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1、第二章第二章 废水生物处理技术废水生物处理技术第一节第一节 概述概述 利利用用微微生生物物的的代代谢谢作作用用，把把水水中中的的有有机机污污染染物物转转化化为为简简单单的的无无机机物物的的过过程程，即即利利用用微微生生物物的的生生命命活活动动过过程程来来转转化化污污染染物物，使使之之无无害害化化的的方方法法。废废水水的的生生物物处处理理过过程程是是天天然然污污水水自自净净的的人人工工化化过过程程，人人工工浓浓缩缩的的过过程程。废水的生物处理法废水的生物处理法水体自净水体自净 正常情况下，当水体接纳了一定量的有机正常情况下，当水体接纳了一定量的有机污染物后，在无人干预条件下，借助于污染物后，在无
2、人干预条件下，借助于水体自身的调节能力使污染物浓度不断水体自身的调节能力使污染物浓度不断降低，最后水质恢复到污染前的水平降低，最后水质恢复到污染前的水平和状态，我们把水体的这种自我净化和状态，我们把水体的这种自我净化作用叫作作用叫作水体自净水体自净(Selfpurification)(Selfpurification)。水体的自净能力有一定的限度，每一类水体的自净能力有一定的限度，每一类水体的自净作用都有一个水体的自净作用都有一个最大阈值即自净最大阈值即自净容量容量。水体的自净容量是指在水体正常生。水体的自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的物循环中能够净化有机污染物的最大量最大
3、量。天然水体中的自净作用是天然水体中的自净作用是废水废水生物处理技术与方法的基础生物处理技术与方法的基础水体的自净原理水体的自净原理物理净化物理净化天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使污染物质的浓度降低。等作用，使污染物质的浓度降低。生物净化生物净化天然水体中的天然水体中的生物活动过程生物活动过程，使污染物质，使污染物质的浓度降低。特别重要的是水中微生物对的浓度降低。特别重要的是水中微生物对有机物的氧化分解作用。有机物的氧化分解作用。化学净化化学净化天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生
4、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。变化和浓度降低。水体污染水体污染水体污染概念：水体污染概念：因某种物质的介入，而导致水体化因某种物质的介入，而导致水体化学、物理、生物或者放射性等方面特性学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水体的有效利用，危的改变，从而影响水体的有效利用，危害人体健康，或者破坏生态环境、造成害人体健康，或者破坏生态环境、造成水质恶化的现象。水质恶化的现象。化学性污染化学性污染物理性污染物理性污染生物性污染生物性污染无机有毒物质污染无机有毒物质污染水水体体污污染染分分类类无机物质污染无机物质污染需氧物质污染需氧物质污染油类污染油类污染有机有毒物质
5、污染有机有毒物质污染悬浮物质污染悬浮物质污染热污染热污染放射性污染放射性污染水体污染分类水体污染分类污水处理方法污水处理方法物理法：物理法：主要是利用物理作用分离废水中呈主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质。悬浮状态的污染物质。沉淀法沉淀法过滤法过滤法离心法离心法吸附法吸附法根据作用原理和方法的不同，根据作用原理和方法的不同，可将处理方法分为三类：可将处理方法分为三类：物理法、化学法、生物法。物理法、化学法、生物法。利用废水中各种污染物密度的利用废水中各种污染物密度的不同这一原理把各种污染物从不同这一原理把各种污染物从污水中分离开来，如沉砂池，污水中分离开来，如沉砂池，隔油池等。隔
6、油池等。用活性炭、硅藻土等吸附剂用活性炭、硅藻土等吸附剂吸附除去污水中的污染物。吸附除去污水中的污染物。污水处理方法污水处理方法化学法：化学法：利用化学反应原理来分离、回收废利用化学反应原理来分离、回收废水中的污染物，或改变污染物的性质，使他水中的污染物，或改变污染物的性质，使他从有害变为无害。从有害变为无害。化学絮凝法化学絮凝法中和法中和法氧化还原法氧化还原法离子交换法离子交换法污水中的胶体物质通常带有负电荷，污水中的胶体物质通常带有负电荷，相互排斥成为稳定的溶液，向污水中相互排斥成为稳定的溶液，向污水中投加带有相反电荷的电解质（絮凝剂）投加带有相反电荷的电解质（絮凝剂）中和胶体的电荷，使胶
7、体失去稳定中和胶体的电荷，使胶体失去稳定絮凝沉淀。硫酸铝，硫酸亚铁等絮凝沉淀。硫酸铝，硫酸亚铁等投加氧化剂或还原剂，使废投加氧化剂或还原剂，使废水中的污染物发生氧化或还水中的污染物发生氧化或还原反应变成无害物。原反应变成无害物。污水处理方法污水处理方法生物法生物法利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物质进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的质进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方法。处理方法。由于整个过程是在微生物所产生的酶的参与下发由于整个过程是在微生物所产生的酶的参与下发生的生物化学反应，因此将废水生物处理称为废生的生物化学反应，因此
8、将废水生物处理称为废水生化处理。水生化处理。废水生物处理的类型废水生物处理的类型划分依据划分依据类型类型方法举例方法举例微生物种类微生物种类好氧微生物好氧微生物厌氧微生物厌氧微生物藻类藻类活性污泥法活性污泥法厌氧污泥法厌氧污泥法氧化塘氧化塘微生物生长方式微生物生长方式悬浮生长悬浮生长附着生长附着生长活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法反应器类型反应器类型完全混合式完全混合式间隙式间隙式流化床流化床混合式曝气池混合式曝气池SBR好氧流化床好氧流化床废水的分级处理废水的分级处理 处处理理级别级别污污染物染物质质处处理方法理方法一一级级处处理理悬悬浮或胶浮或胶态态固体、固体、悬悬浮油浮油类类、酸、碱
9、、酸、碱沉淀、上浮、沉淀、上浮、过滤过滤、混凝、中和混凝、中和二二级级处处理理可生化降解的有机物可生化降解的有机物活性活性污污泥法，生物泥法，生物膜法等膜法等三三级级处处理理难难生化降解的有机物、溶生化降解的有机物、溶解解态态的无机物、病毒、病的无机物、病毒、病菌、磷、氮等菌、磷、氮等吸附、离子交吸附、离子交换换、电电渗析、反渗透、渗析、反渗透、超超滤滤、化学、化学处处理法理法格栅格栅沉砂池沉砂池常用污水处理流程常用污水处理流程污水处理处理目标污水处理处理目标除去废水中的有机物和悬浮物，得到透明的除去废水中的有机物和悬浮物，得到透明的处理水。处理水。尽量除去尽量除去N N、P P等营养盐类。等
10、营养盐类。尽可能减少产生的污泥量。尽可能减少产生的污泥量。尽可能将有用物质作为资源加以回收利用。尽可能将有用物质作为资源加以回收利用。固体污染物指标固体污染物指标需氧污染物指标需氧污染物指标pH指标指标BOD污水污水的水的水质污质污染指染指标标COD细菌总数细菌总数总大肠菌群数总大肠菌群数总需氧量总需氧量金属有毒有害物质金属有毒有害物质有机有毒有害物质有机有毒有害物质放射性物质放射性物质污水的水质污染指标污水的水质污染指标细菌污染指标细菌污染指标有毒物质指标有毒物质指标生化需氧量（生化需氧量（Biological Oxygen Biological Oxygen Demand,BODDeman
11、d,BOD）1 L 1 L废水中有机污染物在好氧微生物作用废水中有机污染物在好氧微生物作用下进行氧化分解时所消耗的溶解氧，单位是下进行氧化分解时所消耗的溶解氧，单位是 mg/Lmg/L。BODBOD既是对水中可生物降解有机成分的既是对水中可生物降解有机成分的间接指标，也是进行生化反应需氧量的间接指标，也是进行生化反应需氧量的直接反映，它是废水生物处理中最重要直接反映，它是废水生物处理中最重要的参数之一。的参数之一。生化需氧量生化需氧量由于微生物的降解作用较缓慢，废水中有机由于微生物的降解作用较缓慢，废水中有机物完全降解完毕需要大约物完全降解完毕需要大约20 d20 d左右的时间。左右的时间。因
12、此，为实用起见，因此，为实用起见，一般取一般取5d5d所消耗的氧来所消耗的氧来作为指标，简称为作为指标，简称为BODBOD5 5。另外，由于温度不。另外，由于温度不一样，微生物降解作用也不一样，因此控制一样，微生物降解作用也不一样，因此控制温度为温度为2020o oC C。化学需氧量化学需氧量(Chemical Oxygen Demand(Chemical Oxygen Demand，COD)COD)用强化学试剂在化学氧化被测废水所含用强化学试剂在化学氧化被测废水所含有机物过程中所消耗的氧量。有机物过程中所消耗的氧量。CODCOD是度量废水中有机污染物含量的一个常用是度量废水中有机污染物含量的
13、一个常用水质指标。水质指标。化学需氧量化学需氧量 用强氧化剂用强氧化剂(重铬酸钾或高锰酸钾重铬酸钾或高锰酸钾)在酸性条在酸性条件下能将废水中有机物彻底氧化，其中碳水件下能将废水中有机物彻底氧化，其中碳水化合物被氧化为化合物被氧化为H H2 2O O和和COCO2 2，此时所测定的氧，此时所测定的氧(重铬酸钾或高锰酸钾中的重铬酸钾或高锰酸钾中的化合态氧化合态氧)的消耗的消耗量即为化学需氧量。量即为化学需氧量。化学需氧量化学需氧量由由重铬酸钾法重铬酸钾法测定得出的化学需氧量，简称测定得出的化学需氧量，简称为为CODCODCrCr；CODCODCrCr测定中使用硫酸银作为催化剂。测定中使用硫酸银作为
14、催化剂。由由高锰酸钾法高锰酸钾法测定得出的化学需氧量简称为测定得出的化学需氧量简称为CODCODMnMn或或高锰酸钾指数高锰酸钾指数。BODCOD或或 BOD0.45 B/C0.30 B/C0.25 B/C 2kg/kg2kg/kgd d缺氧缺氧DO=0.2-0.5DO=0.2-0.5HRT=30-40minHRT=30-40min泥龄泥龄=0.3-0.5d=0.3-0.5d污泥产量大，且由于吸附作用，污泥产量大，且由于吸附作用，有机物含量较高，如用厌氧消有机物含量较高，如用厌氧消化处理污泥，多产气化处理污泥，多产气25%25%以上。以上。耐冲击负荷，适应性很强耐冲击负荷，适应性很强生物氧化生
15、物氧化低负荷低负荷F F0.15kg/kg0.15kg/kgd d好氧好氧DO=2-3DO=2-3HRT=2-4hHRT=2-4h泥龄泥龄=15-20d=15-20d泥量小，仅为传统工艺泥量小，仅为传统工艺（CASCAS）的）的1/4-1/31/4-1/3完全混合法完全混合法出现于出现于2020世纪世纪5050年代后期，用来处理高负荷工业废年代后期，用来处理高负荷工业废水，尤其是含有抑制性有机物的工业废水。水，尤其是含有抑制性有机物的工业废水。废水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内原有的废水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内原有的混合液完全混合。混合液完全混合。完完全全混混合合曝曝气气池池（1
16、 1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。活环境也基本相同。（2 2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷为全池混合液所分担，而不像推流中仅为骤然增加的负荷为全池混合液所分担，而不像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器，在工业污水的处理中有一定优点。是一个大的缓冲器，在工业污水的处理中有一定优点。（3 3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。）池液里各个部分的需氧量比
17、较均匀。完全混合法的特征：完全混合法的特征：完全混合法完全混合法序批式活性污泥法序批式活性污泥法序批式活性污泥法序批式活性污泥法(sequencing batch(sequencing batch reactor,SBR)reactor,SBR)：是一种间歇运行的污水生物是一种间歇运行的污水生物处理工艺。处理工艺。该工艺每个运行周期可以划分为：该工艺每个运行周期可以划分为：进水期、进水期、反应期、沉降期、排放期和闲置期反应期、沉降期、排放期和闲置期五个阶段。五个阶段。序批式反应池（序批式反应池（SBRSBR）运行中的运行中的SBRSBR工艺工艺序批式反应池序批式反应池生物膜法生物膜法生物膜：生
18、物膜：通过附着而固定在特定载体（石头、通过附着而固定在特定载体（石头、沙砾或塑料网等）上的结构复杂的微生物群沙砾或塑料网等）上的结构复杂的微生物群落形成的一层黏液状膜。落形成的一层黏液状膜。生物膜法生物膜法(biofilm process)(biofilm process)：利用附着在惰利用附着在惰性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法。性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法。生物膜法是一种重要的生物处理方法。生物膜法是一种重要的生物处理方法。生物膜法生物膜法通过废水和生物膜的通过废水和生物膜的相对运动相对运动，使废水和，使废水和生物膜接触，进行固生物膜接触，进行固液两相的液两相的物质交换物质
19、交换，并在膜内进行有机物并在膜内进行有机物的生物氧化与降解，的生物氧化与降解，使废水得到净化，同使废水得到净化，同时，膜内微生物不断时，膜内微生物不断得到生长和繁殖。得到生长和繁殖。生物膜法净化污水示意图生物膜法净化污水示意图生物膜技术的发展和分类生物膜技术的发展和分类18931893年，英国出现在粗滤料上喷洒污水，进行净化。年，英国出现在粗滤料上喷洒污水，进行净化。2020世纪世纪20-3020-30年代，生物滤池为主的生物膜法得到了广泛应年代，生物滤池为主的生物膜法得到了广泛应用。用。2020世纪世纪40-5040-50年代，由于活性污泥法的发展，生物膜法工艺年代，由于活性污泥法的发展，生
20、物膜法工艺出现停滞状态。出现停滞状态。2020世纪世纪6060年代以后，因为新型的有机合成材料开始大量生产，年代以后，因为新型的有机合成材料开始大量生产，出现了各种有机合成的高效填料，生物膜法获得了新的发展。出现了各种有机合成的高效填料，生物膜法获得了新的发展。2020世纪世纪7070年代以后，各种新型工艺相继出现，生物膜法成为年代以后，各种新型工艺相继出现，生物膜法成为和活性污泥法并列的污水生物处理技术，得到广泛应用。和活性污泥法并列的污水生物处理技术，得到广泛应用。生物膜的净化原理生物膜的净化原理生物膜具有强烈的吸附、吸收、分解作用，微生生物膜具有强烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新细
21、胞，膜不断加厚。物合成新细胞，膜不断加厚。生物膜达到一定厚度时，生物膜内层形成厌氧层，生物膜达到一定厚度时，生物膜内层形成厌氧层，厌氧层逐渐扩大增厚，随后造成生物膜整块脱落。厌氧层逐渐扩大增厚，随后造成生物膜整块脱落。滤料表面又生成新的生物膜，如此循环往复不断滤料表面又生成新的生物膜，如此循环往复不断更新。更新。生物膜法生物膜法生物生物膜法膜法生物滤池生物滤池生物接触氧化池生物接触氧化池生物转盘生物转盘生物流化床生物流化床生物滤池生物滤池以土壤自净原理为以土壤自净原理为依据，在污水灌溉依据，在污水灌溉的实践基础上发展的实践基础上发展起来的人工处理方起来的人工处理方法。法。污水以滴状洒布在污水以
22、滴状洒布在块状滤料的表面，块状滤料的表面，污水流经表面时会污水流经表面时会形成生物膜，其中形成生物膜，其中的微生物摄取有机的微生物摄取有机污染物作为营养，污染物作为营养，使污水得到净化。使污水得到净化。生物滤池生物滤池生物滤池的形式生物滤池的形式普通生物滤池普通生物滤池塔式生物滤池塔式生物滤池活性生物滤池活性生物滤池普通生物滤池，也叫滴滤池普通生物滤池，也叫滴滤池(Tickling Filters)生物滤池的净化原理生物滤池的净化原理污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面。污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面。薄膜状吸附于滤料周围形成附着水薄膜状吸附于滤料周围形成附着水(adhesive water)(
23、adhesive water)，沿薄膜流过滤料即流，沿薄膜流过滤料即流动水动水(flowing water)(flowing water)。滤料表面微生物迅速繁殖，形成一层充满滤料表面微生物迅速繁殖，形成一层充满微生物的生物膜。微生物的生物膜。生物滤池的基本流程生物滤池的基本流程生物虑池生物虑池二沉池二沉池回流回流出水出水初沉池初沉池废水废水污污泥泥生物滤池生物滤池生物滤池生物滤池池体池体二十世纪四十年二十世纪四十年代前常采用方形、代前常采用方形、矩形的池体。矩形的池体。现在大多采用圆现在大多采用圆形滤池。形滤池。生物滤池生物滤池滤料滤料在普通生物滤池中在普通生物滤池中一般采用一般采用碎石、卵
24、碎石、卵石、煤渣石、煤渣等。等。高负荷生物滤池中高负荷生物滤池中采用石英石、花岗采用石英石、花岗岩等；现在也采用岩等；现在也采用塑料滤料，如聚氯塑料滤料，如聚氯乙烯、聚苯乙烯等。乙烯、聚苯乙烯等。一些填料的形状一些填料的形状酚醛树脂蜂窝填料酚醛树脂蜂窝填料常用填料的类型常用填料的类型聚乙烯蜂窝填料聚乙烯蜂窝填料聚乙烯蜂窝填料聚乙烯蜂窝填料半软性填料半软性填料弹性立体填料弹性立体填料立体弹性填料立体弹性填料立体弹性填料立体弹性填料挂膜后的网状填料挂膜后的网状填料布水装置布水装置通过转动的喷淋装置将通过转动的喷淋装置将污水均匀分布于多孔虑污水均匀分布于多孔虑床上。在多孔虑床上可床上。在多孔虑床上可
25、生长多种微生物群落和生长多种微生物群落和原生动物。原生动物。当污水缓慢地流过虑床当污水缓慢地流过虑床时，微生物就吸收并降时，微生物就吸收并降解了其中的有机成分，解了其中的有机成分，使得污水得到处理使得污水得到处理。生物滤池生物滤池排水系统排水系统排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的水以保证滤床的通风。处理后的水以保证滤床的通风。影响生物滤池功能的因素影响生物滤池功能的因素虑床的比表面积和孔隙率；虑床的比表面积和孔隙率；虑床高度；虑床高度；负荷；负荷；回流；回流；供氧；供氧；塔式生物滤池塔式生物滤池塔式生物滤池是近塔式生物滤池是近3030年
26、发展起来的生物滤池。年发展起来的生物滤池。塔高塔高7-24m7-24m，采用塑料滤料，采用塑料滤料(聚氯乙烯和聚丙聚氯乙烯和聚丙烯烯)，内部通风良好，水流紊动剧烈，水力冲，内部通风良好，水流紊动剧烈，水力冲刷较强。刷较强。塔塔式式生生物物滤滤池池进水进水进水进水通风通风出水出水塔式生物滤池塔式生物滤池活性生物滤池活性生物滤池活性生物滤池（活性生物滤池（activated biofilteractivated biofilter，ABFABF）：由生物滤池和曝气池串联组成的新的：由生物滤池和曝气池串联组成的新的两段生物处理工艺。两段生物处理工艺。活性生物滤池的流程图活性生物滤池的流程图曝气池曝气
27、池二沉池二沉池剩余污泥剩余污泥空空 气气出水出水生物滤塔生物滤塔废水废水回流污泥回流污泥出水回流出水回流活性生物滤池活性生物滤池 在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。它同曝气池可以是串联或并联的。生物转盘生物转盘固定在一根轴固定在一根轴上的许多间距很上的许多间距很小的圆盘或多角小的圆盘或多角形盘片组成。形盘片组成。在生物滤池的在生物滤池的基础上发展起来基础上发展起来的。区别是以一的。区别是以一系列转动的圆盘系列转动的圆盘代替固定的滤料。代替固定的滤料。生物转盘生物转盘生物转盘的概念产生于生物转盘的概念产生于19011
28、901年，但是当前使用的工年，但是当前使用的工艺发展于艺发展于2020世纪世纪5050年代。年代。第一座生物转盘污水处理厂是第一座生物转盘污水处理厂是19541954年在德国建成的。年在德国建成的。2020世纪世纪60-7060-70年代初，生物转盘的介质类型和设备结年代初，生物转盘的介质类型和设备结构得到了明显的改进。构得到了明显的改进。7070年代美国建造了许多生物转盘装置，目前仍有年代美国建造了许多生物转盘装置，目前仍有600600多座还在应用。多座还在应用。生物转盘生物转盘到了到了8080年代，欧洲已经建成生物转盘污水处理厂近年代，欧洲已经建成生物转盘污水处理厂近20002000座。现
29、在全世界估计大约有座。现在全世界估计大约有30003000套生物转盘装套生物转盘装置。置。我国于我国于7070年代开始进行生物转盘的研究，已经在印年代开始进行生物转盘的研究，已经在印染、造纸、皮革、石油化工等行业的工业废水处理染、造纸、皮革、石油化工等行业的工业废水处理中得到应用，而且效果很好。中得到应用，而且效果很好。原理原理在废水池子中安装转盘，像水车一样旋转，转盘浸入在废水池子中安装转盘，像水车一样旋转，转盘浸入水中吸附有机物获得营养，转盘离开水后获得氧气。水中吸附有机物获得营养，转盘离开水后获得氧气。转盘每转动一圈即完成一个吸附和一个氧化周期，转转盘每转动一圈即完成一个吸附和一个氧化周
30、期，转盘不断转动，上述过程循环进行，使废水得到净化。盘不断转动，上述过程循环进行，使废水得到净化。生物转盘的流程生物转盘的流程 生物转盘的主要组成部分生物转盘的主要组成部分生物转盘的构造生物转盘的构造转动轴转动轴盘片盘片废水处理槽废水处理槽驱动装置驱动装置生物转盘生物转盘生物转盘生物转盘生物接触氧化池生物接触氧化池生物接触氧化池生物接触氧化池(Submerged Biofilm Reactor(Submerged Biofilm Reactor）（淹没式生物滤池（淹没式生物滤池)，是一种介于，是一种介于活性污泥法活性污泥法与与生物生物滤池滤池两者之间的生物处理技术。两者之间的生物处理技术。20
31、20世纪世纪7070年代初开创的污水处理技术。年代初开创的污水处理技术。生物接触氧化池生物接触氧化池生物反应池内充填填生物反应池内充填填料，污水浸没全部填料，污水浸没全部填料。料。在填料上布满生物膜，在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接污水与生物膜广泛接触，污水中有机污染触，污水中有机污染物得到去除，污水得物得到去除，污水得到净化。到净化。生物接触氧化池的流程图生物接触氧化池的流程图接触氧化池接触氧化池二沉池二沉池空气空气出水出水初沉池初沉池废水废水剩余污泥剩余污泥生物接触氧化池生物接触氧化池又称淹没式生物滤池，又称淹没式生物滤池，Submerged Biofilm Submerged Bi
32、ofilm ReactorReactor接触氧化池外观图接触氧化池外观图接触氧化池反应区的构造接触氧化池反应区的构造填料框架填料框架框框架架与与填填料料框架与生物填料框架与生物填料生物流化床（生物流化床（Fluid BedFluid Bed）使废水通过使废水通过“流化态流化态”并附着有生物膜的颗并附着有生物膜的颗粒床，废水中的物质在床内同均匀分散的生粒床，废水中的物质在床内同均匀分散的生物膜相接触而获得去除。物膜相接触而获得去除。以砂、焦炭或活性炭等细小惰性材料作为生以砂、焦炭或活性炭等细小惰性材料作为生物膜载体，废水物膜载体，废水(先经充氧或床内充氧先经充氧或床内充氧)自下自下向上流过滤床使
33、载体层呈流动状态，加大了向上流过滤床使载体层呈流动状态，加大了生物膜表面积与废水和氧的接触，提高了处生物膜表面积与废水和氧的接触，提高了处理效率。理效率。生物流化床生物流化床由于污水的泵入或曝气（空气或氧气）作用，由于污水的泵入或曝气（空气或氧气）作用，流化床反应器中的颗粒物质在反应器中不断流化床反应器中的颗粒物质在反应器中不断流动，因而得名。流动，因而得名。在这种系统中，由下向上进入的废水的流速在这种系统中，由下向上进入的废水的流速或曝气的程度被控制在足以使载体流动不互或曝气的程度被控制在足以使载体流动不互相接触，但又不能破坏相接触，但又不能破坏“生物膜生物膜”结构的程结构的程度。该系统的最
34、大优点是载体的比表面积被度。该系统的最大优点是载体的比表面积被充分利用，但能耗较高，运行成本也相对较充分利用，但能耗较高，运行成本也相对较高。高。生物流化床流程生物流化床流程三相分离器三相分离器流化床流化床二沉池二沉池空压机空压机出水出水高位槽高位槽水泵水泵进进水水生物流化床生物流化床生生物物流流化化床床The biological fluidized bed reactor is an important part of breaking down perchlorate contamination.(Photo courtesy of Tulsa District)第三节第三节 厌氧生物厌
35、氧生物处理处理厌氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理(anaerobic process)(anaerobic process)在无分子氧存在条件下，利用厌氧微生在无分子氧存在条件下，利用厌氧微生物（或兼性厌氧微生物）分解废水中的有机物（或兼性厌氧微生物）分解废水中的有机物并产生物并产生甲烷和二氧化碳甲烷和二氧化碳的过程。又称为的过程。又称为厌厌氧消化氧消化。处理对象：高浓度有机工业废水、城镇污水处理对象：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。的污泥、动植物残体及粪便等。厌氧工艺的发展历史厌氧工艺的发展历史18811881年年2 2月，法国人莫拉斯（月，法国人莫拉斯
36、（MourasMouras）将简易沉淀池加以改进）将简易沉淀池加以改进而得到的而得到的“自动净化器自动净化器”，处理污水污泥。，处理污水污泥。18951895年，英国卡麦隆（年，英国卡麦隆（CameronCameron）发明）发明化粪池化粪池(Septic Tank)(Septic Tank)，这是厌氧处理发展史上的一个，这是厌氧处理发展史上的一个重要里程碑重要里程碑。18991899年，美国年，美国ClarkClark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝空提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝空气消化的想法。气消化的想法。19041904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下年，首先在英
37、国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下部改变为消化室。部改变为消化室。厌氧工艺的发展历史厌氧工艺的发展历史19501950年南非人年南非人StanderStander已发现了在厌氧反应器中已发现了在厌氧反应器中保持大量细保持大量细菌的重要性菌的重要性，开发了一种处理酒厂和药厂废液的装置称为厌，开发了一种处理酒厂和药厂废液的装置称为厌氧澄清器氧澄清器19561956年年SchroeferrSchroeferr等人开发成功了厌氧接触法等人开发成功了厌氧接触法(Anaerohic(Anaerohic Contact Process)Contact Process)。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。标
38、志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。19741974年年WageningenWageningen农业大学的农业大学的LettingaLettinga等人成功开发了等人成功开发了升流升流式厌氧污泥层式厌氧污泥层(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)反应器，反应器，简称简称UASBUASB反应器。反应器。2020世纪世纪8080年代里，在这些废水处理新工艺的基础上，又不断年代里，在这些废水处理新工艺的基础上，又不断派生出一批新的高效厌氧处理工艺。派生出一批新的高效厌氧处理工艺。厌氧处理原理厌氧处理原理1967
39、1967年，年，BryantBryant发现奥尔甲烷杆菌是一种甲发现奥尔甲烷杆菌是一种甲烷菌和产氧产乙酸菌构成的共生体。烷菌和产氧产乙酸菌构成的共生体。厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成的。的联合作用完成的。19791979年，年，BryantBryant提出了厌氧消化三阶段理论。提出了厌氧消化三阶段理论。厌氧处理原理厌氧处理原理CHCH4 4脂肪酸脂肪酸乙酸、乙酸、H H2 2、COCO2 2有机有机物质物质发酵发酵细菌细菌产乙酸产乙酸细菌细菌产甲烷产甲烷细
40、菌细菌三阶段理论三阶段理论厌氧处理原理厌氧处理原理蛋蛋白白质质和和碳碳水水化化合合物物氨氨基基酸酸和和单单糖糖长长链链脂脂肪肪酸酸甲甲烷烷复复杂杂的的可可降降解解颗颗粒粒物物脂脂肪肪挥发性有机酸挥发性有机酸（丙酸、丁酸等）（丙酸、丁酸等）乙乙酸酸氢氢2、发酵、发酵1、水解、水解4、产甲烷阶段、产甲烷阶段2/31、水解、水解3、产酸阶段、产酸阶段2、发酵、发酵1/34、产甲烷阶段、产甲烷阶段厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的微生物（发酵菌）产酸菌（发酵菌）产酸菌可将复杂的有机物转化为简单的小分子的一类微可将复杂的有机物转化为简单的小分子的一类微生物，它们参与产甲烷阶段以前的所有分解有机生物，
41、它们参与产甲烷阶段以前的所有分解有机物的过程并产生物的过程并产生小分子有机酸小分子有机酸。产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌这些菌将挥发性脂肪酸降解为乙酸和氢气。此类这些菌将挥发性脂肪酸降解为乙酸和氢气。此类菌可能是绝对厌氧菌或兼性厌氧菌。菌可能是绝对厌氧菌或兼性厌氧菌。厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的微生物产甲烷菌产甲烷菌能利用乙酸或氢气和二氧化碳产生甲烷气体的一能利用乙酸或氢气和二氧化碳产生甲烷气体的一类微生物。按形态可分为四种：八叠球状、杆状、类微生物。按形态可分为四种：八叠球状、杆状、球状和螺旋状。产甲烷菌都是球状和螺旋状。产甲烷菌都是绝对厌氧菌绝对厌氧菌。厌氧生物处理的优点厌氧生物处理的
42、优点能量需求大大降低，还可产生能量；能量需求大大降低，还可产生能量；因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却能生产出沼气，能生产出沼气，每去除每去除1kgCOD1kgCOD，好氧生物处理大约需，好氧生物处理大约需消耗消耗0.50.51.0kWh1.0kWh电能电能。而厌氧生物处理大约能产。而厌氧生物处理大约能产生生3.5kWh3.5kWh电能。电能。处理过程中污泥产量低；处理过程中污泥产量低；去除每千克去除每千克CODCOD，好氧生物处理的污泥产量约，好氧生物处理的污泥产量约为为250250600g VSS600g VSS；而厌氧生物处理的污泥产；而厌氧生物
43、处理的污泥产量仅为量仅为180180200gVSS200gVSS。厌氧生物处理的优点厌氧生物处理的优点能降解许多在好氧条件下难以降解的合成能降解许多在好氧条件下难以降解的合成化学品。如偶氮染料、含氯农药等；化学品。如偶氮染料、含氯农药等；对水温的适应范围广；对水温的适应范围广；厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类，其厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类，其适宜的温度范围分别为适宜的温度范围分别为5555左右和左右和3535左右。左右。有机容积负荷率高；有机容积负荷率高；营养盐类需要量少。营养盐类需要量少。厌氧生物处理的缺点厌氧生物处理的缺点反应时间长；反应时间长；对环境条件变化敏感；对环境条件变化
44、敏感；处理后的出水水质差，往往需进一步处理才处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。能达标排放。厌氧生物处理的类型厌氧生物处理的类型1 1、化粪池、化粪池2 2、普通厌氧反应器（、普通厌氧反应器（APAP）3 3、厌氧接触反应器（、厌氧接触反应器（ACPACP）4 4、厌氧生物滤池、厌氧生物滤池5 5、升流式厌氧污泥床反应器（、升流式厌氧污泥床反应器（UASBUASB）6 6、ICIC反应器反应器1 1、化粪池、化粪池用于处理来自用于处理来自厕所的粪便废厕所的粪便废水。曾广泛用水。曾广泛用于不设污水厂于不设污水厂的合流制排水的合流制排水系统。还可用系统。还可用于郊区的别墅于郊区的别墅
45、式建筑。式建筑。2 2、普通厌氧反应器、普通厌氧反应器普通厌氧反应器，又普通厌氧反应器，又称普通污水消化池。称普通污水消化池。污水间歇地或连续地污水间歇地或连续地进入反应器，上部排进入反应器，上部排水，顶部排沼气，水水，顶部排沼气，水力或机械搅拌装置充力或机械搅拌装置充分混合，无污泥回流。分混合，无污泥回流。活性污泥浓度不高，活性污泥浓度不高，一般一般5 5。停留时间长。停留时间长。进水进水出水出水沼气沼气2 2、普通厌氧反应器、普通厌氧反应器优点优点可以处理含固体物较多的污水；可以处理含固体物较多的污水；构筑物较简单，操作方便，不产生堵塞现象。构筑物较简单，操作方便，不产生堵塞现象。缺点缺点
46、无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持大量的微生物。持大量的微生物。停留时间长，设备体积较大。停留时间长，设备体积较大。洛杉矶洛杉矶HyperionHyperion污水处理厂蛋型厌氧污水处理厂蛋型厌氧消化池消化池消化温度控制在消化温度控制在95F95F，污泥停，污泥停留时间约留时间约1515天，天，产气量每天可达产气量每天可达740740万立方英尺，万立方英尺，其中甲烷含量约其中甲烷含量约6464，每日需供，每日需供给发电厂作为燃给发电厂作为燃料。料。旧金山旧金山OceansideOceanside水污染厂蛋型厌氧水污染厂蛋型厌氧消化池消化池操作
47、温度约为操作温度约为95F95F，污泥停留，污泥停留时间约为时间约为2424天。每天。每槽产气量约为槽产气量约为100,000100,000立方英尺，立方英尺，产出的甲烷主要用产出的甲烷主要用作发电，目前每日作发电，目前每日可提供厂内约可提供厂内约1/21/2的用电。的用电。3 3、厌氧接触反应器、厌氧接触反应器在普通厌氧反应器的基在普通厌氧反应器的基础上增设了础上增设了沉淀池沉淀池；将；将污泥沉淀回流至消化池。污泥沉淀回流至消化池。污泥浓度增至污泥浓度增至1010甚至甚至2020左右，有机物降解左右，有机物降解效率较高；效率较高；可处理低浓度的有机废可处理低浓度的有机废水。水。进水进水沼气沼
48、气污泥污泥回流回流出水出水3 3、厌氧接触反应器、厌氧接触反应器优点优点包括普通反应器的所有优点，另外其负荷率、有包括普通反应器的所有优点，另外其负荷率、有机物降解率均高于普通污水消化池。机物降解率均高于普通污水消化池。4 4、厌氧生物滤池、厌氧生物滤池反应器内全部或部反应器内全部或部分填充填料供微生分填充填料供微生物附着生长，填料物附着生长，填料有较大的比表面积有较大的比表面积和较高的孔隙度。和较高的孔隙度。一般为上升式，停一般为上升式，停留时间一般约留时间一般约0.50.53d3d。填料填料进水进水多孔板多孔板沼气沼气出水出水4 4、厌氧生物滤池、厌氧生物滤池优点：优点：处理能力较高；微生
49、物浓度高，出水处理能力较高；微生物浓度高，出水SSSS较低，较低，设备简单、操作方便；设备简单、操作方便；缺点：缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，而且堵塞后没有有效的清洗方法。下部，而且堵塞后没有有效的清洗方法。5 5、升流式厌氧污泥床、升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(upflow anaerobic(upflow anaerobic sludge blanketsludge blanket，UASB)UASB)是由荷兰是由荷兰Dr.Gatze Dr.Gatze LettingaLettinga在在2020世纪世纪7070年代研发
50、的。年代研发的。泰勒环境成就奖泰勒环境成就奖由美国人约翰由美国人约翰泰勒和爱丽丝泰勒和爱丽丝泰勒夫妇于泰勒夫妇于19731973年年创立，是环境科学、能源、医学领域的国际性奖项。创立，是环境科学、能源、医学领域的国际性奖项。此奖项每年由美国南加州大学（此奖项每年由美国南加州大学（USCUSC）颁发，获奖者）颁发，获奖者可获得可获得200,000200,000美元奖金和金质奖章。美元奖金和金质奖章。泰勒奖被认为是国际环境科学的最高奖之一，有泰勒奖被认为是国际环境科学的最高奖之一，有“环境科学诺贝尔奖环境科学诺贝尔奖”之称。之称。首位获得该奖的中国首位获得该奖的中国大陆科学家是刘东生大陆科学家是刘