【4】第三章 水的生物化学处理方法(2)说课讲解.ppt

【4】第三章 水的生物化学处理方法(2)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第三章第三章 水的生物化学处理方法水的生物化学处理方法第一节第一节 废水处理微生物学基础废水处理微生物学基础第二节第二节 好氧悬浮生长处理技术好氧悬浮生长处理技术第三节第三节 好氧附着生长处理技术好氧附着生长处理技术第四节第四节 厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术第五节第五节 生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷技术第六节第六节 水处理厂污泥处理技术水处理厂污泥处理技术第七节第七节 废水土地处理技术废水土地处理技术第八节第八节 废水人工湿地处理技术废水人工湿地处理技术第三节第三节 好氧附着生长处理技术好氧附着生长处理技术一、生物膜的构造及其对有机物的降解机理一、生物膜的构造及其对有机物的降解机理废水以液膜状流经生物膜表面，进行有机物和氧气的传质。生物膜不断增厚，内部出现厌氧 生物膜脱落，完成更新过程（1）以碎石、炉渣或人工成型材料为滤料筑成一定厚）以碎石、炉渣或人工成型材料为滤料筑成一定厚度的滤层，废水从池面以滴状流下，借助自然通风充氧度的滤层，废水从池面以滴状流下，借助自然通风充氧的生物滤池；的生物滤池；（2）在池内充满废水，并连续流入流出，池上安设着）在池内充满废水，并连续流入流出，池上安设着串联起来部分伸入废水的圆形转盘，交替与空气及废水串联起来部分伸入废水的圆形转盘，交替与空气及废水接触的生物转盘。接触的生物转盘。（3）在池内充填各种类型贯通状的填料，废水充满池）在池内充填各种类型贯通状的填料，废水充满池内，并连续流入流出，在池底部或在池水面，安设曝气内，并连续流入流出，在池底部或在池水面，安设曝气装置，通过人工曝气充氧的生物接触氧化工艺装置；装置，通过人工曝气充氧的生物接触氧化工艺装置；（4）在池内部分充填细小颗粒的填料，通过废水的水）在池内部分充填细小颗粒的填料，通过废水的水流动力和从底部鼓入的空气，使填料处于流化状态的生流动力和从底部鼓入的空气，使填料处于流化状态的生物流化床。物流化床。（5）在池内充填粒径小于用于生物滤池的滤料，形成）在池内充填粒径小于用于生物滤池的滤料，形成一定厚度的滤层，废水从池面流下，与滤料接触，在池一定厚度的滤层，废水从池面流下，与滤料接触，在池底设曝气装置，通过人工曝气与废水相对流充氧的曝气底设曝气装置，通过人工曝气与废水相对流充氧的曝气生物滤池。生物滤池。生物膜法的类型：生物膜法的类型：（1）润壁型生物膜法）润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生生物滤池和生物转盘等物转盘等；（2）浸没型生物膜法）浸没型生物膜法生物膜载体完全浸没在水生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧接触氧化法化法；如载体流化则称为；如载体流化则称为生物流化床生物流化床。二、生物滤池二、生物滤池高负荷生物滤池高负荷生物滤池BODBOD5 5容积负荷是普通生物滤池的容积负荷是普通生物滤池的6-86-8倍，水力负荷为普倍，水力负荷为普通生物滤池的通生物滤池的1010倍。倍。使用聚氯乙烯等蜂窝式填料使用聚氯乙烯等蜂窝式填料建设中的生物滤池高负荷生物滤池的流程图高负荷生物滤池的流程图塔式生物滤池塔式生物滤池高达高达824m，直径，直径14m水力负荷为水力负荷为80200m3/m2.d;BOD负荷高达负荷高达20003000g/m3.d一般采用大孔径波纹板滤料一般采用大孔径波纹板滤料曝气生物滤池曝气生物滤池 三、生物转盘1、生物转盘的构造及净化废水的原理生物转盘的构造及净化废水的原理 生物转盘由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。如图：2、净化作用原理净化作用原理 废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。3 生物转盘系统的典型工艺流程生物转盘系统的典型工艺流程（1）生物转盘的布置形式单轴多级式生物转盘单轴多级式生物转盘4、处理特点转盘上生长的微生物量很大，单位面积转盘上的微生物量最高可达5mgcm2，折算成氧化槽(废水槽)混和液浓度大体为1000020000mgL。BOD5负荷可达1020gm2(盘面)d，转盘水槽容积负荷达1.53.0kg/m3d；微生物基本处于内源呼吸期，脱落污泥量少。生物转盘对冲击负荷的适应力也强。可适应pH值在4.89.5范围内的变化；温度在1323范围内时，对处理效果影响不大工作可靠、不易堵塞、污泥不易膨胀、氧利用率高等特点，适于处理流量小的工业废水。生物转盘与活性污泥处理系统在各方面的比较生物转盘与活性污泥处理系统在各方面的比较生物转盘活性污泥供养方式通过转盘生物膜上的附着水层吸收氧，所用动力小鼓风曝气或机械曝气所要动力大微生物增殖形式固着生物膜方式悬浮方式生物相的性质形状生物相多种多样，食物链长生物相比较简单，食物链短流入废水浓度的使用范围可接受浓度范围大的废水只有当固液分离效果良好时，处理水质才能良好生物转盘与活性污泥处理系统在各方面的比较生物转盘与活性污泥处理系统在各方面的比较生物转盘活性污泥对水质、水量变动的适应性生物量高，生物相多样化，对水质、水量变动的适应性较强水质、水量变动对固液分离和污泥性质都有影响，因此适应性较差N和P的去除能力易于产生硝化作用，脱氮及除磷都能够进行具有一定的脱氮除磷能力MLSS值的调整不需要污泥回流及调整MLSS需要回流污泥，MLSS值应经常加以调整5、存在的问题（1）盘片直径有限，池深受限，温度小于8时，由于没有曝气装置，不能加大气量，处理效果几乎为零。故，冬季出水难以达标。（2）若遇到对生物有害的废水，生物膜会大面积脱落，重新培养挂膜周期长，导致出水不达标。（3）由于转盘反应槽水深小，为保障生物反应时间，必须设置很多转盘反应槽，导致系统复杂。（4）由于转盘质量较大，转轴磨损较快，使用寿命有限，维修更新量大。荷载大，转轴不宜过长，单槽的长度有限，导致反应槽数量多，维护量大，不易管理。四 生物接触氧化法接触氧化法的优点是接触氧化法的优点是：容易管理，容易管理，耐负荷、水温变动的冲击力强；耐负荷、水温变动的冲击力强；剩余污泥量少；比较容易去除难剩余污泥量少；比较容易去除难分解和分解速度快的物质。分解和分解速度快的物质。接触氧化法的缺点是接触氧化法的缺点是：滤料间水滤料间水流缓慢，接触时间长，水力冲刷流缓慢，接触时间长，水力冲刷力小，生物膜只能自行脱落；剩力小，生物膜只能自行脱落；剩余污泥往往恶化处理水质；动力余污泥往往恶化处理水质；动力费高。费高。填料的材料填料的材料：要求比表面积大、空隙率大、水力阻力小、强：要求比表面积大、空隙率大、水力阻力小、强度大、化学和生物稳定性好、能经久耐用。目前常采用的填度大、化学和生物稳定性好、能经久耐用。目前常采用的填料是料是聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料和环氧玻璃钢聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料和环氧玻璃钢等做成的蜂窝等做成的蜂窝状和波纹板状填料。状和波纹板状填料。这些填料的缺点是：在局部平滑面上生物膜附着较慢，稍有这些填料的缺点是：在局部平滑面上生物膜附着较慢，稍有冲击即剥离，填料之间不具备通道，使水流单调。冲击即剥离，填料之间不具备通道，使水流单调。生物接触氧化滤池内常用的填料生物接触氧化滤池内常用的填料生物接触氧化法填料接触氧化池反应区的构造接触氧化池反应区的构造生物填料框架生物填料框架框框架架与与生生物物填填料料框架与生物填料框架与生物填料挂膜后的网状填料挂膜后的网状填料五、生物流化床五、生物流化床美国Ecolotrol公司19731975年研制成功的HyFlo生物流化床床层的三种状态固定床阶段 流化床阶段 液体输送阶段 流态化原理 当液体以很小的速度流经床层时，固体颗粒处当液体以很小的速度流经床层时，固体颗粒处于静止不动的状态，床层高度也基本维持不变，于静止不动的状态，床层高度也基本维持不变，这时的床层称固定床。这时的床层称固定床。固定床阶段 上图中的ab段：液体通过床层的压力降p随空塔速度v的上升而增加，呈幂函数关系，在双对数坐标图纸上呈直线。上图中的b点：液体滤速增大到压力降p大致等于单位面积床层重量，固体颗粒间的相对位置略有变化，床层开始膨胀，固体颗粒仍保持接触且不流态化。流化床阶段 当液体流速大于当液体流速大于b b点流速，床层不再维持于固定点流速，床层不再维持于固定状态，颗粒被液体托起而呈悬浮状态，且在床层各状态，颗粒被液体托起而呈悬浮状态，且在床层各个方向流动，在床层上部有一个水平界面，此时由个方向流动，在床层上部有一个水平界面，此时由颗粒所形成的床层完全处于流化态状态，这类床层颗粒所形成的床层完全处于流化态状态，这类床层称流化床。称流化床。上图中的bc段：流化层的高度h是随流速上升而增大，床层压力降p则基本不随流速改变。b点的流速vmin是达到流态化的起始速度，称临界流态化速度。临界速度值随颗粒的大小、密度和液体的物理性质而异。液体输送阶段 当液体流速提高至超过c点后，床层不再保持流化，床层上部的界面消失，载体随液体从流化床带出，这阶段称液体输送阶段。在水处理工艺中，这种床称“移动床”或“流动床”。上图中的c点的流速vmax称颗粒带出速度或最大流化速度。流化床的正常操作应控制在vmin和vmax之间。流化床的类型流化床的类型 根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构的不同，好氧生物流化床主要有两种类型：两相生物流化床三相生物流化床 两相生物流化床三相生物流化床 三相流化床设备较简单，操作亦较容易，此外，能耗也较三相流化床设备较简单，操作亦较容易，此外，能耗也较二相流化床低。二相流化床低。三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内进行生化反应，不另设充氧设备和脱膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用，使颗粒之间剧烈摩擦而脱落。三相生物流化床的设计应注意防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率。充氧方式减压释放空气充氧射流曝气充氧生物流化床的优缺点 生物流化床的主要优点滤床具有巨大的表面积容积负荷高，抗冲击负荷能力强微生物活性强 传质效果好 生物流化床每单位体积表面积比其他生物膜大，单位床体的生物量很高（1014g/L），传质速度快，废水一进入床内，很快被混合稀释。对同类废水，在相同处理条件下，其生物膜的呼吸速率约为活性污泥的两倍，可见其反应速率快，微生物的活性较强。由于载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态，气固液界面不断更新，因此传质效果好，这有利于微生物随污染物的吸附和降解，加快了生化反应速率。生物流化床的优缺点 生物流化床的主要缺点防堵塞曝气方法进水配水系统的选用生物颗粒流失 设备的磨损较固定床严重，载体颗粒在湍动过程种会被磨损变小。设计时存在着生产放大方面的问题：生物流化床的进展载体的研究生物流化床工作性能的提高，关键在于载体的革新 试验研究表明，这种工艺尤其适用于高浓度有机污水的预处理以及低BOD5值污水的处理，有较好的发展前景。砂质载体虽耐磨但相对密度大（2.65左右），不易流化颗粒活性炭不耐磨空心塑料载体：密度略小于水而又耐磨的粒状或近于粒状（即体积小）的载体滤池形式滤池形式比表面积比表面积/（m2m-3）平均值平均值大致比值大致比值备注备注普通生物滤池普通生物滤池4070501块状滤料，粒径平均块状滤料，粒径平均8cm左右左右生物转盘生物转盘1001002以以D=3.6m转盘为例转盘为例塔式生物滤池塔式生物滤池1001603以以 25蜂窝为例蜂窝为例生物流化床生物流化床1000 3000200040以粒径以粒径11.5mm砂粒为例砂粒为例容积负荷容积负荷率率工艺名称工艺名称普通生物滤池普通生物滤池生物转生物转盘盘塔式塔式滤池滤池接触接触氧化池氧化池普通普通活性污泥活性污泥法法纯氧曝气纯氧曝气活性污泥活性污泥法法生物生物流化床流化床低负荷低负荷高负荷高负荷kg(BOD5).m-3.d-10.20.81.02.03.50.53.010.0几种生物处理法容积负荷率的比较几种生物滤床比表面积的比较几种生物处理系统比表面积和负荷率的比较一 厌氧法的基本原理二 厌氧法的影响因素三 厌氧法的工艺和设备第四节第四节 厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优点：（1）既适用于高浓度废水，又适用于中低浓度废水。（2）能耗低：厌氧法产生的沼气可作为能源。（3）负荷高：厌氧法为210kgCOD/m3d。（4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好。（5）氮、磷营养需要量少：厌氧法的C:N:P为100:2.1:0.5（6）厌氧处理过程有一定的杀菌作用。（7）厌氧活性污泥可以长期贮存。厌氧生物处理法也存在下列缺点：（1）厌氧微生物增殖缓慢，设备启动时间长。（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理。（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。厌氧生物活性污泥法：（1）完全混合厌氧消化法（2）厌氧接触法（3）升流式厌氧污泥床（4）覆盖式厌氧生物塘（5）固定床厌氧生物膜法（6）厌氧膨胀床（7）厌氧流化床（8）厌氧生物转盘一、一、厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氢等为受氢体。厌氧生物处理是一个依靠三大主要类群的细菌完成的复杂的微生物学过程。将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段：第一阶段为水解酸化阶段第二阶段为产氢产乙酸阶段第三阶段为产甲烷阶段第一阶段水解酸化阶段复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程 第二阶段产氢产乙酸阶段在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2。第三阶段产甲烷阶段产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱控产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。二、厌氧法的影响因素二、厌氧法的影响因素 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。（一）温度条件（一）温度条件 温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为560，在35和53上下可以分别获得较高的消化效率，温度为4045时，消化效率较低。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时间内温度升降5，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中的甲烷含量，高温消化对温度变化更为敏感。（二）（二）pHpH值值 pH值条件失常首先使产氢产乙酸作用和产甲烷作用受抑制，使产酸过程所形成的有机酸不能被正常地代谢降解，从而使整个消化过程的各阶段间的协调平衡丧失。若pH值降到5以下，对产甲烷菌毒性较大，同时产酸作用本身也受抑制，整个厌氧消化过程即停滞。即使pH值恢复到7.0左右，厌氧装置的处理能力仍不易恢复；而在稍高pH值时，只要恢复中性，产甲烷菌能较快地恢复活性。所以厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。最适最适pHpH值为值为7.07.07.27.2，pH6.6pH6.67.47.4较较为适宜。为适宜。（三）有机负荷（三）有机负荷 在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率趋向下降，而消化器的容积产气量则增多，反之亦然。若有机负荷过高，则产酸率将大于用酸（产甲烷）率，挥发酸将累积而使pH值下降、破坏产甲烷阶段的正常进行，严重时产甲烷作用停顿，系统失败，并难以调整复苏。此外，有机负荷过高，则过高的水力负荷还会使消化系统中污泥的流失速率大于增长速率而降低消化效率。若有机负荷过低，物料产气率或有机物去除率虽可提高，但容积产气率降低，反应器容积将增大，使消化设备利用效率降低，投资和运行费用提高。（四）厌氧活性污泥（四）厌氧活性污泥 厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉淀性能的作用效能与沉淀性能，前者主要取决于活微生物的比前者主要取决于活微生物的比例及其对废物的适应性和活微生物中生长速率低的产甲例及其对废物的适应性和活微生物中生长速率低的产甲烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平。活性污泥的沉淀性能与污泥的凝聚性有关、与好氧处理一样，厌氧活性污泥的沉淀性能也以SVI衡量。（五）搅拌和混合（五）搅拌和混合 混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。没有搅拌的厌氧消化池，池内料液常有分层现象。通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。搅拌的方法有:（1）机械搅拌器；（2）消化液循环；（3）沼气循环等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。（六）废水的营养比（六）废水的营养比 一般认为，厌氧法中碳:氮:磷控制为20O300:5:1为宜。该值大于好氧法中100:5:1，这与厌氧微生物对碳素养分的利用率比好氧微生物低有关。在碳、氮、磷在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。在厌氧处理时提供氮源，除满足合成菌体所需之外，还有利于提高反应器的缓冲能力。有利于提高反应器的缓冲能力。若氮源不足，不仅厌氧菌增殖缓慢，而且消化液缓冲能力降低。相反，若氮若氮源过剩，氮不能被充分利用，将导致系统中氨的过分积源过剩，氮不能被充分利用，将导致系统中氨的过分积累，抑制产甲烷菌的生长繁殖，使消化效率降低累，抑制产甲烷菌的生长繁殖，使消化效率降低。（七）有毒物质（七）有毒物质抑制物质抑制物质浓度/(mg/L)抑制物质抑制物质浓度/(mg/L)挥发性脂肪酸挥发性脂肪酸2000NaNa35005500氨氮氨氮15003000FeFe1710溶解性硫化物溶解性硫化物200CrCr6+6+3CaCa25004500CrCr3+3+500MgMg10001500CdCd150K K25004500三、厌氧法的工艺和设备三、厌氧法的工艺和设备（一）、普通厌氧消化池（一）、普通厌氧消化池 废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。为了使进料和厌氧污泥充分接触、使所产的沼气气泡及时逸出而设有搅拌装置。常用加热方式有三种：（1）废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入消化池；（2）热蒸汽直接在消化器内加热；（3）在消化池内部安装热交换管。普通消化池一般的负荷，中温为23kgCOD/m3d,高温为56kgCOD/m3d。普通消化池的特点是可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单现，结构较简单。但缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；对无搅拌的消化对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀，消化效率低等缺点。触，温度也不均匀，消化效率低等缺点。（二）、厌氧接触法（二）、厌氧接触法 为克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法，其工艺流程如右图所示。该系统既使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消化池内污泥浓度，从而提高设备的有机负荷和处理效率。为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，目前采用以下几种方法脱气：（：（1）真空脱气）真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉淀性能；（；（2）热交换器急冷法）热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却，如中温消化液35冷到1525，可以控制污泥继续产气，使厌氧污泥有效地沉淀；（3）絮凝沉淀）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；（；（4）用超滤器代）用超滤器代替沉淀池替沉淀池，以改善固液分离效果。厌氧接触法的特点：厌氧接触法的特点：（1）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L,耐冲击能力强；（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2-10kgCOD/m3d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，而接触法小于10天；（3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；（4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。（三）上流式厌氧污泥床应应器（三）上流式厌氧污泥床应应器（UASB)UASB)废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解废水中的有机物产生沼气，微小沼气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室而被有效地分离排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。上流式厌氧污泥床反应器的特点是：（1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为3040g/L；（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为1020kgCOD/m3d；（3）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；（4）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；（5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。但反应器内有短流现象，影响处理能力；进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高；运行启动时间长，对水质和负荷变化比较敏感。升流式厌氧污泥床在构造升流式厌氧污泥床在构造UASB布置布置结结果示意果示意图图布水区布水区反反应应区区三相分离区三相分离区超高超高(四四)厌氧生物滤池厌氧生物滤池 厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解并产生沼气，沼气从池顶部排出。滤池中的生物膜不断地进行新陈代谢，脱落的生物膜随出水流出池外。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。厌氧生物滤池的特点是：（1）由于填料为微生物附着生长提供广较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有因而可承受的有机容积负荷高，机容积负荷高，CODCOD容积负荷为容积负荷为2 216kgCOD/m16kgCOD/m3 3dd，且耐冲击，且耐冲击负荷能力强负荷能力强；（2）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快过程，因而有机物去除速度快；（3）微生物固着生长为主，微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；（4）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短时间短。但该工艺也存在一些问题：处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。(五五)厌氧流化床厌氧流化床 厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术的一种生物反应装置，它以小粒径载体为流化粒料，废水作为流化介质，当废水以升流式通过床体时，与床中附着于载体上的厌氧微生物膜不断接触反应，达到厌氧生物降解目的，产生沼气，于床顶部排出。流化床操作的首要满足条件是：上升流速即操作速度必须大于临界流态化速度，而小于最大流态化速度。上升流速应控制在1.21.5倍临界流化速度。(六六)厌氧转盘和挡板反应器厌氧转盘和挡板反应器 厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似。不同之处在于盘片大部分(70以上)或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。厌氧生物转盘由盘片，密封的反应槽、转轴驱动装置等组成。对废水的净化靠盘片表面的生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧菌完成，产生的沼气从反应槽顶排出。由于盘片的转动，作用在生物膜上的剪力可将老化的生物膜剥落，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。厌氧折流板式反应器工艺流程厌氧折流板式反应器工艺流程 厌氧挡板反应器是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置。在反应器内垂直于水流方向设多块挡板来维持较高的污泥浓度。挡板把反应器分为若干上向流和下向流室，上向流室比下向流室宽，便于污泥的聚集。通往上向流的挡板下部边缘处的导流板，便于将水送至上向流室的中心，使泥水充分混合。因而无需混合搅拌装置，避免了厌氧滤池和厌氧流化床的堵塞问题和能耗较大的缺点，启动期比上流式厌氧污泥床短。第五节第五节 生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷技术氮和磷的排放会加速导致水体的富营养化，其次是氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。因此，国内外对氮磷的排放标准越来越严格。本章阐述生物脱氮除磷技术。生物脱氮除磷技术是近20年发展起来的，一般来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，尤其是能有效地利用常规的二级生物处理工艺流程进行改造达到生物脱氮除磷的目的，是日前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。一、生物脱氮原理一、生物脱氮原理污水中氨主要以有机氮和氨氮形式存在。在生物处理过程中，有机氮很容易通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨化作用。传统的硝化反硝化生物脱氮的基本原理就在于通过硝化反应先将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮从水中逸出，从而达到脱氮的目的。氮在水中的存在形态与分类N无机NNOx-N(硝态氮)TKN(凯氏氮)总N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）硝化反应（1）温度：硝化反应可以在4至45的温度范围内进行，最适宜温度为35。（2）溶解氧：DO2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（3）酸碱度：消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.14g（以CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH值不变。（4）C/N比：BOD5/TKN最佳范围介于2-3，不宜过大或过小。（5）污泥停留时间至少8d以上，BOD5小于20mg/L时，硝化反应才充分。反硝化 当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体 （1）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下，进行厌氧呼吸，以，以NONO3 3-O-O为电子受体，以有机物的氢为电子为电子受体，以有机物的氢为电子供体。供体。（2）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径同化反硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为N2），但以异化反硝化为主。（3）反硝化反应的条件 反硝化反应的条件反硝化反应的条件（1）温度：反硝化最佳温度范围30至35，低于15时，反硝化速度明显下降，低至5时反硝化几乎停止。（2）碳源有机物：反硝化反应式由异养微生物参与下的生化反应。它在溶解氧浓度极低的条件下，利用硝酸盐中的氧作为电子受体。有机物碳源作为电子供体，碳源物质不同，反硝化速度也不同。（甲醇原污水碳源內源碳源）（3）酸碱度：反硝化过程的最适宜pH值为7.0-7.5。当pH值低于6.0或高于8.0时，会影响反硝化菌的增殖和活性，使反硝化反应受到抑制。反硝化过程会产生碱度，每还原1gNO3-N产生3.5g碱度（以CaCO3计），实际值一般约为2.89g。（4）DO0.5mg/L，一般为0.20.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3-O成为电子受体而使N难还原成N2。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成。反硝化菌以在缺氧-好氧交替的环境中生活为宜。（5）将1gNO3-N还原为N2，理论上需要碳源有机物（以BOD5计）2.86g。当反硝化池污水的BOD5/TKN值大于4-6时，一般认为碳源充足。需另投加碳源时，现多采用CH3OH，其分解产物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。甲醇与NO3-N比为3时，就可充分反硝化（95%以上）。脱氮新理念脱氮新理念（1）短程硝化-反硝化 该方法就是将硝化过程控制在亚硝化阶段而终止，随后进行反硝化，在反硝化过程将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程(或简捷)硝化-硝化。控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程硝化-反硝化生物脱氮技术的关键，其主要影响因素有温度、污泥龄、其主要影响因素有温度、污泥龄、其主要影响因素有温度、污泥龄、其主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、溶解氧、溶解氧、溶解氧、pHpHpHpH值和游离氨等值和游离氨等值和游离氨等值和游离氨等。控控控控制较高温度、较低溶解氧和较制较高温度、较低溶解氧和较高高pHpH值和极短的污泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚值和极短的污泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚硝酸菌占绝对优势，从而使硝化过程控制在亚硝化阶段。硝酸菌占绝对优势，从而使硝化过程控制在亚硝化阶段。（2）厌氧氨氧化）厌氧氨氧化厌氧氨氧化是荷兰Delft大学1990年提出的一种新型脱氮工艺。基本原理是先将氨氮部分氧化成亚硝酸氮，控制氨根离子与亚硝酸根离子比例为1：1，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的。全过程为自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应无需有机碳源，对氧的消耗比传统硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量。传统活性污泥法脱氮工艺传统活性污泥法脱氮工艺三级活性污泥生物脱氮工艺二、生物脱氮工艺二级活性污泥生物脱氮工艺为了减少处理设备，根据去除BOD和硝化反应都需在曝气好氧条件下进行，故可以将三级活性污泥法脱氮工艺中的去除BOD为目的的第一级曝气池和第二级硝化曝气池合并，将BOD去除和硝化两个反应过程放在一个反应器内进行，这就是两级生物脱氮系统。分建式缺氧分建式缺氧好氧活性污泥生物脱氮好氧活性污泥生物脱氮合建式合建式A1/O工艺工艺三、生物脱氮除磷组合工艺三、生物脱氮除磷组合工艺（1）A2/O工艺（2）Bardenpho工艺该工艺是在A/O脱氮工艺的基础上又增设了一个缺氧段和好氧段，所以该工艺又称为四段强化脱氮工艺。增设的缺氧段能对从好氧段流入的混合液中的NO3-N在反硝化菌作用下进行反硝化脱氮，使该工艺的脱氮率高达90%-95%，而增设的好氧段能提高出流混合液中的DO浓度，防止在沉淀池内因缺氧产生反硝化，干扰污泥的沉降，从而改善了沉淀池中污泥的沉降性能。（3）Phoredox工艺四段Bardenpho工艺脱氮率高，但除磷效果并没有得到有效改善，为了提高除磷率，Phoredox工艺在Bardenpho工艺的基础上，在第一个缺氧池前增加了一个厌氧段。Bardenpho工艺本身也具有同时脱氮除磷的功能，但Phoredox工艺在缺氧池前增设了一个厌氧池，保证了磷的释放，从而保证了在好养条件下有更强的吸收磷的能力，提高了除磷的效率。最终，好氧段为混合液提供短暂的曝气时间，也会降低二沉池出现厌氧状态和释放磷的可能性。Phoredox工艺的泥龄较长，一般设计值取10-20d，为达到污泥稳定，泥龄值还可以取更长，从而增加了碳氧化的能力。Phoredox工艺的缺点是，污泥回流携带硝酸盐回到厌氧池会对除磷有明显的不利影响，且受水质影响较大，对于不同的污水，除磷效果不稳定。第六节第六节 水处理厂污泥处理技术水处理厂污泥处理技术减量减量厌氧消化厌氧消化好氧消化好氧消化堆肥堆肥焚烧焚烧污泥处理的污泥处理的污泥处理的污泥处理的基本流程基本流程基本流程基本流程 污泥处理的目的是减量、稳定、无害化及为最终处置与利用创造条件。1.概念：在人工控制条件下,将污水投配在土地上，通过土壤微生物植物的生态系统，进行物理、化学、物理化学和生物化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。2.工作原理：利用土壤微生物植物生态系统,进行物理、化学、物化和生化作用过程，使污水得到净化。其中土壤胶体和土壤微生物是土壤能够容纳、缓冲和分解有机物的关键。第七节第七节 废水土地处理技术废水土地处理技术 快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土等。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土等。污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧-好氧交替运行状态，依好氧交替运行状态，依靠靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化化。快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系。进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。土土 地地 处处 理理 基基 本本 工工 艺艺 地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统湿地处理湿地处理系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗滤处理系统处理系统 土 地 处 理 基 本 工 艺 地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面的最佳坡度为地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面的最佳坡度为 2 2 8 8。废水以喷灌法或漫灌法有控制。废水以喷灌法或漫灌法有控制地地在地面上均匀地漫流，流向设在坡脚在地面上均匀地漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种的集水渠，在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。体。采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统湿地处理湿地处理系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗滤处理系统处理系统 土 地 处 理 基 本 工 艺 湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流动过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。流动过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统湿地处理湿地处理系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗滤处理系统处理系统 地下污水处理系统是将污水投配到距地面约地下污水