第九章水环境污染控制

第三章

水环境污染控制与治理的

生态工程及微生物学原理有机污水的生物处理典型的城市污水处理厂机械法污水处理生物法污水处理污泥处理活性污泥的组成Ma——活性微生物群体Me——微生物内源代谢自身氧化的残留物Mi——原污水夹入的不能为微生物降解的惰性有机物Mii——原污水夹入的无机物活性污泥（混合液悬浮固体MLSS）MaMeMiMii活性污泥的结构与功能中心：菌胶团。活性污泥净化废水的机理：吸附、分解氧化、生物活性、自我繁殖、良好的沉降性能。

活性污泥的组成好氧细菌：以异养型的原核细菌为主，形成菌胶团——在活性污泥中具有十分重要的作用，是污水处理的主力军——净化污水的第一承担者，也是主要承担者。真菌——与活性污泥有关的真菌是微小的腐生或寄生的丝状菌。这种真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能。大量繁殖时会引起污泥膨胀。原生动物——肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫等，主要摄食的对象是细菌，原生动物在种属和数量上随水处理的水质和细菌的状态而改变。后生动物（主要指轮虫），在完全氧化活性污泥法系统如延时曝气系统才出现。轮虫出现是水质稳定的标志。原生动物是细菌的第一捕食者，后生动物摄食原生动物，是生态系统的第二捕食者。Ma的主要组成有机物细菌原生动物后生动物活性污泥物理性能颜色：黄褐色。气味：泥土的芳香。密度：1.002－1.006。比表面积：20－100cm2/mL污泥。颗粒尺寸：0.02－0.2mm或20－200微米。含水率：大于99％。小于1％的含固率中，有机成分75－85％，无机成分15％－25％。污泥指标污泥干重（MLSS）挥发性污泥浓度（MLVSS）污泥沉降比（SV）：30min沉降率污泥指数（SVI=SV/MLSS）:每克干污泥所形成的沉淀污泥的体积微生物量的指标混合液悬浮固体浓度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii组成混合液挥发固体浓度（MLVSS），由MLVSS=Ma+Me+Mi组成SV：污泥沉降比（SettlingVelocity），又称30min沉降率（比）。混合液在量筒内静置沉淀30min后沉淀污泥的容积与原混合液容积的百分比。一般低于30％认为沉降性能好。SVI：活性污泥体积指数（SludgeVolumnIndex），指曝气池混合液沉淀30min后，每单位重量干泥形成的湿泥的体积（mL／g），通常SVI为100。测定方法：①在曝气池出口处取混合液试样；②测定MLSS(g／L)；③把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积(mL)；④按下式计算：好氧处理的基本原理

二、好氧活性污泥净化废水的作用机理氧化沟法三、好氧活性污泥法的几种处理工艺流程Carrousel式氧化沟

荷兰DHV公司表曝机交替工作式氧化沟曝气转盘设备(美国USFilter产品)曝气转刷设备(OTV-Gruger产品)SBR法SBR法SBR反应器AB法

氧化塘又名稳定塘或生物塘，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、功能划分四、氧化塘中的微生物群落及其处理废水机制净化原理五、菌胶团的作用有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境为原生动物、微型后生动物提供附着场所具有指示作用六、原生动物及微型后生动物的作用

(一)净化废水作用提问:有哪些作用?①直接参与废物的去除捕食水中的悬浮的有机废物颗粒（细菌主要吃溶解性污染物）②吞噬细菌，净化出水水质细菌（尤其使游离细菌）本身也是有机污染物；提问：游离细菌转化为原生动物同样是有机污染物，净化何在呢？3kg1kgCO2+H2O+盐2kg同理可知：食物链越长，净化效果远好。③产生絮凝物质，促进活性污泥的形成活性污泥颗粒主要是由细菌絮凝而成，实验证明小口钟虫、累枝虫和草履虫等纤毛虫能分泌一些粘性多糖，使他们能够附着在小的絮凝体上，同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。生产上常常发现在活性污泥培养初期，一旦处理系统中出现固着型纤毛虫，随后就可看到活性污泥絮体的形成并逐渐增大。(二)指示生物作用①依据原生动物数量、种类、优势种、个体活性与水质的相关规律。②优越性提问:与水质分析及细菌观察、计数相比好处何在?Ⅰ.观察测量容易仅需低倍显微镜即可活体观察Ⅱ.快速预报通常污水处理厂每天都要对本厂的出水进行水质监测，若超过国家规定的标准，就要及时追查原因，以求解决。湖南石油化工厂的曝气池中的有柄纤毛虫与BOD5统计数据各厂情况不同，需独立总结。但有些数据当天得不到如BOD5，根据原生动物与BOD5的对应关系，则可以作出快速的判断，缩短发现问题、解决问题的时间。③普遍规律如若发现群体的纤毛虫缩成一团钟虫的柄脱落纤毛虫接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊表明水中？存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。Ⅰ.水质毒物判断

有些原生动物对水中的溶解氧变化十分敏感。如钟虫细胞前端出现气泡，运动迟缓，说明水中充氧不足，或溶氧过高、过低，水质将变坏。反之则表明溶解氧情况适中良好

Ⅱ.溶解氧判断Ⅲ.曝气池处理效果的判断

二、好氧生物膜法生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等。生物填料悬浮型生物填料投加量普通接触氧化水解调节池好氧或厌氧流化床好氧好氧或厌生物塘或厌氧滤池

反应池体积%

8-13515-253-540-601cm

人工填料悬挂型填料弹性立体填料网片式立体填料软性填料生物填料上的生物膜生物滤床浸没式生物膜反应器生物滤床顶盖旋转喷淋装置填料浸没式给气装置出水入水普通生物滤池生物转盘(一)好氧生物膜中的微生物群落根据位置与功能不同——生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。普通滤池内生物膜的微生物群落表横向纵向各不相同滤扫生物膜面生物膜生物2~3mm0.3mm好氧区生物滤池（塔）中的分层特征表相当于多污带相当于中污带相当于寡污带同一类型废水

好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比优缺点对比好氧生物膜的培养自然挂膜法活性污泥挂膜法优势菌种挂膜法第二节活性污泥膨胀和控制对策提问：什么是活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。本质—污泥密度变小或黏附能力下降。分非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类1.非丝状污泥膨胀①

曝气力度过大，污泥碎裂膨胀提问：原因——？气泡夹带,密度降低；气泡机械破碎；细菌处于对数期多糖分泌减少②缺氧、厌氧膨胀漂泥提问：原因——？二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化N2、CH4)③进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；提问：原因——？油及泡沫降低污泥密度④生物中毒（pH波动大、补碱过量、温度过高、CODcr浓度骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）污泥膨胀原因——？细菌——休克死亡、粘液分泌减少⑤新污泥膨胀现象未驯化污泥对新类型废水不适应，不沉降或沉降极慢，长时间曝气驯化后恢复正常；原因——丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长丝状菌过渡生长的环境因素：A.

温度B.溶解氧（DO）C.

可溶性有机物及种类D.

有机物浓度（C/N）2.丝状污泥膨胀（95％污泥膨胀）

废水C/N比高，N少；无机金属离子较少原因——菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在稀溶液中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境（包括溶解氧、各种营养物）的生长；E.毒物冲击原因—菌丝体耐受能力强3.污泥膨胀的预防与控制对策提问：基于上述原理如何预防污泥膨胀？A.设调节池(及事故池)控制高负荷（BOD、毒物）冲击B.

控制溶解氧溶解氧浓度必须控制在2mg/L以上。C

调节废水的营养配比尽量逼近BOD5与N和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。补N——尿素或含氮量高的污泥消化池上清液补P——磷酸钠D.控制有机负荷BOD5

的污泥负荷在0.2~0.3kg/（kgMLSS∙d）为宜E.

改革工艺将活性污泥法改为生物膜法在曝气池中加填料改为生物接触氧化法SBR(即序批式间歇曝气反应器)法第三节厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;一、厌氧法的优点提问：优点有哪些？1．产生的沼气可用于发电或作为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电5400度电。2．对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350~500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。4．产生的污泥量少，运行费用低?繁殖慢；不需要曝气基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点提问：？1．出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；2．对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，37℃。3．厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。二、厌氧法的缺点4.初次启动过程缓慢,处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功5．处理过程中产生臭气和有色物质提问：是什么？臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。

三、厌氧活性污泥法（一）．厌氧活性污泥的性质和组成由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm以上。微生物的组成主要有六种：由外到内水解细菌、发酵细菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸细菌、产甲烷菌

其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架厌氧法的基本原理废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(anaerobicmicrobes)(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌(fermentativebacteria)、产氢产乙酸细菌(acetogenicbacteria)和产甲烷细菌(methanogenicbacteria)的联合作用完成。厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。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H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。厌氧消化过程中的主要微生物——发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌

1、发酵细菌（产酸细菌）：

主要功能：水解：在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；酸化：将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；

主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；——发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌

2、产氢产乙酸菌

主要功能：将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；

主要反应：乙醇：CH3CH2OH+H2OCH3COOH+2H2

丙酸：CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2

丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2

主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；厌氧消化过程中的主要微生物——发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌

3、产甲烷菌

主要功能：将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；

主要类型：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌；厌氧消化过程中的主要微生物（1)由酸和醇的甲基形成甲烷CH3COOH→CH4+CO24CH3OH→3CH4+CO2+2H2O（2）由醇的氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸2CH3CH2OH+CO2→CH4+CH3COOH（3）脂肪酸有时用水作还原剂或供氢体产生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2O→CH4+4CH3COOH（4）利用氢使二氧化碳还原形成甲烷4H2+CO2→CH4+2H2O（5）在氢和水存在时，CO还原形成甲烷3H2+CO→CH4+H2O厌氧消化的三个阶段和COD转化率在厌氧生物处理系统中，由于内部各区域生态位的差异，造成非产甲烷细菌、产甲烷菌中各类群细菌有规律的出现演替。在非完全混合反应器中，优势种群沿水流方向有演替规律。通过各种群体相互利用、相互制约，构成一个稳定的生态系统，保证生物代谢正常进行。厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替非产甲烷菌为产甲烷菌提供生长繁殖的底物；非产甲烷菌为产甲烷菌创造了适宜的氧化还原电位；非产甲烷菌为产甲烷菌消除有毒物质；产甲烷菌为非产甲烷菌的生化反应解除了反馈抑制；非产甲烷菌和产甲烷菌共同维持环境中的适宜pH值。非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系厌氧活性污泥处理的工艺流程其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废水调节池热交换器↑37℃厌氧活性污泥反应器气柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥厌氧生物膜法主要指厌氧滤器（AF）沼气出水进水AF构造特征废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。厌氧生物反应器发展工作原理2级(平流沉淀+厌氧污泥消化)全国各地使用广泛，为生活污水的预处理——液固分离处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器——化粪池缺点：污泥量少、易被带出，静态消化

克服了第一代的缺点，且处理污水第二代厌氧反应器UASB反应器influentSludgebed污泥沉降沼气阻挡收集effluent上流式厌氧污泥床反应器，简称UASB