废水生化处理的原理与工艺

《水污染控制工程》

第二篇废水生化处理的原理与工艺

主要参考书目：

1）《水处理工程》，第一版，顾夏声等，清华大学出版社，1985

2)《现代废水生物处理新技术》，钱易等，中国科技出版社，1993

3）《排水工程》，第三版，张自杰等，中国建筑工业出版社，1996

4）《水污染治理工程》，黄铭荣、胡纪萃，高教出版社，1995

5）《废水生物处理数学模型》，第二版，顾夏声，清华大学出版社，1995

6）《水处理微生物学》，第三版，顾夏声等，中国建筑工业出版社，1998

•第一章废水生物处理概述

第一节废水生物处理简介

一、废水生物处理的目的和重要性

1、废水生物处理的目的

废水生物处理的主要目的有以下3点：①絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物；②稳定和去除废水中的有机物；③去除营养元素氮和磷。

2、废水生物处理的重要性

①城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济；

②废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；

③目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法；

④大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。

二、微生物在废水生物处理中的作用

微生物在废水生物处理中主要有三个作用：

①去除溶解性有机物（以COD或BOD5表示）（将其转化成CO2和H2O），去除其它溶解性无机营养元素如N（最终转化为N2气）、P（转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来）等；

②絮凝沉淀和降解胶体状固体物（某些难降解颗粒或胶体状有机物，可以通过微生物产生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物质发生沉淀，与剩余污泥一同被排出系统；或通过吸附较长期地滞留在系统内而被缓慢降解）；

③ 稳定有机物（某些有毒有害难降解有机物可以被微生物初步分解或部分降解，而减轻毒性作用或得到部分稳定，或最终被完全转化为无机物而得到稳定）。

三、微生物代谢过程简介

1、废水生物处理过程中微生物代谢过程示意图

2、微生物代谢的基本要素

① 能源：化学能，或光能——化能营养型、光能营养型；

② 碳源：有机碳，或无机碳——异养型、自养型；

③ 无机营养元素——又分为宏量元素，如：N 、P 、S 、K 、C a 、M g 等，在处理工业废水时，N 、P 元素与所需要去除的有机污染物之间的营养平衡问题有时会很关键，必要时就需要在进行中投加一定量的N 、P ；以及微量元素，如Fe 、Co 、Ni 、Mo 等，微量元素对于某些特殊的细菌如产甲烷细菌等的生长十分重要，因此在设计和运行厌氧生物反应器时，应给予足够的重视，否则会出现所谓的“微量元素缺乏症”；

④ 特殊有机营养物（也称生长因子，如维生素、生物素等）：对于某些特殊细菌，某些特殊的维生素对其生长的影响会很大，因此，在必要时应考虑补充。

3、废水生物处理中涉及的微生物代谢过程主要有：

① 化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌；

② 化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在研究阶段）、铁细菌等；

③ 光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白；

④ 光合自养型代谢：在废水生物处理中少有应用。

四、废水生物处理中的微生物

1、细菌：

主要包括真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria)；是废水生物处理工程中最主要的微生物；

根据需氧情况不同：好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌；

根据能源碳源利用情况的不同：光合细菌——光能自养菌、光能异养菌；非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌；

根据生长温度的不同：低温菌( 10ºC~15 ºC)、中温菌(15 ºC ~45 ºC)和高温菌(>45 ºC)

有机物 微生物 新的细胞物质 CO 2、H 2O

生物残渣

内源呼吸 分解

合成

2、真菌：

真菌的三个主要特点：

①能在低温和低pH值的条件生长；

②在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）；

③能降解纤维素。

真菌在废水处理中的应用：

①处理某些特殊工业废水；

②固体废弃物的堆肥处理

3、原生动物、后生动物：

原生动物主要以细菌为食；其种属和数量随处理出水的水质而变化，可作为指示生物。

后生动物以原生动物为食；也可作为指示生物。

第二节生物处理工艺在废水处理中的地位

一、有机污染物在废水中的存在形式及其主要去除方法

1、颗粒状有机物(>1μm)：

可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物；

2、胶体状有机物(1nm~100nm)：

不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物；

3、溶解性有机物(<1nm)：

以分散的分子状态存在于水中的有机物

4、生物法处理的主要对象：

废水中呈胶体状和溶解状态的有机物；废水中溶解状态的营养元素N和P。

二、废水处理程度的分级

废水处理程度的分级：一级处理——预处理或前处理；二级处理——生物处理；三级处理——深度处理

1、一级处理：

去除效果：E BOD≈ 30%, E SS≈ 50%；

主要功能：①去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担；②调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。

主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等