5--环境生物学第五章--环境污染生物净化的原理

一、微生物
对污染物降 解与转化
特点
途径
影响因素
微生物对常见污染物的降 解与转化 有机污染物的生物可降解 性及其评价方法
（一）微生物对物质 降解与转化的特点
名称 三氯化铁 聚合硫酸铁 精制硫酸铝 聚合氯化铝 聚合硫酸铝 聚合氯化铝
代号 PC PFS AS PAC
分子式 FeCl3••6H20 [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m Al2(SO4)3•18H2O [Al2(OH)nCl6-n]m
主要性能
混凝效果不受水温影响，最佳pH值为6.0~8.4，但在 4.0~11范围内仍可使用。易溶解，絮体打而密实， 沉降快，但腐蚀性大，在酸性水中已生成HCl气 体而污染大气
静电力直接作用于尘 粒上，而不是作用于 整个气流上。
静电除尘
• 利用过滤介质对 气流中的尘粒吸 收的的方法。
过滤式除尘
• 主要借助分子间和分子内的作用 力，吸收并去除污染物。
2、气体状态
污染物的吸 附与净化
• 气体吸收法：利用物质的溶解 度不同来分离气态污染的方法。
• 气体吸附法：用一种多孔性固 体处理流体混合物，使其含有 的一种或者几种污染物组分浓 集的固体表面，而与其他组分 分离的过程。
• COD： • 一般表示废水中有机污染物重量的98％， 几乎可以表示出有机物全部氧化所需氧量， 测定不受水质限制，并可在数小时内完成； 但是它不能反映微生物能够降解的那部分 有机物的数量。
• BOD 和COD的关系： • 可以认为COD包括两部分：一部分为能够 被 一部微分生为物不降能解够的被有微机生物物的降耗解氧的量有CO机D物B，的另 耗氧量CODN B。 • BOD u COD B • BOD 5 = 0.58 COD B
• 硝化阶段： NH3被转化为亚硝酸盐 和硝酸盐，硝化作用消耗的氧量称 为硝化需氧量。
BOD曲线
• BOD曲线的七个阶 段：
• （1）微生物增殖 的迟缓期
• 耗氧量增加缓慢， 原因：
• 细菌本来就处于延 迟期，细菌刚刚进 入新的营养及环境 条件，有个适应的 过程。
（2）细菌的对数 生长期
特点：耗氧量迅速增 加
2.气体状态污 染物
以分子状态存在的污染物，大部分为无机气 体。常见的有五大类；以SO2为主的含硫化 合物，以NO和NO2为主的含氮化合物，COX、 碳氢化合物以及卤素化合物等。
一次污染物：直接从污染源排放到大气中的 原始污染物。如：硫氧化物，氮氧化物，碳 氧化物和碳氢化物等。 二次污染物：由一次污染物与大气其他组分 经过一系列化学或者光化学反应而生成的新 污染物。硫酸烟雾和光化学烟雾。
• 该法能将有机物全部氧化，比BOD 5 和COD更能直接表示有机物的总量， 故常常被用来评价水体中有机物污染 的程度。
4、固体Baidu Nhomakorabea质
总固体 悬浮固体 溶解性固体
挥发性固体 非挥发性固体
5、含氮化合 物
含氮化合物的几种化学形态
• 有机氮：蛋白质、氨基酸、尿素等 • 无机氮：包括氨氮：NH3-N、NH4＋-N
常用还原剂：铁屑、硫酸亚铁、二氧化硫等 ，用于含铬、汞废水。
（4）离子交换法
• 利用离子交换剂的离子 交换作用来置换污水中 的离子态物质。
3、生物法
利用微生物的代谢作用除去废水中有 机污染物的一种方法，亦称废水生物 化学处理法,简称废水生化法,分需氧 生物处理法和厌氧生物处理法两种。 实际应用中，生物处理目标： 1 去除有机物和悬浮物； 2 去除C、N、P 3 减少产泥量 4 资源化
环境生物学
第五章 环境污染生物净 化的原理
本章将讨论以下内容： ❖环境污染净化概述 ❖生物对污染净化原理
第一节 环境污染净化概述
一、环境污染物的类型和来源
（一）地表水体污染物 • 1. 生活污水： 面污染，点汇集。 所含污染物无毒。 含大肠杆菌和致病菌，污染环境（生物污染） 农村生活污水管理？？？？
3、生物净化 方法
• 生物吸收法：利用微生物和组培 液组成的微生物吸收液作为吸收 剂处理废气，然后再进行好氧处 理，去除液体中吸收的污染物， 适合处理可溶性的气态污染物。
• 生物洗涤法：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，对脱除复合型 臭气效果很好。
• 生物过滤法：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。 常用土壤和堆肥。
用量小，絮体生成快，大而密实。腐蚀性比FeCl3小， 所需碱性助剂量小于PAC以外的铁铝盐。适宜水 温10~50℃，pH值问5.0~8.5，但在4.0~11范 围内仍可使用
Al2(SO4)3含量为50%~60%。适宜水温20~40℃， pH值为6.0~8.5。水解缓慢，使用时需加碱性助 剂，卫生条件好，但在废水处理中应用较少，在 循环水中易生成坚硬的铝垢
原因：异养细菌利用 废水中的营养物质 而迅速增值。
（3）耗氧平缓阶 段
特点：耗氧量减少 原因：废水中养分被
异养细菌所消耗， 细菌生长因营养缺 乏而减慢，逐渐进 入内源呼吸。
（4）原生动物耗 氧峰
特点：耗氧量增加 原因：原生动物的活
动所引起的。原生 动物以细菌为食。
（5）耗氧再次平 缓阶段
特点：耗氧量下降。 原因：原生动物的食
物逐渐耗尽，原生 动物大量死亡。
（6）硝化细菌耗 氧峰
特点：缓慢增加 原因：硝化细菌对氨
的氧化而耗氧的结 果。
（7）
所有的微生物继续减 少，有机物最终转 化为CO2和H2O。
2、化学需氧 量COD
（Chemical
Oxygen Demand）
• 概念：COD是指在一定条件下，用强 氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量， 以氧的毫克/升来表示。
系新型品种，絮体生成快，大而密实。对水质的适应 性强，脱色效果优良。最佳pH值为5.0~9.0，消 耗水中碱度小于其他铁铝盐，无需加碱性助剂
（2）中和法
酸碱中和法是指采用加 碱性物质处理酸性废水， 吹入CO2处理碱性废水， 让两者中和后，加以过 滤可将废水基本净化
（3）氧化还原法
氧化还原法是加入化学氧化剂或还原剂，有选择地改变废水中有 毒物质的性质，使之变成无毒或微毒的物质。 常用氧化剂：空气、漂白粉、氯气、臭氧等，处理含酚、氰、硫 等废水。
（三）固体
废弃物的处 理方法
工业废弃物 • 物理化学法：覆盖法、化学反应剂法 • 生物法：栽种永久性植物
城市垃圾 • 填埋法 • 堆肥法 • 制取沼气 • 焚烧法
三、环境污 染的污染与 净化指标
BOD5：生化需氧量 COD：化学需氧量COD是指在一定条件下，用强氧化剂 处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的毫克/升来表示。 TOD：总需氧量 TOC：总有机碳 固体物质 含氮化合物 pH值 生物污染指标 细菌总数 大肠菌群总数
生化需氧量 BOD
• 生化需氧量BOD（Biological Oxygen Demand） • 概念：在20℃条件下，微生物好氧 分解水样（废水或受污染的天然水） 中有机物所消耗的溶解氧量。
• B所O消D耗5：的微溶生解物氧5天量好。氧分解有机物
• 有机物生化耗氧过程的两个阶段 • 碳H2化O、阶N段H：3，将碳有化机作物用分消解耗成的C氧O2量、 称为碳化需氧量。
和硝态氮：NO2－-N、 NO3－-N。
常用水质测定指标
• 总氮：包括有机氮和无机氮化合物的测定。 • 凯氏氮：指以凯氏法测得的氮量，包括了
氨氮和在此条件下能被转化为铵盐的而测 定的有机氮化合物。 • 氨氮 • 亚硝酸盐氮 • 硝酸盐氮
6、pH值
7、生物污染指标 • 细菌总数 • 大肠菌群总数
第二节 生物对污染净化 原理
3、总需氧量 TOD和总有 机碳TOC
总需氧量TOD
• 指：有机物和少量无机物在铂催化下， 在燃烧炉900℃高温燃烧成稳定的最 终产物所消耗的氧的量。
总有机碳TOC
• 是以碳的含量表示水体中有机物质总 量的综合指标。
• 它的测定采用燃烧法：在950 ℃和铂 催化下，测定二氧化碳的含量，并扣 除150 ℃燃烧测得的碳酸盐等无机碳 元素的含量。
对水温、pH值和碱度的适应性强，絮体生成快而密实， 使用时无需加碱性助剂，腐蚀性小。最佳pH值为 6.0~8.5，性能优于其他铝盐
PAS
[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m
使用条件与硫酸铝基本相同，但用量小，性能好。最 佳pH值为6.0~8.5，使用时一般无需加碱性助剂
PACS
[Al4(OH)2nCl102n(SO4)]m
2. 工业废水
点源。
水体污染主要污染源。
面广、量大、污染物多、组成复 杂、毒性大、处理难、成本高
3. 农业污水
• 面源污染。 • 面广、量大、分散
• 污染地下水和地表水 • 农药、化肥汇流入河、湖，最终入海。 • 我国水体富营养化元凶：化肥过量使用
（二）大气 污染物
定义：是指由于人类活动或自然过程 排入大气，并对人或环境产生有害影 响的物质。 按状态分为：气溶胶状态污染物和气体 状态污染物。 1.气溶胶状态污染物:固体、液体粒子或 它们在气体介质中的悬浮体。其粒径 约为0. 002-100μm大小的液滴或固态粒 子。 粉尘、烟、飞灰、雾 飘尘、降尘、总悬浮颗粒
• 它反映了水中受还原性物质污染的 程度，水中还原性物质包括：有机 物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。 水被有机物污染是很普遍的，故 COD也作为有机物相对含量的指标 之一。
• 在规定条件下，强氧化剂重铬酸钾 K污2染Cr物2O，7可故氧在化实大际多使数用常中见常的把有C机OD C部r 的有测机定物值。近似地代表废水中的全
（1）沉淀法：
• 又叫重力分离法 • 污水流入池内由于流速降低，污水中地固体物质在重力作用下进
行沉淀，而使固体物质与水分离，这种工艺分离效果好，简单易 行，应用广泛，如污水处理厂的沉砂池和沉淀池。沉砂池主要去 除污水中密度较大的固体颗粒，沉淀池则主要用于去除污水中大 量的呈颗粒状的悬浮固体。
（2）过滤法：用石英沙、 筛网、尼龙布、隔栅等作 过滤介质，对悬浮物进行 截留；
（三）固体废弃物
定义：固体废弃物 是指人类在生产、消 费、生活和其他活动 中产生的固态、半固 态废弃物质，通俗地 说，就是“垃圾”。
按其化学性质分为有 机、无机废物。 按其危害性状分为有 害、一般废物。 按其形状分为固体的 和泥状的。
二、 环境污染治理方 法概述
（一）污水处理方法
1、物理法：用物理作用分离废水中的悬浮状态 的污染物。
（3）离心分离法：借助 离心设备的高速旋转， 在离心力作用下是悬浮 物和水分离。
（4）吸附法：用活性炭， 硅藻土等吸附剂，吸附 去除废水中溶解的有机 或者无机污染物。
（5）蒸发结晶法：是加热使污水中的水 气化，固体物得到浓缩结晶；
（6）吹脱法：把大量空气通入废水中， 使废水中还有的溶解性气体吹入大气中。 如CO2、H2S和HCN。
BOD 和 COD的比较
• 废水处理中多以BOD 和COD两个指标来度量 水样的有机污染物浓度和被净化程度。
• BOD： • 反映的是微生物能够降解的那部分有机物 的数量，基本上反映出水体中生物氧化分 解有机物所消耗的氧量，比较符合实际， 但检出时间过长，不能迅速及时指导生产 实践，而且毒性大的废水可抑制微生物的 作用而影响结果，甚至无法测定。
CH4
（7）浮选法（气浮法）：
• 把加压的容器水打入废水中， 使废水中细小的悬浮颗粒粘附 在气泡上，随气泡上升至水面， 形成浮渣而去除。
其他
• 膜法： • MF、UF、NF、MBR、RO、DTRO
等
**超磁分离技术的原理
2、化学法
（1）化学凝聚法： 水中胶体物质通常带有 负电荷，胶体物间相互 排斥不能凝聚，往往形 成较为稳定的混合液。 向水中投加带有相反电 荷的电解质（絮凝剂）， 可使废水中的胶状物层 电中性，失去稳定性， 并在分子引力作用下， 凝聚成大颗粒而下沉， 或用气浮法使其上浮， 达到去除污染物的目的。 常用絮凝剂：PAM、硫 酸铝、硫酸亚铁、三氯 化铁、氢氧化铝、聚铝、 聚铁、明矾和消石灰等。
1.气溶胶状态污染物的 控制
•重力沉降：含尘气 体中的颗粒受重力作 用而自然沉降的原理， 将颗粒污染物与气体 分离的过程。
（二）大气污染物净化方法
旋风除尘
使含尘气流作旋转 运动，借作用于颗 粒上的离心力，把 颗粒污染物从气体 中分离出来的过程。
利用静电力从气体中 分离悬浮粒子的一种 除尘方法，所采用的 是静电除尘器。