chap环境污染治理的生物技术

chap环境污染治理的生物技术第1页/共107页

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。

生物处理包括工农业生产过程中所产生的废弃物

生物垃圾§1生物处理概述第2页/共107页焚烧成本高，产生新的污染物。

微生物安全有效的方法，且成本低廉。例如把纤维物质转化为沼气、乙醇。化学处理成本高，产生新的污染物。

生物垃圾和有毒废弃物的处理方法第3页/共107页

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，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作用。

微生物处理生物垃圾和有毒废弃物第4页/共107页§2

废水的生物处理第5页/共107页（一）废水水质指标与排放标准生活污水：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。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。第一节概述一、基本知识废水第6页/共107页水质指标种类有：有毒物质、有机物质、固体物质、pH值、色度、温度等。水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。1.水质指标第7页/共107页

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（1）有毒物质第8页/共107页1.水质指标（2）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。第9页/共107页

表示在有氧情况下，由于微生物的活动，可降解有机物稳定化所需的氧量。常以BOD表示，BOD越大，表示水体中的有机物越多，污染越严重。生化需氧量

由于有机物全部分解稳定所需时间很长，实际应用上采用20℃下5d的生化需氧量作为衡量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强氧化剂作用所消耗的氧量，以COD表示。化学需氧量

水中的COD不仅代表水中有机物的含量，同时包括了水中还原性无机物被氧化的耗氧量。1.水质指标（2）有机物第10页/共107页是间接表示水中有机物含量的一个综合性指标。将水样在高温下燃烧，有机物氧化成二氧化碳，测定所产生二氧化碳的量而求出的水样中的总碳，以TOC表示。总有机碳总需氧量

指水中的还原性物质在燃烧中变成稳定的氧化物所需要的氧量，以TOD表示。

TOD值能反映几乎全部有机物（C、H、O、N、P、S）经燃烧后变成CO2、H2O、NOx、SO2等时所需氧的量。1.水质指标（2）有机物第11页/共107页按溶解性分溶解性固体（DS）对水样经过滤操作后，滤液在105~110℃温度下烘干后的蒸发残渣就是溶解性固体滤渣经烘干后的质量就是悬浮固体。悬浮固体（SS）（3）固体物质第12页/共107页挥发性固体（VS）在600℃温度下，将水样蒸发干燥后的固体灼烧而减少的成分称为挥发性固体。可粗略代表固体中有机物的含量灼烧后的残余物质称为固定性固体。可代表固体中的无机物含量固定性固体（FS）（3）固体物质按挥发性分第13页/共107页固体物质溶解性固体悬浮固体按溶解性分

挥发性物质固定性物质按挥发性分悬浮固体和挥发性固体是表示废水强度的重要指标，是废水处理工程设计的重要参数之一。第14页/共107页1.水质指标

水体生物及细菌对pH值比较敏感，因而pH值的变化会影响污水的净化和水体自净。

pH值是废水重要污染指标之一。pH值（4）

带有颜色的水会减弱水体的透光性，影响水体中生物的生长，也容易令人生厌。

颜色也是一个重要的污染指标。颜色（5）第15页/共107页1.水质指标

根据废水的温度，可以确定在回用或处理之前是否需要冷却或加热。温度（6）

某些废水中含有大量的微生物，其中可能有对人体健康有害的病原微生物，通常是判断地面水和饮用水的重要指标之一。微生物（7）第16页/共107页2.废水排放标准

我国从1983年开始制定《污水综合排放标准》，进过多次修改（GB3546-1983，GB3549-1983，GB3550-1983，GB3553-1983，GB4281-1984，GB5469-1985，GB8978-1988），现行标准是GB8978-1996，于1998年1月1日开始实施。

对向地面水体和城市下水道排放的污水，分别规定了执行的级别标准。第17页/共107页（二）废水处理的基本方法废水处理的任务：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物理法、化学法和生物法。第18页/共107页1.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质，在处理过程中不改变水的化学性质。去除对象：是水中不溶解的悬浮物质。处理设备和构筑物：格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、滤池、微滤机、气浮装置、离心机等。第19页/共107页2.废水的化学处理法

利用化学反应作用来分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化为无害物质。类型：

（1）中和处理法；（2）混凝处理法；（3）化学沉淀法；（4）氧化还原法；（5）吸附法；（6）离子交换法；（7）膜分离法。第20页/共107页3.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。类型：

（1）活性污泥法；（2）生物膜法；（3）自然生物处理法；（4）厌氧生物处理法；（5）废水的脱磷除氮。第21页/共107页4.废水处理工艺流程

在达到所要求的处理程度的前提下，废水处理各个单元的有机组成。（1）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BOD。一般分为三级。一级处理（物理处理）：主要去除水中呈悬浮状态的固体污染物质。二级处理（生化处理）：大幅度去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物；三级处理（深度处理）：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。第22页/共107页水泵格栅沉砂均化初沉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二级处理三级处理城市污水处理系统第23页/共107页（2）工业废水的处理流程

工业废水由于水质成分复杂，选定的流程也各不相同。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。第24页/共107页1.

定义：通过微生物的新陈代谢作用，将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定的化学物质（无机物或简单有机物）的方法。二、废水的生物处理（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、线虫等微生物第25页/共107页2.用生物法处理废水对水质的要求

由于生物法中的各种微生物生长与水质关系密切，因而必须控制适宜的水质指标以保证微生物能够正常的生长和工作。生物处理对水质要求第26页/共107页生物处理法好氧处理厌氧处理自然条件下人工条件下自然条件下人工条件下水体自净——好氧稳定塘土壤自净——污水灌溉及渗滤活性污泥法——曝气池，氧化沟生物膜法——生物滤池及生物转盘堆肥厌氧稳定塘化粪池、厌氧消化池及污泥床3.废水生物处理方法分类第27页/共107页代谢作用有机物+氧+微生物合成新微生物CO2、H2O、NH3SO42-、PO43-能量+4.

有机物好氧分解

（1）好氧生物处理法——主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理工艺的过程。（2）作用机理废水的好氧处理是在提供游离氧的前提下，以好氧微生物为主，使有机物降解的方法。第28页/共107页（3）特点反应速度较快，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BOD5浓度在600mg/L以下的废水较为适用。第29页/共107页5.

好氧分解对废水水质的要求

（1）溶解氧废水中的溶解氧应在0.3～2mg/L之间，此时好氧菌和兼性菌都能进行好氧呼吸。（2）pH值对好氧的处理，pH值应在6～9之间。（3）温度水温在20℃～40℃之间最为合适。第30页/共107页（5）毒性物质

多数重金属，如锌、铜、铅、铬等均含毒性，不利于微生物的成活。但如逐步提高有毒物质的浓度，则有可能在一定程度上，使其适应新环境，而提高处理效率。（4）微生物生长必须的营养碳、氮、磷、硫以及微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。第31页/共107页（7）废水的可生化性

指废水中所含的污染物，在微生物的代谢作用下改变化学结构，从而改变化学和物理性能所能达到的生物降解程度。一般用BOD5/COD值表示。当BOD5/COD＞0.5，采用生物处理效果明显；BOD5/COD＜0.4，则不宜采用生物法处理。（6）进水有机物的浓度

进水BOD5浓度一般在100～600mg/L。第32页/共107页第二节活性污泥法第33页/共107页（一）定义就是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物。一、活性污泥法的基本原理第34页/共107页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

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。污泥处理污泥处理第35页/共107页（1）废水中含有足够的可溶性易降解有机物；（2）混合液含有足够的溶解氧；（3）混合液保持一定浓度的活性污泥；（4）活性污泥在池内呈悬浮状态，能够充分地与废水相接触；（5）没有对微生物有毒害作用的物质进入。处理系统有效运行的基本条件第36页/共107页（三）活性污泥的组成和性质1、组成

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。（1）细菌生枝动胶菌（Zoogloearamigera）——形成菌胶团；浮游球衣菌（Sphaerotilusnatans）——形成丝状体；无色菌属、产碱菌属、芽孢杆菌属和黄细菌属等。第37页/共107页（2）原生动物是废水净化的主要成员，污水处理效率的重要指示生物。以纤毛虫占多数，如草履虫、游仆虫等。草履虫游仆虫第38页/共107页（3）真菌类通常出现在工业废水的活性污泥中，大多为藻类、半知菌类和酵母类的一些种。水节霉瑞氏木霉（Trichoderma）假丝酵母第39页/共107页（4）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残骸的碎片。轮虫线虫第40页/共107页2、活性污泥的性质①颜色以棕褐色为佳，黑色说明厌氧、白色说明无机物过多②含水率在99％左右，密度为1.002~1.006③颗粒大小为0.02~0.2mm比表面积为20~100cm2／mL之间④弱酸性(pH约为6.7)当进水改变时，对进水pH的变化有一定的承受能力。第41页/共107页（1）吸附阶段

污水中的污染物与活性污泥微生物充分接触过程中，被具有巨大比表面积（可达2000～10000m2/m3）且表面有多糖类粘性物质的活性污泥微生物所吸附及粘连，从而使污水得到净化。（2）氧化阶段

活性污泥在有氧条件下，以吸附及吸收的一部分有机物为营养，进行细胞合成，以另一部分进行分解代谢，并释放能量。（3）絮凝体的形成与凝聚沉淀阶段

氧化阶段合成的菌体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。二、活性污泥的净化反应过程第42页/共107页三、活性污泥的性能指标（1）污泥沉降比（SV）污泥沉降比是指一定量的曝气池混合液，静止30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比，是控制运行的重要指标之一。一般在15％～30％。（2）污泥浓度（MLSS）指曝气池单位混合液中所含悬浮固体的质量（g/L或mg/L），反映微生物的量。一般MLSS值控制在2～4g/L。第43页/共107页（3）污泥（容积）指数（SVI）是指曝气池混合液静止30min后，1g干污泥湿时所占有的体积（mL/g）。即SVI（mL/g）＝SV/MLSS

注：SVI过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物含量多，缺乏活性和吸附能力；SVI过高，说明污泥难于凝聚沉降，已经发生或即将发生污泥膨胀。（4）污泥密度指数（SDI）曝气池混合液在静置30min后，含于100mL沉降污泥中的活性污泥悬浮固体的克数。SDI=100/SVI第44页/共107页四、活性污泥净化反应的影响因素1、溶解氧；2、水温；3、营养物质；4、pH；5、有毒和有抑制物质；6、有机负荷率。*有机负荷率：曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机基质量。第45页/共107页五、曝气（一）曝气的作用

向液相供给溶解氧，并起搅拌和混合作用。活性污泥处理系统至今已形成相当完整、充实的废水生物处理体系，有适应多种形势的曝气池、运行方式和曝气装置。第46页/共107页（二）曝气池的流态1、推流式曝气池第47页/共107页2、完全混合式曝气池第48页/共107页（三）常用的曝气设备（1）鼓风曝气曝气系统由加压设备（鼓风机）、空气扩散装置和管道三部分组成。空气以气泡的形式扩散到混合液，使气泡中的氧迅速转移到液相供微生物需要并搅拌混合液。多用于长廊式曝气池，现也用于深井曝气池。空气扩散装置第49页/共107页（2）机械曝气

机械曝气是以装在曝气池水面的表面曝气机的快速转动，进行表面充氧。按转轴的方向不同，表面曝气机分为竖式和卧式两类。竖式表面曝气机（伞型叶轮）

竖式曝气机的转轴与水面垂直，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，易使污泥破碎。第50页/共107页TNO型曝气转刷

卧式的表面曝气设备包括转刷曝气机和转盘曝气机，常用于氧化沟活性污泥法中。第51页/共107页（3）特点①表面机械曝气的氧吸收率高，鼓风曝气低，前者耗电较后者少；②鼓风曝气设备多，机械曝气设备少；③叶轮曝气适合水量较小的小型曝气池，鼓风曝气适用于大水量的大型曝气池。鼓风曝气表面机械曝气第52页/共107页六、活性污泥法运行中常见的问题

解决方法：加强管理，及时监测。当进水浓度大，出水水质差时，加强曝气提高供氧量；加大排泥量，提高进水浓度；曝气池中含碳高而使碳氮比失调时，投加含氮化合物；加氯可以起凝聚和杀菌双重作用。（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。第53页/共107页2.污泥腐化上浮污泥由于缺氧而腐化（厌氧分解），产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥上，使污泥比重变小而上浮，上浮的污泥发黑发臭。防止方法：增加曝气、及时排泥、减少曝气池进水量。（二）污泥上浮1.污泥脱氮上浮活性污泥上氮气吸附多时，由于比重降低，污泥随气体浮上水面。第54页/共107页（三）污泥的致密与减少污泥失去活性。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排放量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。污泥的致密与减少第55页/共107页解决方法：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水（处理后的废水或自来水）喷洒，打破泡沫；定时投加除沫剂（如机油、煤油等）以破除泡沫。（四）泡沫问题当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表面形成大量泡沫。它会隔绝空气与水接触，吸附大量活性污泥固体，影响环境卫生。第56页/共107页七、活性污泥法的特点及改革方向1.特点：处理能力强，出水水质好，但基建费、运行费高；能耗大，管理复杂，易出现污泥膨胀，污泥上浮等问题。第57页/共107页2.改革方向：（1）简化流程，压缩基建费；（2）节约能源，降低运行费；（3）增加功能，改善出水水质；（4）简化管理，保证稳定运行；（5）简化污泥的后处理。第58页/共107页第三节序批式活性污泥法（SequencingBatchReactor,SBR）第59页/共107页一、简介：SBR工艺即序批式活性污泥法，又称为间歇式活性污泥法，由于在运行中采用间接操作的形式，每一个反应池是一批批地处理废水，因此而得名。沉砂池SBR接触池排水污水污泥浓缩消化脱水污泥处理消毒剂SRB法的一般流程第60页/共107页二、序批式活性污泥法工艺流程SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段：进水期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw)和闲置期(idle)进水反应沉淀排水闲置（待机）第61页/共107页SRB系统反应器构造第62页/共107页曝气方式不同第63页/共107页滗水器出水第64页/共107页三、SBR工艺的特点1、对水量水质变化的适应性强、运行操作灵活；2、有机质的去除特性；3、硝化和反硝化作用；4、生物除磷；5、污泥性能与产率；6、供氧量。第65页/共107页第四节生物膜法第66页/共107页生物膜是依靠附着于固体表面滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法。主要的生物膜法有：①生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；②生物转盘；③生物接触氧化法；④好氧生物流化床等。一、生物膜法基本原理第67页/共107页（1）生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的生长周期生物膜结构示意图第68页/共107页（3）生物膜的更新与脱落生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；厌氧的代谢产物增多，气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力，易于脱落。老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来。（2）生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。

生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20C)，成熟的生物膜一般厚度为2mm。第69页/共107页生物膜法的特点：优点：（1）附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应。（2）固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。（3）降解产物污泥量少。（4）管理方便。第70页/共107页

缺点：（1）滤料表面积小，BOD容积负荷小。（2）附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差。（3）靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。第71页/共107页三、生物滤池进水初次沉淀池二次沉淀池出水生物滤池生物滤池的基本流程第72页/共107页生物滤池构造及组成

第73页/共107页（1）池体构筑物主体，多为圆形，有一定的支撑强度。（2）滤料是生物膜赖以生长的载体。特性：①比表面积要大；②能使废水以液膜状均匀分布于其表面；③有足够大的空隙率；④适合于生物膜的形成及黏附；⑤有较好的机械强度。第74页/共107页（3）布水装置布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上，常用旋转布水装置。第75页/共107页（4）排水系统排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风。由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成：渗水顶板用于支撑滤料，净化后的废水通过顶板后，即由集水沟收集排入总渠。第76页/共107页影响生物滤池功能的主要因素（1）滤床的比表面积和空隙率；（2）滤床的高度；（3）负荷（有机负荷、水力负荷）；（4）回流；（5）供氧。第77页/共107页四、生物接触氧化法

一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺。接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式附着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，又称淹没式生物滤池。进水出水初次沉淀池二次沉淀池生物接触氧化池第78页/共107页1.主要特点：①具有较高的容积负荷（比表面积、溶氧）；②不需要污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理简单；③对水量水质的波动有较强的适应能力（完全混合型）；④污泥产量略低于活性污泥法。第79页/共107页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、上层填料框架

7、填料8、下层框架池体构造2.生物接触氧化池的构造

由池体、填料、布水系统和曝气系统组成；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.5～1.5m之间；第80页/共107页①曝气装置与填料设在不同隔间内。填料区水流较稳定，有利于生物膜的生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落；可采用鼓风曝气或表面曝气装置；较适用于深度处理。②曝气装置直接安设在填料底部。曝气装置多为鼓风曝气系统；可充分利用池容；填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；检修较困难。

根据曝气装置与填料的相对位置，氧化池分为两大类：第81页/共107页3.填料填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料及球状悬浮型填料等。软性填料

半软性填料悬浮型填料

第82页/共107页接触氧化池中的软性填料第83页/共107页第五节吸附生物降解法第84页/共107页吸附生物降解法简介吸附生物降解法（adsorptionbiodegradation）简称为AB工艺，为德国亚琛大学发明，是一种超高负荷活性污泥法。A段B段进水格栅沉砂曝气吸附中间沉淀最终沉淀曝气出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥吸附降解法工艺流程第85页/共107页AB法工艺特点①A段污泥负荷很高，泥龄短，水力停留时间短；②A段和B段的微生物群体特性明显不同；③不设一沉池，使A段成为一个开放性的生物动力学系统；④A段可以根据污泥组分的不同实行好氧或缺氧运行。第86页/共107页第六节氧化沟活性污泥法第87页/共107页一、氧化沟技术简介氧化沟（oxidationditch）——是活性污泥法的一种变形，又名循环曝气池、无终端曝气系统。20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的，1954年在荷兰首次投入使用，由于其优点，现在已被国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。第88页/共107