10废水生物处理原理

2．对营养物的需求量少 好 氧 方 法 BOD：N：P=100：5：1， 而 厌 氧 方 法 为 （350~500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此 厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。 4．产生的污泥量少，运行费用低 ? 繁殖慢；不需要曝气 基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了 广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点
1.活性污泥法处理废水
基本流程
活性污泥生物相：有细菌、真菌、原生动物和后生动物等 . 细菌是主要的有机废物去除者，数量为108~109个/ml ，原 生动物有鞭毛虫、根足虫、纤毛虫、吸管虫等，常出现丝 状菌，如球衣菌、白硫菌、丝硫菌等，但过多时可引发污 泥膨胀，影响沉淀，降低效果。
曝气池
动胶菌属
二、厌氧法的缺点
提问：？ 1．出水的有机物浓度高于好氧处理；
发酵分解有机物不完全；
2．对温度变化较为敏感；
工业中需要设置进水的控温装置，37℃。
3．厌氧微生物对有毒物质较为敏感；
但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。
4. 初次启动过程缓慢,处理时间长
好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功， 而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功
控制活性污泥丝状膨胀的对策
基于上述原理如何预防污泥膨胀
1.设调节池(及事故池)控制高负荷（BOD、毒物）冲击 2.控制溶解氧 溶解氧浓度必须控制在3～4mg/L。 3.调节废水的营养配比 尽量逼近BOD5与N和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。 补N——尿素 补P——磷酸钠
原生动物及微型后生动物
5．处理过程中产生臭气和有色物质
提问：是什么？
臭气主要是形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等 的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的 硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一 步脱色脱臭。
厌氧活性污泥法
（一）．厌氧活性污泥的性质和组成
由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。 呈灰色至黑色， 有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能； 颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm以上。
物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)
等。
生物转盘
普通生物滤池
软性填料
生物填料上的生物膜
好氧生物膜中的微生物群落
根据位置与功能不同——生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除 生物。 普通滤池内生物膜的微生物群落表
1 生物滤池的结构
滤床 布水系统 滤料 排水系统 1 旋转布水器 2 滤料 3 集水沟 4 总排水沟 5 渗水装置 生物滤池的结构图 池体
微生物的组成主要有六种： 由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸 盐还原菌、厌氧原生动物 其中 产甲烷丝菌 是厌氧活性污泥的中心骨
细菌种类
假单胞 菌属 动胶 菌属 产碱 杆菌属 黄杆 菌属 芽孢 杆菌属
埃希氏 菌属
微球 菌属
葡萄球 菌属
兼性厌氧化能异养型 细菌。可分解蛋白 质。
需氧性细菌。细菌中 较大的菌属，在土壤 和水体中极常见。 有的能够利用硝酸盐 通过厌氧呼吸进行反 硝化。
甲烷 杆菌属
甲烷八叠 球菌属
甲烷 球菌属
好氧处理的基本原理
老化菌胶团
颜色较深 生命力较差 氧化分解有机物能力弱
为了使废水处理达到较好的效果，要求菌胶团结构紧 密，吸附、沉降性能良好。
水处理中的微生物
丝状菌（Filamentous Bacteria） 维持废水处理系统稳定性，提高系统抗冲击负荷 能力。 在正常运行的废水生物处理系统中，丝状菌往往 是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团， 丝状细菌和菌胶团细菌形成互惠关系。 污泥膨胀： 丝状菌过度繁殖，特别是游离于菌胶团之外的非 结构性丝状菌的大量繁殖
生物滤池（塔）中的分层特征表
上层
中层
下层
营养物
相当于 浓度高 多污带
细菌及少数 鞭毛虫
微生物种类
上层微生物的代谢 有 机 物 浓 度 很 产物及较低的有机 低，低分子上层 相当于中 相当于寡 物浓度 微生物的代谢 污带 污带 产物较多 菌胶团、浮游球衣 菌胶团、浮游球 菌、鞭毛虫、变形 衣菌、钟虫为主 虫、豆形虫、肾形 的 固 着 型 纤 毛 虫等 虫和少数游泳 型纤毛虫
微生物出现的先后次序是： 细菌→植物性鞭毛虫→肉足类(变形虫)→动物性鞭毛虫→ 游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮虫。 根据微生物的演替判断水质和污水处理程度及判断活性 污泥培养成熟程度
活性污泥培养初期 鞭毛虫 活性污泥培养中期 游泳型纤毛虫、鞭毛虫 活性污泥培养成熟期 钟虫等固着型纤毛虫、 楯纤虫、轮虫
贝日阿托氏菌属
曝气池中有正常活性污泥和膨胀污泥。 菌胶团 （多） 正常活性污泥
絮凝细菌（絮凝作用） 大量钟虫类微生物
丝状细菌 （少）
膨胀的活性污泥
丝状膨胀污泥（由丝状细菌引起） 菌胶团膨胀污泥（非丝状细菌引起）
活性污泥丝状膨胀的成因
活性污泥丝状膨胀
丝状菌极度生长引起的
活性污泥丝状膨胀的成因——环境因素促进丝状微生物 过渡生长 1.温度
生枝动胶菌是最早发现的菌胶团形成菌; 现已知道埃希氏菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属的一些 菌株均可以产生菌胶团。
水处理中的微生物
菌胶团：活性污泥和生物膜的重要组成部分
较强的吸附和氧化能力 活性污泥性能的好坏主要可根据所含菌胶团多少、大 小及结构紧密程度来判断。
新生菌胶团
颜色较浅 旺盛的生命力 氧化分解有机物能力强
第三节
厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法
废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;
一、厌氧法的优点
提问：优点有哪些？ 1．产生的沼气可用于发电或作为能源
沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之 间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工 厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理 论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当 于3.85t原煤，可发电5400度电。
丝状菌种类
球衣菌
铁细菌
贝日阿 托氏菌
发硫 细菌
专性需氧菌。构成生物膜 的重要菌种。易于游离， 发生污泥膨胀。 （加设生物选择器控制）
一般生活在含氧少、 溶有较多铁质和二氧 化碳的水中。易造成 铁质水管腐蚀和堵塞
在活性污泥中的一些丝状细菌，如球衣菌属、 贝日阿托氏菌属和硫发菌属等，附着在菌胶团 上或与之交织在一起，成为活性污泥的骨架。
据《微生物生态学》
同一类型废水 好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比
项目
BOD
COD 69.2% 69.2%
去 除 活性污泥法 95% 率 生物滤池 95%毒 98% 50%
优缺点对比
生物量 活性污泥法 生物滤池 较小 较大 耐冲击 污泥产 污泥膨 动力消 负荷 生量 胀 耗 较差 多 发生 较合理 较强 少 不发生 较大 管路堵 塞 否 是
2.对可溶性有机物的竞争 低分子糖类和有机酸有利于丝状细菌生长，容易发生活性污泥丝状 膨胀。
3.对氮、磷的竞争
处理生活污水按BOD5与氮、磷的比为100:5:1进行设计和运行。如 果氮磷比小于此值，丝状细菌大的比表面积又有利于它与菌胶团争 夺氮和磷而优势生长。 4.有机物冲击负荷的影响 废水中有机物浓度、组成和流量等发生急剧变化，供氧量不变，氧 被大量消耗，溶解氧量降低，丝状细菌处于竞争优势生长。
球衣菌属
水处理中的微生物
细菌：给水和废水处理中最重要的一类微生物，起主导作用； 主要的优势种有：产碱杆菌属、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。
菌胶团：有些细菌的粘液层能粘结起来，使许多细菌成团块状生长，称为 菌胶团。 菌胶团细菌：并非所有的细菌都能形成菌胶团，能够形成菌胶团的细菌称 为菌胶团细菌。
活性污泥丝状膨胀的机理
呈丝状扩展生长的丝状菌，比表面积大于菌胶团的，对有限的营养 条件和环境条件的竞争占优势。 优势竞争表现在： 1.对溶解氧的竞争 溶解氧水平低时，只有在絮状体表面的微生物得到较多的溶解氧， 絮状体内部多数微生物处于缺氧状态。如果曝气池溶解氧长期维持在 较低水平，明显有利于丝状细菌优势生长。
性质： ① 绒粒大小0.02～0.2mm，比表面积20～100cm2/mL； ② 颜色各异，正常为黄褐色的絮绒颗粒状； ③ 含水率99％左右，密度1.002～1.006； ④ 具有沉降性能和生物活性，及吸附和氧化有机物的能力； ⑤ 有自我繁殖的能力； ⑥ 呈弱酸性(约6.7) 。
显微镜下的活性污泥
菌胶团细菌最适生长温度在28～30℃，浮游球衣菌最适温度在 25～30℃。 活性污泥丝状膨胀通常发生在春、夏之交和秋季，温度在25～ 28℃，不同地域，发生的季节也会有所不同。
2.溶解氧 菌胶团细菌是严格好氧，浮游球衣菌是微量好氧菌，其适应性强。当 有机废水中溶解氧缺乏时，菌胶团细菌的活性受到抑制，但丝状菌如 浮游球衣菌、贝日阿托氏菌、发硫菌等仍能正常生长，这些丝状菌的 优势生长很容易引起活性污泥丝状膨胀。 3.可溶性有机物及其种类 有机物因缺氧不能降解彻底，积累大量有机酸，为丝状细菌创造营养条 件，使丝状细菌优势生长。 4.有机物浓度（或有机负荷） 生活污水和食品类等有机废水中，BOD5在100～200mg/L，往往会使浮 游球衣菌和菌胶团细菌的数量比例增大，浮游球衣菌的数量超过60％ 以上，占优势而导致活性污泥丝状膨胀。
三个主要部分
2~3mm 0.3mm好氧区
膜 生 物
膜 面 生 物
生物膜生物 膜内
滤 扫 生 物
生物膜面生物 膜表面
横向纵向各不 相同
滤池扫除生物 膜外层
所处位置 生物组成
功能
以菌胶团为主要 轮虫、线虫、寡 固着型纤毛虫及 组分，辅以浮游 毛类的沙蚕、颗 游泳型纤毛虫 球衣菌、藻类等 体虫 促进滤池净化速 去除滤池内的污 净化和稳定污、 度，提高滤池整 泥、防止污泥积 废水水质 体的处理效率 聚和堵塞
促进絮凝和沉淀作用
原生动物分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用； 钟虫等固着型原生动物的尾柄周围分泌粘性物质，许多尾柄交织 粘集在一起和细菌凝聚成大的絮体。
指示生物
好氧生物膜法
生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。
于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生 产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以 后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提 高，生物膜法又获得了新的发展。 好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生
根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏
固着型纤毛虫、轮虫等出现，说明活性污泥正常、出水水 质好； 草履虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水 水质差； 线虫出现则说明缺氧。
根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断 进水水质变化和运行中出现的问题。
净化作用
腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物； 动物性原生动物、微型后生动物吞食有机颗粒和游离细菌及其他 微小生物；
污水生物处理原理
污水处理系统基本类型 好氧处理系统
1.活性污泥法:由微生物群落与污水中的有机、无机固体物混凝交织 构成絮状物，主要去除BOD和悬浮固体； 2.生物膜法:利用附着在滤材表面的生物膜对污水中有机物的吸附和 氧化分解作用;
厌氧处理系统
处理高浓度有机污水,处理过程杀死各种病原微生物,去除有 机物,并获得大量的沼气作为能源; 生态工程处理方法:利用生态学原理和工程处理设施相结合的污 水处理方法.包括稳定塘(氧化塘)、土地处理系统、水生植物处 理系统等。
好氧活性污泥法
活性污泥法又称曝气法，是以废水中的有机污染物 作为培养基（底物），在人工曝气充氧的条件下， 对各种微生物群体进行混合连续培养，使之形成活 性污泥。并利用活性污泥在水中的凝聚、吸附、氧 化、分解和沉淀等作用，去除废水中的有机污染物 的废水处理方法。
好氧活性污泥的组成和性质
好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性微生物 (兼有少量的厌氧微生物)与污水中有机和无机固体物 混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。 组成: ①具有活性的微生物群体(Ma)； ②微生物自身氧化的残留物(Me)； ③原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质 (Mi)； ④原污水挟入的无机物质(Mii)