【正文】 水污染控制工程第一章 概述 生物處理的目的和重要性廢水生物處理的目的：1) 絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；2) 穩(wěn)定和去除廢水中的有機物；3) 去除營養(yǎng)元素氮和磷。廢水生物處理的重要性：1)城市污水中約有60%以上的有機物只有用生物法去除才最經(jīng)濟；2)廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；3)目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；4)大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。微生物在廢水生物處理中主要有三個作用：1)去除有機物（以COD或BOD5表示），去除其它無機營養(yǎng)元素如N、P等；2)絮凝沉淀和降解膠體狀固體物；3)穩(wěn)定有機物。微生物代謝過程簡介：有機物微生物新的細胞物質(zhì)COH2O生物殘渣內(nèi)源呼吸分解合成微生物代謝所需要的幾個基本要素：能源；碳源；無機營養(yǎng)元素——N、P、S、K、Ca、Mg等；有時還需要一些特殊的有機營養(yǎng)物（也稱生長因子，如維生素、生物素等）廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：化能異養(yǎng)型代謝；化能自養(yǎng)型代謝；光合異養(yǎng)型代謝；光合自養(yǎng)型代謝。生物處理中的重要微生物①細菌：細菌——包括了真細菌(eubacteria)和古細菌(archaebacteria)；——是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細菌、兼性細菌和厭氧細菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細菌——光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；非光合細菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長溫度的不同：低溫菌(10186。C~15 186。C)、中溫菌(15 186。C ~45 186。C)和高溫菌(45 186。C)②真菌：真菌的三個主要特點：1)能在低溫和低pH值的條件生長；2)在生長過程中對氮的要求較低（是一般細菌的1/2）；3)能降解纖維素。真菌在廢水處理中的應用：1)處理某些特殊工業(yè)廢水；2)固體廢棄物的堆肥處理③原生動物、后生動物：原生動物主要以細菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出水的水質(zhì)而變化，可作為指示生物。后生動物以原生動物為食；也可作為指示生物。 生物處理法在廢水處理中的地位有機物在廢水中的存在形式及其主要去除方法：顆粒狀有機物(1mm)：可以采用機械沉淀法進行去除的顆粒物；膠體狀有機物(1nm~100nm)：不能采用機械沉淀法進行去除的較小的有機顆粒物；溶解性有機物(1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中的有機物生物法處理的主要對象：廢水中呈膠體狀和溶解狀態(tài)的有機物；廢水中溶解狀態(tài)的營養(yǎng)元素N和P。廢水處理程度的分級：一級處理——預處理或前處理；二級處理——生物處理；三級處理——深度處理一級處理：去除效果：EBOD 187。 30%, ESS 187。 50%；功能：去除顆粒狀有機物，減輕后續(xù)生物處理的負擔；2）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等二級處理：去除效果：EBOD 187。 85~90%，ESS 187。 90%；功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機物，保證出水達標排放；方法：各種形式的生物處理工藝三級處理：目的：去除二級處理出水中殘存的SS、有機物，或脫色、殺菌，或脫氮、除磷——防止水體富營養(yǎng)化；方法：物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物法脫氮除磷，等我國水環(huán)境中有機物污染的嚴重狀況①廢水排放量巨大；②我國水環(huán)境中量大面廣的污染物是有機物；③N、P的污染也日益嚴重有機污染的主要來源：①生活污水：COD = 400~500mg/l，BOD5 = 200~300mg/l；②工業(yè)廢水：主要有石油化工、輕工、食品等行業(yè)，如：啤酒廢水：8~20m3廢水/m3酒，COD = 2000~3500mg/l；酒精廢水：12~15 m3廢水/m3酒，COD = 3~6 萬mg/l；味精廢水：25~35 m3廢水/噸味精，COD = 6~10 萬mg/l；造紙黑液：120~600 m3廢水/噸紙漿，COD = 10~15萬mg/l 生物處理法的分類生物處理法天然生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘土地處理系統(tǒng)好氧生物處理厭氧生物處理活性污泥法生物膜法傳統(tǒng)厭氧消化現(xiàn)代高速厭氧反應器第二章 好氧生物處理（原理與工藝） 基本概念 好氧生物處理的基本生物過程 所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進行正常的生理生化反應，主要包括大部分微生物、動物以及我們?nèi)祟?；所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進行正常的生理生化反應的生物，如厭氧細菌、酵母菌等。好氧生物處理過程的生化反應方程式：l 分解反應（又稱氧化反應、異化代謝、分解代謝） 異氧微生物 CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42 +188。+能量（有機物的組成元素） 異氧微生物l 合成反應（也稱合成代謝、同化作用） C、H、O、N、S + 能量 C5H7NO2l 內(nèi)源呼吸（也稱細胞物質(zhì)的自身氧化）微生物 C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42 +188。+能量在正常情況下，各類微生物細胞物質(zhì)的成分是相對穩(wěn)定的，一般可用下列實驗式來表示：細菌： C5H7NO2； 真菌： C16H17NO6； 藻類： C5H8NO2；原生動物： C7H14NO3分解與合成的相互關系：1） 二者不可分，而是相互依賴的；a． 分解過程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎； b．分解過程是一個產(chǎn)能過程，合成過程則是一個耗能過程。2) 對有機物的去除，二者都有重要貢獻；3）合成量的大小， 對于后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費用一般可以占整個城市污水處理廠的40~50%）。不同形式的有機物被生物降解的歷程也不同：一方面：l 結構簡單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進入細胞壁；l 結構復雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機物，再進入細胞內(nèi)。另一方面：有機物的化學結構不同，其降解過程也會不同：如： 糖類TCA循環(huán)脂類蛋白質(zhì) 影響好氧生物處理的主要因素1）溶解氧（DO）： 約1~2mg/l2）水溫：是重要因素之一，a. 在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應的速率加快，增殖速率也加快；b. 細胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞； 最適宜溫度 15~30176。C； 40176。C 或 10176。C后，會有不利影響。3)營養(yǎng)物質(zhì)：細胞組成中，C、H、O、N約占90~97%其余3~10%為無機元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要， 一般對于好氧生物處理工藝，應按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P。其它無機營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；4) pH值：~；pH ，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。5)有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）主要有： 重金屬 蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與SH結合而失活） 氰化物； H2S； 鹵族元素及其化合物 酚、醇、醛 使蛋白質(zhì)變性或脫水 染料等；活性污泥系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的最高允許濃度：有毒物質(zhì)允許濃度有毒物質(zhì)允許濃度銅化合物(以Cu計)~苯10鋅化合物(以Zn計)5~13氯苯10鎳化合物(以Ni計)2對苯二酚15鉛化合物(以Pb計)間苯二酚450銻化合物(以Sb計)鄰苯二酚100鎘化合物(以Cd計)1~5間苯三酚100釩化合物(以V計)5鄰苯三酚100銀化合物(以Ag計)苯胺100鉻化合物(以Cr計)2~5二硝基甲苯12 (以Cr3+計)甲醛160 (以Cr6+計)乙醛1000硫化物(以S2計)5~25二甲苯7 (以H2S計)20甲苯7氫氰酸氰化鉀1~8氯苯10硫氰化物36吡啶400砷化合物(以As3+計)~烷基苯磺酸鹽15汞化合物(以Hg計)甘油56）有機負荷率：污水中的有機物本來是微生物的食物，但太多時，也會不利于微生物。7）氧化還原電位：好氧細菌： +300 ~ 400 mV， 至少要求大于+100 mV。 厭氧細菌： 要求小于+100 mV，對于嚴格厭氧細菌，則100 mV，甚至300 mV。 廢水可生化性和可生化程度的判別 生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物質(zhì)改變原來的化學和物理性質(zhì)，在結構上引起的變化程度。 可分為三類：1） 初級生物降解——指有機物原來的化學結構發(fā)生了部分變化，改變了分子的完整性；2） 環(huán)境可接受的生物降解——指有機物失去了對環(huán)境有害的特性；3） 完全降解——在好氧條件下，有機物被完全無機化；在厭氧條件下，有機物被完全轉化為CHCO2等。 有機物生物降解性能的分類：1） 易生物降解——易于被微生物作為碳源和能源物質(zhì)而被利用；2） 可生物降解——能夠逐步被微生物所利用；3） 難生物降解——降解速率很慢或根本不降解。注意：1）“難、易”是相對的； 2）同一種化合物在不同種屬微生物的作用下，其降解情況也會有不同。 鑒定和評價廢水中有機污染物的好氧生物降解性的方法：分類方法方法要點方法評價根據(jù)氧化所耗氧量水質(zhì)指標法采用BOD5/COD作為有機物評價指標。方法改進：日本通產(chǎn)省測試法，以ThOD代替COD，采用BOD自動測定儀測定有機物28天的生化需氧量，并以BOD28/ThOD來評價有機物的生物降解性能；比較簡單，但精度不高，可粗略反映有機物的降解性能；瓦呼儀法根據(jù)有機物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的比較來判斷有機物的生物降解性能。測試時，接種物可采用活性污泥，接種量為1~3 gSS/l；較好地反應微生物氧化分解特性，但試驗水量少，對結果有影響；根據(jù)有機物的去除效果靜置燒瓶篩選試驗以10ml沉淀后的生活污水上清液作為接種物，90ml含有5mg酵母膏和5mg受試物的BOD標準稀釋水作為反應液，兩者混合，室溫下培養(yǎng)，1周后測受試物濃度，并以該培養(yǎng)液作為下周培養(yǎng)的接種物，如此連續(xù)4周，同時進行已知降解化合物的對照試驗；操作簡單，但在靜態(tài)條件下混合及充氧不好；振蕩培養(yǎng)試驗法在燒瓶中加入接種物、營養(yǎng)液及受試物等，在一定溫度下振蕩培養(yǎng)，在不同的反應時間內(nèi)測定反應液中受試物含量，以評價受試物的生物降解性；生物作用條件好，但吸附對測定有影響；半連續(xù)活性污泥法測試時，采用試驗組及對照組二套反應器間歇運行，測定反應器內(nèi)COD、TOD或DOC的變化，通過二套反應器結果的比較來評價；試驗結果可靠，但仍不能模擬處理廠實際運行條件；活性污泥模型試驗模擬連續(xù)流活性污泥法生物處理工藝，采用試驗組與對照組，通過兩套系統(tǒng)對比和分析來評價；結果最為可靠，但方法較復雜；根據(jù)CO2量斯特姆測試法采用活性污泥上清液作為接種液，反應時間28天，溫度25176。C，有機物降解以CO2產(chǎn)量占理論CO2產(chǎn)量的百分率來判斷；系統(tǒng)復雜，可反映有機物的無機化程度；根據(jù)微生物生理生化指標主要有：ATP測試法、脫氫酶測試法、細菌標準平板計數(shù)測試法等試驗結果可靠，但測試程序較為復雜。 影響有機物生物降解性能的因素：1） 與化學物質(zhì)的種類性質(zhì)有關的因素（化學組成、理化性質(zhì)、濃度、與它種基質(zhì)的共存）；2） 與微生物的種類、性質(zhì)有關的因素（微生物的來源、數(shù)量、種屬間的關系）；3） 與有機物、微生物所處的環(huán)境有關的因素（pH值、DO、溫度、營養(yǎng)物等）。 懸浮生長的好氧生物處理工藝 活性污泥法 （Activated Sludge Process） 活性污泥法的基本原理曝氣池：反應主體二沉池： 1）進行泥水分離，保證出水水質(zhì)； 2）保證回流污泥，維持曝氣池內(nèi)一定的污泥濃度?；亓飨到y(tǒng)： 1）保證曝氣池內(nèi)維持足夠的污泥濃度； 2）通過改變回流比，改變曝氣池的運行工況。剩余污泥： 1）是去除有機物的途徑之一； 2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。供氧系統(tǒng)： 提供足夠的溶解氧l 活性污泥系統(tǒng)有效運行的基本條件是：1） 廢水中含有足夠的可容性易降解有機物；2） 混合液含有足夠的溶解氧；3） 活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)；4） 活性污泥連續(xù)回流、及時排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；5） 沒有對微生物有毒有害的物質(zhì)流入。 活性污泥的性質(zhì)及性能指標1． 物理性能：——“菌膠團”——“生物絮凝體”顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色氣味：泥土味（城市污水）比重：略大于1 （~）粒徑：~ mm比表面積：20~100cm2/ml2． 生化性能：a． 活性污泥的含水率： ~%b． 固體物質(zhì)的組成：有機物75—85%1） 活細胞（Ma）：2） 微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）：3） 吸附的原廢水中難于生物降解的有機物（Mi）：4） 無機物質(zhì)（Mii）：3．活性污泥中的微生物：A．細菌： 是活性污泥凈化功能最活躍的成分主要菌種有： 動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等特征： 1）多屬好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細菌；