廢水生物處理技術.ppt

第三章 廢水生物處理技術,,第五節(jié) 厭氧生物處理,一、厭氧處理的基本原理 指在無氧條件下，通過厭氧微生物（或兼氧微生物）的作用，將廢水中的有機物分轉化為甲烷和二氧化碳的過程，又稱厭氧發(fā)酵或厭氧消化。 厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體及糞便等。 主要依靠三大類群的細菌，即水解產酸細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌的聯(lián)合作用。,,甲烷發(fā)酵理論先后提出了二階段、三階段和四階段發(fā)酵理論。 目前應用較多的仍是布賴恩特(Bryant)于1979年提出的四階段的發(fā)酵理論：,,厭氧消化兩階段,厭氧消化兩階段,,（1）酸發(fā)酵的目的是為進一步進行生物處理提供易生物降解的基質； （2）甲烷發(fā)酵的目的是進一步降解有機物和生產氣體燃料。,厭氧消化三階段,,厭氧消化四階段,,,水解和發(fā)酵性細菌群將復雜有機物轉化成有機酸： 水解發(fā)酵階段是將大分子不溶性復雜有機物在細胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高級脂肪酸(醇類；醛類、酮類等)，然后滲入細胞內， 纖維素、淀粉等水解為單糖，再酵解為丙酮酸； 將蛋白質水解為氨基酸，脫氨基成有機酸和氨； 脂類水解為各種低級脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、長鏈脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氫、氨和硫化氫等。,第一階段：有機酸的產生,,微生物群落是水解、發(fā)酵性細菌群， 有專性厭氧的: 梭菌屬(Clostridium) 擬桿菌屬(Bacteriodes) 丁酸弧菌屬(Butyrivibrio) 真細菌(Eubacterium) 雙歧桿菌屬(Bifidobacterium) 革蘭氏陰性桿菌 兼性厭氧的有:是消耗掉污水帶來的溶解氧，為專性厭氧細菌的生長創(chuàng)造有利條件。 鏈球菌 腸道菌,此外還有真菌以及原生動物等?？山y(tǒng)稱為水解發(fā)酵菌。,,據研究，每mL下水污泥中含有水解、發(fā)酵性細菌108109個，每克揮發(fā)性固體含10101011個，其中蛋白質水解菌有107個，纖維素水解菌有105個。,,產酸脫氫階段是將第一階段的產物降解為簡單脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脫氫。奇數(shù)碳有機物還產生C02，主要產物是簡單脂肪酸，C02，碳酸根HCO3-，銨鹽NH4+和HS-，H+等。此階段速率較快。 微生物群落： 微生物群落為產氫、產乙酸細菌； 只有少數(shù)被分離出來。 硫酸還原菌和其他產乙酸和氫氣的細菌；,第二階段：產酸脫氫階段,,第三階段：甲烷的產生,產甲烷階段是將第二階段的產物還原成CH4,參與作用的微生物是絕對厭氧菌(甲烷菌)。 微生物：兩組生理不同的專性厭氧的產甲烷菌群 一組將H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4； 另一組將乙酸脫羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解為CH4。,,上述3個階段，以產甲烷階段的反應速度最慢，為厭氧消化的限制階段。與好氧氧化相比，厭氧生物處理產生的污泥量遠少于好氧氧化。,,參與厭氧反應的細菌，酸化階段的統(tǒng)稱產酸或酸化細菌，幾乎包括所有的兼性細菌；甲烷化階段的統(tǒng)稱甲烷細菌，已經證實的已有80多種 產甲烷菌和產酸菌的特性,,二、厭氧生物處理的主要影響因素,一類是基礎因素，包括微生物量（污泥濃度）、營養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機負荷等； 另一類是周圍環(huán)境，如溫度，pH、氧化還原電位、有毒物質的含量等。 產甲烷菌是決定厭氧消化效率和成敗的主要微生物，產甲烷階段是厭氧過程速率的限制步驟,,（1）溫度 產甲烷菌適宜溫度是3538（中溫）和5255（高溫），各有一個最適溫度。 厭氧消化對溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于2。溫度突變幅度太大，會招致系統(tǒng)的停止產氣。,,溫度與有機物負荷和產氣量關系,,溫度與消化時間關系,（2）pH 產甲烷菌pH值：應在6.87.2之間。產酸細菌對酸堿度不及甲烷細菌敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5-8.0之間。 在厭氧法處理廢水的應用中，由于產酸和產甲烷大多在同一構筑物內進行，產乙酸細菌和產甲烷細菌之間嚴格的共生關系：,pH值對產甲烷菌活性的影響,,甲烷菌專性厭氧，且處理系統(tǒng)中不能含有濃度過高的SO42-，SO32-。,,（3）營養(yǎng)與環(huán)境條件 廢水、污泥及廢料中的有機物種類繁多，只要未達到抑制濃度，都可連續(xù)進行厭氧生物處理。對生物可降解性有機物的濃度并無嚴格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經濟上不合算；水力停留時間短，生物污泥易流失，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。一般要求COD大于1000mg/L。 CODNP=20051,,（4）毒物 凡對厭氧處理過程起抑制或毒害作用的物質，都可稱為毒物。,,四、污水的厭氧生物處理方法,有代表性的厭氧生物處理工藝和設備有：普通厭氧消化池、厭氧濾池、厭氧膨脹床和流化床、上流式厭氧污床(UASB）等。,,（1）常規(guī)消化池或普通消化池（conventional digester）主要用于處理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加頂蓋的筒狀。 污水間歇地或連續(xù)地從池頂進入，通過攪拌與池內污泥混合，進行厭氧消化。分解后的污泥從池底排出。產生的生物氣從池頂收集。普通消化池需要加熱，以維持高的生化速率?；钚晕勰酀舛炔桓撸话?。,,主要應用： A）城市污水處理廠污泥的穩(wěn)定化處理； B）高濃度、難生物降解有機工業(yè)廢水的處理； C）高懸浮物濃度有機廢水的處理。,,優(yōu)點：可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，消化反應和固液分離在同一個池時行，結構簡單。 缺點：無法保持或補充厭氧活性污泥，消化池內難以保持大量的微生物；無攪拌的消化池會出現(xiàn)料液分離現(xiàn)象，微生物不能與料液均勻接觸，消化效果極差。,,（2）厭氧接觸消化池(anaerobic contact digester) 在常規(guī)消化池后設沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，污泥濃度增至10甚至20左右，效率較高，同時出水中污泥的含量少，水質穩(wěn)定停留時間約為110d。,,厭氧接觸法的特點： 1）消化池內污泥濃度較高，耐沖擊能力強； 2）有機負荷較高，中溫消化時，水力停留時間縮短，一般小于10天； 3）可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液； 4）出水水質好，但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設備,,厭氧接觸消化池的主要缺點：設備大。能量消耗大。微生物流失，使消化池內微生物濃度較低。,（3）厭氧濾池(anaerobic filter, AF) 反應器內全部或部分填充填料供微生物附著生長，填料有較大的比表面積和較高的孔隙度。 一般為上升式，需要在過濾器后設沉淀分離裝置分離生物膜。停留時間一般約0.53d。,,厭氧生物濾池的特點： 1）微生物持有量較高，生物膜停留時間長，可承受的有機溶積負荷較高。 2）廢水與生物膜兩相接觸面大，有機物去除速度快；,,3）微生物以附著生長為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設備； 4）啟動或停止后再啟動比其他厭氧工藝時間短。 主要用于高濃度有機廢水，及污泥等固體廢棄物處理等。,,（4）升流式厭氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket，UASB) 反應器是一個無填料的空容器，運行時污水以一定流速自下進入反應器，通過一個懸浮的污泥層，料液和污泥菌體接觸反應并產生沼氣小氣泡，氣泡托起使污泥上升，在上部有一個關鍵裝置氣液固三相分離器，使污泥下沉，氣水分離。 折流式厭氧反應器(ABR)，效率更高。,,,UASB最大特點是能在反應器內實現(xiàn)污泥顆?；?，顆粒污泥的粒徑一般為0.1-0.2cm，具有良好的沉降性能和產甲烷活性。,,UASB的優(yōu)點： 1）容積負荷率高，水力停留時間短，因為污泥可以實現(xiàn)污的顆?；刮勰啻矁扔写罅康纳锎嬖?； 2）氣固液的分離實現(xiàn)了一體化，處理能力和處理效率大為提高； 3）能耗低，成體低，具有處理費用低、電耗低、投資少、占地面積小的優(yōu)點；,,4）污泥產量低，一般運行1-2年才能有剩余污泥產生，而這些污泥又是新厭氧系統(tǒng)運行所必需的菌種； 5）能夠回收生物能沼氣。,,,沼氣發(fā)酵實例,農村沼氣池產生的沼氣成為農村重要的能源物質； 大型養(yǎng)殖場的畜禽廢水處理采用沼氣發(fā)酵消除污染； 高濃度的生活污水亦可采用沼氣發(fā)酵技術去除有機污染物；,,優(yōu)點 （1）厭氧消化動力消耗少，運行無須攪拌和供氧，能節(jié)省大量的電力能源。 （2）有機負荷高，去除率高。 可以直接處理高濃度有機廢水，不需要大量水稀釋。 BOD去除率可達90%以上，COD去除率約為7090。 能降解許多在好氧條件下難以降解的合成化學品。如原配類染料、偶氮染料、含氯農藥等。 (3)厭氧消化工藝產生大量含甲烷60-80的沼氣，是很好的能源物質，可用于發(fā)電和家庭燃氣。 (4)厭氧工藝產生的剩余污泥量比好氧工藝要少得多。,,厭氧處理的不足 1）技術不是很成熟；有一定的局限性； 2）出水COD濃度高于好氧處理 3）對有毒物質比較敏感； 4）初次起動較慢，周期較長。,五、好氧處理與厭氧處理的區(qū)別 1）好氧處理由好氧微生物和兼性微生物起作用的；厭氧處理先是厭氧菌和兼性菌，后是另一類厭氧菌； 2）好氧處理中，有機物被轉化為CO2、H2O、NH3或NO2-、NO3-、PO43-、SO42-等，且基本無害，處理后廢水無異臭； 厭氧處理中，有機物被轉化為CH4、NH3、胺化物或N2、H2S等，產物復雜，出水有異臭。,3）好氧處理中，有機物分解比較徹底，釋放的能量多，故有機物轉化率快，在處理設備內停留的時間短，設備體積小； 厭氧處理中，有機物氧化不徹底，釋入的能量少，所以有機物轉化速率慢，需要時間長，設備體積龐大；,,4）好氧處理要求充分供氧，對環(huán)境條件要求不太嚴格；厭氧處理要求絕對厭氧的環(huán)境，對環(huán)境條件如溫度、pH要求甚嚴。,,第六節(jié) 水的富營養(yǎng)化處理,1971年的某一天早晨，日本瀨戶內海的漁民正要出海打魚，忽然發(fā)現(xiàn)了一種奇妙的景象：海水在一夜之間由蔚藍色變成了赤紅色，好像是在海灣上鋪了一塊碩大無比的紅地毯，一時間，消息不脛而走，附近的人們都來觀看這聞所未聞的奇景，有的人還贊不絕口，為自己大開眼界而高興。,,殊不知，這并不是什么奇景，而是一場災難。沒過多久，海風帶來陣陣難聞的惡臭，死魚大批漂向岸邊，這時，漁民們才恍然大悟：啊呀，我們的生計完了！,(參考圖)兇惡赤潮“劫”走4萬鮑魚,這就是 赤潮海洋的災難,早在公元732年,日本便記錄了赤潮現(xiàn)象. 20世紀以來，赤潮發(fā)生的次數(shù)逐年增多，如日本瀨戶內海在1955年以前的幾十年期間，赤潮只出現(xiàn)5次，19551976年竟多達326次。,,一、概念 水的富營養(yǎng)化,富營養(yǎng)化是一種氮、磷等植物營養(yǎng)物質含量過多所引起的水質污染現(xiàn)象。 生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其它浮游生物迅速繁殖，大量死亡的水生生物沉積到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水體溶解氧含量急劇降低，水質惡化，以致影響到魚類的生存，魚類及其它生物大量死亡，大大加速了水體的富營養(yǎng)化過程。,,太湖的富營養(yǎng)化,,巢湖的水,,無錫市太湖黿頭渚風景區(qū),遠處是著名的睡美人西山,水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，由于浮游生物大量繁殖，往往使水體呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等，這種現(xiàn)象在江河湖泊中叫水華（水花），在海中叫赤潮。在發(fā)生赤潮的水域里，一些浮游生物暴發(fā)性繁殖，使水變成紅色，因此叫“赤潮”。,,,武漢漢江下游因出現(xiàn)水華現(xiàn)象而導致漢川自來水廠被迫關閉，宗關自來水廠的凈化工序困難，反沖增加，制水成本增加,,,這些藻類有惡臭、有毒，魚不能食用。 水體富營養(yǎng)化包括淡水的水華和海水的赤潮，根本原因都是富含氮磷的生活工業(yè)污水大量排放導致水中藻類大量繁殖。藻類的繁殖過程中會有很多死亡的，好氧細菌在處理他們的時候會耗盡水中氧氣，從而致使水中其他生物大量死亡，惡性循環(huán)使水面一片死氣，水中缺氧，水質惡化，直至發(fā)臭！,撫河水污染,,二、案例,我國湖泊、水庫和江河富營養(yǎng)化的發(fā)展趨勢非常迅速。 從上世紀年代到現(xiàn)在的近年間，全國湖泊富營養(yǎng)化面積增長了約倍。 （1）五大湖：太湖、巢湖已是中度富營養(yǎng)化，洞庭湖、鄱陽湖也具備一定程度的富營養(yǎng)化條件。,,我國的武漢東湖、杭州西湖、南京玄武湖、濟南大明湖、撫順的大伙房水庫，都曾受到富營養(yǎng)作用的影響。 隨著太湖水體富營養(yǎng)化日趨嚴重，夏季水華頻繁發(fā)生，水廠停水，水鄉(xiāng)居民喝污水的現(xiàn)象，同時，水中的有機物和氨氮含量嚴重超,,(2) 1998年春天，一股來勢洶涌的赤潮橫掃了香港海和廣東珠江口一帶海域。赤潮過處，海水泛紅，腥臭難聞，水中魚類等動物大量死亡。當?shù)氐母黝愷B(yǎng)殖場損失慘重。香港漁民損失近1億港元；大陸珍貴養(yǎng)殖魚類死亡逾300噸，損失超過4000萬元。,太湖,巢湖,1998年 ,渤海，赤潮面積約5000平方公里，范圍遍及遼東灣，造成經濟損失約5億元,2000年，長江口舟山海域，特大赤潮面積7000多平方公里,1998年，粵港海域,赤潮面積自香港西貢海面到長州等特大面積造成大量魚苗及養(yǎng)殖魚死亡, 其中包括名貴魚種石斑魚等,共損失達3.5億元,近年危害較嚴重的赤潮事件,,（3）武漢水富營養(yǎng)化 “百湖之市”的武漢處于“優(yōu)于水而憂于水”的尷尬境地。 1992年，漢江流域首次發(fā)現(xiàn)水華現(xiàn)象，迄今已爆發(fā)過7次。其中，第1次爆發(fā)的時間和第2次相隔5年，而第2次和第3次、第4次水華間隔時間僅為2至3年。2008年和2009年，更是連續(xù)發(fā)生，間隔時間越來越近。 漢江水華爆發(fā)年 武大櫻花提前開,東湖,上世紀八十年代以前，墨水湖湖水清澈見底，魚類豐富，是一個環(huán)境優(yōu)美的生態(tài)湖泊；此后，墨水湖富營養(yǎng)化顯現(xiàn)出來且日趨嚴重，墨水湖水體開始發(fā)黑、發(fā)臭，部分湖面呈現(xiàn)沼澤化，尤其是1997年5月6日發(fā)生的一次死魚五十多萬公斤的環(huán)保事件， 墨水湖水體營養(yǎng)指標多為超類，總磷（TP）、總氮（TN）和氨氮（NH4）是造成水體水質惡化的主要污染物質，水體極度缺氧,墨水湖水體呈極度富營養(yǎng)化狀態(tài)；另外水體中總磷、總氮總體上逐年增大，水體透明度逐年減小，墨水湖水體水質污染有進一步惡化的趨勢。,（1）,市區(qū)多數(shù)湖泊水質還在四類及以下。如東湖、菱角湖、紫陽湖、湯遜湖、青菱湖、后官湖、銀湖等水質為四類。 水質為五類或劣五類的，有水果湖、沙湖、南湖、野芷湖、黃家湖、楊春湖、塔子湖、月湖、龍陽湖、三角湖、墨水湖等。 水質類別解析 一類：主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)； 二類：主要適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區(qū)、珍稀水生生物棲息地等； 三類：主要適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區(qū)、漁業(yè)及游泳等；四類：主要適用于工業(yè)用水及人體非直接接觸的娛樂用水； 五類：主要適用于農業(yè)用水及一般景觀要求水域。,,“小瓶裝飲用水，我只買農夫山泉”，湖南林業(yè)科技大學學生王惠說。“農夫山泉有點甜” 千島湖農夫山泉的水源地之一，2010年1月份的水質已被列入第類。,對我國河流污染情況分析，各污染指標排序為：氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、糞大腸菌。湖泊各污染指標排序則是：總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)。 2010年，環(huán)保部科技標準司副司長劉志全，“十一五”期間，COD的控制按預期進行，總體進展較大，氮磷污染則有加重趨勢?？偟呐袛嗍?，我國水環(huán)境存在營養(yǎng)物質污染和重金屬污染同時存在的情況，有55%的國控斷面總氮超標，河流水系中氨氮污染尤其嚴重。,,三、水體富營養(yǎng)化機理,水體富營養(yǎng)化引起藻類及其它浮游生物迅速繁殖。 在淡水中，磷酸鹽是植物生長的限制因素，而在海水中是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長以及總的生產量。導致富營養(yǎng)化的物質，往往是這些水系統(tǒng)中含量有限的營養(yǎng)物質， 在淡水中，增加磷酸鹽會導致植物的過度生長， 在海水中磷是不缺的，含氮污染物加入就會出現(xiàn)植物的過度生長。,,水體富營養(yǎng)化過程與氮、磷的含量及氮磷含量的比率密切相關。反映營養(yǎng)鹽水平的指標總氮、總磷，反映生物類別及數(shù)量的指標葉綠素a和反映水中懸浮物及膠體物質多少的指標透明度作為控制湖泊富營養(yǎng)化的一組指標。,有文獻報道，當總磷濃度超過0.1mg/l（如果磷是限制因素）或總氮濃度超過0.3mg/l（如果氮是限制因素）時，藻類會過量繁殖。 經濟合作與發(fā)展組織（OECD）提出富營養(yǎng)湖的幾項指標量為：平均總磷濃度大于0.035mg/l；平均葉綠素濃度大于0.008mg/l；平均透明度小于3m。,,四、產生原因,富營養(yǎng)化發(fā)生最主要的影響因素可以歸納為以下幾個方面： 總氮總磷等營養(yǎng)鹽相對比較充足； 鐵，硅等含量比較適度； 適宜的溫度，光照條件和溶解氧含量； 緩慢的水流流態(tài)，水體更新周期長。,,藍藻爆發(fā)必須要具備三個條件 :水體污染、持續(xù)高溫、水體靜止 水體污染:湖內水體污染嚴重，其中氮、磷等污染物超標尤其重要，氮與磷之間的比例要在17左右的范圍，才會造成藍藻爆發(fā)。,,1、化學因素 2、物理因素 3、生物因素,,水體富營養(yǎng)化的具體原因： 1 農田化肥 2 牲畜糞便 3 污水灌溉 4 城鎮(zhèn)地表徑流 5 礦區(qū)地表徑流,6 大氣沉降 7 水體人工養(yǎng)殖 8工業(yè)廢水排入水體,,五、危害,水體富營養(yǎng)化的危害主要表現(xiàn)在三個方面。 (1)富營養(yǎng)化造成水的透明度降低，陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用和氧氣的釋放，同時浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧嚴重不足， 而水面植物的光合作用，則可能造成局部溶解氧的過飽和。 溶解氧過飽和以及水中溶解氧少，都對水生動物(主要是魚類)有害，造成魚類大量死亡。,,(2)富營養(yǎng)化水體底層堆積的有機物質厭氧分解產生的有害氣體，以及一些浮游生物產生的生物毒素(如石房蛤毒素)也會傷害水生動物。 (3)富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水，會中毒致病等等。,,氮、磷為植物營養(yǎng)物質，能助長藻類和水生生物，引起水體的富營養(yǎng)化，將惡化水質、影響飲用水水源、降低水資源的使用價值。湖泊的富營養(yǎng)化過程也就是老化和消失的過程。,六、富營養(yǎng)化的防治 防治是水污染治理中十分棘手而又代價昂貴的困難問題原因有三： 污染源的復雜性：導致水質富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質既有天然源，又有人為源；既有外源性，又有內源性；這給控制污染源帶來了顯而易見的困難。 營養(yǎng)物質去除難度高。至今還沒有任何單一的生物學、化學和物理措施能夠徹底去除廢水中的氮、磷營養(yǎng)物質。通常的二級生化處理方法，只能去除 30%50%的氮和磷。 某些處理措施在理論上或者在一定的條件下是可行的，但是，在實際上或者在大范圍內，則往往達不到預期效果。,,水體富營養(yǎng)化的控制,（1）控制N、P的排放； （2）對廢水作深度處理； （3）打撈藻類，人工曝氣； （4）疏浚底泥； （5）引水（不含營養(yǎng)物）稀釋； （6）使用化學藥劑或引入病毒殺死藻類等。,,氮磷的去除可用化學法或生物法。 化學法處理費用較高，而且大量的污泥產生，而傳統(tǒng)的生物法去除效率較差，難以滿足水質排放的要求。 目前已在活性污泥法基礎上開發(fā)出多種流程，提高處理效果。,,在巴納德博士發(fā)明生物脫氮除磷技術之前，一般的供水回收廠都是使用化學物質來去除氮和磷。這個方法不只成效有限，而且成本比起生物脫氮除磷方法貴了好幾倍。 加拿大籍的巴納德博士（75歲）出生于南非，他發(fā)明的“生物脫氮除磷”（Biological Nutrient Removal，簡稱BNR）技術，簡單來說就是以天然微生物來去除廢水中的氮（nitrogen）和磷（phosphorus），確保被排放到湖泊與河流的水質潔凈，不會對天然生態(tài)構成威脅，也促進了水的再循環(huán)使用。,經過40年的努力，現(xiàn)在全球有上千個廢水處理廠采用了巴納德博士發(fā)明的生物脫氮除磷技術，而我國在清除廢水中的氮也采納了巴納德博士的技術。他獲得了11年的李光耀水源獎。 李光耀水源獎的評審之一、中國清華大學常務副校長陳吉寧教授認為，要好好保護水資源，關鍵不在治水，更多在于人為管理和心態(tài)。 陳教授相信，只有當人們學會如何謹慎用水后，水資源的危機才能真正解決。,水污染到了非常嚴重的程度,,國際較為流行的生物修復法一般是采用食藻動物或菌群來控制藻類的生長速度和總量,,七、廢水生物脫氮技術,廢水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在 1、微生物脫氮原理 異養(yǎng)型微生物將污水的含氮有機物氧化分解為氨氮，然后通過自養(yǎng)型硝化細菌將其轉化為硝態(tài)氮， 再經反硝化細菌將硝態(tài)氮還原為氮氣的過程。 氨化反應：有機氮轉化為無機氮 硝化作用： 反硝化作用：,,1）氨化作用 含氮有機物經微生物降解釋放出氨的過程。 RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3 好氧或厭氧 細菌、霉菌,硝化反應是在好氧條件下，將NH4+轉化為NO2-和NO3-的過程。,總反應式為：,硝化細菌是化能自養(yǎng)菌，生長率低，對環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機負荷等都會對它產生影響。,2）硝化反應：,,常見的亞硝酸細菌： 亞硝化單胞菌、嚴硝化球菌、亞硝化管菌、亞硝化黏菌、亞硝化球膽菌等。 常見的硝酸細菌： 硝化菌、硝化球膽菌、硝化球菌、硝化螺旋菌等。,,反硝化反應是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮氣的過程。,反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時，它會以O2為電子進行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機碳為電子供體和營養(yǎng)源進行反硝化反應。,總反應式為：,3）反硝化反應：,,在反硝化菌代謝活動的同時，伴隨著反硝化菌的生長繁殖，即菌體合成過程，反應如下：,式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學組成。 反硝化還原和微生物合成的總反應式為：,從以上的過程可知，約96的NO3-N經異化過程還原，4經同化過程合成微生物。,,在反硝化反應中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有機碳的多少及其可生化程度。,,2、影響脫氮的因素 溶解氧、溫度、酸堿度、污泥齡以及碳源等。 1）溶解氧 硝化過程須在好氧條件下進行。在低溶解氧條件下，易產生大量的N2O等代謝產物，應保持在1.22.0mg/L 。反硝化過程需在較為嚴格的缺氧條件下進行，溶解氧應控制在0.5 mg/L以下。,,2）溫度 硝化反應的最適溫度為30-35，15以下時，硝化反應速度下降，5時完全停止；反硝化過程最宜溫度為35-45度，低于3度，幾乎停止。 3）酸堿度 硝化過程pH下降，反硝化過程pH上升。硝化的適宜pH為7.5-8.5、反硝化的為6.5-7.5。一般控制生物脫氮系統(tǒng)在6.58.0之間。,4）碳源 硝化菌是化能自養(yǎng)菌，一般不需要有機營養(yǎng)物。反硝化時碳源種類不同影響反硝化速率。甲醇、乙醇、葡萄糖為碳源，反硝化速率快。 5）污泥齡 生物脫氮過程中，污泥齡一般控制在3-5天，最高時可達10-15天。污泥齡較長可增加微生物硝化能力，減輕有毒物質的抑制作用，但也會降低污泥的活性。,,3、污水脫氮工藝,在污水處理系統(tǒng)中，硝化和反硝化過程可與各種方式組合在一起。主要包括六個組成部分。缺氧反應器是脫氮的主體，細菌在這里以外加的有機物作為電子給體，以硝酸鹽氮作為電子受體將氮去除。 需氧反應器的作用有三個。 吹脫水中氮氣，以防沉淀池污泥上??； 在需氧條件下去除水中剩余的有機物，以提高出水水質； 提高水中溶解氧含量，以防止在沉淀池中產生脫氮作用。,,有機物投加設備是脫氮系統(tǒng)中特有的，目的是提供足夠的電子給體 按工藝中硝化反應器類型，分為微生物懸浮生長型（活性污泥法及其改良）和微生物附著型（生物膜反應器）。,（4）生物脫氮的工藝流程 、傳統(tǒng)脫氮工藝,活性污泥法傳統(tǒng)脫氮工藝 （三級生物脫氮系統(tǒng)）,第一級曝氣池的功能： 碳化去除BOD5、COD； 氨化使有機氮轉化為氨氮； 第二級是硝化曝氣池，投堿以維持pH值； 第三級為反硝化反應器，可投加甲醇作為外加碳源或引入原廢水。 優(yōu)點是有機物降解菌、硝化菌和反硝化菌分別在各自的反應池內生長繁殖，并且有各自的沉淀池和回流設施，氨化、硝化、反硝化分別在各自的反應池中進行，反應速率較快且較徹底； 缺點是處理設備多，造價高，運行管理較為復雜。,、兩級活性污泥法脫氮工藝,兩級活性污泥法脫氮系統(tǒng) （兩級生物脫氮系統(tǒng)）,將前兩級BOD去除和硝化兩道反應過程合在同一反應器內進行，第一級池去除BOD，將有機氮轉化為NH3、NH4+，同時使NH3、NH4+進一步氧化成NOx-N。第二級池在缺氧條件下，將NOx-N還原為氮氣。 碳源，既可投加CH3OH（甲醇）亦可引入原廢水作為碳源。 優(yōu)點反應速率大，而且比較徹底。 缺點是處理設施多，占地面積大，造價高，管理不夠方便，因此在實踐中采用比較少。,、缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)（AO工藝）,將反硝化反應器放在了系統(tǒng)的前端。 反硝化、硝化和去碳在兩個不同的反應器分別完成。,特點 （1）進行反硝化反應時，利用原廢水中的有機物直接作為有機碳源，將從好氧反應器回流回來的含有硝酸鹽的混合液中的硝酸鹽反硝化成為氮氣； （2）反硝化反應器中產生的堿度進入好氧硝化反應器，補償硝化反應過程中所需消耗堿度的一半左右；,,（3）硝化反應器設置在后端，也可以使反硝化過程中殘留的有機物得以進一步去除，無需增建后曝氣池。 在A/O工藝中，回流比的控制非常重要，回流比過低，會使脫氮池中的BOD/NO3-過高，導致反硝化菌因無充足的NO3-作電子受體而影響反硝化的速率，更重要的是出水硝態(tài)氮濃度高；反之，若回流比過高，則BOD/NO3-過低，反硝化的作用因得不到足夠的碳源而受抑制。一般控制回流比為35Q。,,,優(yōu)點： 工藝中只設一個污泥回流系統(tǒng)，好氧菌、硝化菌和反硝化菌都處于缺氧好氧交替的環(huán)境中，構成一個混合菌群，有利于改善污泥沉降性能，控制污泥膨脹； 可得用前置的反硝化過程所產生的堿度補償約50%的硝化過程所消耗的堿度，因此對含氮濃度不高的廢水可不必另行投藥調節(jié)pH值。 缺點：是二沉池中可能發(fā)生反硝化反應，使污泥上浮，影響出水水質。,,、氧化溝工藝,氧化溝功能分區(qū)示意圖,由于氧化溝的運行工藝特征，會在其反應溝渠內的不同部位分別形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)，使得氧化溝內的活性污泥分別經過好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而可以實現(xiàn)生物脫氮功能。,,C、生物膜脫氮法 包括生物濾池、生物轉盤、生物流化床等，但是技術不是太成熟，多處于小試、中試及半生產性實驗階段。一般將硝化和反硝化分離開來。,