第四讲第四讲 废水生物处理工程废水生物处理工程一一 废水处理中的几个概念废水处理中的几个概念二二 废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理三三 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理四四微生物的脱氮除磷微生物的脱氮除磷五五用生物法处理废水对水质的要求用生物法处理废水对水质的要求主要内容主要内容1v废水生物处理法废水生物处理法：利用微生物处理废水的方法。：利用微生物处理废水的方法。 根据对氧气的要求根据对氧气的要求好氧生物处理好氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理v生物处理单元：生物处理单元：处理废水的微生物处理废水的微生物处理构筑物处理构筑物处理系统处理系统v 生态系统：生态系统：生物与生物与生物生物、生物与、生物与非生物（环境）非生物（环境）之间的相之间的相 互关系。互关系。 各类处理系统中的微生物都为各类处理系统中的微生物都为混合培养的微生物系统混合培养的微生物系统，一一 废水生物处理中的一些概念废水生物处理中的一些概念2二二 废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理1 概念：概念： 在在有氧有氧的条件下借的条件下借好氧微生物好氧微生物的作用处理废水。的作用处理废水。 又叫又叫废水生物处理废水生物处理。废水中废水中有机物有机物好氧好氧微生物微生物无机物，随水排出无机物，随水排出微生物微生物细胞物质细胞物质有机物充足有机物充足微生物增多微生物增多有机物少有机物少菌体死亡菌体死亡与废水与废水分离分离O2通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下来通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下来。32 废水好氧生物处理作用对象废水好氧生物处理作用对象溶解的有机物溶解的有机物直接渗入细胞内被吸收直接渗入细胞内被吸收固体的、胶体的有机物固体的、胶体的有机物间接吸收间接吸收 附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，渗入细胞。性物质，渗入细胞。3 废水好氧生物处理的优缺点废水好氧生物处理的优缺点 优点优点：无臭气、时间短。条件适宜可除去无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD5 8090 缺点缺点：设备复杂设备复杂4 废水好氧生物处理的方法废水好氧生物处理的方法 活性污泥法活性污泥法、生物膜法生物膜法（生物滤池法、生物转盘法）（生物滤池法、生物转盘法） 氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。4什么是活性污泥？什么是活性污泥？活性污泥中起主要作活性污泥中起主要作用的是什么物质？用的是什么物质？曝气池中形成的污泥（土壤微生物群）！曝气池中形成的污泥（土壤微生物群）！菌胶团！菌胶团！活性污泥法是一种活性污泥法是一种应用最广应用最广的废水好氧生物处理技术的废水好氧生物处理技术51 1 1 1 什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥n好氧活性污泥是好氧活性污泥是在在曝气状态下曝气状态下由多种多样的好氧微生由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物物和兼性厌氧微生物( (兼有少量的厌氧微生物兼有少量的厌氧微生物) )与污与污( (废废) )水中有机的和无机固体物水中有机的和无机固体物混凝混凝交织在一起，形成交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。的絮状体或称绒粒。n活性污泥的形成是一种自然现象。活性污泥的形成是一种自然现象。n例例如如，如如果果向向一一桶桶含含粪粪便便污污水水中中不不断断地地加加入入空空气气，并并持持续续维维持持水水中中的的溶溶解解氧氧，那那么么经经过过一一段段时时间间后后，就就会会产产生生褐褐色色絮絮花花状状的的泥泥粒粒，在在显显微微镜镜下下会会看看到到，污污泥泥里里充充满满了了各各种种各各样样的的微微生生物物，这这就就是是典典型型的的好好氧氧活活性性污污泥。泥。n微生物在设备中呈悬浮状态微生物在设备中呈悬浮状态62 2 2 2 好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质（1）组成）组成n好好氧氧微微生生物物和和兼兼性性厌厌氧氧微微生生物物(兼兼有有少少量量的的厌厌氧氧微微生生物物)与其上吸附的有机的和无机的与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成固体杂质组成。（2）好氧活性污泥的性质）好氧活性污泥的性质n颜色以颜色以棕褐色棕褐色棕褐色棕褐色为佳为佳 黑色说明厌氧、白色说明无机物过多黑色说明厌氧、白色说明无机物过多n含水率在含水率在99左右左右 密度为密度为10021006n大小为大小为00202mm 比表面积为比表面积为20100cm2ml之间之间n弱弱酸酸性性(pH约约为为67) 当当进进水水改改变变时时，对对进进水水pH的的变变化化有有一一定定的的承受能力。承受能力。73 3 3 3好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落n n中心是是能能起起絮絮凝凝作作用用的的细细菌菌形形成成的的菌胶团，在在其其上上生生长长着着其其他他微微生生物物。如如酵酵母母菌菌、霉霉菌菌、放放线线菌菌、藻藻类类、原原生生动物和某些微型后生动物动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等轮虫及线虫等)。A A菌胶团菌胶团n在在微微生生物物学学领领域域里里，将将动动胶胶菌菌属属形形成成的的细细菌菌团团块块称称为为菌胶团。菌胶团。n在在水水处处理理工工程程领领域域内内，则则将将所所有有具具有有荚荚膜膜或或粘粘液液的的絮絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。8n提问：提问：菌胶团有哪些功能？菌胶团有哪些功能？ 吸附和氧化分解有机物；吸附和氧化分解有机物； 菌菌胶胶团团是是细细菌菌的的存存在在形形式式，细细菌菌占占到到活活性性污污泥泥中中微微生生物物总总量量的的99%, 有有107108个个/ml ，他他们们是是生生物物处处理理的的主主力力军军，一一旦旦菌菌胶胶团团受受到到各各种种因因素素的的影影响响和和破破坏坏，则则活活性性污污泥泥法法对对有有机机物物去去除除率率明明显下降，甚至无去除能力。显下降，甚至无去除能力。 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境生动物提供了良好的生存环境； 例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。a. a. 菌胶团的功能菌胶团的功能菌胶团的功能菌胶团的功能为什么细菌会形成菌胶团？为什么细菌会形成菌胶团？9 粘性多糖的粘着作用粘性多糖的粘着作用n很很多多细细菌菌荚荚膜膜相相互互间间粘粘着着时时就就会会形形成成一一个个由由许许多多细细菌菌共共有有的的大大荚荚膜膜，当当细细菌菌进进入入壮壮年年后后，细细菌菌分分泌泌的的的的粘粘稠稠多多糖糖聚聚合合物物增增多多，更更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。b. b. 菌胶团的形成机理菌胶团的形成机理 纤维素性质多糖的勾连作用纤维素性质多糖的勾连作用n将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，如图所示分也是多糖，如图所示活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片10n提问：提问：这些纤维素从何而来？这些纤维素从何而来？ 细菌的胞外分泌物细菌的胞外分泌物 原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用；原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用； 实实验验证证明明小小口口钟钟虫虫、累累枝枝虫虫和和尾尾草草履履虫虫等等纤纤毛毛虫虫能能分分泌泌一一些些促促进进凝凝聚聚的的糖糖类类，在在促促进进自自身身粘粘附附在在活活性性污污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；小口钟虫小口钟虫11c. c. 菌胶团中的细菌菌胶团中的细菌菌胶团中的细菌菌胶团中的细菌n菌胶团中的细菌来源于菌胶团中的细菌来源于土壤土壤、水。它们多数是水。它们多数是革革兰氏阴性菌兰氏阴性菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占可占70，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌见下表菌见下表工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但优势菌主要优势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌是对特定工业废物起主要降解作用的细菌12B活性污泥中的其它微生物活性污泥中的其它微生物n在在菌菌胶胶团团上上层层居居住住的的是是放放线线菌菌、真真菌菌及及原原生生动动物物、后后生生动动物物。它它们们的的数数量量相相比比较较细细菌菌而而言言要要少少得得多多，通通常常包包括括少少量量的的球球衣衣菌菌、诺诺卡卡氏氏菌菌、发发硫硫菌菌、头头孢孢霉霉、地地霉霉菌菌、酵酵母母菌菌等等，以以及及原原生生动动物物中中的的钟钟虫虫、盖盖纤纤虫虫、等等枝枝虫虫、草草履履虫虫和和原原生生动动物物中中的的轮轮虫虫。这这些些微微生生物物与与菌菌胶胶团团细细菌菌构构成成了了稳稳定定的的生生态态体体系系，它它们们之之间间存存在在着着复复杂杂的的相相互互关关系系，它它们们的的种种类类、数数量量随随营营养养条条件件(废废水水种种类类、化化学学组组成成、浓浓度度)、温温度度、供氧、供氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。等环境条件改变也在不停的发生着变化。活性活性活性活性污泥污泥污泥污泥原生动物原生动物原生动物原生动物13n好好氧氧活活性性污污泥泥的的净净化化作作用用机机理理见见下下图图好好氧氧活活性污泥吸附和降解性污泥吸附和降解n用框图表示见下图用框图表示见下图1415后处理后处理生物处理生物处理（二级处理）（二级处理）化学营养物化学营养物曝气池沉淀池污泥回流污泥回流净水外排净水外排预处理预处理 （一级处理）（一级处理）污泥及余渣消化罐16n活性污泥的优势：活性污泥的优势：n（1）可以连续反复使用可以连续反复使用n好好氧氧活活性性污污泥泥由由于于是是由由有有生生命命的的微微生生物物组组成成，能能自自我我繁繁殖殖，且且易易于于分分离离，而而化化学学药药剂剂只只能能一一次次使使用用，故活性污泥比化学混凝剂优越。故活性污泥比化学混凝剂优越。n（2）可可以以降降解解水水中中的的溶溶解解性性有有机机物物，这也是物理化学方法难以做到的。这也是物理化学方法难以做到的。泥水分泥水分离良好，离良好，出水清出水清澈澈17常见故障常见故障：二次沉淀池中固液分离（二次沉淀池中固液分离（泥水分离泥水分离）出现问题。）出现问题。起因起因：污泥絮状体的结构不正常。：污泥絮状体的结构不正常。正常的絮状体的结构有两类正常的絮状体的结构有两类：微结构微结构：直径直径18，长泥龄（，长泥龄（9天）利于该菌生长。天）利于该菌生长。 微结构絮体造成微结构絮体造成 A A 不凝聚不凝聚 B B 起泡沫（厚、棕色泡沫）起泡沫（厚、棕色泡沫）19概念概念：活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮水面活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮水面，比重减轻，随着水流而排出。该异常现象称之。比重减轻，随着水流而排出。该异常现象称之。由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起。由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起。造成的结果造成的结果：稀薄污泥回流至曝气池稀薄污泥回流至曝气池。 出水出水BODBOD5 5升高升高。 C C 污泥膨胀污泥膨胀20BOD;NBOD;N及及BOD:PBOD:P很高，很高， 特别特别N N不足不足 （BOD:N:P=100:5:1)BOD:N:P=100:5:1)进水中低分子碳水化合进水中低分子碳水化合 物过多物过多水温低水温低溶氧低溶氧低低低pHpH重金属等有毒物流入多。重金属等有毒物流入多。调节水的酸碱度调节水的酸碱度将沉淀污泥和消化污泥搅拌混合将沉淀污泥和消化污泥搅拌混合添加铁盐（添加铁盐（FeClFeCl2 2550mg/L)550mg/L)、 铝盐铝盐(10100(10100mg/L)mg/L)、 氯氯(1020(1020mg/Lmg/L、 H H2 2O O2)2)(40200mg/L(40200mg/L），）， 前两者连续添加，后两者间歇前两者连续添加，后两者间歇添加。添加。对回流污泥在曝气。对回流污泥在曝气。21（五）（五） 生物滤池中的微生物（生物滤池中的微生物（生物膜法生物膜法）包括包括：生物滤池（以此为例）生物滤池（以此为例）生物转盘生物转盘生物接触氧化法生物接触氧化法生物流化床生物流化床生物膜法生物膜法又称又称固定膜法固定膜法。主要去除废水。主要去除废水中中溶解的溶解的和和胶体的胶体的有机污染物。有机污染物。221 生物滤池的结构生物滤池的结构三个主要部分三个主要部分滤床滤床布水系统布水系统排水系统排水系统池体池体滤料滤料生物滤池的结构图生物滤池的结构图1 旋转布水器旋转布水器2 滤料滤料3 集水沟集水沟4 总排水沟总排水沟5 渗水装置渗水装置23v 滤料滤料滤料是生物膜赖以生存的载体。滤料是生物膜赖以生存的载体。滤料应具备以下特性：滤料应具备以下特性： （1）能为微生物的栖息提供大量的表面积。能为微生物的栖息提供大量的表面积。 （2）能使废水以液膜状均匀分布在其表面。能使废水以液膜状均匀分布在其表面。 （3）有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔隙流到池底。保证有良好的通风。隙流到池底。保证有良好的通风。 （4）适合于生物膜的形成与黏附适合于生物膜的形成与黏附 （5）有较好的机械强度，不易变形与破碎。有较好的机械强度，不易变形与破碎。滤料的材料滤料的材料：碎石、卵石、炉渣碎石、卵石、炉渣。 近年使用近年使用塑料滤料塑料滤料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）（聚氯乙稀、聚苯乙烯）1 生物滤池的结构生物滤池的结构24v 布水系统布水系统作用作用是将废水均匀地喷洒在滤料上。是将废水均匀地喷洒在滤料上。v 排水系统排水系统滤床底部，滤床底部，作用作用是是收集收集。排出处理后的废水排出处理后的废水保证滤池通风。保证滤池通风。旋转布水器示意图旋转布水器示意图1 生物滤池的结构生物滤池的结构252 生物滤池工作的基本原理生物滤池工作的基本原理 在滤池内在滤池内设置设置固定的固定的滤料滤料，当废水自上而下滤过时，由于废水当废水自上而下滤过时，由于废水不断与滤料接触，不断与滤料接触，微生物在滤料表微生物在滤料表面繁殖面繁殖，逐渐形成，逐渐形成生物膜生物膜。生物膜。生物膜是由多种微生物组成的一个生态系是由多种微生物组成的一个生态系统。统。 当生物膜形成并达到一定厚当生物膜形成并达到一定厚度时，氧就无法透入生物膜内层，度时，氧就无法透入生物膜内层，造成内层的厌氧状态，使生物膜的造成内层的厌氧状态，使生物膜的附着力减弱。此时，在水流的冲刷附着力减弱。此时，在水流的冲刷下，下，生物膜生物膜开始开始脱落脱落。随后在滤料。随后在滤料上又会上又会生长新的生物膜生长新的生物膜。如此循环。如此循环往复，废水流经生物膜后得以净化。往复，废水流经生物膜后得以净化。生物滤池的结构图生物滤池的结构图263 什么是生物膜？什么是生物膜？ 微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。是一个生态系微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。是一个生态系统统。 结构由两部分组成结构由两部分组成附着生物体附着生物体液膜液膜好氧微生物（膜外层）好氧微生物（膜外层）厌氧微生物（接触滤料）厌氧微生物（接触滤料）附着水层附着水层流动水层流动水层 膜内生物不停挖洞，膜多孔。膜内生物不停挖洞，膜多孔。 大量有机物在好氧区被分解。大量有机物在好氧区被分解。 厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成274 生物滤池中的微生物生物滤池中的微生物污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季24周形成生物膜。冬季需周形成生物膜。冬季需2个月。个月。 细菌细菌：多数为多数为G-，能形成菌胶团。无色杆菌、黄能形成菌胶团。无色杆菌、黄 杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌 真菌真菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌 藻类藻类：小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面）小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面） 原生动物原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫 后生动物后生动物：轮虫、线虫。轮虫、线虫。28（六）（六） 好氧生物处理技术进展好氧生物处理技术进展1 活性污泥系统的进展活性污泥系统的进展（1）氧化沟）氧化沟 又称又称循环曝气池循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。是活性污泥法的一种变形。荷兰卫生工程研究所于荷兰卫生工程研究所于20世纪世纪50年代研制开发的。年代研制开发的。 第一座氧化沟是第一座氧化沟是1954年由巴斯维尔（年由巴斯维尔（Pasveer）设计并投入运行。一般主要用于日处理水量在设计并投入运行。一般主要用于日处理水量在5000m3以下的城市废水和有机废水。以下的城市废水和有机废水。优点优点： 对水温、水质、水量的变动有较强适应性。对水温、水质、水量的变动有较强适应性。 产泥量低，排泥量少。产泥量低，排泥量少。 充分曝气处理，水质良好。充分曝气处理，水质良好。29原废水原废水格栅格栅沉砂池沉砂池氧化沟氧化沟回流污泥回流污泥处理水处理水二次二次沉淀池沉淀池以氧化沟为单元的废水处理流程以氧化沟为单元的废水处理流程氧化沟的平面图氧化沟的平面图301 活性污泥系统的进展活性污泥系统的进展（2）AB法废水处理工艺法废水处理工艺又叫又叫吸附生物降解（吸附生物降解（Adsorption Biodegradation）工艺工艺的简称。德国的简称。德国20世纪世纪70年代中期开年代中期开创的。创的。格栅格栅沉砂池沉砂池中间沉淀池中间沉淀池吸附池吸附池曝气池曝气池二次沉淀池二次沉淀池预处理段预处理段A段段B段段回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥AB法废水处理工艺流程法废水处理工艺流程原废水原废水处理水处理水312 生物膜法的进展生物膜法的进展 生物流化床生物流化床20世纪世纪70年代开发出的一种新型生物膜法废水处理构筑物。年代开发出的一种新型生物膜法废水处理构筑物。采用采用相对密度相对密度1的细小的细小惰性颗惰性颗粒（砂、焦炭、陶粒、活性粒（砂、焦炭、陶粒、活性炭等）为载体炭等）为载体，微生物生长微生物生长于载体表面形成生物膜于载体表面形成生物膜，废，废水（先经充氧或在床内充氧）自水（先经充氧或在床内充氧）自下向上流动，使载体处于流化状下向上流动，使载体处于流化状态，其上附着的生物膜可与载体、态，其上附着的生物膜可与载体、废水充分接触。流化床内生物固废水充分接触。流化床内生物固体浓度很高，氧和有机物的传递体浓度很高，氧和有机物的传递效率也高。高效。效率也高。高效。生物流化床示意图生物流化床示意图载体载体（六）（六） 好氧生物处理技术进展好氧生物处理技术进展32两项生物流化床工艺两项生物流化床工艺载体载体33三三 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理（一）（一） 厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物（二）（二） 厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系（三）（三） 厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理的影响因素（四）（四） 厌氧法处理废水的特征厌氧法处理废水的特征（五）（五） 厌氧法处理废水的应用厌氧法处理废水的应用34（一）（一） 厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理： 在无氧的条件下，借多种厌氧微生在无氧的条件下，借多种厌氧微生 物的作用处理废水。又叫厌氧消化。物的作用处理废水。又叫厌氧消化。1881年法国报道了罗伊斯年法国报道了罗伊斯.莫拉斯（莫拉斯（Louis Mouras）发明的发明的“自动净化器自动净化器”。开始了利用。开始了利用厌氧消化处理废水的历史。至今已厌氧消化处理废水的历史。至今已100多年多年。351979年布利安特（年布利安特（Bryant）等人提出厌氧消化的等人提出厌氧消化的三阶段三阶段4 类群理论类群理论。发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段）发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段）产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段）产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段）产甲烷阶段产甲烷阶段36三阶段三阶段4类群理论类群理论1 发酵细菌作用阶段发酵细菌作用阶段碳水化合物碳水化合物蛋白质蛋白质类脂类脂（1）原理）原理：胞外酶胞外酶单糖单糖氨基酸氨基酸脂肪酸脂肪酸发酵发酵醇醇低级脂肪酸低级脂肪酸（2）参加的微生物）参加的微生物：发酵细菌群发酵细菌群梭菌属梭菌属（Clostridium)丁酸弧菌属丁酸弧菌属（Butyrivibrio）拟杆菌属（拟杆菌属（Bacteroides)大多专性厌氧；适宜大多专性厌氧；适宜pH4.58372 产醋酸细菌作用阶段产醋酸细菌作用阶段 上阶段产物上阶段产物（丙酸、丁酸、醇等）（丙酸、丁酸、醇等）醋酸、甲胺醋酸、甲胺CO2、H2（1）原理）原理（2）参加的微生物）参加的微生物产氢产乙酸细菌群产氢产乙酸细菌群同型产乙酸细菌群同型产乙酸细菌群互营单胞菌属互营单胞菌属互营杆菌属互营杆菌属梭菌属梭菌属暗杆菌属暗杆菌属绝对厌氧菌获兼性厌氧菌；绝对厌氧菌获兼性厌氧菌；适宜适宜pH 4.58三阶段三阶段4类群理论类群理论383 产甲烷细菌作用阶段产甲烷细菌作用阶段（厌氧消化的控制阶段）（厌氧消化的控制阶段）（1）原理）原理H2、CO2、CH3COOHCH3NH2、CH3OHCH4（2）参加的微生物）参加的微生物产甲烷细菌群产甲烷细菌群产甲烷杆菌属产甲烷杆菌属产甲烷短杆菌属产甲烷短杆菌属产甲烷球菌属产甲烷球菌属严格厌氧菌严格厌氧菌 中温菌对温度敏感中温菌对温度敏感 pH 适宜适宜6.87.2 增殖速率慢增殖速率慢三阶段三阶段4类群理论类群理论39厌氧消化三阶段四类群厌氧消化三阶段四类群废水中有机物废水中有机物脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类乙酸乙酸H2 + CO2发酵性细菌发酵性细菌产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌同型产乙酸细菌同型产乙酸细菌产甲烷细菌产甲烷细菌CH440不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约。不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约。表现在：表现在：1 不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的基质。基质。 不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最甲烷细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。后环节。2 不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。 厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细菌的代谢所利用，使发酵液的氧化还原电位不断下降细菌的代谢所利用，使发酵液的氧化还原电位不断下降（氧减少），为产甲烷细菌提供生长条件。（氧减少），为产甲烷细菌提供生长条件。（二）（二） 厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系413 不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质 苯环、氰化物可被不产甲烷细菌降解。苯环、氰化物可被不产甲烷细菌降解。4 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。 不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。 如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细 菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳 等，解除反馈。等，解除反馈。5 不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值。值。 不产甲烷菌分解糖等产生不产甲烷菌分解糖等产生酸酸，降低，降低pH 产甲烷菌分解酸产生产甲烷菌分解酸产生甲烷甲烷，pH 上升上升（二）（二） 厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系42对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。厌氧消化厌氧消化最佳温度最佳温度55左右左右嗜热菌（高温消化）嗜热菌（高温消化）35左右左右嗜温菌（中温消化）嗜温菌（中温消化）取舍取舍：高温消化的反应速率为中温消化高温消化的反应速率为中温消化的的1.51.9倍，但甲烷在气体中占倍，但甲烷在气体中占比例低。消化不彻底。比例低。消化不彻底。高温消化需较多的能量，不经济。高温消化需较多的能量，不经济。一般选择中温一般选择中温35 消化。消化。1 温度温度温度对厌氧消化的影响温度对厌氧消化的影响（三）（三） 厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理的影响因素43不产甲烷细菌适宜不产甲烷细菌适宜pH 4.58产甲烷细菌适宜产甲烷细菌适宜pH 6.87.2在在pH8.2的环的环境中，厌氧消化会受到严境中，厌氧消化会受到严重抑制。主要对甲烷细菌重抑制。主要对甲烷细菌的抑制。的抑制。厌氧消化的最佳厌氧消化的最佳pH 值为值为6.87.2.2 pH 值值（三）（三） 厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理的影响因素44有机污泥有机污泥不溶性有机质、纤维素含量高的污水。不溶性有机质、纤维素含量高的污水。高浓度有机废水高浓度有机废水一般先厌氧处理去污物，后好氧处理。一般先厌氧处理去污物，后好氧处理。 大量稀释或降低好氧处理进水量，则处理费用较昂贵。大量稀释或降低好氧处理进水量，则处理费用较昂贵。 1 处理对象处理对象：有机污泥和高浓度的有机废水有机污泥和高浓度的有机废水2 时间长时间长：3035 ，需，需15天。天。生化需氧量去除率生化需氧量去除率5090与好氧处理法比较与好氧处理法比较（四）（四） 厌氧法处理废水的特征厌氧法处理废水的特征45 4 污泥产量极低污泥产量极低厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。 5 处理后有机物浓度高于好氧处理处理后有机物浓度高于好氧处理 6 有臭气产生有臭气产生S 、SO42-O2还原还原H2S 7 设备较简单设备较简单 3 能量需求大大降低能量需求大大降低不需供给氧气，同时还可产生甲烷不需供给氧气，同时还可产生甲烷每去除每去除1kg COD好氧生物好氧生物处理一般需处理一般需消耗消耗0.51.0 kW.h电能电能。每去除每去除1kg COD 厌氧生物厌氧生物处理约处理约产生产生3.5 kW.h电能。电能。46 厌氧消化池厌氧消化池主要用于处理城市废水厂的污泥和固体含量很高的废水。主要用于处理城市废水厂的污泥和固体含量很高的废水。沼气沼气稳定性好的腐殖质。稳定性好的腐殖质。污泥体积减少污泥体积减少1/2以上。以上。我国常用的为圆柱形。钢筋混凝土我国常用的为圆柱形。钢筋混凝土浮盖式消化池浮盖式消化池（五）（五） 厌氧法处理废水的应用厌氧法处理废水的应用47四四 废水的生物脱氮除磷技术废水的生物脱氮除磷技术 （一）（一） 水体的富营养化水体的富营养化（二）（二） 废水的生物脱氮废水的生物脱氮（三）（三） 废水的生物除磷废水的生物除磷（四）（四） 生物脱氮和除磷的影响因素生物脱氮和除磷的影响因素48（一）（一） 水体的富营养化水体的富营养化水体富营养化（水体富营养化（eutrophication） 由于由于N 、P在水体中含量过高，而引起藻类、在水体中含量过高，而引起藻类、某些细菌大量繁殖，其它生物种类减少，以至水某些细菌大量繁殖，其它生物种类减少，以至水质恶化。质恶化。是近是近30年在废水处理中才出现的一个术语。年在废水处理中才出现的一个术语。49开始富营养化的条件开始富营养化的条件 水体中可溶性磷水体中可溶性磷 0.01mg/L N :P5:1 N ：是富营养化的主要因素（是富营养化的主要因素（NH4+、 NO3-、 NO2-、 有机有机N） P: 可溶性磷酸盐可溶性磷酸盐 与与不溶性磷酸盐不溶性磷酸盐相互转化。相互转化。 50（二）（二） 废水的生物脱氮废水的生物脱氮1 生物脱氮的基本原理生物脱氮的基本原理 生物脱氮是污水中的生物脱氮是污水中的含氮有机物含氮有机物，在生物处，在生物处理过程中被理过程中被异养型微生物异养型微生物氧化分解，转化为氧化分解，转化为氨氮，氨氮，然后由然后由自养型硝化细菌自养型硝化细菌将其转化为将其转化为NO3-，最后再最后再由由反硝化细菌反硝化细菌将将NO3-还原为还原为N2，从而达到脱氮的从而达到脱氮的目的。目的。51含氮有机物含氮有机物异养型异养型微生物微生物NH4+-N氨化氨化作用作用亚硝酸亚硝酸细菌细菌NO2-N硝酸硝酸细菌细菌NO3-N硝化作用有硝化作用有O2反硝化反硝化细菌细菌反硝化反硝化作用无作用无O2N2、NO2最终完成生物脱氮最终完成生物脱氮52（二）（二） 废水的生物脱氮废水的生物脱氮2 参与生物脱氮的微生物参与生物脱氮的微生物氨化细菌氨化细菌硝化细菌硝化细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌硝酸细菌硝酸细菌533 生物脱氮工艺生物脱氮工艺 活性污泥法脱氮传统工艺活性污泥法脱氮传统工艺 缺氧好氧活性污泥法脱氮系统缺氧好氧活性污泥法脱氮系统 氧化沟硝化脱氮工艺氧化沟硝化脱氮工艺 生物转盘硝化脱氮工艺生物转盘硝化脱氮工艺（二）（二） 废水的生物脱氮废水的生物脱氮54活性污泥法脱氮传统工艺分活性污泥法脱氮传统工艺分单级单级、2级级、3级级流程流程是由巴茨（是由巴茨（Barth）开创的活性污泥法脱氮流程。它是以开创的活性污泥法脱氮流程。它是以氨化、硝化、反硝化氨化、硝化、反硝化 3 相反应过程为基础建立的。相反应过程为基础建立的。（1）活性污泥法脱氮传统工艺）活性污泥法脱氮传统工艺55活性污泥法传统脱氮工艺（活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图级）流程示意图曝气池曝气池去除去除BOD沉淀沉淀池池第二级第二级硝硝化化曝气池曝气池沉淀沉淀池池反硝反硝 化化反应器反应器沉淀沉淀池池原原废废水水污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥碱碱污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥CH3OHN2处处理理水水污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥56有机污水进入系统后，首先在有机污水进入系统后，首先在第一级曝气池中进行好氧分第一级曝气池中进行好氧分解解，主要功能是，主要功能是氨化氨化（使有机氮转化为（使有机氮转化为NH3、NH4+），），去去除除BOD、COD的值可降至的值可降至1520 mg/L。经过沉淀后，进经过沉淀后，进入入第二级硝化曝气池，使第二级硝化曝气池，使NH4+-N氧化为氧化为NO3N（硝化）硝化），此级的硝化过程要消耗碱度，会使此级的硝化过程要消耗碱度，会使pH值下降，影响硝化反值下降，影响硝化反应速度，因此要应速度，因此要投加碱以防投加碱以防pH值下降值下降。第三级为反硝化反第三级为反硝化反应器，采取厌氧好氧交替运行方式应器，采取厌氧好氧交替运行方式。由于第三级中的反。由于第三级中的反硝化细菌是异养型兼性菌，需有机物作为碳源，而经过第硝化细菌是异养型兼性菌，需有机物作为碳源，而经过第一、第二级处理后，污水中有机物已经很少，故在此要一、第二级处理后，污水中有机物已经很少，故在此要投投加有机物加有机物，可投加，可投加CH3OH（甲醇）甲醇），也可以引入，也可以引入原废水原废水。为了去除由于投加甲醇而带来的为了去除由于投加甲醇而带来的BOD值，故在系统后设曝值，故在系统后设曝气池和沉淀池。气池和沉淀池。活性污泥法传统脱氮工艺（活性污泥法传统脱氮工艺（3级级）流程原理）流程原理57优点优点：A 氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器 内进行，反应进行速度快且彻底；内进行，反应进行速度快且彻底； B 不同性质的污泥分别在不同的沉淀池分离和回流，不同性质的污泥分别在不同的沉淀池分离和回流， 运行管理方便，易于掌握，灵活性大，效果好。运行管理方便，易于掌握，灵活性大，效果好。缺点：缺点：处理设备多，造价高，管理工作量较大。处理设备多，造价高，管理工作量较大。582级生物脱氮系统是在级生物脱氮系统是在第一级第一级中，同时完成去除中，同时完成去除BOD、氨化和硝化氨化和硝化等过程。沉淀后在第二级中进行反硝化脱氮。等过程。沉淀后在第二级中进行反硝化脱氮。减少了一个曝气池和一个沉淀池。减少了一个曝气池和一个沉淀池。2级活性污泥脱氮系统级活性污泥脱氮系统591级活性污泥脱氮系统级活性污泥脱氮系统无中间沉淀池，只有无中间沉淀池，只有一个一个终沉淀池终沉淀池。在运行稳定性和。在运行稳定性和效果上不如多级系统，但较经济实用，管理运行方便，效果上不如多级系统，但较经济实用，管理运行方便，在实际工程应用中采用较多。在实际工程应用中采用较多。6020世纪世纪80年代初期开创。年代初期开创。主要特点：主要特点：反硝化反应器放在系统之首。又称反硝化反应器放在系统之首。又称 “前置式反硝化生物脱氮系统前置式反硝化生物脱氮系统” 目前采用较为广泛。目前采用较为广泛。（2）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统61沉淀沉淀池池反硝化反硝化反应器反应器（缺氧）（缺氧）硝化反应器硝化反应器BOD5去除，去除，（好氧）（好氧）缺氧缺氧好氧活性污泥法脱氮系统好氧活性污泥法脱氮系统原废水原废水N2碱碱内循环内循环（硝化液回流）（硝化液回流）回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥处理水处理水62本系统的特征：本系统的特征：反硝化反应器在前，反硝化反应器在前，BOD去除、硝化两项反应去除、硝化两项反应的综合反应器在后。的综合反应器在后。分硝化反应以原废水中的有机物为碳源。分硝化反应以原废水中的有机物为碳源。硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮。反硝化反应器，进行反硝化脱氮。在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半。应消耗的碱度的一半。流程简单，不需外加碳源，建设费用与运行费流程简单，不需外加碳源，建设费用与运行费用较低。用较低。63本系统的不足：本系统的不足： 处理水中含有一定浓度的硝酸氮，若沉淀池运处理水中含有一定浓度的硝酸氮，若沉淀池运行不当，不及时排泥，在沉淀池内产生反硝化作行不当，不及时排泥，在沉淀池内产生反硝化作用，污泥上浮，处理水中恶化。用，污泥上浮，处理水中恶化。 须加大内循环回流才能提高脱氮率须加大内循环回流才能提高脱氮率运行费运行费用高。用高。64（三）（三） 废水的生物除磷废水的生物除磷20世纪世纪70年代末，发现多种有明显除磷能力的细菌，年代末，发现多种有明显除磷能力的细菌，统称除磷菌统称除磷菌，如不动杆菌（，如不动杆菌（Acinetobacter）。）。在在有氧环境中可超量摄取磷有氧环境中可超量摄取磷。一般细菌细胞中磷占一般细菌细胞中磷占2.3。而。而除磷菌除磷菌可摄取约为正常可摄取约为正常需要需要10倍以上的磷倍以上的磷。磷常以磷常以磷酸盐、聚磷酸盐磷酸盐、聚磷酸盐和和有机磷有机磷的形式存在于废的形式存在于废水中。水中。652 废水的生物除磷的基本原理及实质废水的生物除磷的基本原理及实质利用利用聚磷菌聚磷菌一类的细菌，一类的细菌，过量过量地、地、超出其生理需超出其生理需要要地从外部摄取磷，并将其地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体以聚合形态储存在体内内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。磷的效果。分两步进行分两步进行：v 聚磷菌的放磷（厌氧条件）聚磷菌的放磷（厌氧条件）v 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）66v 聚磷菌的放磷（厌氧）聚磷菌的放磷（厌氧）ATP聚磷菌细胞内的聚磷菌细胞内的聚磷酸盐分解聚磷酸盐分解PO43-废水中废水中脂肪酸脂肪酸PHB、糖原糖原储存在细胞内储存在细胞内67v 聚磷菌的磷过量摄取（好氧）聚磷菌的磷过量摄取（好氧）细胞内的细胞内的PHB分解分解ATP废水废水磷磷聚磷菌聚磷菌聚磷酸盐聚磷酸盐储存在细胞内储存在细胞内好氧时摄取好氧时摄取的磷的磷多于多于厌厌氧时释放的氧时释放的磷磷68厌氧好氧系统生物除磷过程图厌氧好氧系统生物除磷过程图693 生物除磷工艺生物除磷工艺 厌氧好氧除磷工艺厌氧好氧除磷工艺 同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺70 厌氧好氧除磷工艺厌氧好氧除磷工艺原废水原废水厌氧池厌氧池（释放磷）（释放磷）曝气池曝气池BOD去除吸收磷去除吸收磷（好氧）（好氧）沉淀沉淀池池处理水处理水回流污泥（含磷污泥）回流污泥（含磷污泥）剩余污泥剩余污泥含磷污泥含磷污泥用作肥料用作肥料71同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺第一厌氧第一厌氧反应器反应器原原废废水水反硝化脱反硝化脱氮释放磷氮释放磷N2第一好氧第一好氧反应器反应器去除去除BOD硝硝化吸收磷化吸收磷N2第二厌氧第二厌氧反应器反应器释放磷反释放磷反硝化脱氮硝化脱氮第二好氧第二好氧反应器反应器吸收磷去除吸收磷去除BOD硝化硝化内循环内循环沉淀沉淀池池处理水处理水回流污泥（含磷污泥）回流污泥（含磷污泥）剩余污泥剩余污泥（含磷污泥）（含磷污泥）72v 1 温度温度生物脱氮除磷系统温度在生物脱氮除磷系统温度在540范围内都能成功运行。范围内都能成功运行。v 2 pH值与碱度值与碱度 生物脱氮最适生物脱氮最适pH： 硝酸菌硝酸菌6.07.5， 亚硝酸菌亚硝酸菌7.08.5， 反硝化细菌反硝化细菌7.07.5 生物除磷最适生物除磷最适pH：6.08.0v 3 溶解氧溶解氧 生物脱氮：硝化时溶解氧生物脱氮：硝化时溶解氧2.0mg/L。 反硝化时溶解氧小于反硝化时溶解氧小于0.5mg/L 生物除磷：厌氧段溶解氧小于生物除磷：厌氧段溶解氧小于0.2mg/L 需氧段溶解氧需氧段溶解氧1.52.5mg/L（四）（四） 生物脱氮和除磷的影响因素生物脱氮和除磷的影响因素73v 4 污泥龄污泥龄 污泥龄决定微生物在反应器中的停留时间。污泥龄决定微生物在反应器中的停留时间。 理论上生物脱氮系统污泥龄大于理论上生物脱氮系统污泥龄大于3天硝化效果很好，天硝化效果很好，但实际操作时污泥龄通常要但实际操作时污泥龄通常要1025天。脱氮率才不受天。脱氮率才不受污泥龄的影响。污泥龄的影响。 生物除磷系统污泥龄从生物除磷系统污泥龄从30天降到天降到5天，除磷率从天，除磷率从40上升到上升到87。一般以除磷为主要目的的系统污泥龄。一般以除磷为主要目的的系统污泥龄控制在控制在3. 5天天7天。天。v 5 其它其它 有毒有害物质的影响。有毒有害物质的影响。7475