《废水生物处理技术》PPT课件.ppt

1,第二章 废水生物处理技术,第一节 概述第二节 好氧生物处理第三节 厌氧生物处理第四节 脱氮除磷处理,第一节 概述,利用微生物的代谢作用，把水中的有机污染物转化为简单的无机物的过程，即利用微生物的生命活动过程来转化污染物，使之无害化的方法。,废水的生物处理过程是天然污水自净的人工化过程，人工浓缩的过程。,废水的生物处理法,4,水体自净,正常情况下，当水体接纳了一定量的有机污染物后，在无人干预条件下，借助于水体自身的调节能力使污染物浓度不断降低，最后水质恢复到污染前的水平和状态，我们把水体的这种自我净化作用叫作水体自净(Selfpurification)。,水体的自净能力有一定的限度，每一类水体的自净作用都有一个最大阈值即自净容量。水体的自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大量。,天然水体中的自净作用是废水生物处理技术与方法的基础,5,水体的自净原理,物理净化天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使污染物质的浓度降低。,生物净化天然水体中的生物活动过程，使污染物质的浓度降低。特别重要的是水中微生物对有机物的氧化分解作用。,化学净化天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。,6,水体污染,水体污染概念：因某种物质的介入，而导致水体化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水体的有效利用，危害人体健康，或者破坏生态环境、造成水质恶化的现象。,7,化学性污染,物理性污染,生物性污染,无机有毒物质污染,水体污染分类,无机物质污染,需氧物质污染,油类污染,有机有毒物质污染,悬浮物质污染,热污染,放射性污染,水体污染分类,8,污水处理方法,物理法：主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质。沉淀法过滤法离心法吸附法,根据作用原理和方法的不同，可将处理方法分为三类：物理法、化学法、生物法。,利用废水中各种污染物密度的不同这一原理把各种污染物从污水中分离开来，如沉砂池，隔油池等。,用活性炭、硅藻土等吸附剂吸附除去污水中的污染物。,9,污水处理方法,化学法：利用化学反应原理来分离、回收废水中的污染物，或改变污染物的性质，使他从有害变为无害。化学絮凝法中和法氧化还原法离子交换法,污水中的胶体物质通常带有负电荷，相互排斥成为稳定的溶液，向污水中投加带有相反电荷的电解质（絮凝剂）中和胶体的电荷，使胶体失去稳定絮凝沉淀。硫酸铝，硫酸亚铁等,投加氧化剂或还原剂，使废水中的污染物发生氧化或还原反应变成无害物。,10,污水处理方法,生物法利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物质进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方法。由于整个过程是在微生物所产生的酶的参与下发生的生物化学反应，因此将废水生物处理称为废水生化处理。,12,废水生物处理的类型,13,废水的分级处理,14,格栅,沉砂池,常用污水处理流程,16,污水处理处理目标,除去废水中的有机物和悬浮物，得到透明的处理水。尽量除去N、P等营养盐类。尽可能减少产生的污泥量。尽可能将有用物质作为资源加以回收利用。,17,固体污染物指标,需氧污染物指标,pH指标,BOD,污水的水质污染指标,COD,细菌总数,总大肠菌群数,总需氧量,金属有毒有害物质,有机有毒有害物质,放射性物质,污水的水质污染指标,细菌污染指标,有毒物质指标,18,生化需氧量（Biological Oxygen Demand,BOD）,1 L废水中有机污染物在好氧微生物作用下进行氧化分解时所消耗的溶解氧，单位是 mg/L。,BOD既是对水中可生物降解有机成分的间接指标，也是进行生化反应需氧量的直接反映，它是废水生物处理中最重要的参数之一。,19,生化需氧量,由于微生物的降解作用较缓慢，废水中有机物完全降解完毕需要大约20 d左右的时间。因此，为实用起见，一般取5d所消耗的氧来作为指标，简称为BOD5。另外，由于温度不一样，微生物降解作用也不一样，因此控制温度为20oC。,20,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD),用强化学试剂在化学氧化被测废水所含有机物过程中所消耗的氧量。COD是度量废水中有机污染物含量的一个常用水质指标。,21,化学需氧量,用强氧化剂(重铬酸钾或高锰酸钾)在酸性条件下能将废水中有机物彻底氧化，其中碳水化合物被氧化为H2O和CO2，此时所测定的氧(重铬酸钾或高锰酸钾中的化合态氧)的消耗量即为化学需氧量。,22,化学需氧量,由重铬酸钾法测定得出的化学需氧量，简称为CODCr；CODCr测定中使用硫酸银作为催化剂。由高锰酸钾法测定得出的化学需氧量简称为CODMn或高锰酸钾指数。,23,BODCOD或 BODCOD？,24,化学需氧量,由于强氧化剂对有机物的氧化作用比微生物的生物氧化作用更强烈和彻底，因此废水的COD一般总是大于BOD值。对于生活污水BOD5和CODCr的比值大致为0.40.8。BOD5和CODCr的比值(B/C)大小常常被用来判断废水能否用好氧生物法来处理或者判断用好氧生物法处理能够进行到怎样的程度。,废水的可生化性,25,根据BOD5与CODcr的比值大小判断：B/C0.45 B/C0.30 B/C0.25 B/C0.2生化性好 可生化 较难生化 不易生化,26,总需氧量TOD(Total Oxygen Demand),在900oC下将废水加以燃烧，使废水中的有机物及部分无机物完全氧化所需氧量。这一指标目前很少使用。,27,总有机碳TOC(Total Oxygen Carbon),废水样品在约950oC下高温燃烧，用红外线仪定量测出燃烧中所生成的CO2量，此时测得的碳的含量为废水中的总碳(TC)含量。总碳中包含有机碳和以CO2和HCO3-形成存在的无机碳。如在高温燃烧前，将废水进行酸化曝气，去除无机碳后用同样的方法测定的废水的含碳量即为总有机碳TOC。,总有机碳的单位为mg/L，生活污水的TOC一般为100350mg/L，其值略高于BOD5。,28,悬浮固体（SS）与溶解性固体（DS）,悬浮固体（SS）：废水经过滤器过滤，被过滤器截留的固体。溶解性固体（DS）：通过过滤器进入滤液中的固体。,29,挥发性固体（VS）与非挥发性固体（FS）,挥发性固体（VS）：把废水中的固体物，经550oC灼烧1小时，固体中的有机物即被气化，这就是VS。非挥发性固体（FS）：灼烧后剩余的固体物质即为FS。,第二节 好氧生物处理,31,在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使污染物的浓度下降的处理方法。,好氧生物处理,好氧生物处理原理,32,有机物+O2+微生物,能量+无机物（CO2、NH3）,能量+无机物（CO2、NH3）,细胞物质,残留物,分解，1/3,合成，2/3,内源呼吸,80%,20%,好氧生物处理的特点,好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。在废水处理工程中，常用的好氧生物处理法有活性污泥法；生物膜法。,33,好氧生物处理,活性污泥法生物膜法,34,35,活性污泥法,1912年英国的Clark和Gage发现长时间曝气会产生污泥，同时水质明显改善。Arden和Lockett发现了正是这些污泥对水质改善有着关键作用，所以把这些污泥称为活性污泥。,36,活性污泥法,活性污泥(activated sludge)：是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物以及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体。活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理方法。,按栖息着的微生物分：,活性污泥的组成,一组活性污泥图片,活性污泥的性质,40,活性污泥中的微生物,1、细 菌 直接摄取可溶性有机物；主要的优势种芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属、假单胞菌属和动胶菌属以及球衣菌属等。,42,动胶菌属,43,球衣菌属,44,活性污泥中的微生物,2、原生动物,鞭毛虫,纤毛虫,49,活性污泥中的微生物,3、微小后生动物轮虫类(rotifers)线虫类(nematodes),微小后生动物常摄食污泥中细菌、原生动物残骸的碎片等。,50,线虫,轮虫,52,活性污泥系统的指标,1、污泥浓度指标混合液悬浮固体浓度（MLSS）：表示活性污泥在曝气池混合液中的浓度，mg/L或kg/m3。混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：表示有机悬浮固体的浓度，mg/L或kg/m3。,活性污泥系统的指标,2、污泥沉降性能指标污泥沉降比（SV）：取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。该值一般在20%-30%之间。,53,活性污泥系统的指标,2、污泥沉降性能指标污泥体积指数（SVI）：SV不能确切表示污泥沉降性能，故用单位质量干泥形成湿泥的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。,54,1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI=1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L),55,活性污泥系统的指标,3、负荷容积负荷：单位体积，单位时间去除BOD或COD的量，kgBOD/m3d。污泥负荷(F/M)：单位质量活性污泥，单位时间去除COD或BOD的量，kgBOD/kgMLSSd。,56,活性污泥法的基本流程,活性污泥法由初沉池、曝气池、二沉池、曝气系统以及污泥回流系统组成。曝气池与二沉池是活性污泥法的基本组成。,活性污泥法的基本流程,二沉池,58,活性污泥法的流程图,废水在曝气池一般停留3-5小时，能去除水中的BOD为90左右。,曝气池,二沉池,59,活性污泥工艺在污水工艺中的位置,60,曝气池,曝气池,曝气池出水堰,曝气池混合液配水进入二沉池,65,二沉池,二沉池,66,二沉池,活性污泥降解有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,分解阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,活性污泥降解污水中有机物的过程,污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线,70,利用活性污泥为生化反应的主体物；利用曝气设备提供氧源；对体系进行搅拌增加接触和传质过程；通过污泥回流使微生物返回系统；经常排除一部分活性污泥。,活性污泥法的基本特点,71,活性污泥法的主要类型,短时曝气法阶段曝气法AB法完全混合法SBR法,72,短时曝气法,加大进口的通气量，然后随有机物浓度的逐渐降低而相应减少通气量。又称渐减曝气法。,73,沉淀池,短时曝气法流程,短时曝气法,74,阶段曝气法,把进水点加以调整，使废水沿着曝气池分若干点流入，又称多点进水法。可以降低曝气池前端的耗氧速率，避免缺氧情况，提高空气利用率。,75,沉淀池,阶段曝气法流程,阶段曝气法,76,吸附生物降解法（AB法）,70年代，德国Boehnke教授提出了AB（absorption biodegradation）法工艺。曝气池分为高、低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。吸附段（A段）采用高负荷或超高负荷运行，停留时间短（3060分钟），主要为吸附过程，去除BOD达50以上。氧化段（B段）采用低负荷运行，停留时间24小时。,77,生物吸附法（AB法）,曝气池,二沉池,中沉池,曝气池,A段,B段,78,吸附生物降解工艺（AB法）,79,完全混合法,出现于20世纪50年代后期，用来处理高负荷工业废水，尤其是含有抑制性有机物的工业废水。废水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内原有的混合液完全混合。,完全混合曝气池,（1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。（2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷为全池混合液所分担，而不像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器，在工业污水的处理中有一定优点。（3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。,完全混合法的特征：,完全混合法,82,序批式活性污泥法,序批式活性污泥法(sequencing batch reactor,SBR)：是一种间歇运行的污水生物处理工艺。该工艺每个运行周期可以划分为：进水期、反应期、沉降期、排放期和闲置期五个阶段。,83,序批式反应池（SBR）,84,运行中的SBR工艺,85,序批式反应池,86,生物膜法,生物膜：通过附着而固定在特定载体（石头、沙砾或塑料网等）上的结构复杂的微生物群落形成的一层黏液状膜。生物膜法(biofilm process)：利用附着在惰性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法。生物膜法是一种重要的生物处理方法。,87,生物膜法,通过废水和生物膜的相对运动，使废水和生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化与降解，使废水得到净化，同时，膜内微生物不断得到生长和繁殖。,生物膜法净化污水示意图,生物膜技术的发展和分类,1893年，英国出现在粗滤料上喷洒污水，进行净化。20世纪20-30年代，生物滤池为主的生物膜法得到了广泛应用。20世纪40-50年代，由于活性污泥法的发展，生物膜法工艺出现停滞状态。20世纪60年代以后，因为新型的有机合成材料开始大量生产，出现了各种有机合成的高效填料，生物膜法获得了新的发展。20世纪70年代以后，各种新型工艺相继出现，生物膜法成为和活性污泥法并列的污水生物处理技术，得到广泛应用。,88,89,生物膜的净化原理,生物膜具有强烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新细胞，膜不断加厚。生物膜达到一定厚度时，生物膜内层形成厌氧层，厌氧层逐渐扩大增厚，随后造成生物膜整块脱落。滤料表面又生成新的生物膜，如此循环往复不断更新。,90,生物膜法,生物膜法,生物滤池,生物接触氧化池,生物转盘,生物流化床,生物滤池,以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工处理方法。污水以滴状洒布在块状滤料的表面，污水流经表面时会形成生物膜，其中的微生物摄取有机污染物作为营养，使污水得到净化。,91,92,94,生物滤池,生物滤池的形式普通生物滤池塔式生物滤池活性生物滤池,普通生物滤池，也叫滴滤池(Tickling Filters),95,生物滤池的净化原理,污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面。薄膜状吸附于滤料周围形成附着水(adhesive water)，沿薄膜流过滤料即流动水(flowing water)。滤料表面微生物迅速繁殖，形成一层充满微生物的生物膜。,96,生物滤池的基本流程,生物虑池,二沉池,生物滤池,97,98,生物滤池,池体二十世纪四十年代前常采用方形、矩形的池体。现在大多采用圆形滤池。,99,生物滤池,滤料在普通生物滤池中一般采用碎石、卵石、煤渣等。高负荷生物滤池中采用石英石、花岗岩等；现在也采用塑料滤料，如聚氯乙烯、聚苯乙烯等。,100,一些填料的形状,酚醛树脂蜂窝填料,常用填料的类型,聚乙烯蜂窝填料,聚乙烯蜂窝填料,半软性填料,弹性立体填料,立体弹性填料,立体弹性填料,挂膜后的网状填料,109,布水装置,通过转动的喷淋装置将污水均匀分布于多孔虑床上。在多孔虑床上可生长多种微生物群落和原生动物。当污水缓慢地流过虑床时，微生物就吸收并降解了其中的有机成分，使得污水得到处理。,110,生物滤池,排水系统排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的水以保证滤床的通风。,111,影响生物滤池功能的因素,虑床的比表面积和孔隙率；虑床高度；负荷；回流；供氧；,112,塔式生物滤池,塔式生物滤池是近30年发展起来的生物滤池。塔高7-24m，采用塑料滤料(聚氯乙烯和聚丙烯)，内部通风良好，水流紊动剧烈，水力冲刷较强。,113,塔式生物滤池,114,塔式生物滤池,115,活性生物滤池,活性生物滤池（activated biofilter，ABF）：由生物滤池和曝气池串联组成的新的两段生物处理工艺。,116,活性生物滤池的流程图,曝气池,二沉池,活性生物滤池,在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。,生物转盘,固定在一根轴上的许多间距很小的圆盘或多角形盘片组成。在生物滤池的基础上发展起来的。区别是以一系列转动的圆盘代替固定的滤料。,118,119,生物转盘,生物转盘的概念产生于1901年，但是当前使用的工艺发展于20世纪50年代。第一座生物转盘污水处理厂是1954年在德国建成的。20世纪60-70年代初，生物转盘的介质类型和设备结构得到了明显的改进。70年代美国建造了许多生物转盘装置，目前仍有600多座还在应用。,120,生物转盘,到了80年代，欧洲已经建成生物转盘污水处理厂近2000座。现在全世界估计大约有3000套生物转盘装置。我国于70年代开始进行生物转盘的研究，已经在印染、造纸、皮革、石油化工等行业的工业废水处理中得到应用，而且效果很好。,121,原理,在废水池子中安装转盘，像水车一样旋转，转盘浸入水中吸附有机物获得营养，转盘离开水后获得氧气。转盘每转动一圈即完成一个吸附和一个氧化周期，转盘不断转动，上述过程循环进行，使废水得到净化。,生物转盘的流程,生物转盘的主要组成部分,生物转盘的构造,124,生物转盘,125,生物转盘,126,生物接触氧化池,生物接触氧化池(Submerged Biofilm Reactor）（淹没式生物滤池)，是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术。20世纪70年代初开创的污水处理技术。,127,生物接触氧化池,生物反应池内充填填料，污水浸没全部填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。,128,生物接触氧化池的流程图,接触氧化池,二沉池,129,生物接触氧化池,又称淹没式生物滤池，Submerged Biofilm Reactor,接触氧化池外观图,接触氧化池反应区的构造,填料框架,框架与填料,框架与生物填料,135,生物流化床（Fluid Bed）,使废水通过“流化态”并附着有生物膜的颗粒床，废水中的物质在床内同均匀分散的生物膜相接触而获得去除。以砂、焦炭或活性炭等细小惰性材料作为生物膜载体，废水(先经充氧或床内充氧)自下向上流过滤床使载体层呈流动状态，加大了生物膜表面积与废水和氧的接触，提高了处理效率。,136,生物流化床,由于污水的泵入或曝气（空气或氧气）作用，流化床反应器中的颗粒物质在反应器中不断流动，因而得名。在这种系统中，由下向上进入的废水的流速或曝气的程度被控制在足以使载体流动不互相接触，但又不能破坏“生物膜”结构的程度。该系统的最大优点是载体的比表面积被充分利用，但能耗较高，运行成本也相对较高。,137,生物流化床流程,三相分离器,流化床,二沉池,138,生物流化床,139,生物流化床,140,The biological fluidized bed reactor is an important part of breaking down perchlorate contamination.(Photo courtesy of Tulsa District),第三节 厌氧生物处理,142,厌氧生物处理,厌氧生物处理(anaerobic process)在无分子氧存在条件下，利用厌氧微生物（或兼性厌氧微生物）分解废水中的有机物并产生甲烷和二氧化碳的过程。又称为厌氧消化。处理对象：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。,143,厌氧工艺的发展历史,1881年2月，法国人莫拉斯（Mouras）将简易沉淀池加以改进而得到的“自动净化器”，处理污水污泥。1895年，英国卡麦隆（Cameron）发明化粪池(Septic Tank)，这是厌氧处理发展史上的一个重要里程碑。1899年，美国Clark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝空气消化的想法。1904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下部改变为消化室。,144,厌氧工艺的发展历史,1950年南非人Stander已发现了在厌氧反应器中保持大量细菌的重要性，开发了一种处理酒厂和药厂废液的装置称为厌氧澄清器1956年Schroeferr等人开发成功了厌氧接触法(Anaerohic Contact Process)。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。1974年Wageningen农业大学的Lettinga等人成功开发了升流式厌氧污泥层(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)反应器，简称UASB反应器。20世纪80年代里，在这些废水处理新工艺的基础上，又不断派生出一批新的高效厌氧处理工艺。,厌氧处理原理,1967年，Bryant发现奥尔甲烷杆菌是一种甲烷菌和产氧产乙酸菌构成的共生体。厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成的。1979年，Bryant提出了厌氧消化三阶段理论。,145,146,厌氧处理原理,CH4,脂肪酸,乙酸、H2、CO2,有机物质,发酵细菌,产乙酸细菌,产甲烷细菌,三阶段理论,147,厌氧处理原理,蛋白质和碳水化合物,氨基酸和单糖,长链脂肪酸,甲烷,复杂的可降解颗粒物,脂肪,挥发性有机酸（丙酸、丁酸等）,乙酸,氢,148,厌氧生物处理中的微生物,（发酵菌）产酸菌可将复杂的有机物转化为简单的小分子的一类微生物，它们参与产甲烷阶段以前的所有分解有机物的过程并产生小分子有机酸。产氢产乙酸菌这些菌将挥发性脂肪酸降解为乙酸和氢气。此类菌可能是绝对厌氧菌或兼性厌氧菌。,149,厌氧生物处理中的微生物,产甲烷菌能利用乙酸或氢气和二氧化碳产生甲烷气体的一类微生物。按形态可分为四种：八叠球状、杆状、球状和螺旋状。产甲烷菌都是绝对厌氧菌。,150,厌氧生物处理的优点,能量需求大大降低，还可产生能量；因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却能生产出沼气，每去除1kgCOD，好氧生物处理大约需消耗0.51.0kWh电能。而厌氧生物处理大约能产生3.5kWh电能。处理过程中污泥产量低；去除每千克COD，好氧生物处理的污泥产量约为250600g VSS；而厌氧生物处理的污泥产量仅为180200gVSS。,151,厌氧生物处理的优点,能降解许多在好氧条件下难以降解的合成化学品。如偶氮染料、含氯农药等；对水温的适应范围广；厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类，其适宜的温度范围分别为55左右和35左右。有机容积负荷率高；营养盐类需要量少。,152,厌氧生物处理的缺点,反应时间长；对环境条件变化敏感；处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。,153,厌氧生物处理的类型,1、化粪池2、普通厌氧反应器（AP）3、厌氧接触反应器（ACP）4、厌氧生物滤池5、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）6、IC反应器,1、化粪池,154,用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。还可用于郊区的别墅式建筑。,155,2、普通厌氧反应器,普通厌氧反应器，又称普通污水消化池。污水间歇地或连续地进入反应器，上部排水，顶部排沼气，水力或机械搅拌装置充分混合，无污泥回流。活性污泥浓度不高，一般5。停留时间长。,进水,出水,沼气,156,2、普通厌氧反应器,优点可以处理含固体物较多的污水；构筑物较简单，操作方便，不产生堵塞现象。缺点无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持大量的微生物。停留时间长，设备体积较大。,157,洛杉矶Hyperion污水处理厂蛋型厌氧消化池,消化温度控制在95F，污泥停留时间约15天，产气量每天可达740万立方英尺，其中甲烷含量约64，每日需供给发电厂作为燃料。,158,旧金山Oceanside水污染厂蛋型厌氧消化池,操作温度约为95F，污泥停留时间约为24天。每槽产气量约为100,000立方英尺，产出的甲烷主要用作发电，目前每日可提供厂内约1/2的用电。,159,3、厌氧接触反应器,在普通厌氧反应器的基础上增设了沉淀池；将污泥沉淀回流至消化池。污泥浓度增至10甚至20左右，有机物降解效率较高；可处理低浓度的有机废水。,进水,沼气,污泥回流,出水,160,3、厌氧接触反应器,优点包括普通反应器的所有优点，另外其负荷率、有机物降解率均高于普通污水消化池。,161,4、厌氧生物滤池,反应器内全部或部分填充填料供微生物附着生长，填料有较大的比表面积和较高的孔隙度。一般为上升式，停留时间一般约0.53d。,填料,进水,多孔板,沼气,出水,162,4、厌氧生物滤池,优点：处理能力较高；微生物浓度高，出水SS较低，设备简单、操作方便；,缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，而且堵塞后没有有效的清洗方法。,163,5、升流式厌氧污泥床,升流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket，UASB)是由荷兰Dr.Gatze Lettinga在20世纪70年代研发的。,164,Gatze Lettinga荣获2007泰勒环境成就奖Gatze Lettinga发明的UASB处理法，应用在全世界3/4的厌氧污水处理厂中，并且没有申请专利而将这种技术免费普及。,泰勒奖评委会认为Lettinga的工作“为世界特别是发展中国家提供了一种污水处理的极优秀的工艺。”,“UASB反应器概念对所有人都是公开的，特别是对发展中国家的人民，这是我一直期望的”Gatze Lettinga,泰勒环境成就奖,由美国人约翰泰勒和爱丽丝泰勒夫妇于1973年创立，是环境科学、能源、医学领域的国际性奖项。此奖项每年由美国南加州大学（USC）颁发，获奖者可获得200,000美元奖金和金质奖章。,165,泰勒奖被认为是国际环境科学的最高奖之一，有“环境科学诺贝尔奖”之称。,首位获得该奖的中国大陆科学家是刘东生（2002）,166,5、升流式厌氧污泥床,升流式厌氧污泥床是集生物反应与沉淀于一体，主要构造包括：污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器及进水系统。,167,5、升流式厌氧污泥床,三相分离器,168,颗粒污泥,由菌体自身固定化机制形成的一种聚集体。颗粒污泥阶段将细胞运到惰性物质或其它细胞（基底）的表面。通过物理化学作用可逆吸附于基底上。通过微生物表面的鞭毛、纤毛或胞外多聚物吸附于基底上。细胞倍增和颗粒污泥形成。类似于结晶过程，增加CaCO3等不溶性无机盐有助于颗粒污泥的形成。,169,颗粒污泥,170,颗粒污泥,优点：避免了微生物的大量流失；为反应器的高效、稳定运行奠定了基础。,171,5、升流式厌氧污泥床,The UASB reactors are an enclosed chamber system approximately 6 metres deep。,澳大利亚Coliban水公司,172,5、升流式厌氧污泥床,A 3-phase separator device at the top of the chamber,173,工业级UASB装置,钢制圆形结构,174,我国部分USAB反应器运行数据,175,克服了UASB污泥流失的问题。与UASB相比，可以处理更高浓度废水，运行负荷及处理能力高于UASB反应器。,6、IC（Internal Circulation）反应器,176,6、IC反应器,第四节 脱氮除磷处理,178,废水的生物脱氮除磷,氮、磷引起的问题氮、磷化合物是营养物质，会引起藻类的过度增殖。氨对鱼类和其他水生生物有较大的毒性。废水中的氨氮和有机氮会消耗水体中的溶解氧。亚硝酸根和硝酸根对人体健康有害。,179,1、硝化作用 由硝化细菌将氨氮氧化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。（NH4+NO2-NO3-)在生物脱氮系统中硝化作用的稳定和硝化速度的提高是影响整个系统脱氮效率的一个关键。,生物脱氮的基本原理,180,好氧量大由于产生酸而使碱度减少不需要营养物（有机碳源丰富时，脱碳菌代谢周期短生长迅速，硝化菌氧利用不足）硝化细菌增长率低硝化细菌不能在酸性条件下生长,硝化作用的特点,硝化细菌的增长速率（0.040.08）比异养型细菌的增长速率（0.3左右）要小一个数量级,亚硝化菌和硝化菌的最适pH分别为77.8和7.78.1,181,生物脱氮的基本原理,2、反硝化作用 反硝化由一群异养微生物完成，主要是将硝酸盐氮还原成气态氮或氮氧化物，反应在无分子氧的状态下进行。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中。NO3-N2,182,缺氧条件下进行反硝化过程产生部分碱度需要有机物提供能量,反硝化作用的特点,反亚硝化过程中的有机物来源：1、废水中所含的有机物。2、外加有机物，大多采用甲醇。3、内碳源（有机物）：活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳。,183,生物除磷的原理,生物除磷的途径：微生物细胞合成中吸收部分磷；微生物以聚磷酸盐的形式超量储存磷。,184,生物除磷的原理,在厌氧条件下，聚磷菌将胞内储藏的聚磷分解，产生磷酸盐进入液体中（放磷），同时产生的能量可供聚磷菌的生理活动之需，用于主动吸收外界环境中的碳源并将它们以聚羟基烷酸盐的形式储存。,聚磷菌,厌氧池,好氧池,进水,放磷,185,生物除磷的原理,在好氧条件下，聚磷菌利用聚羟基烷酸盐作为碳源和能源，摄取溶液中的磷酸盐合成聚磷（吸磷）。,吸磷,厌氧池,好氧池,进水,聚磷菌,186,典型的生物脱氮除磷工艺,(一)A/O(anoxic oxic)工艺A/O工艺是缺氧好氧生物处理系统的简称。A/O工艺所完成的生物脱氮在机制上主要由硝化和反硝化两个生化过程构成。单级A/O工艺是用一个缺氧反应器和一个好氧反应器组成的联合系统。,187,A/O脱氮工艺,废水,好氧脱碳,缺氧反硝化,二沉池,好氧硝化,出水,188,(一)A/O(anoxic oxic)工艺,A/O工艺流程中，原水先进入缺氧池，再进入好氧池。A/O工艺将好氧池的混合液与沉淀池的污泥一起回流到缺氧池，为缺氧池提供了丰富的硝酸盐氮和充足的微生物，保证了反硝化过程的顺利进行。,189,(一)A/O(anoxic oxic)工艺,A/O工艺的特点流程简单，建设费用低，能耗低；以原污水中的有机物和内源代谢产物作为反硝化的碳源，不需补充碳源；好氧池在缺氧池之后可以进一步除去有机物。硝化反应主要在好氧池完成，出水中硝酸根氮浓度较高。,190,(二)A/O(anaerobic oxic)工艺,A/O(anaerobic oxic)工艺是厌氧好氧工艺的简称。A/O工艺是组成最简单的生物除磷工艺。此工艺与前述脱氮工艺中的A/O工艺不同，其中A段为厌氧段。典型的A/O系统包括活性污泥反应池和标准的二沉池，反应池分为厌氧区和好氧区。,191,进水,厌氧放磷,好氧聚磷,出水,部分污泥回流接种,剩余污泥处理,沉淀脱磷,厌氧池,好氧池,二沉池,192,(二)A/O(anaerobic oxic)工艺,A/O工艺中，污水依次经过厌氧区和好氧区。A/O工艺中，进水与回流污泥混合，进入厌氧区接触放磷，然后进入好氧段吸磷。A/O工艺强调进水与回流污泥混合后维持严格厌氧状态，避免厌氧区硝酸盐的存在。,193,(二)A/O(anaerobic oxic)工艺,A/O工艺的特点水力停留时间短（厌氧区0.51h，好氧区1.52.5h）；有机负荷高，污泥龄短。,194,(三)A2/O工艺,A2/O工艺全称为anaerobic anoxic oxic工艺，即厌氧缺氧好氧法。在厌氧好氧（A/O）工艺的厌氧池之后增加一个缺氧池，并将沉淀池污泥回流到厌氧池即形成A2/O工艺。A2/O工艺同时具有脱氮除磷功能。,195,(三)A2/O工艺,释放磷,反硝化,厌氧池,进水,好氧池,缺氧池,出水,二沉池,硝化吸磷,196,视频材料,1、桂林市第四污水净化厂2、桂林市北冲污水净化厂3、桂林市七里店污水净化厂,197,作业,什么是环境生物技术？研究的主要内容有哪些？,198,大气污染净化方法,生物处理法生物吸收法生物洗涤法生物过滤法,利用微生物和培养液组成的微生物吸收液处理废气，然后在进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物。这种方法适合于处理可溶性的气态污染物。,用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化为无害物质。常用的固体颗粒有土壤和堆肥。,利用污水处理厂剩余的活性污泥配置混合液，作为吸收剂处理废气。,199,固体废弃物处理方法,工业废弃物的处理生物处理法城市垃圾的处理填埋法堆肥法制取沼气焚烧,在废石和尾矿上栽种永久性植物，以起固定废石和尾矿的作用。,城市垃圾含有大量的有机物和微生物，如不加处理排入环境中，将对人类的健康产生危害。,将固体废弃物铺成有一定厚度的薄层，压实并覆盖土壤。,依靠自然界广泛分布的微生物，人为地促进可供微生物生长的有机物向稳定的腐殖质进行生物转化的微生物学过程。,利用有机垃圾，采用严格的厌氧环境，经多种微生物的发酵作用，生产可燃气体。,为了进行无害化处理和减少体积，许多国家对垃圾进行焚烧法处理，产生的热能可生产蒸汽或电能。,200,201,202,203,204,205,206,好氧生物处理的基本原理,好氧生物处理（Aerobic biological treatment）：在有氧条件下，有机物在好氧微生物的作用下氧化分解。微生物将有机物摄入体内以后，以其作为营养源加以代谢。合成代谢：部分有机物被微生物所利用，合成新的细胞物质；分解代谢：部分有机物被分解成CO2和H2O等稳定物质，并产生能量用于合成代谢。,207,好氧生物处理,有机物+氧+微生物（C、O、H、N、S、P）,合成细胞物质+氧+微生物,CO2,H2O,NH3,+能量SO42-,PO43-,热,分解,合成,2/3,1/3,内源代谢产物（CO2、H2O、NH3）+能量,内源代谢残留物,内源代谢,208,厌氧生物处理的基本原理,厌氧生物处理（Anaerobic process）：在无氧条件下，利用多种厌氧微生物的代谢活动，将有机物转化为CH4和CO2以及少量细胞物质的过程。厌氧生物分解有机物的过程水解阶段发酵（酸化）阶段产乙酸阶段产甲烷阶段,