污水灌溉及渗滤活性污泥法活性污泥法曝气池，氧化沟曝气池，氧化沟生物膜法生物膜法生物滤池及生物转盘生物滤池及生物转盘堆肥堆肥厌氧稳定塘厌氧

20、稳定塘化粪池、厌氧消化池及污泥床化粪池、厌氧消化池及污泥床代谢作用代谢作用有机物有机物+氧氧+微生物微生物合成新微生物合成新微生物CO2、H2O、NH3SO42-、PO43-能量能量+（3）特点）特点 反应速度较快，所需反应时间较短，且在反应过程反应速度较快，所需反应时间较短，且在反应过程中，基本上没有什么臭气，较卫生，对中，基本上没有什么臭气，较卫生，对BOD5浓度在浓度在600mg/L以下的废水较为适用。以下的废水较为适用。废水初沉池空气曝气池二沉池处理水回流污泥（二）基本流程（二）基本流程 活性污泥法通常是由曝气池、沉淀池、曝气系统、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成。污泥处理处理系统有效

21、运行的基本条件处理系统有效运行的基本条件1、组成、组成 由好氧微生物和兼性厌氧微生物与其上吸附的有由好氧微生物和兼性厌氧微生物与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。机的和无机的固体杂质组成。（2）原生动物）原生动物 是废水净化的主要成员，污水处理效率的重要指是废水净化的主要成员，污水处理效率的重要指示生物。示生物。 以纤毛虫占多数，如草履虫、游仆虫等。以纤毛虫占多数，如草履虫、游仆虫等。瑞氏木霉瑞氏木霉（Trichoderma）（4）微小后生动物）微小后生动物 有轮虫类和线虫类物种，常摄食污泥中细菌和原生动物有轮虫类和线虫类物种，常摄食污泥中细菌和原生动物残骸的碎片。残骸的碎片。2、活性污泥

22、的性质、活性污泥的性质 颜色以颜色以为佳，为佳，黑色黑色说明厌氧、说明厌氧、白色白色说明无机物过说明无机物过多多 含水率在含水率在99左右，密度为左右，密度为 1.0021.006 颗粒大小为颗粒大小为0.020.2mm 比表面积为比表面积为 20100cm2mL之间之间 弱酸性弱酸性(pH约为约为6.7) 当进水改变时，对进水当进水改变时，对进水pH的变化有的变化有一定的承受能力。一定的承受能力。四、四、 活性污泥净化反应的影响因素活性污泥净化反应的影响因素（二）曝气池的流态（二）曝气池的流态空气扩散装置竖式表面曝气机（伞型叶轮）竖式表面曝气机（伞型叶轮） 竖式曝气机的转轴与水面垂直，竖式曝

23、气机的转轴与水面垂直，装有叶轮，常用的有平板型、伞型和装有叶轮，常用的有平板型、伞型和泵型三种。但运行时噪声较大，易使泵型三种。但运行时噪声较大，易使污泥破碎。污泥破碎。TNO型曝气转刷型曝气转刷 卧式的表面曝气设备包括转刷曝气机和卧式的表面曝气设备包括转刷曝气机和转盘曝气机转盘曝气机，常用于氧化沟活性污泥法中。，常用于氧化沟活性污泥法中。鼓风曝气表面机械曝气（一）污泥膨胀（一）污泥膨胀产生原因:污泥结构松散，沉降性差，造成污泥上浮而随水流失，广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水浑浊的现象总称为活性污泥的膨胀。（二）污泥上浮（二）污泥上浮污泥的致密与减少污泥的致密与减少（四）泡沫问

24、题（四）泡沫问题当废水中含有合成洗当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表时，就会在曝气池表面形成大量泡沫。它面形成大量泡沫。它会隔绝空气与水接触，会隔绝空气与水接触，吸附大量活性污泥固吸附大量活性污泥固体，影响环境卫生。体，影响环境卫生。第三节第三节序批式活性污泥法序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor, SBR）进水 反应 沉淀 排水 闲置 （待机）曝气方式不同滗水器出水生物膜结构示意图生物膜结构示意图三、生物滤池三、生物滤池1、空气支管(竖管) 2、空气分配管(横管) 3、曝气软管 4、软管末端固定绳 5、池壁固定件 6、上层填

25、料框架 7、填料 8、下层框架 软性填料软性填料 悬浮型填料悬浮型填料 格栅和除砂沉淀池进水出水回流污泥剩余污泥好氧区（硝化）缺氧区（反硝化）3. Carrousel氧化沟存在的问题氧化沟存在的问题空气空气好氧区好氧区兼氧区兼氧区厌氧区厌氧区生枝动胶菌生枝动胶菌浮游球衣菌浮游球衣菌污泥膨胀污泥膨胀污泥上浮污泥上浮泡沫问题泡沫问题 厌氧生物处理又称厌氧消化，是在厌氧条厌氧生物处理又称厌氧消化，是在厌氧条件下由活性污泥中的多种微生物共同作用，使件下由活性污泥中的多种微生物共同作用，使有机物分解并生成有机物分解并生成CH4和和CO2的过程。的过程。2. 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段脂肪酸、乙醇脂肪酸

26、、乙醇乙酸、乙酸、H2、CO2。3. 产甲烷阶段产甲烷阶段乙酸、乙酸、H2、CO2 CH4 。n沼气中的主要成分是甲烷，含量沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，之间，是一种很好的燃料。是一种很好的燃料。以日排以日排COD10t的工厂为的工厂为例，若例，若COD去除率为去除率为80%，甲烷产量为理论的，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于其热值相当于3.85t原煤，可发电原煤，可发电5400度电。度电。厌氧生物处理的特点缺点缺点 一般来说，对于废水中有机物浓度较低、温度较低、出水水质要求较高，并要一般来说，对于废水中有机物浓度较低、温度较低、出

27、水水质要求较高，并要求去除营养物的场合倾向于采用好氧生物处理技术。而对于有机物浓度较高、温度求去除营养物的场合倾向于采用好氧生物处理技术。而对于有机物浓度较高、温度较高的工业废水，厌氧处理可能更为经济。较高的工业废水，厌氧处理可能更为经济。 随着对厌氧生物处理工艺的进一步了解，厌氧处理作为好氧处理的预处理手段随着对厌氧生物处理工艺的进一步了解，厌氧处理作为好氧处理的预处理手段已经成为目前较为广泛采用的一种方法。已经成为目前较为广泛采用的一种方法。（二）厌氧生物处理的微生物 1. 发酵细菌群（产酸细菌）发酵细菌群（产酸细菌） 多为兼性厌氧或专性厌氧细菌，主要参与复杂有机物的水解，其主要功能是：多

28、为兼性厌氧或专性厌氧细菌，主要参与复杂有机物的水解，其主要功能是：首先通过胞外酶的作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物；首先通过胞外酶的作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物；将可溶性有机物转化为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有机酸及乙醇、将可溶性有机物转化为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有机酸及乙醇、CO2、H2等。等。 研究表明，该类细菌对有机物的水解比较缓慢，但产酸反应速率较快。研究表明，该类细菌对有机物的水解比较缓慢，但产酸反应速率较快。厌氧生物处理的微生物 2. 产氢产乙酸菌群产氢产乙酸菌群 绝对厌氧或兼性厌氧细菌，可将前面步骤产生的挥发性有机酸转化为乙酸、绝对厌氧或兼性厌氧细菌，可将前面步骤产生

29、的挥发性有机酸转化为乙酸、H2 / CO2。厌氧生物处理的微生物 3. 产甲烷细菌产甲烷细菌产甲烷细菌是绝对厌氧细菌，其生存环境要求绝对无氧；产甲烷细菌是绝对厌氧细菌，其生存环境要求绝对无氧；产甲烷细菌属古细菌，一类可利用乙酸转化为甲烷和产甲烷细菌属古细菌，一类可利用乙酸转化为甲烷和CO2，另一类利用，另一类利用H2还原还原CO2合成甲烷；合成甲烷；CH3COOHCH4+CO24H2+CO2CH4+2H2O增殖速率慢，繁殖世代周期长，甚至达增殖速率慢，繁殖世代周期长，甚至达46 d。厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系1、 不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质；不产甲烷

30、细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质；2、 不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件；不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件；3、 不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质；不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质；4、 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制；产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制；5、 不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值。值。三、影响厌氧生物处理的主要因素2. pH产甲烷菌最适pH范围为6.87.2 厌氧发酵产酸环境pH产甲烷反应产生CO21. 温度中温：3335C高温：5055C环境

31、pH酸化！酸化！3. 氧化还原电位4. 营养5. 食料微生物比用氧化还原电位表示厌氧反应器中含氧浓度。用氧化还原电位表示厌氧反应器中含氧浓度。不产甲烷菌适宜环境电位：不产甲烷菌适宜环境电位：+100 -100mV;产甲烷菌适宜环境电位：产甲烷菌适宜环境电位：-150 -400mV。 大多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素和氨基酸的功能，需要补充大多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素和氨基酸的功能，需要补充专门的营养。专门的营养。实用中常以有机负荷（实用中常以有机负荷（COD/ VSS）表示；）表示；注意保持有机负荷、处理程度和产气量三者之间的平衡。注意保持有机负荷、处理程度和产气量三者之间的平

32、衡。6. 有毒有害物质 常见的抑制性物质为硫化物、氨氮、重金属、氰化物以及某些人工合常见的抑制性物质为硫化物、氨氮、重金属、氰化物以及某些人工合成有机物。成有机物。废废水水调节池调节池热热交交换换器器37厌氧活性厌氧活性污泥反应器污泥反应器气柜气柜沉淀池沉淀池出水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥 是一个矩形密闭的池子，分为两室或三室，之间用水下连接管接通。废水由是一个矩形密闭的池子，分为两室或三室，之间用水下连接管接通。废水由一端进入，另一端排出。悬浮物沉于池底后进行厌氧发酵。各室的顶盖上设有人一端进入，另一端排出。悬浮物沉于池底后进行厌氧发酵。各室的顶盖上设有人孔，定期将消化后的污泥挖出

33、。孔，定期将消化后的污泥挖出。广泛用于不设污水厂的合流制排水系统，还可用广泛用于不设污水厂的合流制排水系统，还可用于郊区的别墅式建筑。于郊区的别墅式建筑。用于初步处理粪便废水，为生活污水的预处理及厌氧杀寄用于初步处理粪便废水，为生活污水的预处理及厌氧杀寄生虫和病菌。生虫和病菌。缺点：停留时间长，出水水质差。缺点：停留时间长，出水水质差。第一代厌氧反应器第一代厌氧反应器化化 粪粪 池池 优点：处理能力高；优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作较低；设备简单、操作方便。方便。 缺

34、点：滤料费用较缺点：滤料费用较高；滤料易堵塞，尤其高；滤料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；是下部，生物膜很厚；堵塞后，没有简单有效堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。浮物高的废水不适用。第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器（1）厌氧生物滤池厌氧生物滤池（2）升流式厌氧污泥床（）升流式厌氧污泥床（UASB）反应器）反应器 UASB布置示意图布置示意图构造：构造：a.进水配水系统；进水配水系统；b.反应区反应区（污泥床、悬浮层、沉淀区）；（污泥床、悬浮层、沉淀区）；c.三相分离器；三相分离器；d.出水系统；出水系统；e.气室；气室；f.浮渣清除系统；浮渣清除

35、系统；g.排泥系统。排泥系统。UASB反应器工艺构造的突出特点反应器工艺构造的突出特点1、反应器中具有高浓度的以颗粒形式存在的高、反应器中具有高浓度的以颗粒形式存在的高活性污泥；活性污泥；2、反应器内具有集泥、水、气分离于一体的三、反应器内具有集泥、水、气分离于一体的三相分离器；相分离器；3、反应器中无需安装任何搅拌装置，反应器的、反应器中无需安装任何搅拌装置，反应器的搅拌是通过产气的上升迁移作用而实现的。搅拌是通过产气的上升迁移作用而实现的。周边出水周边出水顶部出沼气顶部出沼气周边出沼气周边出沼气顶部出水顶部出水并联组合并联组合UASB结构形式结构形式UASB 反应器完全混合型EGSB反应器

36、厌氧滤池厌氧塘流化床-复合床钢制圆形结构混凝土方形结构（便于施工及分离器设置）第二代反应器的不足：第二代反应器的不足：在沼气量不足的情况下（启动初期、低温、低有机负荷），反应器中污在沼气量不足的情况下（启动初期、低温、低有机负荷），反应器中污泥与废水的混合效果差。泥与废水的混合效果差。第三代反应器的共同点：第三代反应器的共同点： 微生物均以颗粒污泥固定化方式存在于反应器之中；微生物均以颗粒污泥固定化方式存在于反应器之中； 能承受更高的水力负荷，并具有较高的净化效果；能承受更高的水力负荷，并具有较高的净化效果； 具有较大的高径比；具有较大的高径比； 占地面积小；占地面积小； 动力消耗小。动力消耗

37、小。EGSB膨胀颗粒污泥床膨胀颗粒污泥床 与与UASB相比，增加了出水再相比，增加了出水再循环部分，使得反应器内的液体循环部分，使得反应器内的液体上升流速远远高于上升流速远远高于UASB反应器，反应器，颗粒污泥运行在膨胀状态。颗粒污泥运行在膨胀状态。 特别适用于低温和相对低浓特别适用于低温和相对低浓度的废水。度的废水。IC（内循环反应器（内循环反应器 ）沼气提升管沼气提升管集气罩集气罩污泥回流管污泥回流管 有很大的高径比，一般可达有很大的高径比，一般可达48，反应器的高度可达，反应器的高度可达1625m，实际上是一个厌氧反，实际上是一个厌氧反应塔。由两个上下重叠的应塔。由两个上下重叠的UASB

38、反应器串联组成。反应器串联组成。填料填料UBF（升流式污泥床过滤器）（升流式污泥床过滤器）巢湖的富营养化巢湖的富营养化一般城市污水水质与排放要求一般城市污水水质与排放要求 常规活性污泥法的微生物同化和吸附；项项 目目进水水质进水水质/（mgL-1）国家排放标准国家排放标准/（mgL-1）一级一级A一级一级BCODcr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以达到排放标准？ 生物强化。1. 生物脱氮机理 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程，其中包括硝化

39、和反硝化两个反应过程。 有机氮 （蛋白质、尿素） 细菌分解和水解 氨 氮 同 化 有机氮 有机氮 （NH3-N） （细菌细胞） （净增长） O2 硝化 自溶和自身氧化 亚硝态氮 反硝化 （NO2-） O2 有机碳 硝化 硝态氮 反硝化 氮气 （NO3-） （N2） 有机碳 氨化反应：氨化反应： 新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如此外也含有少数的氨态氮如NH3及及NH4+等。等。 微生物分解有机氮化合物产生氨

40、的过程称为氨化作用，微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物氨化微生物，在，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3RCHNH2COOH+H2ORC(OH)COOH+NH3 硝化反应是在好氧条件下，将硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为转化为NO2-和和NO3-的过程。的过程。总反应

41、式为：总反应式为： 硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有、有机负荷等都会对它产生影响。机负荷等都会对它产生影响。硝化反应：硝化反应：NH4+NH2OH（羟氨）（羟氨）NOH（硝酰）（硝酰）NO2-NO3-NH4+2O2 NO3-+2H+H2O硝化细菌2NO2- +2O2 2 2NO3-硝酸菌2NH4+ +3O2 2 2NO2-+4H+2H2O亚硝酸菌硝化过程的影响因素：硝化过程的影响因素： （a）好氧环境条件，并保持一定的碱度。好氧环境条件，并保持一定的碱度。硝化菌氧

42、化硝化菌氧化NH3和和NO2-以获得能量，氧是硝化反应的电子受体，以获得能量，氧是硝化反应的电子受体，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，一般建议溶解氧应保持在一般建议溶解氧应保持在1.22.0mg/L。 硝化反应释放硝化反应释放H+，使，使pH下降，硝化菌对下降，硝化菌对pH的变的变化十分敏感，应当在污水中保持足够的碱度，以缓冲化十分敏感，应当在污水中保持足够的碱度，以缓冲pH的变化，的变化，l g氨态氮（以氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度计）完全硝化，需碱度（以（以CaCO3计）计）7.14g。对硝化菌的适宜的。对硝化菌的适宜的pH为

43、为8.08.4。 硝化过程的影响因素：硝化过程的影响因素： （b b）混合液中有机物含量不应过高。）混合液中有机物含量不应过高。硝化菌是硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。 （c c）硝化反应的适宜温度是）硝化反应的适宜温度是20-30。15以下以下时，硝化反应速度下降，时，硝化反应速度下降，5时完全停止。时完全停止。硝化过程的影响因素：硝化过程的影响因素： （d）硝化菌在反

44、应器内的停留时间，硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固即生物固体平均停留时间（污泥龄），必须大于其最小的世代体平均停留时间（污泥龄），必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。平。平均停留时间与温度密切相关，温度低，停留时间应相均停留时间与温度密切相关，温度低，停留时间应相应明显提高。应明显提高。 （e）有毒物质有毒物质 除常规有毒有害物质及重金属外，除常规有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的对硝化反应产生抑制作用的

45、物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。等。 反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。OH4CO2NO6OHCH26NO22233硝酸还原菌-222326OHOH3CO3N3OHCH36NO亚硝酸还原菌 反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌 总反应式为：反

46、硝化反应：反硝化反应： 在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程。O19HNOHC3H3COOHCH14NO32275233O2.44H0.76CON47. 0NOH.065C0HOHCH08. 1NO22227533 C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。 反硝化还原和微生物合成的总反应式为： 从以上的过程可知，约96的NO3-N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。反硝化过程的影响因素：反硝化过程的影响因素： （a）碳源：）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水从污水生物脱氮考虑，可有下列

47、三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN35时时,即可认为碳源充足；二是外加碳即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的），因为甲醇被分解后的产物为产物为CO2和和H2O，不留任何难降解的中间产物；三，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。是利用微生物组织进行内源反硝化。 （b）pH：对反硝化反应，最适宜的对反硝化反应，最适宜的pH是是6.57.5。pH高于高于8或低于或低于6，反硝化速率将大为下降。，反硝化速率将大为下降。反硝化过程的影响因素：反硝化过程的影响因

48、素： （c）溶解氧浓度：）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在行，溶解氧应控制在0.5 mg/L以下。以下。

49、（d）温度：）温度：反硝化反应的最适宜温度是反硝化反应的最适宜温度是20 40，低于，低于15反硝化反应速率最低。为了保持一反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。高污水的水力停留时间。 在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源细菌体内的原生物

50、质及其贮存的有机物废废水水好好氧氧脱脱碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水出水回流回流A/O工艺的特点工艺的特点优点：流程简单，构筑物少，节省基建费用；优点：流程简单，构筑物少，节省基建费用；反硝化池不需外加碳源，降低运行费用；反硝化池不需外加碳源，降低运行费用；好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机物得到进一步去除，好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机物得到进一步去除，提高出水水质；提高出水水质；缺氧池在前，反硝化菌可利用原污水中的部分有机碳，减轻好氧池缺氧池在前，反硝化菌可利用原污水中的部分有机碳，减轻好氧池的有机

51、负荷。的有机负荷。不足：脱氮效率不高，一般为不足：脱氮效率不高，一般为70-80%；沉淀池易发生反硝化反应，造成污泥上浮，出水水质恶化。沉淀池易发生反硝化反应，造成污泥上浮，出水水质恶化。来源：人畜排泄物、合成洗涤剂及含磷工业废水。来源：人畜排泄物、合成洗涤剂及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。恶化，危害水产资源。含磷化合物含磷化合物有机磷有机磷有机磷包括磷酸甘油酯、磷肌酸等有机磷包括磷酸甘油酯、磷肌酸等无机磷无机磷磷酸盐：磷酸盐： PO43-、HPO42- 、H

52、2PO4-、PO3-聚合磷酸盐：焦磷酸盐聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74-) 、三磷酸盐、三磷酸盐(P3O105-)、三磷、三磷酸氢盐酸氢盐(HP3O92-) 常规活性污泥法的微生物同化和吸附常规活性污泥法的微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%2.0%，通过同化作用可去除磷12%20%。 生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物强化除磷工艺生物强化除磷工艺 如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。1. 生物强化除磷工艺机理 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。 活性污泥

53、中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)的形态储藏于体内。 聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：厌氧环境中： 进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。 剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。 普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，

54、去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：好氧环境中： 厌氧环境 好氧环境 有机基质 产酸菌 P 乙酸 P 聚 P 聚 P PHB PHB 聚 P 聚 P 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 生物除磷机理示意图 （1）厌氧环境条件：）厌氧环境条件： （a）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；（b）NOx-浓度：产酸菌利用NOx- 作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质；（c）氧化还原电位（ORP）：在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV。生物除

55、磷影响因素：生物除磷影响因素： （2）有机物浓度及可利用性：）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性质，ASM模型对其进一步划分为： （a）1987年发展的ASM1: CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年发展的ASM2: 溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XSXI S表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S可用性，I惰性，A发酵产物，F可发酵的易生物降解的。生物除磷影响因素：生物除磷影响因素： （3）污泥龄：）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。

56、SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。生物除磷影响因素：生物除磷影响因素： （4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。生物除磷影响因素：生物除磷影响因素： （5）温度：）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源挥发性脂肪酸（VFA）。 （6）其他：）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。进进水水厌氧放磷好氧聚磷出出水水部分污泥回流接种剩余污泥处剩余污泥处理理沉淀脱磷 (1) A

57、/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程（1）A/O生物除磷工艺（2） A2/O工艺氨化放磷脱氮硝化吸磷 （多功能）去BOD优点：优点： 比较简单的同步脱氮除磷工艺；总水力停留时间少于其它同类工艺。比较简单的同步脱氮除磷工艺；总水力停留时间少于其它同类工艺。厌氧（缺氧）好氧交替运行，不宜丝状细菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虑。厌氧（缺氧）好氧交替运行，不宜丝状细菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虑。厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌，以不提高溶氧含量为度，运行费用低。厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌，以不提高溶氧含量为度，运行费用低。缺点：缺点：脱氮效果难提高，内循环流量

58、以脱氮效果难提高，内循环流量以2倍进水量为限，不宜提高。倍进水量为限，不宜提高。污泥增长受到一定的限制，除磷效果亦不宜提高。污泥增长受到一定的限制，除磷效果亦不宜提高。对沉淀池要保持一定浓度的溶氧，防止厌氧状态的产生和释放磷现象的出现，但溶对沉淀池要保持一定浓度的溶氧，防止厌氧状态的产生和释放磷现象的出现，但溶氧也不宜过高，以防止循环液对缺氧反应器的干扰。氧也不宜过高，以防止循环液对缺氧反应器的干扰。（3）改进的巴登福（）改进的巴登福（Bardenpho）工）工艺艺（4）UCT工艺工艺四. 脱氮除磷活性污泥法的影响因素 环境因素，如温度、pH、溶解氧。 工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间

59、。 污水成分，如BOD5与N、P的比值。 按照硝化和反硝化两个阶段，构造出缺氧区和好氧区，形成分按照硝化和反硝化两个阶段，构造出缺氧区和好氧区，形成分级硝化和反硝化工艺，以便硝化和反硝化反应能够独立地运行。级硝化和反硝化工艺，以便硝化和反硝化反应能够独立地运行。 传统工艺传统工艺曝气池曝气池二沉池二沉池脱氮池脱氮池终沉池终沉池CH3OH进水进水出水出水污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥（1）硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化作用；）硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化作用；新新 理理 论论（2）反硝化不只在厌氧条件下进行，某些细菌也可

60、在好氧条件下进行）反硝化不只在厌氧条件下进行，某些细菌也可在好氧条件下进行反硝化；反硝化；（3）许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌，并能把）许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌，并能把NH4+氧化成氧化成NO2-后后直接进行反硝化反应。直接进行反硝化反应。（1）全程硝化）全程硝化-反硝化生物脱氮途径反硝化生物脱氮途径NH4+ NO2- NO3- NO2- N2（2）短程硝化）短程硝化-反硝化生物脱氮途径反硝化生物脱氮途径硝化阶段硝化阶段反硝化阶段反硝化阶段NH4+ NO2- N2 将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NO2-的进一步硝化，然的进一步硝化，然后直接进