【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(jī)物；3) 去除營(yíng)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(jī)物只有用生物法去除才最經(jīng)濟(jì)；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(gè)作用：1)去除有機(jī)物（以COD或BOD5表示），去除其它無機(jī)營(yíng)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(jī)物。微生物代謝過程簡(jiǎn)介：有機(jī)物微生物新的細(xì)胞物質(zhì)COH2O生物殘?jiān)鼉?nèi)源呼吸分解合成微生物代謝所需要的幾個(gè)基本要素：能源；碳源；無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素——N、P、S、K、Ca、Mg等；有時(shí)還需要一些特殊的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物（也稱生長(zhǎng)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(xì)菌：細(xì)菌——包括了真細(xì)菌(eubacteria)和古細(xì)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(xì)菌、兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細(xì)菌——光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；非光合細(xì)菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長(zhǎng)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(gè)主要特點(diǎn)：1)能在低溫和低pH值的條件生長(zhǎng)；2)在生長(zhǎng)過程中對(duì)氮的要求較低（是一般細(xì)菌的1/2）；3)能降解纖維素。真菌在廢水處理中的應(yīng)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(dòng)物、后生動(dòng)物：原生動(dòng)物主要以細(xì)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(dòng)物以原生動(dòng)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(jī)物在廢水中的存在形式及其主要去除方法：顆粒狀有機(jī)物(1mm)：可以采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的顆粒物；膠體狀有機(jī)物(1nm~100nm)：不能采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的較小的有機(jī)顆粒物；溶解性有機(jī)物(1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中的有機(jī)物生物法處理的主要對(duì)象：廢水中呈膠體狀和溶解狀態(tài)的有機(jī)物；廢水中溶解狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)元素N和P。廢水處理程度的分級(jí)：一級(jí)處理——預(yù)處理或前處理；二級(jí)處理——生物處理；三級(jí)處理——深度處理一級(jí)處理：去除效果：EBOD 187。 30%, ESS 187。 50%；功能：去除顆粒狀有機(jī)物，減輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)；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(jí)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(jī)物，保證出水達(dá)標(biāo)排放；方法：各種形式的生物處理工藝三級(jí)處理：目的：去除二級(jí)處理出水中殘存的SS、有機(jī)物，或脫色、殺菌，或脫氮、除磷——防止水體富營(yíng)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(guó)水環(huán)境中有機(jī)物污染的嚴(yán)重狀況①廢水排放量巨大；②我國(guó)水環(huán)境中量大面廣的污染物是有機(jī)物；③N、P的污染也日益嚴(yán)重有機(jī)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(yīng)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(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動(dòng)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(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式：l 分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝） 異氧微生物 CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42 +188。+能量（有機(jī)物的組成元素） 異氧微生物l 合成反應(yīng)（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(xì)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(xì)胞物質(zhì)的成分是相對(duì)穩(wěn)定的，一般可用下列實(shí)驗(yàn)式來表示：細(xì)菌： C5H7NO2； 真菌： C16H17NO6； 藻類： C5H8NO2；原生動(dòng)物： C7H14NO3分解與合成的相互關(guān)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(chǔ)； b．分解過程是一個(gè)產(chǎn)能過程，合成過程則是一個(gè)耗能過程。2) 對(duì)有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；3）合成量的大小， 對(duì)于后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費(fèi)用一般可以占整個(gè)城市污水處理廠的40~50%）。不同形式的有機(jī)物被生物降解的歷程也不同：一方面：l 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁；l 結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另一方面：有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過程也會(huì)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(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；b. 細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞； 最適宜溫度 15~30176。C； 40176。C 或 10176。C后，會(huì)有不利影響。3)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占90~97%其余3~10%為無機(jī)元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要， 一般對(duì)于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P。其它無機(jī)營(yíng)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(shì)，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動(dòng)也會(huì)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(jié)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(jì))~苯10鋅化合物(以Zn計(jì))5~13氯苯10鎳化合物(以Ni計(jì))2對(duì)苯二酚15鉛化合物(以Pb計(jì))間苯二酚450銻化合物(以Sb計(jì))鄰苯二酚100鎘化合物(以Cd計(jì))1~5間苯三酚100釩化合物(以V計(jì))5鄰苯三酚100銀化合物(以Ag計(jì))苯胺100鉻化合物(以Cr計(jì))2~5二硝基甲苯12 (以Cr3+計(jì))甲醛160 (以Cr6+計(jì))乙醛1000硫化物(以S2計(jì))5~25二甲苯7 (以H2S計(jì))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(jì))~烷基苯磺酸鹽15汞化合物(以Hg計(jì))甘油56）有機(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來是微生物的食物，但太多時(shí)，也會(huì)不利于微生物。7）氧化還原電位：好氧細(xì)菌： +300 ~ 400 mV， 至少要求大于+100 mV。 厭氧細(xì)菌： 要求小于+100 mV，對(duì)于嚴(yán)格厭氧細(xì)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?cè)瓉淼幕瘜W(xué)和物理性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上引起的變化程度。 可分為三類：1） 初級(jí)生物降解——指有機(jī)物原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)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(jī)物失去了對(duì)環(huán)境有害的特性；3） 完全降解——在好氧條件下，有機(jī)物被完全無機(jī)化；在厭氧條件下，有機(jī)物被完全轉(zhuǎn)化為CHCO2等。 有機(jī)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(duì)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(huì)有不同。 鑒定和評(píng)價(jià)廢水中有機(jī)污染物的好氧生物降解性的方法：分類方法方法要點(diǎn)方法評(píng)價(jià)根據(jù)氧化所耗氧量水質(zhì)指標(biāo)法采用BOD5/COD作為有機(jī)物評(píng)價(jià)指標(biāo)。方法改進(jìn)：日本通產(chǎn)省測(cè)試法，以ThOD代替COD，采用BOD自動(dòng)測(cè)定儀測(cè)定有機(jī)物28天的生化需氧量，并以BOD28/ThOD來評(píng)價(jià)有機(jī)物的生物降解性能；比較簡(jiǎn)單，但精度不高，可粗略反映有機(jī)物的降解性能；瓦呼儀法根據(jù)有機(jī)物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的比較來判斷有機(jī)物的生物降解性能。測(cè)試時(shí)，接種物可采用活性污泥，接種量為1~3 gSS/l；較好地反應(yīng)微生物氧化分解特性，但試驗(yàn)水量少，對(duì)結(jié)果有影響；根據(jù)有機(jī)物的去除效果靜置燒瓶篩選試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)稀釋水作為反應(yīng)液，兩者混合，室溫下培養(yǎng)，1周后測(cè)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(shí)進(jìn)行已知降解化合物的對(duì)照試驗(yàn)；操作簡(jiǎn)單，但在靜態(tài)條件下混合及充氧不好；振蕩培養(yǎng)試驗(yàn)法在燒瓶中加入接種物、營(yíng)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(yīng)時(shí)間內(nèi)測(cè)定反應(yīng)液中受試物含量，以評(píng)價(jià)受試物的生物降解性；生物作用條件好，但吸附對(duì)測(cè)定有影響；半連續(xù)活性污泥法測(cè)試時(shí)，采用試驗(yàn)組及對(duì)照組二套反應(yīng)器間歇運(yùn)行，測(cè)定反應(yīng)器內(nèi)COD、TOD或DOC的變化，通過二套反應(yīng)器結(jié)果的比較來評(píng)價(jià)；試驗(yàn)結(jié)果可靠，但仍不能模擬處理廠實(shí)際運(yùn)行條件；活性污泥模型試驗(yàn)?zāi)M連續(xù)流活性污泥法生物處理工藝，采用試驗(yàn)組與對(duì)照組，通過兩套系統(tǒng)對(duì)比和分析來評(píng)價(jià)；結(jié)果最為可靠，但方法較復(fù)雜；根據(jù)CO2量斯特姆測(cè)試法采用活性污泥上清液作為接種液，反應(yīng)時(shí)間28天，溫度25176。C，有機(jī)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(fù)雜，可反映有機(jī)物的無機(jī)化程度；根據(jù)微生物生理生化指標(biāo)主要有：ATP測(cè)試法、脫氫酶測(cè)試法、細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板計(jì)數(shù)測(cè)試法等試驗(yàn)結(jié)果可靠，但測(cè)試程序較為復(fù)雜。 影響有機(jī)物生物降解性能的因素：1） 與化學(xué)物質(zhì)的種類性質(zhì)有關(guān)的因素（化學(xué)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(guān)的因素（微生物的來源、數(shù)量、種屬間的關(guān)系）；3） 與有機(jī)物、微生物所處的環(huán)境有關(guān)的因素（pH值、DO、溫度、營(yíng)養(yǎng)物等）。 懸浮生長(zhǎng)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(yīng)主體二沉池： 1）進(jìn)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。回流系統(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(yùn)行工況。剩余污泥： 1）是去除有機(jī)物的途徑之一； 2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行的基本條件是：1） 廢水中含有足夠的可容性易降解有機(jī)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(shí)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(duì)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(biāo)1． 物理性能：——“菌膠團(tuán)”——“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(jī)物75—85%1） 活細(xì)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(jī)物（Mi）：4） 無機(jī)物質(zhì)（Mii）：3．活性污泥中的微生物：A．細(xì)菌： 是活性污泥凈化功能最活躍的成分主要菌種有： 動(dòng)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(xì)菌；