环境生物学 第六章 环境污染物的生物净化方法

活性污泥法的基本特征
利用生物絮状体为生化反应的主体物 利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微


生物提供氧源 对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质 过程 采样沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物的固 体含量 通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系 统 为保证系统内生物细胞平均停留的时间的稳定，经常 排出一部分生物固体。
厌氧生物处理的过程（三个阶段）
水解阶段：复杂有机物水解和发酵性细菌
酸化阶段 ：简单有机物（可溶态） 产氢、产乙酸细 菌 甲烷化阶段： 简单有机酸类、醇类产甲烷菌 CH4、CO2
厌氧反应器内的微生物
不产甲烷菌 • 细菌（以厌氧菌、兼性菌为主）、真菌，参与产甲 烷阶段以前所有分解有机物过程，并产生小分子有 机酸
载
二氧化碳、无机物
代谢产物 运动水
体
水 膜
厌氧层 好氧层
生物膜
出水
空气
图6－8 生物膜去除有机物示意图
生物膜法的特点（与活性污泥法相比较）
微生物多样性高 生物膜各段的微生物类群不同 生物膜中的食物链较长
具有较高的脱氮能力
单位处理能力大 系统维护方便
操作运行方便
固定床生物处理的主要类型
一类好氧生物处理方法。 • 注：微生物絮体由好气性微生物（细菌、真菌、原生动物和 后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物组成。
活性污泥的净化反应过程
• 活性污泥系统对有机底物的降解是通过几个阶段和一系列作 用完成的。包括以下阶段： • ①絮凝和吸附阶段 • ②活性污泥中微生物的代谢和增殖 • ③活性污泥的凝聚、沉淀和浓缩
有机负荷
厌氧生物处理的类型
普通厌氧反应器 厌氧接触反应器 上流式厌氧污泥床反应器（UASB）
厌氧物滤池
厌氧流化床反应器
图6－11 上流式厌氧池
厌氧处理的活性污泥 • 混合菌种来源：城市污水处理厂消化池污泥、初沉 池污泥、人畜粪便、有机肥料等。 • 甲烷含量达55％以上作为厌氧污泥培养成熟的指标， 此时方可引入废水。 厌氧处理运行过程的安全 高浓度有机废水厌氧处理与好氧处理的经济分
• 在厌氧条件下，利用厌氧微生物分解废水中的有机物并产生 甲烷、二氧化碳的过程，又称厌氧发酵。 • 与好氧生物处理的区别：不以分子氧为受氢体（最终电子受 体），以无机物、化合态盐、碳、硫、氮为受氢体，如CO、 CO2、SO4 2－、NO3－等。
厌氧生物处理的优缺点
• 优点：耐有机负荷高；可生成甲烷；剩余污泥量少；无需充 氧，能耗低； • 缺点：污泥量增长慢，工艺过程启动时间长；对负荷变化、 毒物敏感；故厌氧处理一般只用于预处理，要使废水达标排 放，还需要进一步处理
影响微生物脱氮的因素
pH值
• 硝化反应要耗碱，如果污水中没有足够的碱度，随着硝化的 进行，pH值会急剧下降，而硝化细菌对pH十分敏感，硝化细 菌和亚硝化细菌分别在7.0～7.8和7.7～8.1时活性最强，在这 个范围以外，其活性就急剧下降。
温度
• 两类硝化细菌的最适温度在30℃左右。
溶解氧
根据反应器中的微生物的营养形式，可分为好氧流化
床和厌氧流化床 好氧生物流化床 流化床中生物膜中的指示生物
• • • • 滤膜生物 中间滤膜生物 非滤膜生物 滤膜清扫生物
6.2 废水的厌氧生物处理 6.2.1 厌氧生物处理的原理与过程
什么是厌氧生物处理（Anaerobic Process）？
第六章 环境污染物的生物净化方法
本章将介绍以下内容：
废水的好氧生物处理 废水的厌氧生物处理 特定微生物处理及组合工艺
废水的微生物脱氮除磷
固体废弃物的微生物处理 大气污染物的微生物处理
6.1 废水的好氧生物处理 6.1.1 活性污泥法
活性污泥法的原理
• 活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的
碳源
• 废水中所含的有机碳源：当废水中所含碳（BOD5）与总氮的 比值大于3：1时，无需外加碳源，即可达到脱氮目的。 • 外加碳源：当废水中所含碳（BOD5）与总氮的比值小于3：1 时，需外加碳源，多采用甲醇。 • 内碳源： • 内碳源指活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳， 也称二次性基质。 • 利用内碳源，要求反应器的泥龄长、污泥负荷低，使微生 物处于生长曲线稳定期的后部或衰亡期，反硝化速度极低， 为前两种方法的十分之一左右。 • 利用内碳源，可使在废水碳氮比较低使不必外加碳源也可 达到脱氮目的，并且污泥产率低可减少污泥处理的费用。
图6－3 推流式曝气池
活性污泥法的主要运行方式（2）
完全混合式
• 废水进入曝气池后在搅拌下立即与池内活性污泥混 合液混合，从而使进水得到良好的稀释，污泥与废 水得到充分混合，可以最大限度地承受废水水质变 化的冲击。 • 特点：能够承受高浓度废水，对冲击负荷有一定的 适应能力；需氧全池要求相同，能够节省动力；可 使曝气池与沉淀池合建，无需单独设置污泥回流系 统，易于运行管理。
微生物脱氮——硝化作用段
硝化作用是指NH3被氧化成NO2－，再被氧化成NO3－的
过程。 反应： NH3→ NO2－ → NO3－ 微生物：亚硝化细菌和硝化细菌，两者为化能自养菌， 专性好氧，要求中性、弱碱性环境，以CO2为唯一碳源， 最适温度25 ℃ ～30 ℃，pH值范围7.5～8.0。 运行操作关键：
析
• 厌氧处理相对好氧处理可节省投资、占地面积，能 提供干净的沼气能源，具有较高的经济效益，但出 水还需经过好氧法的补充处理方能排放。
6.4 废水的微生物脱氮除磷 6.4.1 微生物脱氮
微生物脱氮基本原理 生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完 成。 首先利用好氧段，由亚硝化细菌、硝化细菌的 硝化作用，将NH3 转化为NO3－－N，再利用缺 氧段，由反硝化细菌将NO3－－N反硝化还原为 N2，溢出水面释放到大气。
普通生物滤池 塔式生物滤池 生物转盘滤池
生物接触氧化滤池
图6－10 普通生物滤池 图6－9 生物转盘
流化床生物处理技术
什么是流化床生物处理技术？
• 使废水通过运动态并附着生长有生物膜的颗粒床，废水中的 基质在床内同均匀分散的生物膜相接触而获得降解去除，故 在流化床中既有生物膜，又有活性污泥。
几种活性污泥法的工艺流程
推流式活性污泥法 完全混合式活性污泥法 短时曝气法（渐减曝气法）
阶段曝气法（多点进水法）
生物吸附法（AB法） 序批式间歇反应器（SBR法）
氧化沟法（Oxidation Ditch）
深水曝气活性污泥法
生物吸附法（AB）工艺流程
进水
接触池(吸附阶段)
• 曝气池混合液静置30分钟后，沉降的污泥体积与污泥干重之 比。 • 它反映了活性污泥的凝聚性和沉降性，一般控制在50－150之 间，若大于200，则表明发生了污泥膨胀。
污泥负荷（Ls）
• 单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物的数量， 用kg（BOD）/kg(MLSS)•d表示。又称有机负荷率，F/M值。
原生动物及微型后生动物
• 净化作用：腐生性营养的原生动物可吸收溶解性有 机物，动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游 离细菌及其它微小生物 • 促进絮凝和沉淀作用 • 指示作用：可作为处理系统运转管理的指标 真菌
图6－1 各种形态的细菌
活性污泥净化反应的影响因素
溶解氧（DO）
• 曝气池出口处的混合液的DO浓度保持在2mg/L左右，可使活 性污泥保持良好的净化功能。
混合液悬浮固体（MLSS）
• 1L曝气池混合液中所含悬浮固体的重量，单位g/L。
混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）
• 1L曝气池混合液中所含挥发性悬浮固体的重量，单位g/L。
污泥沉降比（SV）
• 一定量的混合液静置30分钟后，沉降的污泥体积与原混合液 体积之比，以百分数来表示。
污泥容积系数（SVI）
• • • • （1）泥龄θSRT（悬浮固体停留时间）较长 （2）要供给足够的DO； （3）要控制适度的曝气时间（HRT ？？？） （4）控制pH值在7.5～8.0
微生物脱氮——反硝化作用段
反硝化作用是指兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还
原为N2的过程。 反应：H NO3 →H NO2 → N2O → N2 微生物：假单胞菌属的微生物在厌氧条件下利用NO3－ 氧化有机质，获得能量，碳源来自有机物，最终电子 受体为NO3－、 NO2－，要求中性、弱碱性环境，最适 温度10 ℃ ～35 ℃，pH值范围7.0～8.0，在一个有极低 的DO、有NO3－ 和有机物存在的环境，pH值和温度合 适就会产生反硝化。 运行操作关键：碳源、 NO3－ 、NO2－ 、pH值、 DO等
产甲烷菌 • 其形态有八叠球状、杆状、球状、螺旋状 • 其特点：严格厌氧，代谢活动所需最佳pH值为 6.7～7.2，只能利用少数的几种简单化合物
厌氧生物处理的影响因素
温度 • 中温发酵35℃～38 ℃，高温发酵52 ℃ ～55 ℃ pH值 • 中性环境，甲烷化阶段7.0～7.5 营养成分 • BOD5 ：N ：P
生物膜中的微生物组成
细菌和真菌 • 在生物膜的好气层专性好气的芽孢杆菌占优势； • 在厌气层可见到反硫化弧菌属 • 数量最多的是兼性菌，如假单胞菌属等 原生动物 • 纤毛虫居多。 微型后生动物 • 如轮虫类、线虫类、昆虫类等，个体数较多。
生物膜的净化原理
废水
有机酸
有机物（养料） 附 水 着 氧气
丝状细菌
• 它的作用有两方面： • 一方面：是活性污泥的重要组分，交叉穿织与菌胶团内， 或附着生长于絮状体表面，具有强氧化分解有机物能力， 起到一定的净化作用。 • 另一方面：当丝状菌的数量超过菌胶团细菌时，可使絮状 体沉降性能下降，严重时可引发污泥膨胀（bulking）现象。