生化处理污水基本原理及一般过程讲课提纲(17页).doc
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1、-生化处理污水基本原理及一般过程讲课提纲-第 17 页生物化学处理污水的基本原理及一般过程污水处理厂工程技术人员培训稿生物化学处理是利用微生物处理污水中污染物质的一种工艺,因其运行稳定且费用较低,是目前处理城市污水的主体工艺。今天主要讲五个问题:一是污水处理中的微生物及其特性;二是微生物的新陈代谢;三是污水生物化学处理的一般过程;四是污水生化处理的种类;五是传统活性污泥工艺的原理及过程一、 污水处理中的微生物及其特性微生物在日常生活中无处不在。污水中细菌的数量在105106个/L之间,呈游离或团块状,病毒数量在2007000个/L之间。微生物主要包括细菌、放线菌、藻类、真菌、立克次氏体、衣原体
2、、枝原体,以及原生动物和后生动物。其中与污水处理关系密切的是细菌、放线菌、藻类、原生动物和后生动物中的某些种类。(一)、细菌细菌只有一个细胞组成,是最小的生物。其中又以球形细菌最小,直径只有2微米,杆菌一般长度为1-5微米,螺旋菌的宽度一般为2微米,长度一般在515微米。这样小的形体,人们只有在1000倍以上的电子显微镜下才能观察到。如环境适宜,微生物一般情况下2030min分裂一次。1、细菌细胞的构造及各部分的作用:壁、膜、质、核2、菌胶团形成的机理、作用 菌胶团是活性污泥正常情况下的主要组成成分。 菌胶团形成的机理、作用:荚膜形成的机理、作用;(二)、丝状菌污水处理界:丝状菌是一大类菌体细
3、胞相连而形成丝状的微生物的总称。它包括丝状细菌、丝状真菌和丝状藻类等微生物类群。污水处理过程中的丝状菌主要有球衣细菌、丝状硫磺细菌和放射线菌。丝状菌的特点及污水处理中作用。(三)、藻类藻类是一种低等植物,有单细胞,也有多细胞的。按照色素组成,主要有绿藻、蓝藻、硅藻和褐藻等。藻类在生物稳定塘处理污水工艺中发挥着重要作用。 (四)、原生动物 原生动物是最低等的单细胞动物,个体很小,长度一般在100-300微米之间,用普通的光学显微镜可清楚地观察到其形态。与污水处理工艺有关的原生动物主要有三类:肉足类、鞭毛类和纤毛类。 1、大多数肉足类能任意改变形态,一般称之为变形虫;2、鞭毛类原生动物一般都长有一
4、根或几根鞭毛,因此常称之为鞭毛虫。鞭毛虫有很多种类,与污水处理工艺相关的常有:绿眼虫。3、纤毛类原生动物的特点是周身表面或部分表面有纤毛,作为行动或捕食的工具,因此被称之为纤毛虫。纤毛虫有自由游动型和固着型二种。前者能自由流动,常见的为周身都布满纤毛的草履虫,因形态像草鞋而得名。固着型纤毛虫一般固着在其它的物体上生活,常见的为钟虫,因其外形象钟而得名。原生动物在活性污泥中发挥着重要作用,它们既能捕食游离的细菌,进一步提高沉降效果,又能起到指示的作用。 (五)后生动物 后生动物由多个细胞组成,种类很多。在污水生化处理过程中,常见的有轮虫和线虫。轮虫体型前端有一个头冠,头冠上有一列或多列纤毛形成的
5、纤毛环。纤毛环经常摆动,可将食物引入。轮虫因其纤毛摆动时像旋转的轮盘而得名。线虫的形体为长线形,最长可达2mm,断面为圆形。轮虫和线虫在活性污泥和生物膜中都能观察到,它们的存在,往往表示处理效果较好。(六)微生物易变异二、微生物的新陈代谢(一)微生物新陈代谢的过程、同化和异化的作用1、微生物新陈代谢的过程一是从外界环境中吸收营养物质并将自身代谢的产物排出体外;二是在消耗吸收的营养物质的同时进行分裂产生新的微生物。2、微生物新陈代谢中同化和异化作用。同化作用是细菌消耗能量,进行合成反应,将吸收的营养物质转变为细胞物质;异化作用是细菌将细胞内的营养物质和自身细胞物质分解的过程,这个过程要放出能量。
6、同化作用和异化作用是相辅相成的,异化作用产生的能量供给同化作用,同化作用为异化作用提供营养和细胞物质。(二)微生物的营养1、 异养菌 活性污泥和生物膜处理污水工艺中的绝大部分细菌都是利用污水中的BOD5作为营养物质,并利用这些物质分解过程中产生的能量做为其生命活动所需的能量来源,这类细菌被称之为异营菌。污水中的有机物质就是被这些异营菌去除的。2、 自养菌还有一部分微生物不是利用污水中的有机物作为营养,而是利用无机物质作为营养,被称为自养菌微生物。自养菌按摄取营养的不同又分为化能自养菌和光能自养菌。A、 化能自养菌化能自养菌是以无机物为营养,以无机化学反应所产生的能量作为能源的一类微生物。B、光
7、能自养菌光能自养菌都能进行光合作用,利用光能作为能源,利用CO2等无机物合成细胞物质。生物稳定塘中的藻类即属于光能自养菌,它是利用阳光做能源,以污水中的无机碳做营养,进行光合作用产生氧气,供给污水中的异养微生物。(三)微生物的呼吸作用1、好氧微生物必须生活在有氧环境中,没有氧则无法生存。在有氧的条件下,可以将有机物分解成CO2和水。这个过程称为好氧分解。2、厌氧微生物厌氧生物必须生活在无氧环境中,如有氧反而会产生毒害作用。它们在无氧条件下,可以将复杂的有机物分解成有机酸等较简单的有机物和二氧化碳等产物。污水的厌氧处理和污泥的厌氧消化进行的就是厌氧分解过程。3、 兼性微生物兼性菌能在有氧和无氧的
8、环境中生存,在有氧的条件下进行好氧分解,在无氧的条件下,它们对有机物进行厌氧分解。在污水处理中,绝大部分细菌都是兼性菌。在厌氧环境中,如果进入足够的DO,不仅能使厌氧微生物处于完全抑制状态,而且部分会中毒死亡。而好氧菌进入厌氧状态则会具有相当强的忍耐力。一般好氧细菌在厌氧环境中停留24h以上,如恢复供氧,则其生物活性会立即恢复如初。在污水处理中,我们会注意到,停止曝气几天的活性污泥在恢复曝气后会在较短的时间内恢复处理效果。0.3mg/L接近0时,兼性菌则转入厌氧呼吸,绝大部分好氧菌都基本停止了呼吸,而有一部分好氧菌(大多数为丝状菌)则生长良好,处于优势。这一类特殊的好氧菌则称之为微好氧菌。丝状
9、菌一般都属于微好氧菌。在活性污泥工艺中,当DO不足时,微好氧菌常导致污泥膨胀。(四)影响微生物活性的其它因素1、营养物质的比例B:N:P。另外还需要一些微量元素,如铁、锌、锰等。2、温度50700C;-500C;,处理污水的各类微生物适宜在20350C。在适宜的温度范围内,温度越高,微生物的活性越强,处理效果也越好;反之则相反。3、PH10范围内生存,最佳为:5.5-6.5。硝化微生物在PH89范围内最强,小于6.5要加碱;反硝化微生物在PH88的范围内,小于6.5时要加碱; 8内能正常进行,如小于6.5时要加碱。9的范围内。4、有毒有害物质 毒 物 抑制浓度 毒 物 抑制浓度 铝 15-26
10、 铅 氨 480 锰 10 砷 镁 硼(硼酸盐) 汞5 镉 10-100 镍 1 钙 25 00 银 5 三价铬 1-10 硫酸盐 3000 铜 1 锌 铁 1000 酚 200 (2)有毒物质的毒性及排放企业氰化物(CN).氰化物是剧毒物质,急性中毒时抑制细胞呼吸,造成人体组织严重缺氧,对人的经口致死量为0.05-0.12g。排放含氰废水的工业主要有电镀、焦炉和高炉的煤气洗涤,金、银选矿和某些化工企业等,含氰浓度约为2079mg/L之间。氰化物在水中的存在形式有无机氰(如氰氢酸HCN、氰酸盐CN)及有机氰化物(称为腈,如丙烯腈C2H3CN)。我国饮用水标准规定,氰化物含量不得超过0.05mg
11、/L,农业灌溉水质标准规定为不大于0.5mg/L。砷(As)。砷是对人体毒性作用比较严重的有毒物质之一。砷化物在污水中存在形式有无机砷化物(如亚砷酸盐As02,砷酸盐As034)以及有机砷(如三甲基砷)。三价砷的毒性远高于五价砷,对人体来说,亚砷酸盐的毒性作用比砷酸盐大60倍,因为亚砷酸盐能够和蛋白质中的硫反应,而三甲基砷的毒性比亚砷酸盐更大。砷也是累积性中毒的毒物,当饮水中砷含量大于0.05mg/L时就会导致累积。近年来发现砷还是致癌元素(主要是皮肤癌)。工业中排放含砷废水的有:化工、有色冶金、炼焦、火电、造纸、皮革、等行业。其中以冶金、化工排放砷含量较高。我国饮用水标准规定,砷含量不应大于
12、0.04mg/L,农田灌溉标准是不高于0.05mg/L,渔业用水不超过0.1mg/L。重金属重金属指原子序数在21-83之间的金属或相对密度大于4的金属,其中汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pd)毒性最大,危害也最大。汞(Hg)。汞是重的污染物质,也是对人体毒害作用比较严重的物质。汞是累积性毒物,无机汞进入人体后随血液分布全身组织,在血液中遇氯化钠生成二价汞盐累积在肝、肾和脑中,在达到一定浓度后毒性发作,其毒理主要是汞离子与酶蛋白的硫结合,抑制多种酶的活性,使细胞的正常代谢发生障碍。甲基汞是无机汞在厌氧微生物的作用下转化而成的。甲基汞在体内约有15%的累积在脑内,侵入中枢神经系统,破坏
13、神经系统功能。我国饮用水、农田灌溉水都要求汞的含量不得超过0.001mg/L,渔业用水要求更为严格,不得超过0.0005mg/L。排放含汞废水的主要有:含汞废水排放量较大的是氯碱工业,因其在工艺上以金属汞作流动阴电极,以制成氯气和苛性钠,有大量的汞残留在废水盐水中。聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工业均以汞作催化剂,因此上述工业废水中含有一定数量的汞。此外,在仪表和电气工业中也常使用金属汞,因此也排放含汞废水。镉(Cd)。镉也是一种比较广泛的污染物质。镉是一种典型的累积富集型毒物,主要累积在肾脏和骨骼中,引起肾功能失调。骨质中钙被镉所取代,使骨质软化,造成自然骨折,疼痛难忍。这种病潜伏期长,短则
14、10年,长则30年,发病后很难治疗。每人每日允许摄入的镉量为0.057-0.071 mg。我国饮用水标准规定:镉的含量不得大于0.01 mg/L,农业用水下渔业用水标准则规定要小于0.005 mg/L。镉主要来自采矿、冶金、电镀、玻璃、陶瓷、塑料等生产部门的废水。铬(Cr)。铬也是一种较普遍的污染物。铬在水中以六价和三价二种形态存在,三价铬的毒性低,作为污染物质所指的是六价铬。人体大量摄入能够引起急性中毒,长期少量摄入也能引起慢性中毒。六价铬是卫生标准中的重要指标,饮用水中的浓度不得超过0.05 mg/L,农业灌溉用水与渔业用水应小于0.1 mg/L。排放含铬废水的工业企业主要有:电镀、制革、
15、铬酸盐生产以及铬矿石开采等。电镀车间是产生六价铬的主要来源,电镀废水中铬的浓度一般在50-100 mg/L。生产铬酸盐的工厂,其废水中六价铬的含量一般在100-200 mg/L之间。皮革鞣制工业排放的废水中六价铬的含量约为40 mg/L。铅(Pd)。铅对人体也是累积性毒物。据美国资料报道,成年人每日摄取铅低于0.32 mg时,人体可将其排除而不产生积累作用;摄取0.5-0.6mg,可能有少量的累积,但尚不至于危及健康。如每日摄取量超过1 mg,即将在体内产生明显的累积作用,长期摄入会引起慢性中毒。其毒理是铅离子与人体多种酶结合,从而扰乱了机体方面的生理功能,可危及神经系统、造血系统、循环系统和
16、消化系统。我国饮用水、渔业用水及农田灌溉用水都要求铅的含量小于0.1 mg/L。含铅废水主要来源于:采矿、治炼、化学、蓄电池、颜料工业等。(3)氮磷排放企业水中植物营养物质主要来自于化肥。施入农田的化肥只有一部分为农作物所吸收,其中绝大部分被农田排水和地表径流携带至地下水和河、湖中。其次,营养物还来自于人、畜、禽的粪便及含磷洗涤剂。此外,食品厂、印染厂、化肥厂、染料厂、洗毛厂、制革厂、炸药厂等排出的污水中均含有大量的氮、磷。水体中植物营养物质的存在,将导致水生藻类及细菌大量繁殖。它们过度旺盛的生长繁殖会造成水体中DO急剧变化,藻类的夜间呼吸及死亡藻体的微生物分解作用又会使水体严重缺氧,并造成鱼
17、类等水生动物大量死亡。某些藻类及蓝细菌的蛋白类毒素,可富集在水产生物体内,并通过食物链使人中毒。大量死亡藻类可使湖、河流变臭 ,最终成为沼泽地。自来水水源的富营养化会使加氯量成倍增加,并生成卤代烃之类的有害物质(高致癌物质);为了脱色、除臭、除味而使化学药剂投加量增加,从而增加了给水处理的成本。化合态的氮对人及生物有毒害作用,如亚硝酸胺等有致癌、致畸作用,饮用水中N3O N含量高可引起高铁血红蛋白症等。另外,制革、屠宰、禽畜加工业所排放的污水中会含有大量有机氮、NH3N、氧化或还原性双性物质。(4)色度印染、造纸、染化等工业排放的污水中含有各种有色物质,它可破坏景观,影响水质,降低水的使用价值
18、。(5)病原微生物医院、生活、制革、屠宰、禽畜等污水中含有病原微生物和引起疾病的各种致病菌、病毒和寄生虫等。它可引起疾病的传播,流行病的暴发,甚至人的死。(6)热污染(7)排酸碱的企业:一般来说,PH小于6的污水为酸性污水,而PH大于9的污水为碱性污水。A、排酸企业:化工、化纤、制酸、电镀、炼油、以及金属加工厂酸洗车间等都会排出酸性污水。有的污水含有无机酸如硫酸、盐酸等,有的则含有蚁酸、醋酸等有机酸,有的则兼而有之。B、排碱企业:造纸、印染、制革、金属加工等生产过程会排出碱性污水。大多数情况下是无机碱,也有些污水含有有机碱。(8)排油的企业 石油开采、炼制、储存、运输或使用石油制品的过程中均会
19、产生含有石油类污染物的污水,肉类加工、牛奶加工、洗衣房、汽车修理等过程排放的污水中都含有油或油脂。一般的生活污水中,油脂占有机质的10%左右,每人每天产生的的油脂约15g左右。就产生的污水量和对水体环境产生的污染程度来看,油类污染物主要是石油类物质。三、污水生物化学处理的一般过程1、 微生物在好氧段的主要任务四个2、微生物在缺氧段的主要任务二个3、微生物在厌氧段的主要任务第一阶段中,产酸细菌切链破环产低级脂肪酸和醇类及CO2、NH3 、H2S等无机物。第二阶段产甲烷和CO2。释磷和吸收部分碳源。四、污水生物化学处理的种类1、天然生态处理方法生物稳定塘、土地处理、湿地系统2、人工处理方法一是活性
20、污泥法即悬浮法;二是生物膜法即固着法。(1)活性污泥工艺法的优点活性污泥工艺也有很多种,其中最早采用的是传统活性污泥法及其各种变形,后来出来现了池形为封闭环状的氧化沟工艺,以后还有很多新工艺出现。如AB、AO、A2O、SBR、COC等等。(2)膜法的优缺点生物膜法包括生物滤池、生物转盘、塔滤和生物接触氧化等种类。由于生物膜处理受温度等环境因素的影响较大,且运行控制的灵活性小,城市污水处理厂较少采用。但生物膜 上的微生物浓度高,抵抗有毒物质的能力强,现该类工艺被广泛地应用于工业污水的处理。五、传统活性污泥工艺的原理及过程本节讲六个问题:一是活性污泥系统的组成;二是活性污泥工艺的机理;三是活性污泥
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