环境工程第三章水质净化与水污染控制工程

1、第 一 篇 水质净化与水污染控制工程,第一章 水质与水体自净 第二章 水的物理化学处理方法 第三章 水的生物化学处理方法 第四章 放射性废水处理方法,第三章 水的生物化学处理方法,第一节 废水处理微生物学基础 第二节 好氧悬浮生长系统处理技术 第三节 好氧附着生长系统处理技术 第四节 厌氧生物处理技术 第五节 废水除磷脱氮技术,第三章 水的生化处理方法,自然环境中大量微生物的存在,微生物具有分解有机物并将其转化为无机物的能力,自然环境中微生物分解作用的限制因素,-数量 -生存环境,第三章 水的生化处理方法,-分解环境中的有机物，治理污染,微生物的分类 微生物是一个统称，包括所有形体微小，借助显

2、微镜才可看见的微小生物。 病毒和类病毒 原核微生物 真核微生物,微生物的特点 个体极小。微生物的个体极小，由几纳米（nm）到几微米（m），要通过光学显微镜才能看见。 分布广，种类繁多。微生物极小，很轻，能附着于尘土随风飞扬，飘洋过海，栖息在世界各处。同一种微生物世界各地都可能有。微生物的营养类型和代谢途径也具有多样性，从无机营养到有机营养，能充分利用自然资源。微生物的呼吸类型具有多样性，在有氧环境、缺氧环境，甚至是无氧环境均有能生活的种类。环境的多样性（如极端高温、高盐度和极端pH）造就了微生物的种类繁多和数量庞大。,微生物的特点 繁殖快。大多数微生物以裂殖方式繁殖后代，在适宜的环境条件下，十

3、几分钟至二十分钟就可繁殖一代。在物种竞争上取得优势，这是生存竞争的保证。 容易变异。多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质 DNA的改变而发生变异。或者变异为优良菌种，或使菌种退化。,第三章 水的生化处理方法,水的生化处理方法：在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化降解有机物效率的水处理方法。,去除对象：水中溶解性和胶体性的有机物 磷、氮等营养物,第三章 水的生化处理方法,优点：投资省、运行费用低、处理效果好,第一节 废水处理微生物学基础,污泥（activated sludge） 由各种微生物、有机物和无机物胶体

4、、悬浮物构成的结构复杂、肉眼 可见的绒絮状的微生物共生体。,细菌、真菌 原生动物、后生动物,对有机污染物具有很强的吸附能力和降解能力,第三章 水的生化处理方法,污泥是由有生命的细胞和无生命的物质所组成的特殊结构,一、废水处理中的微生物,细菌假单孢菌属以有机物为碳源和氮源 真菌霉菌分解碳水化合物、脂肪、 蛋白质和其它含氮化合物 藻类绿球藻类等提高溶解氧浓度 原生动物肉足纲等吞噬有机物、分散细 菌、降低污水混浊度；促进生物污泥絮凝 后生动物轮虫吞噬有机物、细菌、絮体,第三章 水的生化处理方法,图 废水生化体系能量金字塔,细 菌,常见的三种细菌典型形态 A.球菌 B.杆菌 C.弧菌,第三章 水的生化

5、处理方法,细菌 假单孢菌属 以有机物为碳源和氮源,根霉,真 菌,第三章 水的生化处理方法,真菌 霉菌 分解碳水化合物、脂肪、蛋白质和其它含氮化合物,青霉,青霉,青霉,毛霉,藻 类,第三章 水的生化处理方法,藻类 绿球藻类等 提高溶解氧浓度,原 生 动 物,第三章 水的生化处理方法,原生动物 吞噬分散细菌和有机物，降低污水混浊度；促进生物污泥絮凝,肉足纲,纤 毛 纲,纤毛纲,鞭毛纲,鞭毛纲,后 生 动 物,第三章 水的生化处理方法,后生动物 轮虫 吞噬有机物、细菌、污泥絮体,轮 虫,甲壳类,摇蚊,二、微生物的生理学特性,（一）微生物酶,1、酶是由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的生物催化剂。

6、2、生物包括细菌几乎所有的生化反应都需要酶的催化。作为生物催化剂酶具有高效性、专一性、温和的催化条件等优点，同时由于酶是蛋白质，因而也有容易失活的缺点。,4、酶的活力大小用酶所催化反应的反应速度来表示，影响酶促反应速度的因素有温度、 pH 、底物浓度、酶浓度、激活剂、抑制剂等。,3、绝大多数酶是蛋白质。根据存在位置的不同酶有胞内酶和胞外酶之分；根据酶促反应类型的不同，酶分为水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶六大类；根据酶的合成受环境影响的情况酶分为组成酶和诱导酶。,第三章 水的生化处理方法,（二）微生物的代谢过程,第三章 水的生化处理方法,二、微生物的生理学特性,微生物从外界环

7、境中不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外，这个过程称为新陈代谢（简称代谢）。,（二）微生物的代谢过程,第三章 水的生化处理方法,二、微生物的生理学特性,水。它有助于营养物质的溶解和吸收，保证细胞内、外各种生物化学反应的正常进行。 碳源。凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。 氮源。凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。 无机盐。无机盐的生理功能包括：构成细胞组分；构成酶的组分和维持酶的活性；调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；供给自养微生物能源。 生长因子。微生物需要的生长因子有B族维生素、维生素C、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素及烟酸

8、等。多数异养微生物及自养微生物有合成生长因子的能力。,（三）微生物的营养,二、微生物的生理学特性,凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。 无机营养微生物无机营养也称为无机自养。 这一类型的微生物具有完备的酶系统，合成有机物的能力强，CO2、CO和CO32-中的碳素为其惟一的碳源，能利用光能或化学能在细胞内合成复杂的有机物，以构成自身的细胞成分，而不需要外界供给现成的有机碳化合物。因此，又称自养微生物。 有机营养微生物有机营养微生物也称为异养微生物。 这类微生物具有的酶系统不如自养微生物完备，它们只能利用有机碳化合物作为碳素营养和能量来源。 异养微生物又分为光能异养微生物和化能异养微生物。,（

9、三）微生物的营养,二、微生物的生理学特性,混合营养微生物混合营养微生物是既可以利用无机碳(CO2、CO32-等)作为碳素营养，又可以利用有机碳化合物作为碳素营养的微生物，即兼性自养微生物。,（三）微生物的营养,二、微生物的生理学特性,（四）微生物的呼吸 微生物呼吸作用的本质是氧化与还原的统一过程，这个过程中有能量的产生和能量的转移。 （1）发酵。在无外在电子受体时，微生物氧化一些有机物。有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物（即分子内的低分子有机物）为最终电子受体，释放少量能量，其余的能量保留在最终产物中。这一过程称为发酵。 （2）好氧呼吸。当存在外在的最终电子受体分子氧（O2）时，底物可全

10、部被氧化成 CO2和 H2O，并产生 ATP。这种有外在最终电子受体（O2）存在时对能源的氧化称为好氧呼吸（或呼吸作用）。 （3）无氧呼吸在电子传递体系中，最终电子受体不是氧气,而是氧气以外的无机化合物，如 NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等。这种对能源的氧化称为无氧呼吸。,二、微生物的生理学特性,（五）微生物的生存因子 （1）温度。任何微生物只能在一定的温度范围内生存，在适宜的温度范围内微生物能大量生长繁殖。 （2）pH。微生物的生命活动、物质代谢与pH有密切关系。 不同的微生物要求不同的pH。 凡对pH的变化适应性比较强的微生物，对pH要求不甚严格;而对pH变化适应性不强

11、的微生物，则对pH要求严格。过高或过低的pH对微生物是不利的。 （3）氧化还原电位。各种微生物要求的氧化还原电位是不同的。 （4）溶解氧。根据微生物的呼吸与分子氧的关系，微生物被分为好氧微生物、兼性厌氧（或叫兼性好氧）微生物及厌氧微生物。,二、微生物的生理学特性,还有其他如太阳辐射、水的活度与渗透压、有毒物质等生存因子。,氧与好氧微生物的关系。必须在有氧存在的条件下才能生长的微生物，叫好氧微生物。 氧与兼性厌氧微生物的关系。兼性厌氧微生物既具有脱氢酶也具有氧化酶，所以，既能在无氧条件下，又可在有氧条件下生存。然而，在两种不同条件下，所表现的生理状态是很不同的。 在好氧生长时，氧化酶活性强，细胞

12、色素及电子传递体系的其他组分正常存在；在无氧条件下，细胞色素和电子传递体系的其他组分减少或全部丧失，氧化酶不活动，一旦通入氧气，这些组分的合成很快恢复。,氧与厌氧微生物的关系。只有在无氧条件下才能生存的微生物，叫厌氧微生物。它们进行发酵或无氧呼吸。 厌氧微生物又分为两种： 一种是要在绝对无氧条件下才生存，一遇氧就死亡的叫专性厌氧微生物。 另一种是氧的存在与否对它们均无影响，存在氧时它们产能代谢不利用氧也不中毒。,三、细菌生长曲线及Monod公式,（一）细菌的生长曲线,t,1、细菌重量变化曲线,第三章 水的生化处理方法,活细菌重量mg/L,2、细菌数量的生长曲线,稳定期,衰老期,总菌数,活菌数,

13、第三章 水的生化处理方法,生长速率,（二）微生物生长动力学（Monod公式）,比增长速度与基质浓度间的关系,比增长速率,增殖速率,第三章 水的生化处理方法,第三章 水的生物化学处理方法,第一节 废水处理微生物学基础 第二节 好氧悬浮生长系统处理技术 第三节 好氧附着生长系统处理技术 第四节 厌氧生物处理技术 第五节 废水除磷脱氮技术,第二节 好氧悬浮生长系统,二、氧化塘法,一、活性污泥法,第三章 水的生化处理方法,1.活性污泥法的基本原理 (1)活性污泥及其组成 如果向一定量的生活污水中，不断鼓入空气，维持水中有足够的溶解氧，那么，经过一段时间后，水中就会出现一种褐色的絮凝体。里面充满着各种各

14、样的微生物，这种污泥絮凝体就叫活性污泥。,一、活性污泥法,第三章 水的生化处理方法,通过生物学和化学分析，活性污泥由活性微生物，微生物内源呼吸残余物，吸附在活性污泥上的惰性的不可降解的有机物和虽可降解但尚未降解的有机物和惰性无机物组成。 活性污泥具有很大的比表面积，对水中的有机物具有很强的吸附凝聚和氧化分解能力，同时，在适当的条件下，具有良好的自身凝聚和沉降性能。 活性污泥法就是利用活性污泥净化废水中有机污染物的一种方法。,一、活性污泥法,一种依靠在曝气池内呈悬浮、流动状态的微生物群体的凝聚、吸附、氧化分解等作用来去除污水中有机物的方法。,水体自净的人工强化,活性污泥,基 本 原 理,第三章

15、水的生化处理方法,图 活性污泥法的基本流程,有机废水经初次沉淀池（无悬浮物时可不设）预处理后，进入曝气池，在曝气池中要不断进行曝气，以充分提供曝气池内的微生物降解有机物所需要的溶解氧。 曝气池中的混合液不断排出，进入二次沉淀池，经固液分离后，处理后的水不断从二次沉淀池排出。 沉降下来的活性污泥一部分要不断回流到曝气池，以保持曝气池内有足够的微生物来氧化分解废水中的有机物。 同时将增殖的多余的活性污泥不断地从二次沉淀池中通过剩余污泥排放系统排出。,活性污泥法的基本流程,曝 气 池,第三章 水的生化处理方法,沉 淀 池,活性污泥法净水的三阶段,（1）吸附阶段 （2）氧化阶段 （3）絮凝体形成与凝聚

16、沉降阶段,1、基本原理,第三章 水的生化处理方法,吸附阶段 由于活性污泥具有巨大的比表面积且表面有多糖类黏性物质，在污水与活性污泥混合接触后很短的时间（1040min）内，污水中的有机污染物（主要是悬浮态和胶体态的有机污染物）就会被活性污泥所吸附。 在吸附阶段，同时也进行有机物的氧化及细胞合成，但吸附作用是主要的。,活性污泥法净水的三阶段,氧化及合成阶段 在有充足的溶解氧的条件下，活性污泥微生物将吸附的有机物中的一部分进行氧化分解，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，并获得合成新细胞所需要的能量；而另一部分有机物则用于合成新的细胞物质。在这一阶段，活性污泥还要继续吸附污水中残存的有机物。 这

17、一阶段进行得很缓慢，所需时间也比第一阶段长得多。 实际上曝气池主要是在进行有机物的氧化分解和微生物细胞的合成。,活性污泥法净水的三阶段,絮凝体的形成与凝聚沉淀阶段 水中能形成絮凝体的微生物很多，可形成大块菌胶团; 微生物摄食过程释放的黏性物质促进凝聚。在不同的条件下，细菌内部的能量不同，当外界营养不足时，细菌内部能量降低，表面电荷减少，细菌颗粒间的结合力大于排斥力，形成绒粒；而当营养充足时，细菌内部能量大，表面电荷增大，形成的绒粒重新分散。 沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同污水分离的过程。 固液分离的好坏，直接影响出水水质，活性污泥法的处理效率同其他生物处理方法一样，应包括二次沉淀池的效率，即

18、用曝气池及二次沉淀池的总效率表示。 除了重力沉淀外，也可用气浮法进行固液分离。,活性污泥法净水的三阶段,1、基本原理,影响活性污泥增长的因素,（1）溶解氧 （2）营养物 （3） pH和温度 （4）有毒害物质浓度,（1）混合液悬浮固体（MLSS） （2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS） （3）污泥沉降比（SV） （4）污泥指数（SVI） （5）污泥龄（c）,评价活性污泥性能指标（生物相）,第三章 水的生化处理方法,混合液悬浮固体（MLSS）,悬浮物中绝大多数为细菌时,计算,称重,MLSS悬浮物,第三章 水的生化处理方法,混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）,悬浮物中除细菌外还有大量无机悬浮物时,

19、550 下 灼烧2h,MLSS,W无,MLVSS（挥发性悬浮物）=细菌群体的干重量 MLSS W无,第三章 水的生化处理方法,污泥沉降比（SV）和污泥指数（SVI）,第三章 水的生化处理方法,SV: 曝气池混合液在100mL量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混合液的百分数。SVI：即污泥容积指数，指曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的容积（50-150）,丝状污泥膨胀,污泥膨胀指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。,第三章 水的生化处理方法,丝状污泥膨胀,污泥膨胀原因：细菌不能分解代谢过量的有机物而分泌过量含大量亲水基团的多糖类物质，从而使泥

20、水不能进行有效的分离。进水BOD5负荷、水质冲击负荷、营养物、DO、污泥耗氧速率等。低DO、低MLSS浓度和高BOD5负荷条件容易引发活性污泥高粘性污泥膨胀。,第三章 水的生化处理方法,2、曝气方法与曝气池构造,曝气方法,（1）鼓风曝气,加压设备 管道系统 扩散装置,第三章 水的生化处理方法,加压设备：回转式或离心式鼓风机,（2）机械曝气（叶轮和转刷）,（3）鼓风与机械并用曝气,扩散装置：小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切等,利用曝气池内的叶轮等设备的转动，剧烈搅动水面，将空气吸入水中，迅速更新气液界面，使空气溶入水中。,2、曝气方法与曝气池构造,曝气方法,（1）鼓风曝气,第三章 水的生化处理方

21、法,（2）机械曝气,机械曝气设备分叶轮和转刷两类,第三章 水的生化处理方法,2、曝气方法与曝气池构造,曝气池类型与构造,（1）推流式曝气池（鼓风曝气）,（2）完全混合式曝气池（叶轮式机械曝气）,（3）循环混合曝气池（氧化沟，转刷曝气）,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,（1）普通活性污泥法,缺点：（1）供氧量与需氧量不一致； （2） 不能适应冲击负荷。,第三章 水的生化处理方法,此法的特点是曝气池进口处有机物浓度高，沿池长逐渐低，需氧量也是沿池长逐渐降低（如图所示）。 当进水有机物浓度较低，回流 污泥量大时，进口端污泥增长可能 处于稳定期； 当进水有机物浓度较高，则进 口端污

22、泥增长可能处于对数增长期， 通过较长时间的曝气，曝气池出口 处微生物的生长已进入内源呼吸期， 这时污水中有机物极少，活性污泥容易在沉淀池中混凝、沉淀.,图 曝气池中需氧量与供氧量的关系,（2）阶段曝气法-渐减曝气法,供氧量与需氧量不一致,渐减曝气活性污泥法（曝气）,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,（2）阶段曝气法-逐步曝气法,供氧量与需氧量不一致,逐步曝气活性污泥法（污水）,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,图 曝气池中需氧量与供氧量的关系,（3）完全混合法,（1）对冲击负荷的适应能力较强 （2）控制整个池子处于良好的工作情况,第三章 水的生化处理方法,与

23、传统曝气法的主要区别：混合液在池内呈充分混合循环流动，污水与回流污泥进入曝气池后立即与池内原有混合液充分混合，进行吸附和代谢活动。,3、活性污泥法的运行方式,（4）生物吸附法,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,在吸附池内，有机物被污泥吸附后，污泥和污水一起流入沉淀池，将回流污泥引入再生池进行氧化分解，并采取不投食料的空曝方式，使微生物处于高度饥饿状态，从而使污泥具有很高的活性。然后将恢复活性后的污泥引入吸附池，吸附污水中的有机物，如图 (a)所示。 污水中有机物的被吸附和污泥的再生也可以在一个池内的两个部分进行，如图 (b)所示。此时，池前部为再生段，后部为吸附段，污水由吸附

24、段进入池内。与传统活性污泥法一样，吸附再生法也采用推流式池型。,图 吸附再生曝气法流程示意图,（5）氧化沟,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,氧化沟工艺 氧化沟是一种呈封闭环状沟形的污水处理构筑物，污水与活性污泥的混合液在沟中经长时间（一般为1530h)的循环流动而得到净化。氧化沟的有机BOD负荷通常很低，污泥龄长。 这种沟形结构，具备了推流式和完全混合式的双重特点。 首先，污水进入沟中，立即与沟内混合液完全混合并经几十圈的循环，各点的污染物浓度基本一样。当高浓度工业废水进入沟后，其浓度会很快被稀释，这就是氧化沟工艺抗冲击负荷能力强的原因。 其次，从循环一圈来看，氧化沟又具有

25、推流式的特征。 因此，可以认为氧化沟工艺综合了推流式和完全混合式曝气池的优点。,（6）序批式活性污泥法,序列间歇式活性污泥法（SBR） （Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）,按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,SBR工艺基本操作工程,SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，

26、无污泥回流系统。,一般来说，SBR工艺的一个运行周期包括5个阶段: 阶段1为进水期(曝气或不曝气)，污水在该时段内连续进入处理池内，直至达到最高运行液位； 阶段2为反应期，在该期内既不进水也不排水,但开启曝气系统进行曝气，使污染物进行生物降解； 阶段为沉淀期，在该时段内不进水也不排水，也不曝气,反应池处于静沉状态，进行泥水分离； 阶段4为排水排泥期，在该期内将分离出的上清液连续排出，将沉淀分离出的活性污泥中的部分污泥作为剩余污泥排出; 阶段5为闲置期，在该期内微生物通过内源呼吸作用恢复 其活性，为下一运行周期创造良好的初始条件。,（7）膜生物反应器, 利用微生物对水中有机物进行生物转化，然后用

27、膜组件分离生物处理产生的污泥的一种特殊的反应器,1,2,剩余污泥,废水,循环,净化水,1,2,剩余污泥,废水,净化水,分置式生物反应器,一体式生物反应器,1、生物反应器 2、膜组件,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,（7）膜生物反应器, 利用微生物对水中有机物进行生物转化，然后用膜组件分离生物处理产生的污泥的一种特殊的反应器,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,中空纤维膜制备,（7）膜生物反应器, 利用微生物对水中有机物进行生物转化，然后用膜组件分离生物处理产生的污泥的一种特殊的反应器,第三章 水的生化处理方法,3、活性污泥法的运行方式,膜生物反应器工程图,（

28、1）纯氧曝气法 就是用氧气代替空气的活性污泥法。 其目的是通过提高供氧能力，增加混合液污泥浓度，加强代谢过程，达到提高污水处理的效能。 纯氧曝气能使曝气池内的溶解氧维持在 610mg/L，在这种高浓度的溶解氧状态下能产生密实易沉的活性污泥，即使污泥负荷达 1.0 kgBOD5/(kgMLSSd)也不会发生污泥膨胀现象，所以能承受较高负荷。 由于污泥密度大，SVI值较小，沉淀性能好，易于沉淀浓缩，在曝气池内，污泥浓度可达47g/L,从而增大了容积负荷(26倍)，缩短了曝气时间。 此外还具有可能缩小二次沉淀池容积，不需浓缩池，剩余污泥量少，剩余污泥浓度高，容易脱水，尾气排放量少，减少二次污染，占地

29、少等优点。,4、 活性污泥法的发展,（2）深水曝气法 深水曝气可使氧的转移率和水中溶解氧浓度大幅度提高，动力效率提高，较少了动力消耗，使处理成本降低。 由于溶解氧浓度高，可缩短曝气时间，提高容积负荷率，减少剩余污泥量等。,4、 活性污泥法的发展,（3）粉末活性炭活性污泥法 该方法是一种以活性炭吸附结合生物氧化的综合处理法。其特点是向曝气池内投加粉末活性炭，使混合液内的活性炭保持一定浓度。 这种措施能够提高活性污泥法的净化功能，改善出水水质,提高对有毒物质和重金属等冲击的负荷承受能力；并且有较好的脱色、除臭、消泡的效果，能改善污泥的凝聚沉淀性能，提高二次沉淀池和污泥脱水设备的能力，避免产生污泥膨

30、胀等。,4、 活性污泥法的发展,（4）两级活性污泥法 两级活性污泥法简称AB法（吸附传统活性污泥法）。 第一级（A级）为高负荷的吸附级； 第二级（B级）为常负荷降解级。 A、B两级串联运行，独立回流形成两种各自与其水质和运行条件相对应的完全不同的微生物群落。 A级负荷高，停留时间短（0.5h），污泥龄短(0.30.5d),限制了高级微生物的生长，因此，在A级内仅有活性高的细菌。 B级相反，一方面，A级的调节和缓冲作用，使 B级进水相当稳定; 另一方面，B级负荷比较低。 因此，许多原生动物可以在B级内良好地生长繁殖。,4、 活性污泥法的发展,（5）活性污泥法脱氮 活性污泥法脱氮是生物脱氮的一种，

31、生物脱氮包括硝化和反硝化两个反应过程。 硝化是污水中的氨氮在好氧条件下，通过好氧细菌（亚硝酸菌和硝酸菌）的作用，被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐的反应过程。首先，由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，再由硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。 反硝化即脱氮，是在缺氧条 件下，通过脱氮菌的作用，将亚 硝酸盐和硝酸盐还原成氮气的反 应过程。 目前广泛采用的流程如图所示。,图活性污泥法脱氮系统流程,4、 活性污泥法的发展,这种流程的特点是前置反硝化流程，硝化后部分水回流到前面的反硝化池，以提供硝酸盐。 由于这种脱氮系统的工艺流程是让污水依次经历缺氧反硝化、好氧去碳和硝化的阶段，故又称为缺氧好氧脱氮系统，简称A/O系统。

32、目前，应用于实际的还有一种流程，如图所示。即在反硝化（缺氧）池前，再加一个厌氧池。这种脱氮系统的工艺流程是让污水依次经过厌氧、缺氧、 好氧三个阶段，故称为 厌氧缺氧好氧脱氮系统， 简称A/A/O（或A2/O）系统。,图A/A/O脱氧系统流程,5、活性污泥法安插的运行与控制 （1）活性污泥的培菌和驯化 （2）活性污泥的观察 （3）活性污泥系统的运行控制 反映处理效果的指标：进出水BOD、COD、SS、特征污染物浓度等 反映污泥情况的指标：SV、MLSS、MLVSS、SVI、微生物观察,6、活性污泥法运行中常见异常现象及防治措施 （1）污泥不增长或减少的现象（有机物浓度低，DO高） （2）溶解氧过

33、高或过低(2mg/L) （3）污泥解体（有毒物质中毒，事故性排放，DO高） （4）污泥上浮（缺氧、反硝化） （5）泡沫问题 （6）污泥膨胀： 细菌不能分解代谢过量的有机物而分泌过量含大量亲水基团的多糖类物质，从而使泥水不能进行有效的分离,二、氧化塘,滨洲污水处理厂 8万方/日,第三章 水的生化处理方法,污水在塘内经长时间缓慢流动和停留，经过微生物（细菌、真菌、藻类和原生动物）的代谢活动，使有机物降解，污水得以净化。,好氧氧化塘,兼性氧化塘,第三章 水的生化处理方法,好氧悬浮生长系统处理技术,优点：运行简便，装置简单，成本低 缺点：负荷低（1kgBOD/kgMLSS/d以下） 运行稳定性差，抗冲

34、击负荷能力弱 需要二沉池实现泥水分离,第三章 水的生物化学处理方法,第一节 废水处理微生物学基础 第二节 好氧悬浮生长系统处理技术 第三节 好氧附着生长系统处理技术 第四节 厌氧生物处理技术 第五节 废水除磷脱氮技术,好氧附着生长处理系统,好氧附着生长系统使用细菌等好氧微生物和原生动物、后生动物等好氧微型动物附着在某些载体上进行生长繁殖，形成生物膜，污水通过与膜接触，水中的有机污染物被摄取分解，使污水得以净化的系统。,生物膜法是与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺。在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物及植物营养元素即被微生

35、物吸附、稳定和氧化，最终转化为无机物和微生物细胞物质，污水得到净化。在许多情况下，生物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、具有较好的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等。,一、生物膜法的历史发展,在生物膜法处理工艺中，生物滤池是最具有代表性的结构形式，根据生物滤池在运行中是否需要供氧，生物滤池又可分为厌氧生物滤池和好氧生物滤池。而在好氧生物滤池中，根据滤池池型结构和供氧方式以及是否具有反冲洗系统，好氧生物滤池又可分为普通生物滤池和新近才兴起的曝气生物滤池。,十九世纪末，国外研究人员在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创

36、造了生物过滤法，即生物膜法的前身。 三个例证： 1）1865年德国杰出的科学家Alexandex Mueller发现带有活着的微生物的土壤过滤柱可以净化污水。 2）1868年英国Edward Frankland 发现了填装有各种卵石、砂和土壤的过滤柱具有净化污水的作用，他的工作建立在过滤净化过程中曝气的作用。,3）1893年，英国进行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验取得了良好的净化效果，作为生物膜反应器的生物滤池开始问世，并从此开始用于水处理的实践。,1890年，美国Allan Hazen发表的研究成果确切地证明：通过间隙投配污水，在过滤池中生长的需氧性微生物可以完成污水在有氧环境中的降解，

37、使出流污水达到完全卫生，这一结果导致了美国广泛采用间隙过滤法。在美国，土壤的渗透性通常要比欧洲好，且土地价格便宜，采用较大型的滤池也就变得可行。同时，在欧洲则普遍采用较粗糙的过滤填料做试验来解决空隙率的问题，其中有些过滤填料如碎焦碳本身就是工业化的副产品。滴滤池就是利用这种粗糙过滤材料而建造的。最后发展成了滴滤池最经典的生物膜法。,2. 生物膜反应器的类型与技术现状 根据生物膜反应器附着生长载体的状态，生物膜反应器可以划分为固定床和流动床两大类。 在固定床中，微生物的载体固定不动，在反应器内的相对位置基本不变；而在流动床中，附着生长载体不固定，在反应器内处于连续流动的状态。基于操作时是否有氧气

38、的参与，分为好氧状态、或者缺氧和厌氧状态。,3. 微生物膜净化污水机理,1）生物膜中参与净化的微生物群 生物膜主要是由微生物及其胞外多聚物所组成，这些微生物种类繁多，但归纳起来主要有细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等，此外还有病毒。 生物膜中的生物群与活性污泥中的生物群几乎没有大的差别，只是生物膜中微生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。,细菌、真菌类、藻类 （1）细菌 细菌是微生物膜的主体，根据所需营养的不同，可分为无机营养型的自养菌和有机营养型的异养菌，其中异养菌是生物膜中的主要细菌类型，能够从流经生物膜表面的水中获得足够的营养底物。,（2）真菌类 真菌

39、是具有明显细胞核而没有叶绿素的真核生物，生物膜上的真菌类和活性污泥不同，繁殖很快，在营养和生物环境方面和细菌有竞争关系。如真菌类过分地占有优势，生物膜得以较快增殖并变厚。真菌类占优势的条件是：温度、PH值、废水的性质、负荷等因素。一般来说，生物膜中还是以细菌占优势为宜。,（3）藻类 藻类是受阳光照射下的生物膜中的主要成分，由于出现藻类的地方只限于生物膜反应器中表层很小部分，因而对污水净化不起很大作用。,2） 原生动物 原生动物是动物界中最低等的单细胞动物，在成熟的生物膜中它们不断捕食生物膜表面的细菌，因而在保持生物膜细菌处于活性物理状态方面起着积极作用。原生动物或者以胞饮方式（一部分细胞壁凹入

40、摄取外部环境中大分子并夹紧形成其体内液泡）摄取有机物质，或者以噬菌的方式吞噬细菌、藻类和其他粒子并消化作为它们的营养物质。,3） 后生动物 后生动物是由多个细胞组成的多细胞动物，属无脊锥型。生物膜中经常出现的后生动物有轮虫类、线虫类、寡毛类和昆虫及其幼虫类。,纤毛虫,线 虫,草履虫,纤 毛 虫,菌胶团,纤毛虫,分裂中的钟虫,轮 虫,2）微生物膜及其降解有机物的机理,污水长期与滤料或某种载体流动接触，就会在其表面形成生物膜，并逐渐成熟，其标志是：生物膜沿水流方向的分布、生物膜上由细菌及各种微生物组成的生态系、对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定状态。从开始到成熟，生物膜要经过潜伏和生长两个阶段，

41、生物膜有时均匀地分布在载体表面，而有时却非常不均匀；有时仅由单层的细胞组成，而有时却相当厚，随着营养底物、时间和空间的改变而发生变化。,由于生物膜主要是由微生物细胞和他们所产生的胞外多聚物所组成，因而生物膜通常具有孔状结构，并具有很强的吸附性能。结果，我们所观察到的生物膜通常还含有大量被吸附和镶嵌于内的溶质和无机颗粒，从这个角度上说，生物膜是由有生命的细胞和无生命的无机物所组成的结构。,厌 氧层,好 氧 层,附 着 水 层,流 动 水 层,载 体,污 水,二、生物滤池,1普通生物滤池,第三章 水的生化处理方法,二、生物滤池,2.高负荷生物滤池,第三章 水的生化处理方法,容积负荷大，水力负荷大

42、滤料粒径大 旋转布水器,BOD容积负荷800-1200g/m3/d 水力负荷10-40m3/m2/d,2.高负荷生物滤池,比较三种高负荷生物滤池的工艺,第三章 水的生化处理方法,二、生物滤池,3.塔式生物滤池,第三章 水的生化处理方法,塔池高，内部形成拔风状态，改善了通风。污水自上而下滴落时，产生强烈紊动，使污水、空气和生物膜三者接触充分，提高传质效率和净化能力，可采用多级布水,BOD容积负荷2000-3000g/m3/d 水力负荷80-200m3/m2/d,二、生物滤池,4.曝气生物滤池,第三章 水的生化处理方法,（Biological aerated filter, 简称BAF),常用有三

43、种类型。 1）BIOCARBONE 2）BIOSTYR 3）BIOFOR,1） BIOCARBONE 采用比重比水大的膨胀板岩或球形陶粒，结构类似于普通快滤池。采用下向流运行，气水逆流。,图BIOCARBONE 结 构 示 意 图,2） BIOSTYR 也称悬浮滤料生物滤池。 采用密度小于1的球形聚合物颗粒滤料，漂浮在水中。曝气在滤池中间进行，根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区实现反硝化；并利用进水中的溶解氧和硝酸根离子降解BOD。缺氧段出水进入好氧段，在好氧段微生物好氧进一步降解BOD、硝化、去除SS。流出滤层的水经上部滤头排出，滤池出水除按回流比与原水混合进行

44、反硝化及用作反冲洗外，其余均排出处理系统。,BIOSTYR生物滤池,3）BIOFOR,图BIOFOR 结 构 示 意 图,以上为曝气生物滤池主要的三种形式，在世界范围内都有应用，其中BIOCARBONE为早期形式，目前大多采用BIOSTYR和BIOFOR。在国内，BIOSTYR和BIOFOR工艺均有应用，而以BIOFOR工艺为主。,BAF可分为上向流和下向流滤池，早期大多都是下向流态，但随着上向流态的众多优点被人们所认同，所以近年来绝大多数采用上向流曝气生物滤池结构。 下图即为典型的曝气生物滤池构造图。,曝气生物滤池的构造,曝气生物滤池的构造,从上图可看出，曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类

45、似，其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。 1滤池池体 池型：方型、圆形，可做成全封闭形式,曝气生物滤池的构造,2 滤料 从生物滤池处理污水的发展状况来看，接触填料的选取较为重要。BAF工艺采用粒状滤料。,曝气生物滤池的构造,活性火山岩,球型轻质多孔生物滤料,球型轻质多孔生物陶粒的外表特征：外表呈灰黄色，表皮坚硬，内部为铅灰色，多孔质轻。陶粒表面较粗糙，不规则，有很多孔径较大的孔洞，相互之间不相通，由于这种陶粒表面主要是一些开孔大于0.5微米而小于200微米的孔洞，而细菌直径为0.51.0微米，这对于微生物附着生长是有利的，其表面孔洞电

46、镜照片见下图。,3承托层 承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗稳定进行。承托层常用材质为卵石或磁铁矿，工程中一般选用鹅卵石作为承托层。,曝气生物滤池的构造,4布水系统 （1）布水系统主要包括：滤池最下部的配水室和滤板上的配水滤头。 （2）配水室的作用： a. 使某一短时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀，依靠承托滤板和滤头的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上的滤头而均匀流入滤料层； 该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外，也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。在气、水联合反冲洗时，缓冲配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在滤板下的区域中形成。

47、对于下向流滤池，该布水系统主要用作滤池的反冲洗布水和收集净化水用。配水滤头见下页图。,曝气生物滤池的构造,图 配水滤头,5布气系统 布气系统包括：工艺曝气系统和进行气-水联合反冲洗时的供气系统。 a. 工艺曝气系统：,曝气生物滤池的构造,现在国内BAF采用单孔膜空气扩散器，国外采用如德国PHILLIP MLLER公司的 OXAZUR空气扩散器专利产品。单孔膜空气扩散器按一定间隔安装在空气管道上，空气管道又被固定在承托滤板上，单孔膜空气扩散器一般都设计安装在承托层里，距承托板约0.10.15m，使空气通过扩散器并流过滤料层时可达到30%以上的氧利用率。该扩散器不容易堵塞，即使堵塞也可用水进行冲洗

48、。单孔膜空气扩散器见下页图。,现在国内BAF采用华骐环保公司的单孔膜空气扩散器专利产品，国外采用如德国PHILLIP MLLER公司的 OXAZUR空气扩散器专利产品。单孔膜空气扩散器按一定间隔安装在空气管道上，空气管道又被固定在承托滤板上，单孔膜空气扩散器一般都设计安装在承托层里，距承托板约0.10.15m，使空气通过扩散器并流过滤料层时可达到30%以上的氧利用率。该扩散器不容易堵塞，即使堵塞也可用水进行冲洗。,单孔膜空气扩散器,b. 反冲洗系统 形式：气水联合反冲洗 目的：去除生物滤池运行过程中截留的各种颗粒及胶体污 染物以及老化脱落的微生物膜。 反冲程序：先降低滤池内的水位（非必需）并单

49、独气洗，而后采用气水联合反冲洗，最后再单独采用水洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间，既要达到目的，又要避免过分冲刷。,该技术的基本特点： 具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提使处理工艺简化。此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。,曝气生物滤池工艺特点,特点1 较小的池容和占地面积 曝气生物滤池的BOD5容积负荷可达到36kgBOD5/m3/d，是常规活性污泥法或接触氧化法的612倍，所以它的池容和占

50、地面积只有活性污泥法或接触氧化法的1/10左右，大大节省了占地面积和大量的土建费用。,曝气生物滤池工艺特点,特点2 高质量的处理出水 对于生活污水，BAF处理出水可达到SS10mg/l，BOD55mg/l，CODcr30mg/l，氨氮1mg/l，高于国家一级A标准。 特点3 简化处理流程 不需设置二沉池和污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进一步减少。,特点4 基建费用、运转费用节省 由于流程短、池容积小和占地省，大大降低工程投资，10万吨/日以上规模吨水造价可低于700元。同时，系统充氧效率提高，可节省能源消耗。 特点5 管理简单 曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强，没有污泥膨胀问题，微生物也

51、不会流失，能保持池内较高的微生物浓度，因此日常运行管理简单，处理效果稳定。,特点6 设施可间断运行 由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止不用后再使用，其设施可在几天内恢复正常运行。,1单级除碳工艺 对于除碳工艺，其主要目的是去除污水中的碳化有机污染物。 2单级除碳/硝化工艺 具有除碳/硝化功能的BAF，通过BAF滤池实现去除污水中有机物和将氨氮进行硝化处理。在该工艺中，由于生物膜内层及滤料间的空隙中厌氧内环境的存在，对TN有一定的去除率。,BAF的常用流程分类,BAF的常用流程分类,3分级除碳/硝化工艺,4. 分级除碳

52、/硝化/反硝化工艺(国外全流程工艺）,格栅,沉砂池,初沉池,BIOFOR C/N,BIOFOR N,BIOFOR DN,反冲水 储备池,污泥回流,BAF的常用流程分类,5前置脱氮、除碳/硝化工艺,BAF的常用流程分类,6.BAF中水处理工艺流程一,BAF的常用流程分类,7.BAF中水处理工艺流程二,BAF的常用流程分类,8.BAF中水处理工艺流程三,BAF的常用流程分类,9.BAF污水处理至中水处理工艺流程,BAF的常用流程分类,BAF工艺存在问题 总磷的去除效果较差，需辅助化学除磷； 滤头容易堵塞，需加强预处理； 系统水头损失大，但该部分增加的能耗比因风机功率小而节省的能耗小，可弥补； 阀门

53、多，自控要求高。,三、生物转盘,1、盘片 2、氧化槽 3、转轴,第三章 水的生化处理方法,三、生物转盘,第三章 水的生化处理方法,由盘片、接触反应槽、转轴和驱动装置等部分组成。盘片成组串联在转轴上，转轴支承在半圆形反应槽两端的支座上，转轴距槽中水面10-25cm，由电机带动旋转。转盘约有40%的面积浸没在槽内的污水中。 生物转盘运转时，污水在反应槽中顺盘片间隙流动，盘片在转轴带动下缓慢转动，污水中的有机物为转盘上的生物膜所吸附，当这部分盘片转离水面时，盘片表面形成一层污水薄膜，空气中的氧不断地溶解到水膜中，生物膜中微生物吸收溶解氧，氧化分解被吸附的有机污染物。盘片每转动一周，即进行一次吸附-吸

54、氧-氧化分解的过程。衰老的生物膜在水流剪切作用下脱落，并随污水排至沉淀池。转盘转动也使槽中污水不断搅动充氧，脱落的生物膜在槽中呈悬浮状态，继续起净化作用，因此生物转盘兼有活性污泥池的功能。,三、生物转盘,第三章 水的生化处理方法,盘片：聚氯乙烯、聚酯玻璃钢、低发泡聚苯乙烯（质轻、高强、耐蚀），厚度2-10mm，直径2-4m。表面波形。 接触反应槽：断面呈与盘片外形吻合的半圆形。 转轴：实心钢轴或无缝钢管。 驱动装置：电动机和减速装置。 运行模式：多级串联。,四、生物接触氧化,1、填料 2、曝气器,第三章 水的生化处理方法,四、生物接触氧化,第三章 水的生化处理方法,在曝气池内设置填料，作为生物

55、膜的载体，经过充氧的废水以一定的流速流过填料与生物膜接触，利用生物膜和悬浮活性污泥中微生物的联合作用净化污水的方法。 介于活性污泥法和生物滤池之间的生物处理法，又称接触曝气法和淹没式生物滤池。生物接触氧化法兼具两种方法的优点，所以很有发展前途。 污水在填料中流动，水力条件良好；通过曝气使水中溶解氧充足，适合于微生物生长繁殖；生物膜上生物相丰富，除细菌外，还有多种原生动物和后生动物，保持较高的生物量（MLSS高达10g/L）。BOD容积负荷高达3-6kgBOD5/m3/d。,接触氧化池填料 硬填料：聚氯乙烯、聚丙烯塑料或环氧玻璃钢制成的蜂窝管状或立体波纹填料。比表面积大，孔隙率大，质量轻，强度高

56、，生物膜易脱落，缺点为填料易填塞。 软填料：即纤维填料，将尼龙、维纶、涤纶或腈纶等化纤材料结成束或结成球状。比表面积大，生物膜附着力强，不易堵塞，缺点为易于黏结在一起，产生结球现象，内部形成厌氧区，影响继续使用。 半软性填料：变性聚乙烯塑料制成的多孔薄圆片，用支撑杆串联，安装在支架上。 不规则粒状填料：砂、碎石、焦炭、无烟煤、陶粒等。类同于曝气生物滤池。,四、生物接触氧化,四、生物接触氧化,半软性填料,多面空心球,软性填料,多面空心球,软性填料,五、生物流化床,第三章 水的生化处理方法,以粒径小于1mm的砂、焦炭、活性炭一类的颗粒材料为载体，填充于设备中，充氧的污水自下而上流动，使载体流态化。

57、生物膜附着在载体表面，由于载体粒径小，比表面积高达2000-3000m2/m3，能够维持较高浓度的生物膜，MLSS可高达10-15g/L以上。 由于载体流态化，使污水与生物膜广泛接触，强化了传质过程，载体相互间的碰撞、摩擦促进了生物膜的更新，可有效防止流化床被生物膜堵塞。因此生物流化床具有负荷高（ BOD容积负荷高达7-8kgBOD5/m3/d ）、处理效果好、占地小的特点。,五、生物流化床,高位槽,三相分离器,流 化 床,二沉池,水泵,空压机,进水,出水,第三章 水的生化处理方法,五、生物流化床,两相流化床,三相流化床,第三章 水的生化处理方法,六、高效生物膜法工艺,第三章 水的生化处理方法

58、,固体接触池类似于活性污泥法中的曝气池，使生物滤池出水在池中与回流污泥充分接触，废水中细小的悬浮物被吸附或黏附在活性污泥上，形成易沉淀的絮体；废水中的有机物在此进一步被生物氧化。出水进入生物絮凝沉淀池（容积很大的絮凝沉淀区），消能，进行一定时间的絮凝反应，形成更大的絮凝体，破碎的絮凝体也可在此重新絮凝，增加了固液分离效果，絮体可进一步除去有机物及微细的胶体颗粒，获得优良的出水水质，效果可接近砂滤池。,初沉池出水,生物 滤池,固体 接触池,生物絮凝反应器,出水,回流污泥,剩余污泥,图 高效生物滤池-固体接触法工艺流程示意图,生物膜法处理系统的运行控制 1.挂膜 使具有代谢活性的微生物污泥在处理系统中的填料上固着生长的过程称之为挂膜。 挂膜也就是生物膜处理系统中膜状污泥的培养和驯化过程. 挂膜过程所采用的方法，一般有直接挂膜法和分步挂膜法两种。（快速排菌法）,2.运行控制 （1）布水与布气 对于各种生物膜处理设施，为了保证其生物膜的均匀增长，防止污泥堵塞填料，保证处理效果的均匀，应对处理设施均匀布水和布气。 （2）填料 预处理。 运行观察与维护。填料在生物膜处理设施中正常运行时,应定期观察其生物膜生长和脱膜情况，观察其是否损坏。 （3）生物相观察 水质的变化，会引起生物膜中微生物种类和数量的变