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1、水处理工程（二）,水处理工程,生化处理,对废水生物处理的原理及各种工艺进行全面介绍对影响微生物代谢过程的因素进行介绍对在废水处理过程中起主要作用的微生物进行介绍对控制和影响微生物生长及废水处理动力学的关键因素进行讨论,本课程的主要内容,参考书目,排水工程，第四版，张自杰等，中国建筑工业出版社，1996水处理工程，第一版，顾夏声等，清华大学出版社，1985废水生物处理数学模型，第二版，顾夏声，清华大学出版社，1995Wastewater EngineeringTreatmentl and Reuse，Fourth Edition,Metcalf&Eddy Inc.Copyright 2003 b
2、y the McGraw-Hill companies Inc.现代废水生物处理新技术，钱易等，中国科技出版社，1993环境工程设计手册之水污染控制篇 水污染治理工程，黄铭荣、胡纪萃，高教出版社，1995 水处理微生物学，第三版，顾夏声等，中国建筑工业出版社，1998 当代给水与废水处理原理，许保玖，高教出版社，1991,课 程 内 容,1 废水生化处理理论基础2 活性污泥法3 生物膜法4 厌氧生物处理5 废水生物脱氮除磷技术6 污泥的处理与处置,兴趣是最好的老师,1、影响水处理微生物生长的主要因素？2、酶反应的基本特点？米门公式是污水生物处理动力学建立的基础方程!3、概略了解微生物废水处理方
3、法的分类！4、污水处理中主要起作用的微生物类型有哪些？5、废水的可生化性衡量污水的什么特性？,1 废水生化处理理论基础,1.1 简 介1.2 基本理论1.3 酶及酶反应1.4 废水生化处理方法1.5 生物处理中的重要微生物1.6 废水的可生化性,1.1 简 介,污水生物处理的原理污水生物处理的作用及重要性污水的来源及危害我国城市污水处理的发展及现状,废水生化处理理论基础,1.1 简 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的原理,主要作用,1.1 简 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的原理,主要作用,O2,主要作用,1.1 简 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的原理,O2,1.1 简
4、 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的作用及重要性,（1）去除有机物（以COD或BOD5表示），去除其它无机营养元素如N、P等；（2）絮凝沉淀和降解胶体状固体物；（3）稳定有机物。,微生物在废水生物处理中的作用,1.1 简 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的重要性,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；废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；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；大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。,污水生物处理的作用及重要性,1.1 简 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的重要性,1）有机物在废水中的存在形式及其主要去
5、除方法,颗粒状有机物(1m)胶体状有机物(1nm100nm)溶解性有机物(1nm),污水生物处理的作用及重要性,1.1 简 介,废水生化处理理论基础,污水生物处理的重要性,2）生物处理在废水处理程度的分级阶段,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,各种形式的生物处理工艺,污水生物处理的作用及重要性,1.1 简 介,污水的来源及危害,石化废水：12m3废水/吨原油，COD=100010多万mg/l啤酒废水：820m3废水/m3酒，COD=20003500mg/l酒精废水：1215 m3废水/m3酒，COD=36 万mg/l味精废水：2535 m3废水/吨味精，COD=610 万
6、mg/l造纸黑液：120600 m3废水/吨纸浆，COD=1015万mg/l,来源,废水生化处理理论基础,1.1 简 介,污水的来源及危害,有毒 直接危害水生生物及人类慢性中毒 直接危害水生生物及人类三致 致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康,危害,有机物污染的危害,消耗水中的溶解氧DO 水生生物受害 水质变差,废水生化处理理论基础,1.1 简 介,污水的来源及危害,危害,有机物污染的危害,废水生化处理理论基础,1.1 简 介,我国城市污水处理的发展及现状,生活污水：家庭生活污水 医院污水（经过消毒处理后）公共设施污水（如电影院、办公楼、餐厅等）工业废水经过一定预处理之后初雨径流当排水系统
7、为合流制时其它,废水生化处理理论基础,城市污水的定义,城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水,城市污水的组成,1.1 简 介,我国城市污水处理的发展及现状,始于二十世纪70年代,利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理,在全国已建成各种类型的稳定塘有38座，日处理城市污水约173万m3。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。,1.1 简 介,我国城市污水处理的发展及现状,80年代，日益重视，有了较快发展,国家适时调整政策，推动了一大批城市污水处理设施的兴建。我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂
8、于1982年破土动工，1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26万m3/d。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。,始于二十世纪70年代,1.1 简 介,我国城市污水处理的发展及现状,“八五”期间，发展高潮时期,排水系统配套：到1995年，我国城市排水系统排水管道长度约为110062km，按服务面积计算，城市排水管网普及率为64.8%。处理厂建设：城市污水处理厂169座(其中二级生化处理厂116座)，日处理污水479万m3，处理率8.69%。与1990年相比，城市污水处理厂增加8
9、9座(其中有北京高碑店、天津东郊、石家庄桥西、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理厂)，平均每年建污水处理厂17座。,始于二十世纪70年代,80年代，日益重视，有了较快发展,1.1 简 介,我国城市污水处理的发展及现状,国家给予相应资金和技术上的支持。19961999年竣工投入运行的城市污水处理项目有22个，投资59.58亿元，日处理规模371.7万m3；在建项目109个，计划投资161.83亿元，日处理规模832.0万m3。据统计，到2000年底，全国已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15%。2000年用于城市污水处理工程建设的总投资约为150亿元
10、。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。,始于二十世纪70年代,80年代，日益重视，有了较快发展,“八五”期间，发展高潮时期,“九五”期间，“三河”、“三湖”、“环渤海”水污染治理,1.1 简 介,我国城市污水处理的发展及现状,发展规划,根据我国国民经济发展计划和水污染防治规划中城市污水处理规划要求：到2010年，我国城市化率将达40，城镇人口总量将从现在的3.8亿增加到6.7亿，城镇需水量将从目前的858亿m3增加到1290亿m3。污水处理率建制镇不低于50，设市城市不低于60，重点城市不低于70。,“十五”期间，“三河三湖”流域规划新建城市污水处理工程,城市污水处理系统的规划在我国正受到
11、越来越多的重视。规划目标主要包括：水源保护目标水环境质量控制目标污水再生利用目标,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物的新陈代谢微生物生长的营养及影响因素,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物的新陈代谢,合成代谢,分解代谢,CHONS+O2 CO2+H2O+NH3+SO42-+能量,C、H、O、N、S+能量C5H7NO2,酶催化反应,在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分相对稳定：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3,1.2 污水生物处理的基本理论,有机物,合成代谢,CO2、H2O能量等,分解代谢,分解与合成的相互关系,微生物的新陈
12、代谢,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物的新陈代谢,不同形式的有机物被生物降解的历程不同,结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。,有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同,微生物生长的营养及影响因素,根据微生物对营养要求的不同分类,根据所需碳的化学形式,1.2 污水生物处理的基本理论,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物生长的营养及影响因素,根据微生物对营养要求的不同分类,根据所需碳的化学形式,根据所需的能源,自养型,异养型,1.2 污水生物处理的基本理论,微生
13、物生长的营养及影响因素,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质,微生物的营养,从微生物的细胞组成元素来看，碳和氮是构成菌体成分的重要元素，对无机营养元素，磷源是主要的，且相互间需满足一定比例。,废水处理中微生物对碳、氮、磷三大营养要素的要求好氧生物处理：BOD:N:P=100:5:1，碳源以BOD5值表示，N以NH3-N计，P以PO4-3中的P计；对厌氧消化处理：C/N比值在（1020）:1的范围内时，消化效率最佳,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物生长的营养及影响因素,反应温度,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质,1
14、.2 污水生物处理的基本理论,微生物生长的营养及影响因素,反应温度,微生物的全部生长过程都取决于化学反应，而这些反应速率都受温度的影响。在最低生长温度和最适温度范围内，若反应温度升高，则反应速率增快，微生物增长速率也随之增加，处理效果相应提高。温度超高时，使微生物的蛋白质变性及酶系统遭到破坏而失去活性，导致发生凝固而使微生物死亡。在废水的好氧处理中以中温性为主（2035），厌氧处理中以中温性（2540）和高温性（5060）为主。,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物生长的营养及影响因素,pH值,废水生物处理中通常为微生
15、物的混合群体所以可以在较宽的PH值范围内进行，但要取得较好的处理效果，则需控制在较窄的PH范围内。一般好氧生化处理PH值可在6.58.5之间变化，厌氧生物处理要求较严格，PH值在 6.77.4之间一级处理后排出废水的PH值变化较大时，应设调节池。,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物生长的营养及影响因素,溶解氧,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质,根据微生物对氧的要求，可分为好氧微生物、厌氧微生物及兼性微生物。好氧微生物：溶解氧浓度在24mg/l左右为宜。厌氧微生物：隔绝空气,脱氢
16、酶活化的氢与氧结合形成H2O2，厌氧微生物缺乏分解H2O2酶。,1.2 污水生物处理的基本理论,微生物生长的营养及影响因素,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质,有毒物质,工业废水中含有对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，即有毒物质。重金属类 有机物类 无机物类,有毒物质,1.3 酶及酶反应,酶及其特点酶促反应速度,1.3 酶及酶反应,酶及其特点,1.3 酶及酶反应,酶促反应速度,酶催化反应也称为酶促反应、酶反应。反应速度受酶浓度、基质浓度、pH值、温度、反应产物、活化剂和抑制剂等因素的影响中间产物学说：酶促反应分两步进行，首先酶与底物形成中间络合物，这个
17、反应可逆，然后络合物再分解为产物和游离态酶。,米凯利斯（michaelis）和门坦(menten)利用纯酶做大量实验研究，提出米-门方程,米门公式（1913）MichaelisMenten,V 酶反应速度；Vmax 最大酶反应速度；S 基质浓度；Km 米氏常数。,1.3 酶及酶反应,酶促反应速度,1.3 酶及酶反应,酶促反应速度,米门公式（1913）MichaelisMenten,当V=1/2Vmax时，Km=S，Km是V=1/2Vmax时的底物浓度，所以又称半速度常数,底物浓度S很大时，Km+SS，V=Vmax，零级反应,底物浓度S较小时，Km+SKm，酶反应速度和底物浓度成正比，一级反应,
18、1.4 废水生化处理方法,1.5 生物处理中的重要微生物,细菌真菌原生动物和后生动物,细菌 单细胞原生生物，以可溶性有机物为食。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、常温菌、中温菌和高温菌,1.5 生物处理中的重要微生物,细菌,1.5 生物处理中的重要微生物,真菌,一种多细胞、非光合的异养型原生生物，也有单细胞的。前者霉菌，后者为酵母菌真菌的三个主要特点：1
19、)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,1.5 生物处理中的重要微生物,原生动物和后生动物,原生动物主要以细菌为食；肉足类、鞭毛类、孢子虫类、纤毛类、吸管类；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；轮虫、甲壳类、线虫。也可作为指示生物活性污泥中，轮虫的数量是处理效果良好与否的标志。氧化塘中，甲壳类动物存在，表明处理效果好,1.6 废水的可生化性,废水中所含的污染物通过微生物的生命活动来改变污染物的化学结构，从而改变污染物的化学和
20、物理性能所能达到的程度,了解污染物质的分子结构能否在生物作用下分解到环境所能允许的结构形态!是否有足够快的分解速度不研究分解生成什么产物，即使是有机物被生物污泥吸附而去除!也可以!表12-4各类有机物的可将降解性及其特例,研究目的,1.6 废水的可生化性,注意点,（1）一些有机物在低浓度时毒性较小，可以被微生物所降解，高浓度时有强烈的毒性。酚、氰、苯如此（2）多种污染物混合后出现复合、聚合等现象，增大抗降解性，不能用单一成分判定其生化处理难易程度；（3）微生物的种属是极为重要的影响因素。采用特效菌种和变异菌种处理有毒废水。（4）pH值、水温、溶解氧、重金属离子等环境因素影响。,确定有机物生物降
21、解性能的方法,1.6 废水的可生化性,测定方法：耗氧速率法,（1）有氧条件下，微生物代谢底物时需要消耗氧（2）耗氧曲线：耗氧速度或累积耗氧量随时间变化的曲线（3）底物耗氧曲线：投加底物测得的好氧曲线（4）内源呼吸曲线：处于内源呼吸期的污泥耗氧曲线微生物生化活性、温度、pH值不变的情况下，耗氧速度将随可生物降解有机物浓度的提高而提高，可用好氧速率来评价废水的可生化性,耗氧量随时间变化作图：,内源呼吸曲线：耗氧量仅与微生物浓度有关，较长的一段时间内耗氧速度恒定，所以内源呼吸线为一条直线若有机物耗氧曲线和其重合-无分解；也无抑制,a内源呼吸曲线,时间(d),耗氧量(mg/L),b为可降解有机污染物的
22、耗氧曲线。始终在a曲线上方。开始时，反应器内有机污染物浓度高，微生物代谢快，耗氧速度也大；随着有机物浓度减小，耗氧速度下降，最后进入呼吸期，与a曲线平行,b基质耗氧曲线（底物）,a内源呼吸曲线,时间(d),耗氧量(mg/L),C对微生物有抑制作用的有机污染物的耗氧曲线。越接近横坐标，离内源呼吸线越远，废水中对微生物抑制作用的物质毒性越强,根据作图结果评价其可生化性：,b类耗氧曲线相应的废水是可生物处理的在一定时间内，b与a之间间距越大，废水中有机污染物越容易降解！曲线b上微生物进入内源呼吸的时间ta，可以认为微生物氧化分解废水中可生物降解有机物所需要的时间。氧化分解效率如何计算？,废水中有机物
23、的氧化百分率,ta越小，(o1 o2)越大，E越大，可生化性越好,相对好氧速度R评价废水的可生化性：,VS-投加有机物耗氧速度，mgO2/gMLSShV0-内源呼吸耗氧速度,mgO2/gMLSSh,燕山石化污水处理厂实景图片,进水格栅,巴氏流量计,三角计量堰,表面曝气池,表面曝气池曝气机,鼓风曝气池,鼓风曝气池出口,鼓风曝气池管廊,溶解氧探头,摇背式曝气头,摇背式曝气头,二沉池,二沉池,二沉池,二沉池出水堰,污泥回流螺旋泵,氧化沟,氧化沟转刷,氧化塘,脱水机,脱水机,焚烧炉,垃圾填埋场1,垃圾填埋场2,垃圾填埋场挡土坝,1、影响水处理微生物生长的主要因素？2、酶反应的基本特点？3、微生物废水处理方法的分类？4、影响微生物降解的主要因素有哪些？,思考题,
