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废水生化处理的原理与工艺


《水污染控制工程》 污染控制工程》 工程

第二篇

废水生化处理的原理与工艺

主要参考书目: 主要参考书目: 1) 《水处理工程》 ,第一版,顾夏声等,清华大学出版社,1985 2)《现代废水生物处理新技术》 ,钱易等,中国科技出版社,1993 3) 《排水工程》 ,第三版,张自杰等,中国建筑工业出版社,1996 4

) 《水污染治理工程》 ,黄铭荣、胡纪萃,高教出版社,1995 5) 《废水生物处理数学模型》 ,第二版,顾夏声,清华大学出版社,1995 6) 《水处理微生物学》 ,第三版,顾夏声等,中国建筑工业出版社,1998

?第一章 废水生物处理概述 第一节 废水生物处理简介
一、废水生物处理的目的和重要性 1、废水生物处理的目的 废水生物处理的主要目的有以下 3 点:① 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固 体物;② 稳定和去除废水中的有机物;③ 去除营养元素氮和磷。 2、废水生物处理的重要性 ① 城市污水中约有 60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济; ② 废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法; ③ 目前世界上已建成的城市污水处理厂有 90%以上是生物处理法; ④ 大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。 二、微生物在废水生物处理中的作用 微生物在废水生物处理中主要有三个作用: ① 去除溶解性有机物(以COD或BOD5表示)(将其转化成CO2和H2O),去除其它溶 解性无机营养元素如N(最终转化为N2气)、P(转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来) 等; ② 絮凝沉淀和降解胶体状固体物(某些难降解颗粒或胶体状有机物,可以通过微生物 产生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物质发生沉淀, 与剩余污泥一同被排出系统; 或通过吸 附较长期地滞留在系统内而被缓慢降解); ③ 稳定有机物(某些有毒有害难降解有机物可以被微生物初步分解或部分降解,而减 轻毒性作用或得到部分稳定,或最终被完全转化为无机物而得到稳定)。 三、微生物代谢过程简介 1、废水生物处理过程中微生物代谢过程示意图

CO2、 2O H 有机物 微生物 分解 合成 新的细胞物质 内源呼吸 生物残渣

2、微生物代谢的基本要素 ① 能源:化学能,或光能——化能营养型、光能营养型; ② 碳源:有机碳,或无机碳——异养型、自养型; ③ 无机营养元素——又分为宏量元素,如:N、P、S、K、Ca、Mg等,在处理工业废 水时,N、P元素与所需要去除的有机污染物之间的营养平衡问题有时会很关键,必要时就 需要在进行中投加一定量的N、P;以及微量元素,如Fe、Co、Ni、Mo等,微量元素对于某 些特殊的细菌如产甲烷细菌等的生长十分重要, 因此在设计和运行厌氧生物反应器时, 应给 予足够的重视,否则会出现所谓的“微量元素缺乏症”; ④ 特殊有机营养物(也称生长因子,如维生素、生物素等):对于某些特殊细菌,某 些特殊的维生素对其生长的影响会很大,因此,在必要时应考虑补充。 3、废水生物处理中涉及的微生物代谢过程主要有: ① 化能异养型代谢:在废水生物处理中最主要的代谢形式,主要用于对废水中有机物 的去除,包括主要的好氧细菌和厌氧细菌; ② 化能自养型代谢: 也是废水生物处理中常见的一种代谢形式, 主要包括硝化细菌 (将 氨氮氧化为亚硝酸盐,或进一步氧化为硝酸盐)、氢细菌(对其的应用还处在研究阶段)、 铁细菌等; ③ 光合异养型代谢:利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白; ④ 光合自养型代谢:在废水生物处理中少有应用。 四、废水生物处理中的微生物 1、细菌: 主要包括真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria);是废水生物处理工程中最主要的 微生物; 根据需氧情况不同:好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌; 根据能源碳源利用情况的不同:光合细菌——光能自养菌、光能异养菌;非光合细菌— —化能自养菌、化能异养菌; 根据生长温度的不同:低温菌(?10?C~15 ?C)、中温菌(15 ?C ~45 ?C)和高温菌(>45 ?C) 2、真菌: 真菌的三个主要特点: ① 能在低温和低pH值的条件生长; ② 在生长过程中对氮的要求较低(是一般细菌的1/2); ③ 能降解纤维素。 真菌在废水处理中的应用: ① 处理某些特殊工业废水; ② 固体废弃物的堆肥处理

3、原生动物、后生动物: 原生动物主要以细菌为食;其种属和数量随处理出水的水质而变化,可作为指示生物。 后生动物以原生动物为食;也可作为指示生物。

第二节 生物处理工艺在废水处理中的地位
一、有机污染物在废水中的存在形式及其主要去除方法 1、颗粒状有机物(>1?m): 可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物; 2、胶体状有机物(1nm~100nm): 不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物; 3、溶解性有机物(<1nm): 以分散的分子状态存在于水中的有机物 4、生物法处理的主要对象: 废水中呈胶体状和溶解状态的有机物;废水中溶解状态的营养元素N和P。 二、废水处理程度的分级 废水处理程度的分级:一级处理——预处理或前处理;二级处理——生物处理;三级处 理——深度处理 1、一级处理: 去除效果:EBOD ≈ 30%, ESS ≈ 50%; 主要功能:① 去除颗粒状有机物,减轻后续生物处理的负担;② 调节水量、水质、 水温等,有利于后续的生物处理。 主要方法:物化法,如:沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等 2、二级处理: 去除效果:EBOD ≈ 85?90%,ESS ≈ 90%; 主要功能:大量去除胶体状和溶解状有机物,保证出水达标排放; 主要方法:各种形式的生物处理工艺 3、三级处理: 主要目的:① ② 主要方法:① ②

去除二级处理出水中残存的SS、有机物,或脱色、杀菌, 脱氮、除磷——防止水体富营养化;方法: 物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等; 生物法——生物法脱氮除磷,等

早期, 在国内还将脱氮除磷作为深度处理看待, 认为在我国水环境中主要的污染物还只 是有机物,对氮、磷引起的污染的严重性还认识不足;但近年来,随着国内多个大型湖泊富 营养化问题和近海海域赤潮现象的日益增多, 对于控制废水中的氮、 磷的排放逐渐有了新的

认识,因此,在新的排放标准中,也将氮、磷指标列入,并且在很多新建污水厂的设计和运 行上对于氮、 磷的控制都有了明确要求, 因此生物脱氮除磷已经逐渐转变为二级处理的范畴, 不再作为三级处理来要求了。 三、我国水环境中有机物污染的严重状况 1、我国水环境污染现状 ① 废水排放量巨大; ② 我国水环境中量大面广的污染物是有机物; ③ N、P 的污染也日益严重 2、水环境中有机污染的主要来源 ① 生活污水:COD = 400~500mg/l,BOD5 = 200?300mg/l; ② 工业废水:主要有石油化工、轻工、食品等行业, 如:啤酒废水:8?20m3 废水/m3 酒,COD = 2000?3500mg/l; 酒精废水:12?15 m3 废水/m3 酒,COD = 3?6 万 mg/l; 味精废水:25?35 m3 废水/吨味精,COD = 6?10 万 mg/l; 造纸黑液:120?600 m3 废水/吨纸浆,COD = 10?15 万 mg/l;等等 四、我国城市污水处理概况 1、现状:处理率低下; 2、发展趋势:全国范围内大量的城市污水厂正在建设之中,各种先进工艺在国内均有应用。

第三节 废水生物处理工艺的分类 一、人工强化废水处理系统 主要包括好氧生物处理工艺和厌氧生物处理工艺,将是本课程重点介绍内容。 二、天然废水生物处理系统 主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统, 其中生物稳定塘系统是在河流自净功能的基 础上发展起来的;而土地处理系统则是在污水的土地灌溉技术的基础上发展起来的。 生物稳定塘 天然生物处理 土地处理系统 生物处理法 好氧生物处理 人工生物处理 厌氧生物处理 活性污泥法 生物膜法 传统厌氧消化 现代高速厌氧反应器


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