污水的生物处理1绪论2.基本理论课件

1、污水的生物处理绪论1.1.1水资源地球水圈中各个环节和各种形态的水都称为水资源，总储量为1.361018m3（136亿亿立方米）。其中：海水占97.2%，淡水占2.7%。淡水中77.1%以冰的形式存在于两极、冰川、高山积雪中；地下水、土壤水22.4%；湖泊、沼泽0.35%；河流水0.11%；大气水0.04%。能供开发利用的仅是地下水、地壤水、淡水湖泊、河流水，总共只有1018m3占地球总水量的0.3%。 世界的水资源极其特点不能被直接利用的海水占总水量的97.2。 人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水，大约为总水量的0.3，约为0.42 1018m3 （42亿亿立方米），能参与全球循环可以得

2、到恢复和更新的淡水资源只有120万亿立方米，占不到总储量的万分之一。1.1.2 我国的水资源及其污染现状（1）我国水资源的特点 1）总量大，人均量少 2）水量在地区上分布不平衡3）水量在时间分配上很不均匀4）水土资源组合不相适应我国水资源及供求状况 水资源总储量2.8万亿立方米，居世界第6位，但按人均只有2250立方米,排世界第88位。人均占有量相当于世界人均的1/4，相当于加拿大人均的1/50。中国水资源河流径流量2.61万亿立方米；地下水约8000亿立方米。当前全国每年缺水350亿立方米，每天缺水800万立方米，影响工业产值1200亿元/年。 1.1.2 我国的水资源及其污染现状（2）我国

3、的水污染现状 “局部有所改善，整体仍在恶化”。 我国大江大河干流水质尚好，但临近大城市河段及城市附近的小河支流均已程度不同地受到了污染，严重的已成了臭水沟。 1.1.2 我国的水资源及其污染现状 随着乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已有向农村、向内地转移的趋势，由地表水受污染向地下水受污染转移。 我国的湖泊大多呈富营养化，面积也不断萎缩；近海水域亦因受污染而赤潮频发。1.1.2 我国的水资源及其污染现状据2001年6月国家环保总局发布的2000年中国环境状况公报表明：2000年中国七大重点流域地表水有机污染普遍，各流域干流有57.7%的断面满足类水质要求，21.6%为类水，6.9%属类水，

4、13.8%属劣类水，主要湖泊富营养化突出。2000年，全国工业和城市生活污水排放总量为415亿吨，其中工业废水194亿吨，城市生活污水排放量221亿吨。废水中COD排放量1445万吨，其中工业废水中COD排放量705万吨，生活污水中COD排放量740万吨。1.1.2 我国的水资源及其污染现状 七大水系污染程度虽然长江最轻（污染程度由重到轻依次为：辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江），这是由于长江水量大，污染物浓度被稀释的缘故。其实中国第一母亲之河受污染以及江河源生态环境恶化令人十分忧虑，长江流域40000多家工矿企业，有16000多个污染源，每天排入污水36004000万m3 ，每年排

5、入泥沙68亿吨，而且上游污染较为严重。1.1.2 我国的水资源及其污染现状 第二母亲之河黄河每天排入污水超过500万m3，每年排入泥沙16亿吨，而且水量减少。1997年之前连年断流，最严重的是在1997年，断流持续226天，从开封至出海口断流河段700公里。内陆湖巢湖、太湖、滇池污染也很严重，已列入重点整治的项目。中国水环境面临的三个严重问题是水污染、水资源短缺和洪涝灾害频度加大，百年不遇的灾害连接不断。1.1.2 我国的水资源及其污染现状我国水资源及污染现状请参阅下列文献： 国家环境保护总局.2008年环境公报. 国家环境保护总局网站 中国工程院“21世纪 “可持续发展水资源战研究”项目组中

6、国可持续发展水资源战略研究综合报告 1.2 废水、废水污染及水污染 水在社会循环中，由于种种原因而丧失了使用价值而外排，这种废弃外排的水称为废水。“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面。 “污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。 生活废水（domestic)工业废水 (industrial)据污染物的化学类别有机废水(organic)无机废水(inorganic）据废水的来源12 废水、废水污染及水污染按废水产生的工艺焦化废水(coking) 冶金废水(metallurgical) 制药废水(pharma

7、ceutical) 食品废水(food) 印染废水(printing and dyeing) 12 废水、废水污染及水污染 废水污染是指废水对水体、大气、土壤或生物的污染，这里废水是污染的原因。 水污染是指水体受到废水、废气、固体废弃物中污染物的污染，这里水体是受害者。但造成水体污染的主要原因是废水。污染的类型需氧型污染 毒物型污染 富营养型污染 感官型污染 其它 131 需氧污染物需氧污染物主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物，有些是有毒的，但这类有机物大部分本身是无毒的。 这类污染物的特点是数量大、成分复杂，所以很难分别表示其含量。 产生污染的主要原因是在其分解过程中消耗水中的溶解氧

8、。 需氧污染物用间接指标来衡量，常用的有BOD、COD、TOC和TOD等。13 废水中的污染物分类及其危害简介（1）生物化学需（耗）氧量（biochemical oxygen demand简称BOD） 表示在一定条件下（20C），单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg（氧）/L（废水）。有BOD5和BOD20 之分，BOD5最常用。 特点：准确反映污染的程度，但测定所需时间长，不利于指导实际生产和自动控制。有机物生物降解的两个阶段第一阶段（碳化阶段） 有机物 + O2 CO2 + H2O + NH3 在碳化阶段，有机物经过氧化后的产物为CO2、H2O、NH3

9、，这一阶段消耗的氧量为碳化需氧量。生活污水达到完全氧化，在20时这一阶段需要约20天左右的时间，这一阶段完成之后，水体中的有机物就变成了无机物质 。第二阶段（硝化阶段）第一阶段的产物NH3，在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下，氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐 2NH3 +3O2 亚硝酸菌 2HNO2 + 2H2O + 148大卡 2HNO2 + O2 硝酸菌 2HNO3 + 48 大卡 在20 时，生活污水大约需要100天左右，完成这一阶段。 因此，在碳化阶段中，只要测出前几天的耗氧量，就能大体反映出整个碳化阶段的耗氧量。在实用上，一般采用测定5天的耗氧量，以BOD5表示。在20时，对于生活污水和多种可生

10、化性强的工业废水来说 有关BOD的测定方法BOD测定一般采用标准法测定 。水样(或稀释水样)在微生物作用下，在20 、培养5天的条件下，所消耗的溶解氧量即为BOD5。测定方法标准GB7488-87。 其检测范围为2-6000 mg/L。1.3 .1废水中的污染物分类及危害简介（ 2）化学耗氧量（chemical oxygen demand简称COD） 用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。 常用的氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4，分别用CODCr 和CODMn（高锰酸盐指数，常用于测定地下水的指标）表示。 特点：测定速度快，但与实际污

11、染的程度有差距。 总有机碳（total organic carbon ，TOC） 在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量，从而确定出水样中碳元素的含量，称为总有机碳 。特点：测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。 BOD5、BOD20、TOD、TOC有各自的特点和用途，在实际应用中应根据各自的特点和不同的情况选用！ 132 有毒污染物 (toxic materials) 废水中能对生物引起毒性反应的化学物质称为有毒污染物 。 特点： 急性中毒：初期效应十分明显，严重时会导致死亡 。 慢性中毒：初期效应不明显，但长期积累可引起突变、致畸、致死，甚至引起遗传畸变，这种效应不易察觉，

12、但后果更严重，一旦发现，很难在近期内处理，甚至不可逆转。影响危害程度的因素：浓度和作用时间：浓度越大，作用时间越长，后果越严重。 环境条件：如温度、pH值、溶解氧浓度等 生物的种类及生物自身的适应能力。 分类：无机化学、有机化学和放射性毒物三类。 表示方法：质量浓度表示，单位为mg/L。 重金属(heavy metals)污染有如下特点：（a）毒性以离子状态最大，且不同价态的毒性不同。如Cr6+Cr3+，但As3+As5+； （b）很难被生物降解，有时还可以被生物富集或转化成毒性更大的物质。据研究，海水中的汞通过食物链可富集2万倍； （c）危害时间长，难消除。 （d）有些重金属是人体必须的元素

13、。 Zn13 废水中的污染物分类及危害简介特点： 这类物质的种类最多，性质最复杂 。毒性大。化学稳定性好。 大多数难被生物降解且可以通过食物链富集，危害人体健康。13 废水中的污染物分类及危害简介2005年11月13日，中石油吉化公司双苯厂车间发生爆炸事故。松花江哈尔滨城区停水4天。（3）放射性物质(radioactive matters) 放射性物质主要是指废水中所含的能产生有害射线的物质。 13 废水中的污染物分类及危害133营养污染物 (nutrients) 营养污染物主要是指植物和微生物生长过程中所需的营养物质，并非有毒，主要是氮和磷。 这种由营养物质过多产生的污染称做富营养化污染 (

14、eutrophication)。13 废水中的污染物分类及危害简介 当大量营养物质进入水体时，会使藻类大量繁殖，水面上积聚大量的动物和植物，这种现象在海洋中出现叫赤潮(red current)，在湖泊中出现叫水华（waterbloom)。 当水中的生物大量死亡时会使水中的BOD值猛增，导致水中的溶解氧降低，影响水体功能，影响鱼类生存 。 今年5月无锡太湖蓝藻爆发水体富营养化严重武汉东湖局部爆发“蓝藻水华”13 废水中的污染物分类及危害简介 除氮和磷外，BOD、温度、维生素类物质也能触发和促进富营养化污染。 表示水中营养物质多少的指标是单位体积水中含氮和磷的总质量，单位为mg/L。 氮有多种表示

15、方法： 有机氮是反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个水质指标 。NH3和NH4+称为氨态氮， NO2称为亚硝酸氮， NO3称为硝酸氮， 这几种形态的含量均可作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机物的各个不同阶段。 总氮（TN）则是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。 1.3 废水中的污染物分类及危害简介1.3.4 生物污染物 (biological pollutants) 生物污染物主要是指废水中的致病微生物(pathogens)和其他的有机体。 制革厂废水中常含有炭疽菌,医院污水中含有病原菌和病毒等。生活废水中含有可能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等。 （1）细菌总

16、数(total bacteria) 细菌总数是指1 mL水中所含有各种细菌的总数。（2）大肠菌数(coliforms) 大肠菌数是指1 L水中所含大肠菌个数。由于大肠菌在外部环境中的生存条件与肠道传染病的细菌、寄生虫卵相似，而且大肠菌的数量多，比较容易检验，所以把大肠菌数作为生物污染指标。1.3 废水中的污染物分类及危害简介1.3.5感官污染物 (scenery shock) 废水中的异色、混浊、泡沫、不良气味等会引起人们感官上不快的污染物称为感官污染物 。（1）色泽和色度(color) 色泽是指废水的颜色种类，通常用文字描述，如：废水呈深蓝色、棕黄色、浅绿色、暗红色等。 色度是指废水所呈现的

17、颜色深浅程度。色度有两种表示方法：一是采用铂钴标准比色法，规定在1 L水中含有氯铂酸钾（K2PtCl6）2.491 mg及氯化钴（CoCl26H2O）2.00 mg时，也就是在1 L水中含铂1 mg及钴0.5 mg时所产生的颜色深浅为1度； 二是采用稀释倍数法，即将废水稀释，用把废水稀释到接近无色时所需的稀释倍数表示色度。 （2）臭和味(odor) 臭和味是判断水质优劣的感官指标之一。洁净的水是没有气味的，受到污染后会产生各种臭味。常见的水臭味有霉烂臭味、粪便臭味、汽油臭味、臭蛋味、氯气味等。 臭味的表示方法现行是用文字描述臭的种类，用强、弱等字样表示臭的强度。 比较准确的定量方法是臭阈法，即

18、用无臭水将待测水样稀释到接近无臭程度的稀释倍数表示臭的强度。1.3 废水中的污染物分类及危害简介1.3.6 酸碱污染物(acid and base) 主要是指进入水体的无机酸和碱，它们影响水体的pH值 。 废水中酸碱污染物的多少常用废水的pH值表示。浓度高时也用酸或碱的质量分数表示。 1.3 废水中的污染物分类及危害简介1.3.7油类污染物 (oil and grease) 油类污染物一般是指比水轻能浮在水面上的液体物质，多指油类。 废水中油类污染物的多少也用质量浓度表示，单位为mg/L。 它不溶于水，进入水体后会在水面上形成薄膜，影响氧气的溶入，降低水中的溶解氧。 14 废水水质控制141

19、废水水质 不同的行业、不同目的的废水有相应的要求， 即废水排放标准和水体中允许的标准。 值得指出水污染物排放的控制，过去偏重于浓度控制，即只规定排放废水中污染物的允许浓度，目前，已转为浓度控制与总量控制相结合。14 废水水质控制142控制废水污染的途径 （1）改革生产工艺，严格控制污染源 （2）加强废水处理技术的研究 （3）对不同的废水要分别处理，即要先处理 后排放 （4）加强有关法律法规的制订和实施 （5）加强宣传教育提高全民的环境意识 1.5 废水生物处理的基本概念 废水生物处理是利用微生物具有很强的降解有机物的功能,并采用一定的人工措施创造一种可控制的环境，使微生物大量生长繁殖，分解废水

20、中的污染物(主要是有机污染物)，使水质得到净化的一种废水处理方法。1.5.1 废水的生物处理方法简介 对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性，因此在使用上能较容易地采集菌种进行培养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适应有毒工业废水的水质条件。 微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，用生化法促使污染物的转化过程与一般化学法相比优越得多。 处理废水的费用低廉，运行管理较方便，所以生化处理是废水处理系统中最重要的过程之一，目前，这种方法已广泛用作生活污水及工业有机废水的二级处理。 自然条件下 水

21、体自净天然水体和氧化塘; 土壤净化污水灌溉好氧生物法 人工条件下 悬浮生物法活性污泥法及其变种、氧化塘、氧化沟 固着生物法生物滤池、生物转盘、接触氧化、好氧生物流化床 自然条件下 高温堆肥、厌氧塘厌氧生物法 人工条件下 悬浮生物法厌氧消化、化粪池、上流式厌氧污泥床 固着生物法厌氧滤池、厌氧流化床1.5.2 污水生化处理的基本类型1.5.3 污水生物处理技术在水污染控制中的地位占据份额大：城市生活污水90%；工业污水60%以上。特色明显：能降解的污染物种类多、投资省、 操作简便、运行费用低。应用领域广：工业污水、生活污水的处理；水体净化；环境修复。以二级处理为主，也可用预处理。 本 章 作 业1

22、.列出四种评价城市污水的污染指标，并说明其所代表的意义。2. 估计自己每天用水量及产生的废水量？其中可能的污染物质是什么？怎样定性定量描述？其意义是什么？ 污水的生物处理第二章水体自净(selfpurification)一、水体自净(self-purification of water body) 水体自净是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染前的状态。这一过程即水体自净。二、水体自净机理 物理作用：稀释、沉淀 （强）化学作用：氧化、还原等对污染物的降解 （弱）生物作用：生物降解（食物链） （强） 废物、排泄物物理自净 污染物在水体中

23、混合稀释和自然沉淀过程。混合稀释只能降低水中污染物的浓度，不能减少其总量。沉淀作用指排入水体的污染物中含有的微小悬浮颗粒，如重金属、虫卵等由于流速较小逐渐沉到水底。化学自净氧化还原反应是化学净化的重要作用,溶解氧与水中的污染物将发生氧化反应，生成难溶物而沉降析出。如Fe盐氧化。 Fe+ Fe3+ Fe(OH)3还原作用: 如Cr6+ 还原为Cr3+ O2生物自净水中微生物在溶解氧充分的情况下，将一部分有机污染物当作食饵消耗，同时将另一部分有机污染物氧化分解成无害的简单无机物。影响生物自净作用的关键是：溶解氧的含量和有机物的性质、浓度及微生物的种类、数量等。水体自净速度有哪些限制因素？物理？净水

24、流量、流速、污染物物理性质化学？地域、季节、天气生物？生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、代谢的极限速度因此水体的自净速度是有限的。在正常情况下，水体单位时间内通过正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为自净容量。 在自净容量范围内水体的净化是如何进行的呢？三、自净的过程 水体自净过程大致如下a.污水排入河流的混合过程b.持久污染物的稀释扩散物理作用 有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底；c.非持久污染物的稀释扩散d.水体的氧平衡生物作用 溶氧 溶解氧好氧菌 好氧菌 有机物降解 厌氧菌 自然溶氧、藻类产氧 污水排入河流的混合过程 (1)竖向混合阶段 污染物排入河流后

25、因分子扩散、湍流扩散和弥散作用逐步向河水中分散，从排放口到深度上达到浓度分布均匀。 (2)横向混合阶段 当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀。 (3)断面充分混合后阶段 在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。河流污染和自净过程图污水自 净四、污化系统及其指示生物污化系统 (也称有机污染系统)是根据水体有机物污染程度的不同，对水体的一种分类法。当有机污染物排入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列污化带。因各种水生生物需要不同的生存条件，

26、故在各个带中可找到不同的代表性指示生物，这些指示生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物等微生物，以及轮虫、浮游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。根据指示生物的不同，污化系统中的污化带分为多污带、-中污带、-中污带和寡污带。 多污带（polysaprobic zone）靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为主，无鱼类、显花植物等。代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大，每ml水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。 中污带(-mesosapr

27、obic zone) 在多污带下游，有机物量略减少，BOD下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减少，但每毫升仍有几千万个。代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球藻等。 -中污带（-mesosaprobic zone）光合微生物和绿色浮游生物大量出现，水中溶解氧升高，有机质含量少，BOD很低，悬浮物进一步减少，有机氮已转变为NH4+、NO2-和NO3- ，CO2与H2S含量减少。细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、甲壳动物和昆虫增加，生根的植物、鱼类出现。代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸藻

28、；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型后生动物的腔轮虫、水蚤。 寡污带(oligosaprobic zone)河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物，BOD极低，溶解氧恢复正常，基本不含H2S，CO2含量较低，氮元素全部氧化为NO3-。指示生物：鱼腥蓝细菌 、隔板硅藻 、黄群藻 、玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生植物与鱼类等。以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能反映有毒废水的污染。 有机物的自净过程分三阶段水体自净过程的特征五衡量水体污染与自净的指标 提问：用什么指标可以衡量河段水体污染与自净所处的阶段?水体外观、化学指标、溶解氧等山东小清河1、水体外观外观特征：混浊程度、颜色及气味等

29、原 因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量 污染前 污染 净化开始 持续 结束 外观:无色 暗灰色 灰色 继续变清 无色 澄清透明 很混浊、臭 混浊 浊度下降 澄清透明 水面有泡沫 泡沫减少2、P/H指数P:光能自养型生物数量H:代表异养型微生物数量P/H指数就是两者的比值，P/H指数反映水体污染和自净程度3、BIP指数BIP =（无叶绿素的微生物数量）/（全部微生物数量）H/（P+H）100% 污染前 污染 净化开始 持续 结束P/H： 高 下降 最低点 上升 高BIP： 08 上升 60100 下降 08 溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，它是水生生物主要的生存条件之一。天然水中溶解氧的含量与

30、大气压力、空气中氧的分压和水温等因素密切相关。大气压力减小，溶解氧量也减小。温度升高，溶解氧量也显著下降。水中含盐量增加，也会使溶解氧量降低。表1列出在101.3Kp的大气压力下，空气中氧含量20.9%时，氧在水中的溶解度。4、溶解氧温度溶解氧mg/L014.6512.81011.31510.2209.225308.47.6表1 不同温度下氧在水中的溶解度 污染前 污染 净化开始 持续 结束 溶氧变化： 稳定 迅速下降 快速增大 缓慢增大 稳定 溶解氧可以用溶解氧测定仪随时测定并迅速地得出结果。 在这个过程中，复氧和耗氧同时进行。溶解氧的变化状况反映了水体中有机污染物净化的过程，因而可把溶解氧

31、作为水体自净的标志。溶解氧的变化可用氧垂曲线表示。六、污染物在不同水体中的迁移转化规律 a.河流 污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。 b.河口 河流进入海洋前的感潮河段。河口污染物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。会因水流不断回荡，延长停留时间，甚至影响排放口上流的河水。 c.湖泊、水库 贮水量大，水流较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱。易在局部形成污染。水深超过一定深度时，会产生温度分层。 d.海洋 巨大的自净能力，但海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。 e.地下水 污染是一个缓慢的过程，一旦污染难以恢复，污染物在地下水中

32、的迁移转化受多种因此影响。河北省丰宁满族自治县黄土梁水库第三章 废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础一、废水的好氧生物处理和厌氧生物处理呼吸（respiration, inspiration灵感）呼吸：获取能量的生理功能底物：能被微生物酶催化的物质，实质上是反应中提供氢和电子的物质。（酶 enzyme 微生物 microorganism 催化 catalyze.To modify, especially to increase, the rate of (a chemical reaction) by catalysis（催化作用）.过程：底物微生物受氢体微生物生命活动生化反应终产物（生

33、化反应）注意：反应物质反应条件反应规律实质：脱氢酶脱氢、受氢体受氢（电子活化）好氧微生物与厌氧微生物的区别：厌氧微生物没有氧化酶系统，只有脱氢酶类型：好氧，厌氧根据受氢体（Hydrogen Acceptor）不同1.微生物的呼吸类型 (1)好氧呼吸 (2)厌氧呼吸发酵无氧呼吸（1）好氧呼吸（aerobic）：受氢体为分子氧；依据底物不同 heterotrophic bacterium autotrophic bacterium 异养型 自养型受氢体 氧 氧底物 有机物 无机物终点产物 无机物 无机物能量 多 比较少（2） 厌氧呼吸（anaerobic）：受氢体为除氧以外的有机物或无机物 发酵f

34、erment 无氧呼吸受氢体 有机物 无机物底物 有机物 无机氧化物终点产物 有机物 无机物能量释放 较少 较少 提问：为什么厌氧微生物消耗底物比好氧微生物多？而释放能量少？ 产物包含能量？2.废水的好氧生物处理废水的厌氧生物处理 好氧 厌氧底物 溶解或胶体态的有机物 高浓度有机物或无机物微生物 好氧微生物 厌氧微生物和兼性微生物产物 无机物，微生物增长（多） 可燃气体，无机物，微生物增长（少） 条件（微生物生长）氧 无氧特点 快、效果好、所需容积小 慢、不彻底、所需容积小受环境影响 小 难启动，条件苛刻 对环境影响 污泥量大 酸臭、但污泥量小适用 BOD52000mg/L（为什么）二、微生物

35、的生长规律和生长环境1.微生物的生长规律（1）微生物的生长曲线 表示微生物在不同培养环境下生长情况及其生长过程纯菌种研究微生物生长分生长周期：停滞期（调整）：条件变化过程中；几何级数生长；污泥较少对数期（旺盛生长）：量大底物浓度高；等速生长；污泥絮凝性差静止期（平衡）：量小底物浓度低；减速生长；污泥浓度较高，絮凝性好衰老期（衰亡）：底物浓度很低；内源呼吸，不生长；污泥沉降性能好活性污泥生长 与细菌生长类似，更复杂，受环境影响因素多: 细菌、藻类、丝状菌、放线菌、原生动物、后生动物，构成食物链，其混合体构成活性污泥。黄褐色，土腥味（土臭素、龙脑）正常的必要指标。 细菌：原核生物；菌胶团丝状菌较大

36、群体，其中菌胶团为污泥主体 球衣细菌（碳水化合物）硫丝细菌（丝状细菌）污泥膨胀 白硫细菌（含硫化合物） 藻类（氧化塘中绿藻、小球藻、栅藻、衣藻等）、放线菌（丝状菌，如诺卡氏菌）、真菌、立克次氏体、衣原体、支原体 原生动物：最低等的单细胞动物，个体很小，长度100-300微米之间，普通显微镜可见。有关的包括肉足类（变形虫）、鞭毛类（绿眼虫）、纤毛类（自由游动型如草履虫；固着型如钟虫或叫柄纤毛虫）等 后生动物：多细胞生物，轮虫（最小的一种）和线虫处理效果较好的指征。 轮虫：滤食微型藻类、细菌、有机碎屑；捕食原生动物、小轮虫 (2) 混合微生物的生长。污泥的食物链生物有对应的滞后关系生态学 三、微生

37、物的生长环境（条件） 最主要因素：营养、温度、pH、DO、有毒物质营养：底物浓度，C/N/O温度：不同微生物有不同适应范围，是确定污水生化处理的重要条件 原理pH：同温度，调节池均质作用，调节pHDO：好氧与厌氧、兼性差别绝大多数污水处理系统中细菌为兼性。（设问） 好氧细菌处于厌氧环境耐受力（1到几天）远大于厌氧细菌处于溶解氧高环境中耐受力（部分中毒死亡）。 微好氧菌：DO较低接近于零，生长良好处于优势的好氧菌。丝状菌污泥膨胀。好氧：2.0-4.0 mg/L （絮凝体内0.1-0.3 mg/L ，絮凝体外部混合液0.5-2 mg/L ，剩余1 mg/L ）厌氧：0.2 mg/L缺氧：0.5 m

38、g/L 有毒物质：抑制和杀害作用的化学物质，工业废水中。表现：细胞正常结构破坏，菌体内酶变质并失去活性。（酶的特性：高效、特异、变异性） 变异因素：高温、高压、强酸碱、重金属盐、紫外线等。三、反应速度和反应级数 动力学研究反应速率和各种关系的学说 生化反应动力学是研究污水生物处理中有机物降解速率和微生物增长速率的动力学模式，用数学模式将生物处理动力学过程公式化。 有机物降解动力学关系 微生物增长动力学关系 1.反应速度 以生物酶为催化剂的生物化学反应。 定义：单位时间，底物减少量或产物增加量衡量。一般以底物减少量。因为产物增加量需要鉴定，成本较高。 产率系数 观测产率系数（净增长系数）：降解1

39、kgBOD5有机物所净增加的细胞量。 以S表示废物（污染物），X表示微生物细胞，P表示分解最终产物，生化反应可以下式表示 SyX+zP （11-7） 以及 （11-8）即 （11-9） 式中，反应系数y，又称产率系数，mg(生物量)/mg(降解的底物)。 反应级数不同,代表反应速度与反应物浓度关系的不同： 零级反应: V不受反应物浓度影响 一级反应：V与一种反应物A的浓度 成正比。 二级反应：V与两种反应物A、B的浓度 、 成正比或与反应物A的浓度 的平方 成正比。 三级反应：V与 成正比时，称为三级反应， 也可称该反应是A的一级反应或B的二级反应。2.反应级数 SyX+zP现底物浓度 以及S

40、表示，则生化反应速度： 或式中，k为反应速度常数，随温度而异，n为反应级数。上式亦可改写为： （11-10）（11-10）式可以图11-6来表示，图中直线的斜率即为反应级数n值。在温度不变的情况下，零级反应速度是常数。对反应物A而言，零级反应： （11-11）一级反应： （11-12）二级反应： （11-13）式中： V 反应速度； t 反应时间； k 反应速度常数，受温度影响。四.米歇里斯门坦（Michaelis-Menten）方程式 1. 底物浓度对酶反应速度的影响 （11-14） 式中，S代表底物，E代表酶，ES代表酶-底物中间产物（络合物）以及P代表产物。2.米氏方程 （11-15）式

41、中 酶反应速度； 最大酶反应速度； 底物浓度； Km米氏常数。 上述表明，当Km和 已知时，酶反应速度与酶底物浓度之间的定量关系。由（11-15）式得： （11-16） （1）当底物浓度 很大时， ，酶反应速度达最大值,即 ，呈零级反应，此时，再增加底物浓度，对酶反应浓度无任何影响，因为酶已被底物所饱和，只有增加酶浓度，才有可能提高反应速度。（2）当底物浓度 较小时， ,酶反应速度和底物浓度成正比例关系，即 ，呈一级反应。 （11-17） 3.米氏常数的意义及测定 （1） 值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关， 而与酶浓度无关。不同的酶，数值不同。（2）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物，

42、各有一个特定的 。（3）同一种酶有几种底物就有几个值。其值最小的底物，一般称为该酶的最适底物或天然底物。 （11-18）五、莫诺特（Monod）方程式 （11-19）式中： 限制微生物增长的底物的浓度，mg/L； 微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度； 微生物浓度，mg/L； 的最大值，底物浓度很大，不再影响微生物的增长速度时的 值； 饱和常数。由（11-20）式， 以及 代入（11-19）式得： （11-21）式中q及 为底物的比降解速度及其最大值； 为底物浓度； 为饱和常数，即 时的底物浓度，故又称半速度常数。 及 值可通过实验，采用如前介绍的双倒数作图法去求得，并由此定出11-21式

43、。 （11-21）式和（11-19）式是废水生物处理工程中目前常用的二个基本的反应动力学方程式。在实践中，可以结合物料衡算，应用到废水生物处理工程的科研、设计和运行管理的领域中去 。例：设在完全混和反应器内进行了连续微生物生长实验，反应温度为 20，实验结果如下：试根据实验结果定出 和 值，以及 关系式。解：根据莫诺特方程式， 的关系式为： 或 现按实验结果作 关系图，去求出 和 值。根据以上整理的实验结果，作 关系图，如图11-13所示。从图11-13，得： 图中直线方程为： 即 六. 废水生物处理工程的基本数学模式1. 推导废水生物处理工程数学模式的三点假定 2. 微生物增长与底物降解的基

44、本关系式 （11-24）式中： 微生物净增长速度； 底物利用（或降解）速度； 产率系数； 内源呼吸（或衰减）系数； 反应器中微生物浓度 在实际工程中，产率系数（或称微生物增长系数）Y常以实际测得的观测产率系数（或称微生物净增长系数） 替代。为此，（11-24）式可改写为： （11-25） 从（11-24）式得： 或 （11-26）式中 为微生物比净增长速度。同理，从11-25式得： （11-27）总结 几个基本方程式米氏：底物浓度酶反应速度monod：底物浓度微生物比增长和底物比降解速度半速度常数：Km Ks，最大速度一半时反应物浓度双倒数作图法求最大值及半速度常数设计经验数据，反应动力学理论

45、结合实践（上世纪70年代后）废水生物处理：有机污染物去除对象，底物 主体微生物 DO条件数学模型生化反应动力学方程式质量守恒monod米氏生物处理数学模式设计与运行9/19/2022162第四章 稳定塘和污水土地处理第一节 稳定塘第二节 污水土地处理9/19/2022163第一节 稳 定 塘9/19/2022164河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘1.概述(1)定义 稳定塘又名氧化塘或生物塘，其对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。 应用：城镇污水，可与其他工艺结合 分类：根据微生物类型、供氧方式、功能划分9/19/2022165

46、河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘1.概述（2）国内外稳定塘经历如下发展阶段用于小城镇生活污水处理 处理食品工业废水，其他工业废水 作为活性污泥二级处理的后续深度处理 稳定塘处理与综合利用相结合，发展养鱼 稳定塘的运行方式，单塘变为多塘串联运行。 厌氧塘兼性塘好氧或兼性好氧塘 9/19/2022166河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘2.稳定塘的原理 自然条件下的生物处理法主要有水体净化法和土壤净化法两类。氧化塘和养殖搪，统称为生物稳定塘，其净化机理与活性污泥法相似；土壤渗滤和污水灌溉，统称为废水的土地处理，其净化机理与生物膜法相似。 9/19/2022167河北科

47、技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘3.稳定塘的分类按照占优势的微生物种属、供氧方式和功能，常分为好氧塘、兼性塘、曝气塘和厌氧塘四种类型。也可分为水生植物塘、生态塘和完全储存塘。9/19/2022168河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘（1）好氧塘 好氧塘是一种主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘。它的水深较浅，一般在0.3-0.5m，阳光能直接射透到池底，藻类生长旺盛，加上塘面风力搅动进行大气复氧，全部塘水都是好氧状态。9/19/2022169河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘好氧塘工作原理 好氧塘是一种主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘。它的水深较浅，一

48、般在0.3-0.5m，阳光能直接射透到池底，藻类生长旺盛，加上塘面风力搅动进行大气复氧，全部塘水都是好氧状态。9/19/2022170河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘好氧塘工作原理 塘内存在菌、藻和原生动物的共生系统。有阳光照射时，塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，同时由于风力的搅动，塘表面还存在自然复氧，二者使塘水呈好氧状态。塘内的好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质(细胞增殖)，其代谢产物CO2则是藻类光合作用的碳源。9/19/2022171第一节 稳 定 塘好氧塘工作原理 细菌的降解作用： 有机物O2H+CO2H2ONH4+ C5H

49、7O2N 藻类的光合作用：106CO216NO3-HPO42-122H2O18H+C106H263O110N16P138O2 9/19/2022172河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘好氧塘工作原理 藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH呈昼夜变化。白天，藻类光合作用使CO2降低，pH上升。夜间，藻类停止光合作用，细菌降解有机物的代谢没有终止，CO2累积，pH下降。 其平衡关系式如下： 好 氧 塘9/19/2022174河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘好氧塘工作原理 好氧塘内的生物种群：好氧塘内的生物种群主要有藻类、菌类、原生动物、后生动物、水蚤等微型动物。菌类主要是生

50、存在水深0.5m的上层，浓度为1108-5109个/mL，主要种属与活性污泥和生物膜相同。原生动物和后生动物的种属数与个体数，均比活性污泥法和生物膜法少。藻类的种类和数量与塘的负荷有关，它可以反应塘的运行状况和处理效果。 9/19/2022175河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘细菌降解有机物起主要作用 兼性异样菌（好氧塘和兼性塘好氧区，及兼性区存在） 好氧菌和兼性菌种属多 产酸菌（兼性异氧菌）分解有机物产生乙酸等和醇类 厌氧菌（厌氧塘和兼性塘污泥区，将有机酸转化为CH4+CO2，脱硫弧菌-绝对厌氧菌） 硝化菌（绝对好氧菌，一般只存活在深度处理塘） 9/19/2022176河北科

51、技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘藻类 稳定塘为菌藻共生体系，藻类具有叶绿体，含有叶绿素，能够通过这些色素进行光合作用，是塘水中DO的主要供应者。 白昼 吸收CO2，放出O2 夜间 内源呼吸，消耗O2，放出CO2 绿藻最常见的，单细胞或多细胞的绿色藻类 蓝绿藻（蓝藻）构造简单，藻体为单细胞丝 状体 褐藻 蓝绿藻能够代谢产生H2S能够将大气中的N2固定9/19/2022177河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘原生动物和后生动物 与活性污泥中不一样，表现在不规则和数量不相等两方面。原生动物和后生动物不完全作为指示性生物考虑 水蚤枝角类，捕食（细菌和藻类）出现水蚤表明水质清澈，

52、水蚤能吞食粒状物质，分泌粘液性物质。 摇蚊幼虫使底泥量减少9/19/2022178河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘水生植物 种植“水生维管束植物”能提高塘对有机物和N、P等无机营养物质的去除效果。 浮水植物漂浮在水面、直接从大气中吸O2CO2，从塘水中吸取营养物质。 凤眼莲即水葫芦，具有较强的耐污性，去污能力强净化过程：O2通过根、茎输送到根部，释放于水中； 凤眼莲本身也直接吸收水中的有机物和无机物; 水层是好氧，底部是厌氧，可有利于硝化和反硝化;种植在高负荷的稳定塘里，并可回收作为“青 贮饲料”。9/19/2022179河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘水生植物

53、沉水植物根生长于底泥中，叶、茎全部沉没水中,仅在开花时，花开在水面只能在塘水深较高，有机物负荷低和能有光照的地区生长其作用同“浮水植物”沉水植物是鸭、鹅的饲料常见的有马来眼子莲挺水植物根生长于底泥中，叶、茎则挺出水面，常见水葱为深绿色，芦苇是浅绿色，其作用于上述两种植物相同，但只能生长于浅水中，收割季节需放水9/19/2022180河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘好氧塘内的设计好氧塘工艺设计的主要内容是计算好氧塘的尺寸和个数。好氧塘的主要尺寸的经验值如下：好氧塘多采用矩形，表面的长宽比为3:14:1，一般以塘深的1/2处的面积作为计算塘面。塘堤的超高为0.61.0m。单塘面积不

54、宜大于4ha；塘堤的内坡坡度为1:21:3（垂直:水平）外坡坡度为1:21:5（垂直：水平）；好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座9/19/2022181河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘兼性塘 兼性塘的有效水深一般为1.0-2.0m，通常由三层组成,上层好氧区、中层兼性区和底部厌氧区。 好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘基本相同。 兼性区的塘水溶解氧较低，且时有时无。这里的微生物是异养型兼性细菌，它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧的条件下，以NO3 、CO3 作为电子受体进行无氧代谢。 9/19/2022182河北科技大学环境科学与工程学院

55、第一节 稳 定 塘9/19/2022183河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘兼性塘的设计 兼性塘一般采用矩形长宽比3:14:1。塘有效水深为1.22.5m，超高为0.61.0m，储泥区高度应大于0.3m。 兼性塘堤坝的内坡坡度为1:21:3，外坡坡度为1:21:5 (垂直:水平) 。 兼性塘一般不少于三座，多采用串联，其中第一塘的面积约占兼性塘总面积的30%60%，单塘面积应小于4ha，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。9/19/2022184河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘曝气塘 为了强化塘面大气复氧作用，可在氧化塘上设置机械曝气或水力曝气器，使塘水得到不同程度

56、的混合而保持好氧或兼性状态。曝气塘有机负荷和去除率都比较高，占地面积小，但运行费用高，且出水悬浮物浓度较高，使用时可在后面连接兼性塘来改善最终出水水质。9/19/2022185河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘 曝气塘出水的悬浮固体浓度较高，排放前需进行沉淀，沉淀的方法可以用沉淀池，或在塘中分割出静水区用于沉淀。若曝气塘后设置兼性塘，则兼性塘要在进一步处理其出水的同时起沉淀作用。 曝气塘的水力停留时间为310d，有效水深26m。曝气塘一般不少于3座，通常按串连方式运行。 完全混合曝气塘中曝气装置的强度应能使塘内的全部固体呈悬浮状态，并使塘水有足够的溶解氧供微生物分解有机污染物。

57、部分混合曝气塘不要求保持全部固体呈悬浮状态，部分固体沉淀并进行厌氧消化。其塘内曝气机布置较完全混合曝气塘稀疏。完 全 混 合 曝 气 塘部 分 混 合 曝 气 塘曝气塘的两种类型9/19/2022186河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘完 全 混 合 曝 气 塘部 分 混 合 曝 气 塘9/19/2022187河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘厌氧塘厌氧塘的基本工作原理 厌氧塘对有机污染物的降解，是由两类厌氧菌通过产酸发酵和甲烷发酵两阶段完成的。厌氧塘的设计运行，必须以甲烷发酵阶段的要求作为控制条件，控制有机污染物的投配率，以保持产酸菌与甲烷菌之间的动态平衡。控制有

58、机酸浓度3000mg/L以下，pH值为6.5-7.5，进水的BOD5:N:P=100:2.5:1，硫酸盐浓度应小于500mg/L。9/19/2022188河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘厌氧塘厌氧塘的设计和应用 有机负荷的表示方法有三种： BOD5表面负荷(kgBOD5/had) BOD5容积负荷(kgBOD5/m3d) VSS容积负荷(kgVSS/m3d)9/19/2022189河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘厌氧塘处理城市污水的建议负荷值为200-600kg/had。 几何尺寸 厌氧塘一般为矩形，长宽比为2:1-2.5:1。单塘面积不大于4ha。塘的有效水深

59、一般为2.0-4.5m，储泥深度大于0.5m，超高为0.6-1.0m。 进出水 进水口离塘底0.6-1.0m，出水口离水面的深度应大于0.6m。进、出口的个数均应大于两个。 厌氧前应设置格栅、普通沉砂池，有时也设置初次沉淀池用于前处理单元。9/19/2022190河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘厌氧塘 厌氧塘的主要问题是产生臭气，目前是利用厌氧塘表面的浮渣层或采取人工覆盖措施防止臭氧逸出。也有用回流好氧塘出水使其布满厌氧塘表层来减少臭气逸出。厌氧塘很少用于单独污水处理，而是作为其他处理设备酸的前处理单元。厌氧塘宜用于处理高浓度有机废水，如制浆造纸、酿酒、农牧产品加工、农药等工业

60、废水和家禽和家畜粪尿废水等。也可用于处理城镇污水。9/19/2022191河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘4.稳定塘的规划设计塘址选择 稳定塘占地较多，应尽可能利用不宜耕种的土地，如废旧河道、塘坝、低洼地、沼泽和贫瘠地等，若有高差，应充分利用。为了防止春、秋季翻塘时臭气的干扰，塘址应离居民区500-1000m以上，并位于其主导风下风方向。当用于处理城镇污水时，应结合建设规划统一考虑污灌、污养和水的综合利用问题，以求经济、环境、社会效益的统一。 9/19/2022192河北科技大学环境科学与工程学院第一节 稳 定 塘4.稳定塘的规划设计塘型及其组合 塘型的选择应从处理对象的水质特