环境污染物的生物处理

8）反渗透工艺系统
Al2(SO4)3
二级处理水
混合
絮凝
沉淀
砂滤
砂滤
臭氧氧化 活性炭吸附
清水池 用水对象
6.1 污水的好氧生物处理方法
1） 活性污泥法（Activated sludge process, ASP）
起源：最早由英国人Ardern和Lockett创建（1914年），1917 年建厂运行。 目前在我国应用较为广泛。
2）厌氧处理：即生物还原处理法，主要用于处理高浓度有机废水 和污泥。
好氧生物处理效率高，使用广泛，已成为污水生物处理的主要方法。 厌氧生物处理主要用于污泥的消化处理和高浓度有机污水的处理。
2、二级处理
（二）絮凝法：通过加入絮凝剂，破坏胶体的稳定性，使胶体发生凝 聚，产生絮凝物，并发生吸附作用，将废水中的污染物吸附在一 起，然后沉降而与水分离。常用的凝聚剂有硫酸铝、明矾、铁盐 （硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁等）以及高分子凝聚剂。
工业废水种类及来源
废水种类 1 重金属废水 2 放射性废水 3 含铬废水 4 含氰废水
5 含油废水 6 含酚废水 7 硝基苯类废水 8 有机废水 9 含砷废水 10 酸性废水 11 碱性废水
废水来源
采矿、冶炼、金属处理、电镀、电池、特种玻璃及化工等工业 铀、钍、镭矿的开采加工、核动力站运转、医院同位素试验室等 采矿冶炼、电镀、制革、颜料、催化剂等 工业电镀、提取金银、选矿、煤气洗涤、焦化、金属清洗、有机
好的生存环境；
为原生动物、微型后生动物提供附着场所 具有指示作用。
曝气池
曝气池出水堰
活性污泥混合液
活性污泥的形态
颜色 味道 状态 粒径 比表面积 相对密度 含水率
黄褐色 土腥味 似矾花絮绒颗粒 0.02～0.2mm 20～100cm2/mL
1.002～1.006 kg/L 99%以上
活性污泥中的微生物：能形成活性污泥絮状体的细菌（菌 胶团细菌）、丝状细菌（污泥膨胀）、真菌、原生动物 （监测处理系统运转的指标，可一定程度上反映出水质和 处理效果）、后生动物（轮虫、线虫和寡毛虫）。
约9%。
工业废水：成分复杂，变化剧烈，不同工业废水的质和量有明显
差异，主要取决于工业生产的性质、工艺和规模。年排放量约400500亿吨，处理率小于30%。若年排放量达800亿吨时，将使70%的水 资源不能使用。
★冶金、建材、发电：主要含无机物。 ★食品、石化、炼油：主要含有机物。 ★焦化、化工、农药：大量有机物、大量无机物、毒物。
机械曝气：利用安装在水面上、下的叶轮高速转动，剧烈搅动水面，产生水跃， 液面与空气接触表面不断更新，使空气中的氧转移到混合液中。
三叶式罗茨鼓风机
多级风机
多极离心风机 常用鼓风机形式
A 推流式（CAS）：废水从曝气池的狭长流槽一端进入， 另一端流出。随着水流的过程，底物降解，微生物增长。
曝气池F（污染物浓度）/M（微生物的生物量）变化
废水经一级处理主要是悬浮物（SS）的去除，而对废水中的胶体和溶 解性污染物的去除作用不大。悬浮固体去除约70-80%，BOD去除约30%， 达不到排放标准，一般作为预处理。
主要的作用有：筛滤、水质水量调节、沉淀、调节池有调节水量，还 有预曝气作用。
城市污水 格栅
直接排放
沉砂
沉淀
或进入二级处理系统
第三节 环境污染物的生物净化方法
主要内容：介绍环境污染物（污水、大气污染和固废）的微生物处 理方法及其工艺流程
第一节 废水的好氧生物处理 第二节 废水的厌氧生物处理 第三节 特定微生物处理及组合工艺 第四节 废水的微生物脱氮除磷 第四节 固体废弃物的微生物处理 第五节 大气污染物的微生物处理
人均水资源占有量不到世界平均水平的1/3,全国水资源 总量约2.8×1012 m3，人均2281 m3；世界人均6918 m3。
经过二级处理的水80～90％的有机物被除去，BOD较低，一般 可达到农灌标准和废水排放标准。数量不多时可排入自净能力较 强的河流中，但水中还存留一定的悬浮物、生物不能降解的有机 物、溶解性无机盐和N、P等，并含有病毒和细菌。因此不能作为 饮用水、工业用水和地下水的补给用水。
原废水 格栅
沉砂池
初沉池
（2）化学法 利用化学反应或物理化学作用处理、回收废水中的污染物，常用的方 法有化学沉淀法、混凝法、中和法、萃取法、吸附法、离心交换法、 电渗析法等。
（3）生物法 利用微生物的生化作用处理废水中的有机污染物。常用的方法有活性 污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法等。
好氧生物处理法 ：利用好氧微生物在有氧条件下将废水中有机物分解的方法。 厌氧生物处理法：在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲 烷和二氧化碳等气体。
用下，进入细胞体内，并在酶的作用下要不被降解，要不被同化成细胞本 身。
机理：是利用人工培养和驯化的微生物群体去分解废水中可供生物降 解的有机物，从而使废水得到净化。
两个阶段：吸附——分解
好 氧
无机物（CO2, NH3, H2O）
微 生
1/3
能量
物
分解代谢
对 可代谢有机物
能量＋无机物
有
机
、微生物、02 合成代谢
后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是 水质稳定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污 水处理的质量。
活性污泥法的主要类型： 按照废水和回流污泥进入方式以及其在曝气池中的混合方式，分为
推流式 完全混合式。
活性污泥法的基本流程
鼓风曝气：将空压机送出的压缩空气通过一系列管道系统送到安装在曝气池底 的空气扩散装置，以微小气泡形式逸出，转移到混合液中，同时混合液搅拌、 混合。
活性污泥净化反应的机理
初期吸附去除 污水与活性污泥接触5～10min，污水中大部分
有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去 除。此时的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着 在生物絮体的表面，这种由物理吸附和生物吸附交 织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。
微生物的代射 被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作
活性污泥：活性污泥是微生物群体及它们所吸附的有机物质和 无机物质的总称。
它是在污水中以有机污染物作培养基，在充氧曝气条件下对各 种微生物群体进行混合连续培养而成的。活性污泥具有凝聚、 吸附、氧化以及分解污水中有机物的性能，因而可使污水得到 净化。
有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力； 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良
活性污泥的组成
按有机性和无机性分
Ma——具备活性细胞成分； Me——内源代谢残留的微生物有机体； Mi——难为细菌降解的有机悬浮固体； Mii——吸附的无机悬浮固体。
活性污泥的特征与微生物
组成
细菌：以异养型原核生物(细 菌)为主，数量107～108个/ml， 自养菌数量略低。其优势菌种： 产碱杆菌属等，它是降解污染 物质的主体，具有分解有机物 的能力。
清水池
用水对象
5）气浮过滤系统
Al2(SO4)3
二级处理水
气浮池
空气 cl2
生物膜滤池
清水池
用水对象
6）臭氧化系统
Al2(SO4)3
二级处理水
混合 絮凝
O3
沉淀
砂滤
臭氧氧化
清水池
用水对象
7）臭氧、活性炭联用系统
Al2(SO4)3
O3
二级处理水
混合 絮凝
沉淀
砂滤
臭氧氧化 活性炭吸附 清水池 用水对象
理化性质 ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大小0.02～0.2mm，表面
积20～100cm2/ml，pH值约6.7，有较强的缓冲能力。其固相组分 主要为有机物，约占75～85%。
组成 由微生物群体Ma，微
生物残体Me，难降解有机 物Mi，无机物Mii四部分 组成。
生物特性 具有一定的沉降性能 和生物活性。
cl2
二级处理水
混合 絮凝
沉淀（澄清、气浮） 过滤
清水池
用水对象
2）直接过滤系统
Al2(SO4)3
cl2
二级处理水
砂滤
清水池
用水对象
3）微絮凝过滤系统
Al2(SO4)3
二级处理水
混合
絮凝
砂滤
cl2
砂滤
清水池 用水对象
4）生物膜过滤系统
Al2(SO4)3
二级处理水
混合 絮凝
沉淀
空源自文库 cl2
生物膜滤池
污泥回流
曝气池
二沉池
消毒投加 排放或三级处理
消化气利用
污泥利用
污泥浓缩池 污泥消化池
图4－10 活性污泥法典型工艺流程图
脱水与干燥设备
3、三级处理
又称为高级处理或深度处理，进一步去除二级处理未能去除的污染物。 如未能降解的有机物、可溶性无机物以及氮、磷等。它根据废水中的 不同成份分别采取物理、化学等方法进行处理。
02
80%
20%
物
2/3 合成细胞物质
残留物
氧
内源呼吸
化
分
解
过 程
有机物的降解速率，微生物的存在方式、增殖规律，溶解 氧的提供方式是好氧生物处理工艺的关键
活性污泥的特征与微生物
形态 在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中
呈“絮状”。
颜色 正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变
（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。
生活污水：来源广，水质相似；杂质多，占总量的0.1-1%。
① 含大量有机物，占全部悬浮物 (suspended solid, SS ) 的3/4以 上，BOD 300-500mg/L，主要包括纤维素、油脂、肥皂、蛋白质及其 分解产物。一般不含毒物。
② 无机杂质以泥沙、矿物废料及溶解盐类居多。 ③ 适于微生物繁殖，含大量细菌和病原体。 ④ 肥效较高。 ⑤ 水量水质与季节、居民生活状况、生活习惯(用水量有关)，处理率
废水微生物处理——城市污水处理
借助于各种技术手段将污水中的各种污染物分离或降解，从而使污水 得以净化。
根据处理程度的不同，污水处理可分为三级，即一级、二级和三级。
1、一级处理（初级处理）
一级处理：是利用隔栅以及沉淀等物理作用去除废水中的大颗粒固态 污染物（粒径100 um以上），可由筛滤、重力沉淀、浮选等物理方法 串联而成。
目前全国有400多个城市缺水，正常年份城市缺水60亿m3。
净水被使用后， 理化性质发生改变，水质受到不同程度污 染，称为废水(waste water)，也称为污水(sewage)；分：
生活污水(domestic sewage，sanitary sewage) 工业废水(industrial waste water）。
玻璃等 炼油、机械厂、选矿厂及食品厂等 焦化、炼油、化工、煤气、染料、木材防腐、塑料、合成树脂等 染料工业、炸药生产等 化工、酿造、食品、造纸等 制药、农药、化工、化肥、采矿、冶炼、涂料、玻璃等 化工、矿山、金属酸洗、电镀、钢铁等 制碱、造纸、印染、化纤、制革、化工、炼油等
废水处理基本方法
（1）物理法 利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物，在处理过程中不改 变其化学性质。常采用的有沉淀法、过滤法、离心法、蒸发法。分离 和去除大块垃圾、悬浮固体。
优点：BOD和SS去除率高，可达90%－95%，适于处理要求高、水质稳的废水。 缺点：对水质变化适应差；实际需氧前大后小，使前段氧少、后段氧余；曝气池容 积负荷低、占地面积大、基建费高。
推流式曝气池
（1） 普通活性污泥法 优点：
栅渣处置
沉砂处置 污泥干化脱水
图4－9 污水一级处理典型流程
2、二级处理
二级处理的主要任务是大幅度地去除废水中呈胶体和溶解状态的有机物。 常用的方法是生物法和絮凝法。
（一）生物法，即生物处理，利用微生物将污水中的有机物分解为无机 物，从而达到净化的目的。
1）好氧处理：★活性污泥法：传统法、阶段曝气法、生物吸附法、 完全混合法等。★生物膜法：普通生物滤池、生物滤塔、生物转盘、生 物接触氧化、生物流化床等。★自然生物处理法：氧化塘、土地处理系 统。
经三级处理的废水能达到城市用水、工业用水和饮用水标准，但三级 处理的处理费用很高。
【二级处理中的单一方法， 常不能去除废水中的氮、磷元素，需要用 几种方法组合。此外，水体富营养化的关键在于流入水体的营养盐负 荷量，其中，磷的作用远大于氮的作用。】
三级处理工艺系统：
1）混凝、澄清过滤系统
Al2(SO4)3
•真菌：由细小的腐生或寄生菌组成， 具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的 功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥 膨胀。
原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细 菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有 机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫； 当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩 虫、聚缩虫、盖纤虫等。