废水生物处理的基本原理ppt第三节 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、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷细菌是厌氧活性污泥的中心骨架 （二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理 复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段（又称酸化阶段）、 产乙酸阶段、产甲烷阶段 框图表示见下图 1．水解阶段 在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物 2．发酵阶段 梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等 复杂有机物 1水解 2发酵 脂肪酸 乙酸 H2 + CO2 3产乙酸 CH4 + CO2 H2S+ CO2 硫酸盐还原 硫酸盐还原 4产甲烷 4产甲烷 硫酸盐还原 3．产乙酸阶段 上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。 4．产甲烷阶段 乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。 经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。 1、非产甲烷菌 ① 发酵细菌群 ② 产氢产乙酸菌群 ③ 同型产乙酸菌群 （三）、厌氧生物处理中的微生物 2、产甲烷菌-----生理特征 ① 严格转性厌氧； ② 生长特别缓慢； ③ 对环境影响非常敏感； ④ 属于古细菌； ⑤ 分离培养比较困难。 3、非产甲烷菌和产甲烷菌之间的关系 ① 非产甲烷菌为产甲烷菌提供生长繁殖的底物； ② 非产甲烷菌为产甲烷菌创造了适宜的氧化还原电位； ③ 非产甲烷菌为产甲烷菌消除了有毒物质； ④ 产甲烷菌为非产甲烷菌的生化反应解除了反馈抑制； ⑤ 非产甲烷菌和产甲烷菌共同维持适宜的酸碱环境 废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理; （1）厌氧法的优点 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。 4、废水厌氧生物处理的优缺点 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。 ③．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 （2）、厌氧法的缺点 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 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 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。 好氧法与厌氧法的区别 好氧处理有机物所需的时间比厌氧法短，基本上没有臭气，但需要有氧供应和比较复杂的处理设备。且当废水中有机物浓度太高时，不可能供应好氧分解所需要的充足的氧气。 厌氧法处理废水，所产生的甲烷气体可以利用。但由于有硫化氢等气体产生，所以臭气大。同时由于有硫化亚铁等黑色物质，使处理后的废水颜色深，并且所含有机物也较多。若要使有机物完全分解需时长。 处理废水一般用好氧法，处理污泥则用厌氧法。 一、水体脱氮、除磷的目的和意义 二、天然水体中氮、磷的来源 三、微生物脱氮工艺、原理及其微生物 四、微生物除磷原理及其微生物 第四节 水体中氮磷的去除 三、微生物脱氮工艺、原理及其微生物 (一)微生物脱氮工艺 活性污泥法典型工艺——A/O工艺（缺氧、好氧工艺） A/O脱氮工艺 废水 好氧脱碳 缺氧反硝化 沉淀池 好氧硝化 沉淀池1 好氧活性污泥回流 缺氧活性污泥回流 出水 回流 (二)脱氮原理 缺氧反硝化 细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌） 反应：NO3-—N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气 碳源：原水中BOD 硝酸盐来源：回流出水中的硝化产物 好氧脱碳硝化 脱碳——氧化去除COD 脱碳菌——好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为碳源 硝化菌——好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳源 （NH4+→NO2-→NO3-) 提问：为什么先脱碳、后脱氮？ 硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物； 有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速 ，硝化菌氧利用不足，生长缓慢； 提问：硝化脱氮时有时需要补碱（Na2CO3或NaOH)? 硝化作用消耗碱（NH4+、CO3-），水pH下降；补充碳源、升高pH 提问：硝化菌世代周期长，容易从活性污泥系统中被洗掉，如何解决？ 挂生物膜或投加悬浮填料 定期投菌 四、微生物除磷原理、工艺及其微生物 （BOD：N：P）100：5：1——微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等，但只去除污水中约19％左右的磷。某些高含磷废水中残留的磷还相当高，故需用除磷工艺处理。 1．微生物除磷原理 依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些细菌。 废水生物处理的基本原理 第一节 废水好氧生物处 第二节 活性污泥膨胀及控制对策 第三节废水厌氧生物处理 第四节水体中氮磷的去除 第一节 废水好氧生物处理 生活污水：来自家庭、学校、医院及其他城市公用设施。生活污水中的有机物主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪。这些有机物主要是由C、H、O、N、P、S等构成。 工业废水：来自工业生产过程中的排水。废水中的有机物主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪、有机酸、醛类、醇类、酚类、腈等。 第一节废水好氧生物处理 一、好氧活性污泥法 二、好氧生物膜法 三、生物氧化塘 后处理 生物处理（二级处理） 化学营养物 曝气池 沉淀池 污泥回流 净水外排 污泥及余渣消化罐 （一）活性污泥法处理的基本概念与流程 一、好氧活性污泥法 （二）、活性污泥法的基本特征 ①利用生物絮体为反应主体物； ② 利用曝气设备为微生物提供氧源头； ③ 对系统进行混合搅拌以加速生化反应过程； ④ 采用沉淀法去除生物体，降低出水中微生物固体； ⑤ 通过回流使在沉淀池浓缩的污泥微生物返回反应系统； ⑥ 为保证系统内生物细胞平均停留时间的稳定，经常排出剩余的污泥。 一、好氧活性污泥法 一、好氧活性污泥法 （三）、活性污泥的基本特征 1、活性污泥的组成和性质 组成：活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与其吸附的有机的和无机的固体杂质组成。 性质：各种活性污泥有各自的颜色，含水率在99%左右；它具有沉降性能；有生物活性，有吸附、氧化有机物的能力。有自我繁殖的能力；呈弱酸性，当进水改变时，对进水pH的变化有一定的承受能力 2、活性污泥中的微生物群落 ① 菌胶团 ② 丝状菌：球衣菌属、贝硫菌属、发硫细菌属、透明颤菌属、亮发菌属和线丝菌属； ③ 真菌：具有分解碳水化合物、蛋白质及其他含氮化合物的能力。，但若大量出现会导致污泥膨胀， ④原生动物：可作为污水处理的指示生物。 ⑤ 微型后生动物：在处理水质良好时会有该动物出现 3、活性污泥的数量指标 ??? 活性污泥中微生物的浓度常用MLSS或MLVSS表示。在一般城市污水处理中，MLSS保持在2000~3000mg/L。工业废水生物处理中，MLSS保持在3000mg/L左右。高浓度的工业废水生物处理的MLSS保持在3000~5000mg/L。1ml好氧活性污泥中的细菌有107~108个。 4、活性污泥的沉降性能指标 ① 污泥沉降比（SV）：混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液的百分数，以%表示；能够反映曝气池正常运行时的污泥量，可用于控制剩余污泥的排放量，还可反映污泥膨胀的异常现象的发生。 ② 污泥指数（SVI）：曝气池出口处的混合液经30min沉淀后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以毫升计算： SVI=SV（ml/L）/MLVSS（g/L） 该值能够反映污泥的凝聚、沉淀性能，当SVI100时，沉淀性能好；当SVI为100-200时，沉淀性一般；当SVI200时，沉淀性能差，容易出现膨胀 （四）影响活性污泥的因素 1、BOD负荷率 2、温度 3、溶解氧 4、pH值 5、营养平衡 6、有毒物质 （五）、活性污泥净化废水的作用机理 (六）活性污泥法的几种工艺 二、好氧生物膜法 ??? 好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污水的工作主体。 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，生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等。 生物填料上的生物膜 生物转盘 横向纵向各不相同 滤扫生物 膜面生物 膜生物 2~3mm 0.3mm好氧区 （一）好氧生物膜的结构 （二）、净化机理 （三）、生物膜中的微生物群落 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 三、氧化塘的微生物群落及其处理废水机制 氧化塘是人工的、接近自然生态系统，微生物群落主要有（见图2.3-4）。 1、细菌：降解有机污染物‘ 2、 藻类：向塘内提供溶解氧； 3、原生动物和后生动物： 4、水生植物：可提高塘对有机污染物和无机营养物氮、磷的去除效果； 5、其他水生生物： ?在氧化塘（氧化沟）内，藻类和细菌共存于同一环境中，保持互生关系. 第二节 活性污泥膨胀和控制对策 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。 一、活性污泥膨胀的类型及成因 二、控制活性污泥丝状膨胀的对策 第二节 活性污泥膨胀和控制对策 一、活性污泥膨胀的类型 1、非丝状菌性膨胀 2、丝状菌性膨胀 1. 非丝状污泥膨胀 ① 曝气力度过大，污泥碎裂膨胀 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 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； 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 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；类似中毒 ⑥BOD/N过高 原因—高含水率菌胶团占优势 ⑦假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀 大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性假丝状生长或后生动物钻噬而形成的膨胀污泥。（很少见） 原因 ——丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长 丝状菌优势生长条件： A. 曝气池DO长期维持在较低（＜0.1~0.2mg/l） B. 水温过高（＞25℃）、 pH过低（＜6.5） C. 硫化物过高 硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食 2. 丝状污泥膨胀（95％污泥膨胀） C.营养失衡 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； D.毒物冲击 原因—菌丝体耐受能力强 二.污泥膨胀的预防与控制对策 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3～4mg/L。 C 调节废水的营养配比：尽量逼近BOD5与N和P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. 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 提问：发生后如何处理？ A．投加次氯酸钠（10~20mg/l内）、H2O2（100~200mg/l内） 有选择的控制丝状微生物的过渡生长 B．投加混凝剂FeSO4和FeCl3、干污泥或浓缩消化污泥 增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常 C.强化补氮（C:N＝100：20～30） D.替换污泥----最直接的方法
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