生物法水处置技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第4章章 水处理生物化学处理技术水处理生物化学处理技术4.1 废水生物处理技术发展与前景废水生物处理技术发展与前景一、概述一、概述1、几个第一、几个第一 世界上公认第一座生物反应器：法国人创造世界上公认第一座生物反应器：法国人创造Moris池（封闭地下水池，利用微生物在厌氧下进行工作），池（封闭地下水池，利用微生物在厌氧下进行工作），也是第一座厌氧池；也是第一座厌氧池；世界上第一座生物滤池：英国人世界上第一座生物滤池：英国人1893年首次采取；年首次采取；世界上第一座活性污泥法处理池：英国人世界上第一座活性污泥法处理池：英国人19首次采首次采取；取；第第1页页2、生物处理技术在世界发达国家应用、生物处理技术在世界发达国家应用 美国：18000座，其中84%为二级生物处理厂；英国：3000座，几乎100%为二级生物处理厂；日本：城市污水处理厂703座，村镇污水处理厂座，二级生物处理厂和三级污水处理厂99%；瑞典：1540座，91%为生物污水处理厂。第第2页页二、废水生物处理技术原理及其功效分析二、废水生物处理技术原理及其功效分析1、生物法处理定义、生物法处理定义 利用微生物本身新陈代谢生理功效，并采取一定人工技术办法，创造有利于微生物生长、繁殖良好环境，加速微生物增殖及其新陈代谢生理功效，从而使污水中有机性污染物质得以降解、去除污水处理技术。第第3页页2、生物法处理基本要素、生物法处理基本要素（1）作用者：微生物（以细菌为主）好氧菌、兼性菌、厌氧菌（2）作用对象：大多数情况下为废水中可生化降解有机污染物，个别情况下为无机物（氨、硝酸盐等）。（3）环境条件：废水中溶解氧、pH、温度、有机物浓度、有毒有害物等。第第4页页3、处理系统中生物转化双基质模型、处理系统中生物转化双基质模型慢速可降解有机物慢速可降解有机物快速可降解有机物快速可降解有机物生物量生物量水解水解惰性物质惰性物质生物生长生物生长衰减衰减水解过程水解过程微生物生长过程：微生物生长过程：异养菌好氧生长异养菌好氧生长 异养菌缺氧生长异养菌缺氧生长 异养菌厌氧生长异养菌厌氧生长 自养菌好氧生长自养菌好氧生长衰减过程衰减过程第第5页页4、生物处理系统中选择作用、生物处理系统中选择作用活性污泥中可能微生物死于饥饿活性污泥微生物流失好氧？利用一级基质？沉淀与絮凝特征？死亡是否利用二级基质？是否否在污水温度下生存？增加速率足够高？因冷/热死亡流失否否否是是是是活性污泥系统 中选择作用（适者生存标准）第第6页页5、生化处理基本类型、生化处理基本类型（1）依据微生物新陈代谢对溶解氧需求不一样划分）依据微生物新陈代谢对溶解氧需求不一样划分1）好氧生物处理：水中存在溶解氧条件下（即水中存在分子氧）进行生物处理过程。2）无氧生物处理：水中无分子氧存在，但存在如硝酸盐等化合态氧条件下进行生物处理过程。3）厌氧生物处理：水中即无分子氧存在又无化合态氧存在条件下进行生物处理过程。第第7页页（2）依据生物处理工艺划分）依据生物处理工艺划分1）悬浮生长工艺：经过适当搅拌作用使负担处理作用微生物悬浮在液体中。2）附着生长工艺：负担处理作用微生物附着生长在一个惰性填料上。第第8页页6、微生物新陈代谢和呼吸类型、微生物新陈代谢和呼吸类型（1）微生物新陈代谢）微生物新陈代谢新陈代谢新陈代谢=分解代谢分解代谢+合成代谢合成代谢（2）微生物能量代谢）微生物能量代谢 微微生生物物呼呼吸吸指指微微生生物物获获取取能能量量生生理理功功效效（即即分分解解代代谢谢过过程程）。依据与氧气关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。依据与氧气关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。第第9页页（3）微生物呼吸）微生物呼吸第第10页页1）好氧呼吸 好氧呼吸：是在有分子氧（O2）参加生物氧化，反应最终受氢体是分子氧。异氧型微生物：以有机物为底物（电子供体），终点产物为二氧化碳、氨和水等，同时放出能量。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2817.3kJC11H29O7N+14O2+H+11CO2+13H2O+NH4+能量 自养型微生物：以无机物为底物，终点产物也是无机物，同时放出能量。H2S+2O2H2SO4+能量NH4+2O2NO3+2H+H2O+能量第第11页页2）厌氧呼吸 厌氧呼吸是在无分子氧情况下进行生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。发酵：指供氢体和受氢体都是有机化合物生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体分解产物（有机物）。C6H12O6 2CH3COCOOH+4H2 CH3COCOOH 2 CO2+2CH3CHO4H+2CH3CHO 2CH3CH2OH总反应式：C6H12O6 2CH3CH2OH+2 CO2+92.0kJ第第12页页无氧呼吸：是指以无机氧化物，如NO3-，NO2-，SO42-，S2O32-，CO2等代替分子氧，作为最终受氢体生物氧化作用。C6H12O6+6H2O 6CO2+24H24H+4 NO3-2N2+12 H2O总反应式：C6H12O6+4NO3-6 CO2+6H2O+2N2+1755.6 kJ第第13页页三种呼吸方式取得能量水平比较三种呼吸方式取得能量水平比较呼吸方式呼吸方式受氢体受氢体化学反应式化学反应式好氧呼吸好氧呼吸分子氧分子氧C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2817.3 kJ无氧呼吸无氧呼吸无机物无机物C6H12O6+4 NO3-6 CO2+6H2O+2N2+1755.6 kJ发酵发酵有机物有机物C6H12O6 2CH3CH2OH+2 CO2+92.0kJ第第14页页三、污水好氧生物处理三、污水好氧生物处理第第15页页结论：当废水中营养物质充分，即微生物既能取得足够能量，又能大量合成新原生质时，微生物就不停增加；当废水中营养缺乏时，微生物只能依靠分解细胞内贮藏物质，甚至把原生质也当成营养物质利用，以取得生命活动所需最低程度能量。这种情况下，微生物不论重量还是数量都是不停降低。第第16页页四、污水厌氧生物处理四、污水厌氧生物处理厌氧基本过程：水解、产酸产氢、产气阶段。厌氧基本过程：水解、产酸产氢、产气阶段。第第17页页五、好氧生物处理与厌氧生物处理比较五、好氧生物处理与厌氧生物处理比较1、起作用微生物群不一样：好氧生物处理是由一大类群好氧微生物一次完成，而厌氧生物处理是由两大类群厌氧微生物接替完成。2、产物不一样：好氧生物处理中，有机物被转化成CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-等无机物，且基本无害。厌氧生物处理中，有机物依次被转化为为数众多中间有机物，以及CO2、H2、H2S、NH3等，产物复杂，有异臭，一些气态产物可作燃料。第第18页页3、反应速率不一样：好氧生物处理要求速率快，处理单位废水所需处理设备较小；厌氧生物处理反应速率慢，处理单位废水所需设备大。4、对环境条件要求不一样 好氧生物处理要求充分供氧，对其它环境条件要求不太严格；厌氧生物处理要求绝对厌氧环境，对其它环境条件（如pH值，温度等）要求甚严。第第19页页5、实际应用 好氧生物处理和厌氧生物处理都能完成对有机污染物稳定化，但在实际中终究采取哪种方法，视详细情况而定。普通废水中有机物浓度若低于1000mg/l，比较适于好氧生物处理；浓度更高时，可考虑采取厌氧生物处理。第第20页页六、生物脱氮除磷基础理论六、生物脱氮除磷基础理论1、生物脱氮、生物脱氮（1）氨化反应 微生物分解有机氮化合物产生氨过程，即可在好氧下进行，也可在厌氧下进行。（2）硝化反应 在亚硝化菌和硝化菌作用下，将氨态氮转化成亚硝酸盐和硝酸盐过程。在好氧条件下进行。第第21页页（3）反硝化反应 在缺氧条件下，亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化菌作用下被还原成氮气过程。（4）同化作用 污水中一部分氮（氨氮或有机氮）被同化成微生物细胞组成成份，并以剩下污泥形式得以从污水中排除。第第22页页第第23页页2、生物除磷、生物除磷 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。厌厌氧氧环环境境中中：污水中有机物在厌氧发酵产酸菌作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中聚磷菌在厌氧不利状态下，将体内积聚聚磷分解，分解产生能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚羟基丁酸)形态储备于体内。聚磷分解形成无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。第第24页页 好好氧氧环环境境中中：进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中磷酸盐，以聚磷形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。普通活性污泥法经过同化作用可去除磷1220。而具生物除磷功效处理系统排放剩下污泥中含磷量能够占到干重56，去除率基本可满足排放要求。第第25页页PHB(聚聚羟基丁酸羟基丁酸)第第26页页七、废水生物处理技术发展七、废水生物处理技术发展1、工艺上发展、工艺上发展 废水生物处理技术问世一百多年以来发展，大致能废水生物处理技术问世一百多年以来发展，大致能够分为三个阶段：够分为三个阶段：（1）第一阶段（）第一阶段（1881-19）：早期阶段。此阶段主要创）：早期阶段。此阶段主要创造为造为Moris池（池（1881年）、生物滤池（年）、生物滤池（1893年）和活性年）和活性污泥法（污泥法（19）。）。第第27页页（2）第二阶段（1915-1960年）：废水生物处理普及阶段。此阶段生物处理技术大量应用，先后有化粪池、生物滤池、活性污泥法和处理污泥消化池等。对活性污泥法改良：阶段曝气法、生物接触稳定法、完全混合曝气法、延时曝气法、高率曝气法、纯氧曝气法等新工艺。普通生物滤池发展：高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等新工艺。厌氧生物处理：从传统低率消化池逐步发展出了高率消化池、二级消化池、两相消化池等新工艺。第第28页页（3）第三阶段（1961-今）：生物处理技术发展新时期1）在好氧处理方面，出现了氧化沟、A-B法、SBR反应器、高浓度活性污泥法、深井曝气法、好氧生物流化床等新工艺；出现了高效曝气器、新型填料等；发展了复合式反应器（将悬浮生长和附着生长生物系统放在一个反应器中），如投加载体活性污泥法；出现了新型生物处理系统固液分离装置，如膜-生物反应器。第第29页页2）在厌氧处理方面，出现了厌氧接触法、厌氧生物滤池、厌氧附着膜膨胀床、升流式厌氧污泥层反应器、厌氧生物流化床、厌氧生物转盘等。3）因为发觉了厌氧生物处理技术巨大潜力，出现了一系列厌氧与好氧相结合生物处理系统，扩大了生物处理范围。4）在自然生物净化系统方面也有了巨大发展，出现了废水稳定塘系统、废水土地处理系统、湿地净化系统。第第30页页2、在废水处理微生物学方面进步、在废水处理微生物学方面进步（1）关于活性污泥法微生物研究 对活性污泥中丝状菌特征和作用研究，对污泥膨胀原因和控制有了更为深入认识；对活性污泥中细菌和原生动物不一样特征和协同作用研究，促进了A-B工艺发展。（2）关于硝化和反硝化菌研究 硝化菌和反硝化菌特征；同时硝化和反硝化菌群发觉（在缺氧条件下，利用硝酸盐中氧使氨得到氧化）。第第31页页（3）关于除磷细菌研究 聚磷菌研究。（4）关于厌氧微生物种群和特征研究 产氢产乙酸菌和产甲烷菌种群和特征。（5）关于高效菌筛选、培养和固定化研究（6）关于微生物降解难降解有机物路径研究第第32页页3、废水生物处理反应器发展、废水生物处理反应器发展 反应器是微生物栖息生长场所，应为微生物创造适宜条件，使微生物生长状态最好，其作用得以最大发挥。化工原理和设备进步，推进了废水生物处理反应器发展，出现了一系列新型废水生化处理反应器，其共同特点是：（1）能够提升反应器中微生物固体浓度，以提升其处理能力；（2）改变水力特征，改进传质条件，以加紧反应速率；（3）创造良好环境使微生物生长状态得到改进。第第33页页八、废水生物处理技术前景八、废水生物处理技术前景1、微生物潜力无穷、微生物潜力无穷 经过培养驯化及其它先进生物技术，能够充分挖掘出微生物降解有机物潜力。尤其对那些难生物降解有机物，经过采取各种办法，完全可能转变成易被降解有机物；迟缓降解，转变成快速降解。第第34页页2、反应设备发展和进步飞速、反应设备发展和进步飞速 设计合理反应设备，能够成倍地甚至数十倍地提升反应效果，废水处理装置如能更多地吸收反应设备这些进步，其能力必将得到飞跃。第第35页页