生物技术和环境省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第第7 7章章 生物技术与环境生物技术与环境第1页OutlineOutline 污水处理污水处理 大气净化大气净化 固体废弃物生物处理固体废弃物生物处理 生物技术与环境污染监测生物技术与环境污染监测第2页地球总水量地球总水量13.913.9亿立方千米,三分之二被水覆盖。亿立方千米,三分之二被水覆盖。咸水咸水97.5%2.5%冰帽和冰川冰帽和冰川地下水地下水易得江河湖淡易得江河湖淡水不到总淡水水不到总淡水量量1%中国水资源问题:中国水资源问题:南多北少,东多西少、时多时少、南多北少,东多西少、时多时少、总量多人均少亩均少。总量多人均少亩均少。水水 资资 源源 问问 题题一一.污水处理污水处理第3
2、页表示水污染几个指标:表示水污染几个指标:p(1)(1)生化需氧量生化需氧量(BOD)(BOD):表示在有氧条件下,好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗游离氧表示在有氧条件下,好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗游离氧数量,数量,惯惯用单位为用单位为mgmgL L,这是一个间接表示水被有机污染物污染程度指标。,这是一个间接表示水被有机污染物污染程度指标。在在2020和在和在BODBOD测定条件测定条件(氧充分、不搅动氧充分、不搅动)下,以五日作为测定下,以五日作为测定BODBOD标按时标按时间,称之为五日生化需氧量,以间,称之为五日生化需氧量,以BODBOD5 5表示。表示。p(2
3、)(2)化学需氧量化学需氧量(COD)(COD):用强氧化剂用强氧化剂重铬酸钾,在酸性条件下能够将有机物氧化为重铬酸钾,在酸性条件下能够将有机物氧化为H H2 2OO和和COCO2 2,此时所测出耗氧量称为化学需氧量,此时所测出耗氧量称为化学需氧量(COD)(COD)。CODCOD能够比较准确地表示有机物含量,而且测定需时较短,不受水质限制,能够比较准确地表示有机物含量,而且测定需时较短,不受水质限制,所以多作为工业废水污染指标。所以多作为工业废水污染指标。p(3)(3)总需氧量总需氧量(TOD)(TOD):有机物主要是由碳有机物主要是由碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、氮、氮(N)(N)、
4、硫、硫(S)(S)等元素所组成。当有机物完全等元素所组成。当有机物完全被氧化时,被氧化时,C C、H H、NN、S S分别被氧化为分别被氧化为COCO2 2、H H2 2OO、NONO和和SOSO2 2,此时需氧量称为总需氧量,此时需氧量称为总需氧量(TOD)(TOD)。第4页1.1.氧化塘法氧化塘法 生物氧化塘生物氧化塘生物氧化塘生物氧化塘(Oxidation(Oxidation Pond)Pond)又称稳定塘,是利用藻类和细菌两类生物间功效上协又称稳定塘,是利用藻类和细菌两类生物间功效上协同作用处理污水一个生态系统。同作用处理污水一个生态系统。氧化塘净化原理氧化塘净化原理氧化塘净化原理氧化
5、塘净化原理:氧化塘净化原理是利用了细菌与藻类互生关系。氧化塘净化原理是利用了细菌与藻类互生关系。p 藻类进行光合作用释放氧气;藻类进行光合作用释放氧气;p 细菌利用藻类产生氧气分解流入塘内有机物;细菌利用藻类产生氧气分解流入塘内有机物;p 分解产物中分解产物中COCO2 2、NN、P P等无机物以及一部分小分子有机物成等无机物以及一部分小分子有机物成 为藻类营养源;为藻类营养源;p 增殖细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。增殖细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。第5页氧化塘内生物学过程氧化塘内生物学过程藻类细菌衰亡细胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀固体处理出水O2 风阳光(厌氧性)(
6、兼性)有机物微生物有机酸、醇等微生物CH4CO2NH3等第6页pp藻类:藻类:藻类:藻类:位于氧化塘表层,常见有:小球藻属、衣藻属、眼虫位于氧化塘表层,常见有:小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等。藻属等。pp细菌:细菌:细菌:细菌:大量存在于氧化塘下层,在好气状态下,无色杆菌、大量存在于氧化塘下层,在好气状态下,无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长;在氧化塘底部厌氧假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长;在氧化塘底部厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。pp微型动物:微型动物:微型动物:微型动物:存在存在各各种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。氧化塘内生物组
7、成氧化塘内生物组成第7页2.2.人工湿地处理系统法人工湿地处理系统法pp湿地:湿地:每年在足够长时间内均含有前表面水层每年在足够长时间内均含有前表面水层,能维持能维持大型水生植物生长生态系统。大型水生植物生长生态系统。pp人工湿地:人工湿地:依据自然湿地模拟人工生态系统,用于处理废依据自然湿地模拟人工生态系统,用于处理废水。水。第8页p人工湿地处理系统优点:人工湿地处理系统优点:净化效率优于氧化塘;运转费用低;对废水处净化效率优于氧化塘;运转费用低;对废水处理厂难以去除营养元素净化效果好。理厂难以去除营养元素净化效果好。p应用实例:应用实例:芦苇湿地处理系统芦苇湿地处理系统第9页3.3.污水土
8、地处理系统污水土地处理系统pp污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统(Land Treatment System)(Land Treatment System)利用土地及其中微生物和植物根系对污染物净化能力利用土地及其中微生物和植物根系对污染物净化能力来处理已经经过预处理污水或废水,同时利用其中水来处理已经经过预处理污水或废水,同时利用其中水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长工程设施。分和肥分促进农作物、牧草或树木生长工程设施。pp污水土地处理系统组成污水土地处理系统组成污水土地处理系统组成污水土地处理系统组成污水预处理设施,污水调整与储存设施,污水输送、污水预处理设
9、施,污水调整与储存设施,污水输送、布水和控制系统,土地处理面积,排出水布水和控制系统,土地处理面积,排出水搜搜集系统。集系统。第10页pp土地处理净化机理土地处理净化机理净化机理包含:土壤过滤截留、物理和化学净化机理包含:土壤过滤截留、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物摄取等作用。摄取等作用。第11页v土地处理系统要求对污水进行必要预处理,去除污水中有害物质。土地处理系统要求对污水进行必要预处理,去除污水中有害物质。v土地处理系统是按照整年连续运行污水处理设施;污灌则是按照土地处理系统是按照整年连续运行污水处理设施;污灌则是按照农作物需要
10、进行农作物需要进行浇浇灌。灌。v土地处理系统有完整工程系统并能够调控,其底层防渗系统,有土地处理系统有完整工程系统并能够调控,其底层防渗系统,有效控制了污水对地下水可能造成污染。效控制了污水对地下水可能造成污染。v土地处理系统地面上种植植物,以有利于污水处理牧草、林木、土地处理系统地面上种植植物,以有利于污水处理牧草、林木、青饲料等经济作物为主,不中直接食用农作物;污灌土地常以粮青饲料等经济作物为主,不中直接食用农作物;污灌土地常以粮食、蔬菜等农作物为主。食、蔬菜等农作物为主。土地处理系统与污灌主要区分土地处理系统与污灌主要区分第12页4.4.活性污泥处理法活性污泥处理法 活性污泥活性污泥 污
11、水经过一段时间曝气后,水中会产生一个污水经过一段时间曝气后,水中会产生一个以好氧菌为主以好氧菌为主体体茶褐色絮凝体,其中含有大量活性微生物,这种污泥絮体就是茶褐色絮凝体,其中含有大量活性微生物,这种污泥絮体就是活性污泥活性污泥。活性污泥是以细菌,原生动物和后生动物所组成活性。活性污泥是以细菌,原生动物和后生动物所组成活性微生物为主体,另外还有一些无机物,未被微生物分解有机物和微生物为主体,另外还有一些无机物,未被微生物分解有机物和微生物本身代谢残留物。微生物本身代谢残留物。依据生物反应器中微生物存在状态依据生物反应器中微生物存在状态(悬浮,附着悬浮,附着)可将污水生物处可将污水生物处理技术分为
12、理技术分为活性污泥法活性污泥法(悬浮有活性生物絮体悬浮有活性生物絮体)和和生物膜法生物膜法(附着有附着有活性生物膜活性生物膜),及以后,及以后复合式复合式(悬浮,附着悬浮,附着)生物处理、技术。生物处理、技术。第13页 基本流程基本流程 污水污水格栅格栅泵间泵间沉砂池沉砂池初沉池初沉池活性污泥曝气池活性污泥曝气池二沉池二沉池消毒消毒1.曝气池曝气池:微生物降解有机:微生物降解有机 物反应场所物反应场所2.二沉池二沉池:泥水分离:泥水分离3.污泥回流污泥回流:确保曝气池内:确保曝气池内 生物量稳定生物量稳定4.曝气曝气:为微生物提供溶解:为微生物提供溶解 氧,同时起到搅拌氧,同时起到搅拌 混合作
13、用。混合作用。曝气系统与空曝气系统与空气扩散装置气扩散装置活性污泥反应器活性污泥反应器来自空压来自空压机空气机空气剩剩下下污污泥泥污污泥泥井井混合液混合液回流污回流污泥系统泥系统二沉池二沉池处理水处理水进水进水第14页活性污泥法基本工艺流程活性污泥法基本工艺流程出水出水出水出水初沉池初沉池初沉池初沉池曝气池曝气池曝气池曝气池二沉池二沉池二沉池二沉池进水进水进水进水污泥污泥污泥污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥剩剩剩剩下下下下污泥污泥污泥污泥活性污泥法基本流程活性污泥法基本流程第15页 1.1.污水中有足够可溶解性易降解有机物污水中有足够可溶解性易降解有机物 2.2.混合液中含有足够溶解氧混合
14、液中含有足够溶解氧 3.3.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥再曝气池中呈悬浮状态 4.4.活性污泥连续回流活性污泥连续回流 5.5.及时排除剩下污泥及时排除剩下污泥 6.6.没有对微生物有毒害作用物质进入没有对微生物有毒害作用物质进入活性污泥法处理系统有效运行得基本条件活性污泥法处理系统有效运行得基本条件第16页活性污泥净化污水过程活性污泥净化污水过程 活性污泥净化污水作用是由吸附和氧化两个阶段完成,活性污泥在活性污泥净化污水作用是由吸附和氧化两个阶段完成,活性污泥在与废水与废水早早期接触期接触202030min30min内,就能够去除内,就能够去除75%75%以上以上BODBOD,在于活
15、性污,在于活性污泥含有巨大表面积泥含有巨大表面积(10000m(10000m2 2/m/m3 3),),且其表面含有多糖类粘液层。氧化分且其表面含有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后,所需时间比吸附时间长多,可见暴气池大部分容积解在吸附阶段之后,所需时间比吸附时间长多,可见暴气池大部分容积是在进行有机物氧化和微生物合成。是在进行有机物氧化和微生物合成。可降解可降解有机物有机物氧化氧化合成合成1/32/3无机物能量无机物能量新细胞新细胞物质物质无机物能量无机物能量残留物质残留物质8020内源代谢内源代谢第17页厌氧生物处理特点厌氧生物处理特点 与废水好氧生物处理工艺相比,废水厌氧生物处理工艺含
16、有以下主要与废水好氧生物处理工艺相比,废水厌氧生物处理工艺含有以下主要优点:优点:能耗降低,而且还能够回收生物能能耗降低,而且还能够回收生物能(沼气沼气);因为厌氧生物处;因为厌氧生物处 理工艺无需为微生物提供氧气,所以不需要鼓风曝气,降低了理工艺无需为微生物提供氧气,所以不需要鼓风曝气,降低了 能耗,而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中有机物同能耗,而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中有机物同 时,还会产生大量沼气。时,还会产生大量沼气。污泥产量很低。污泥产量很低。厌氧微生物能够使生物不能降解一些有机物进行降解或部分厌氧微生物能够使生物不能降解一些有机物进行降解或部分 降解;对于一些含有难降
17、解有机物废水,利用厌氧工艺进行降解;对于一些含有难降解有机物废水,利用厌氧工艺进行 处理能够取得更加好处理效果。处理能够取得更加好处理效果。第18页 厌氧生物处理过程中所包括到生化反应过程较为复杂。厌氧生物处理过程中所包括到生化反应过程较为复杂。厌氧微生物厌氧微生物尤尤其是其中产甲烷细菌对温度、其是其中产甲烷细菌对温度、pHpH等环境原因非常等环境原因非常 敏感。敏感。厌氧生物处理出水水质仍通常较差,普通需要利用好氧工艺进厌氧生物处理出水水质仍通常较差,普通需要利用好氧工艺进行深入处理;行深入处理;厌氧生物处理气味较大;厌氧生物处理气味较大;对氨氮去除效果不好,还可能因为原废水中含有有机氮在厌
18、氧对氨氮去除效果不好,还可能因为原废水中含有有机氮在厌氧条件下转化造成氨氮浓度上升。条件下转化造成氨氮浓度上升。主要缺点:主要缺点:第19页5.5.生物膜处理法生物膜处理法 生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。共同特点:共同特点:共同特点:共同特点:是在有氧条件下,利用好氧微生物来是在有氧条件下,利用好氧微生物来是在有氧条件下,利用好氧微生物来是在有氧条件下,利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解有机物。氧化分解污水中可生物降解有机物。氧化分解污水中可生
19、物降解有机物。氧化分解污水中可生物降解有机物。不一样之处:不一样之处:不一样之处:不一样之处:微生物在处理构筑物中生存方式有微生物在处理构筑物中生存方式有微生物在处理构筑物中生存方式有微生物在处理构筑物中生存方式有所不一样。所不一样。所不一样。所不一样。第20页生物膜法分为以下三类:生物膜法分为以下三类:生物膜法分为以下三类:生物膜法分为以下三类:1 1 1 1)润壁型生物膜法)润壁型生物膜法)润壁型生物膜法)润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过,如废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过,如废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过,如废水和空气
20、沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过,如生物滤池和生物转盘生物滤池和生物转盘生物滤池和生物转盘生物滤池和生物转盘等;等;等;等;2 2 2 2)浸没型生物膜法)浸没型生物膜法)浸没型生物膜法)浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内,完全浸没在水中,采用鼓风曝气,接触滤料固定在曝气池内,完全浸没在水中,采用鼓风曝气,接触滤料固定在曝气池内,完全浸没在水中,采用鼓风曝气,接触滤料固定在曝气池内,完全浸没在水中,采用鼓风曝气,如如如如生物接触氧化生物接触氧化生物接触氧化生物接触氧化;3 3 3 3)流动床型生物膜法)流动床型生物膜法)流动床型生物膜法)流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小
21、粒径接触介质悬浮流动于曝使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中,如气池中,如气池中,如气池中,如生物流化床生物流化床生物流化床生物流化床。第21页 生物滤池于生物滤池于生物滤池于生物滤池于1889188918891889年在劳伦斯实验厂首先开始研究年在劳伦斯实验厂首先开始研究年在劳伦斯实验厂首先开始研究年在劳伦斯实验厂首先开始研究,1910,1910,1910,1910年后期在美国开始了大规模的应用,年后期在美国开始了大规模的应用,年后期在美国开始了大规模的应用,年
22、后期在美国开始了大规模的应用,20202020世纪世纪世纪世纪70707070年代逐年代逐年代逐年代逐步被好氧法代替,随着新型滤料的不断诞生,生物滤步被好氧法代替,随着新型滤料的不断诞生,生物滤步被好氧法代替,随着新型滤料的不断诞生,生物滤步被好氧法代替,随着新型滤料的不断诞生,生物滤池又得到了的改进,应用范围不断扩大池又得到了的改进,应用范围不断扩大池又得到了的改进,应用范围不断扩大池又得到了的改进,应用范围不断扩大。生物滤池生物滤池第22页生物滤池生物滤池结结构构 生物滤池由生物滤池由滤床滤床、布水装置布水装置和和排水系统排水系统三部分组成。三部分组成。第23页n池壁池壁n滤料滤料n布水系
23、统布水系统n排水系统排水系统第24页二二.大气净化大气净化p什么是大气污染物微生物处理?什么是大气污染物微生物处理?指利用微生物生物化学作用,使大气污染物分解。转化指利用微生物生物化学作用,使大气污染物分解。转化为无害或少害物质。当前主要用来净化有机污染物为无害或少害物质。当前主要用来净化有机污染物尤尤其其是脱除臭味。是脱除臭味。p废气微生物处理特点废气微生物处理特点设备简单、能耗低、不消耗有用原料、安全可靠、无二设备简单、能耗低、不消耗有用原料、安全可靠、无二次污染等。次污染等。p废气生物处理两个阶段废气生物处理两个阶段污染物由气相转入液相或固相表面液膜中;污染物由气相转入液相或固相表面液膜
24、中;污染物在液相或固相表面被微生物降解。污染物在液相或固相表面被微生物降解。第25页煤炭微生物脱硫煤炭微生物脱硫p 细菌浸出法细菌浸出法利用微生物把煤炭中不一样类型硫分解成可溶性铁利用微生物把煤炭中不一样类型硫分解成可溶性铁盐和硫酸后滤出煤粉。盐和硫酸后滤出煤粉。p 表面改性法表面改性法利用细菌氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性质利用细菌氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性质(疏水性疏水性),提升分离能力,从而将黄铁矿从煤中脱,提升分离能力,从而将黄铁矿从煤中脱除。除。第26页微生物对无机废气处理微生物对无机废气处理微生物对无机废气处理主要利用一些化能自养菌微生物对无机废气处理主要利用一些化能自
25、养菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。适合于微生物处理无机废气污染组分主要有:氨适合于微生物处理无机废气污染组分主要有:氨和硫化氢。和硫化氢。比如:硫化氢生物处理比如:硫化氢生物处理第27页微生物对有机废气处理微生物对有机废气处理p微生物吸收法微生物吸收法(Microorganism Absorption)(Microorganism Absorption)原理:利用微生物、营养物和水组成吸收液处理废气,适合原理:利用微生物、营养物和水组成吸收液处理废气,适合于处理可溶性气态污染物。于处理可溶性气态污染物。装置:由吸收器装置:由吸收器(物理溶解过程物理溶解过程)和
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