废水生物处理课程报告

废水生物处理课程报告 废水生物处理是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处理技术

以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和低二次污染等显著优点而备受人们的青睐。

一、 废水生物处理基本原理

（一）废水好氧生物处理原理

所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类；所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。

（二）废水厌氧生物处理原理

废水厌氧生物处理指在厌氧条件下由多种微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。

1、两阶段理论：20世纪30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”

2、三阶段理论

水解、发酵阶段：产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙

醇等转化为乙酸、H2/CO2；

产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；

3、四阶段理论（四菌群学说）：

实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类细菌——同型产乙酸菌，其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的H2/CO2合成为乙酸。但研究表明，

实际上这一部分由H2/CO2合成而来的乙酸的量较少，只占厌氧体系中总乙酸量的

5%左右。

（三）废水生物脱氮原理

1、废水生物脱氮的基本过程

①氨化：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；

②硝化：废水中的氨氮在好氧自养型微生物（统称为硝化菌）的作用下被转化为NO2和NO3的过程；

③反硝化：废水中的NO2和/或NO3在缺氧条件下在反硝化菌（异养型细

菌）的作用下被还原为N2的过程。

(四)废水生物除磷原理

1、除磷菌的过量摄取磷

好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚-羟基丁酸的氧化

分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。

2、除磷菌的磷释放

在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。

3、富磷污泥的排放

在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。

二、废水生物处理技术分类及基本描述

1生物接触氧化法

生物接触氧化法,是一种介于活性污泥法和生物膜法的污水生物处理技术,兼备两者的优点。其主要构筑物为生物接触氧化池,池内充填填料。已经充氧的污水以一定的流速流经被其浸没的填料,在填料上形成生物膜。污水与生物膜广泛接触,在生物膜上微生物的作用下,有机污染物得到去除,污水得到净化。由于

池内具备适于微生物栖息增殖的良好环境条件,因此,生物膜上生物相丰富、食物链长、微生物浓度高、活性强,不产生污泥膨胀,污泥生成量少,且易于沉淀。生物接触氧化法具有多种净化功能,除有效地去除有机物外,如运行得当,还能够脱氧和除磷。生物接触氧化法的关键部位是填料。传统的蜂窝状塑料管较易堵塞,现在常采用吊挂式软性填料和悬浮或半悬浮球形填料,能有效地防止堵塞,且面积较大,处理效果好。

2厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是一种内部装有填料作为微生物载体的厌氧生物膜法处理装置。厌氧微生物附着载体的表面生长,当污水自下而上升式通过载体所构成的固定床层时,在厌氧微生物作用下,污水中的有机物得以厌氧分解,并产生沼气。厌氧生物滤池有多种变型,填料的发展迅速,其工艺流程为:进水→沉淀池→厌氧消化池→厌氧生物滤池→拔风管→氧化沟→进气出水井→排水。污水经沉淀池预处理后进入厌氧消化池进行水解和酸化,可提高污水的可生化性,为后续处理创造条件。在拔风系统作用下,生物滤池处于兼氧状态,阻止了污水中甲烷细菌的产生,使整个系统仍处于酸性阶段,而氧化沟内溶解氧一般可稳定在1.5―2.8 mg/L,污水在此进一步好氧处理。拔风系统是处理过程的关键。其主要优点是不耗能、造价低、管理简单、无噪声、无异味、挂膜快、剩余污泥量少、出水水质好、运行效果稳定。

3土壤渗滤技术

地下土壤渗滤法在我国日益受到重视。中科院沈阳应用生态所“八五”、“九五”期间的研究表明,在我国北方寒冷地区利用地下土壤渗滤法处理生活污水是可行的,且出水能够作为中水回用;1992年北京市环境保护科学研究院对地下土壤毛管渗滤法处理生活污水的净化效果和绿地利用进行了研究;清华大学在2000年国家科技部重大专项中,首先在推广应用地下土壤渗滤系统,取得了良好效果:对生活污水中的有机物和氮、磷等均具有较高的去除率和稳定性,CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分别大于80%、90%、90%和98%。 除此以外,浙江、广东、天津和江苏等地还分别在无动力、地埋式厌氧处理系统、雨污分离管网输送集中处理和生物投菌治理污水等技术方式应用方面进行了探索与尝试,也都取得了一定的进展。

4土壤毛管渗滤系统

该系统将污水投配到土壤表面具有一定构造的渗滤沟中,污染物通过物理、化学、微生物的降解和植物的吸收利用得到处理和净化。美国、日本、澳大利亚、以色列、俄罗斯和西欧等国一直十分重视该系统的研究和应用,在工艺流程、净化方法和构筑设施等方面做到了定型化和系列化,并编制了相应的技术规范。该技术对悬浮物、有机物、氨氮、总磷和大肠杆菌的去除率均较高,一般可达70%―90%[7](P953-964),而且基建投资少、运行费用低、维护简便,整个系统埋在地下,不会散发臭味,能保证冬季较稳定的运行,便于污水的就地处理和回用。因此,对于水资源供需矛盾日益紧张、生活污水污染日趋严重的地区,该技术具有很强的技术和经济优势。

5微生物改性竹炭复合水处理技术

“微生物改性竹炭复合水处理技术”是南京林业大学的成果。主要有三个核心技术:独特的高效微生物菌群、高分子生物填料――生物带和高效载体――生物改性竹炭。高效微生物菌群制备的高效微生物菌剂,具有高效性、针对性、灵活性、快速启动等优点。高分子填料生物带具有比表面积大,达到5万m2/m3,挂膜速度快,表面呈正极性;断面上由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区,可以去除氮、磷、有机物等多种污染物质;单位容积固定的生物量高;安装固定简单,运用形式灵活等优点。生物改性竹炭可以增加微生物和水体中污染物的接触时间,能够为微生物群落提供繁多而适宜的附着和寄居的场所,从而在生物量、生物相等方面大大加强,系统降解污染物的效率得以提高。据悉,这项技术吨水投资仅为850元～900元(生活污水或工业和生活混合污水),比传统污水处理工艺节省10～15%。运行成本低,经测算,运行成本仅为传统工艺的50%左右,一般运行费用低于0.3元/吨。处理效果可以稳定到一级A标准,并且可以实现废水回用。

6硅藻精土处理技术

本技术采用物理选矿法得到的硅藻含量≥92%的硅藻精土,通过加入表面处理剂,改性制成处理各种水质的硅藻土水处理剂。这种水处理剂具有很强的吸附性,能将污水中的有机物和无机物吸附后很快絮凝沉降至底部并形成饼状,获得可循环使用的清水,而饼状的沉渣可彻底分离。这种处理技术,投资小、占地少、

设备简单、操作方便、耗电和成本低、污染物去除率高,适应性及连续处理能力强,不仅具有传统工艺的综合优点,而且克服了传统污水处理工艺的不足,还具有沉渣可彻底分离并回收利用的特点。

7生活污水净化沼气池技术

小型生活污水净化沼气池应用常温厌氧发酵技术,按照“多级自流,逐级降解”的原理,建立Ⅰ级厌氧发酵―Ⅱ级兼性消化过滤的新装置。它由厌氧发酵、兼性消化过滤、污水回流和填料等工艺组成。生活污水中大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气,发酵后的污水进入兼性消化过滤池,部分未分解的有机物得到进一步降解。沉淀下来的部分有机质和活性污泥回流到厌氧发酵池内提高厌氧发酵的效果,将达到净化处理的目的。生活污水净化沼气池是一种小型分散化污水治理装置,具有投资少,效果好,运行无需能源支持等特点。目前该技术在涟水、东海等地得到广泛应用,成效较为显著。

三、生物膜法在废水处理中的应用

1、生物膜法的净水机理

生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中各种有机物的污水处理工艺。生物膜法是指大量的微生物附着在介质滤料表面，形生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为水、二氧化碳、氨气和微生物细胞物质等，使污水得到净化。生物膜是指附着在惰性载体表面上生长的，具有较强的吸附和生物降解性能的结构，以微生物为主(包含其产生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的无机及有机物等组成)，其中提供微生物附着生长的惰性载体称之为滤料或填料。

2生物膜法在医药废水处理中的作用

医药废水是目前比较难处理的废水，特点是有害物质种类多，超标倍数高，对环境污染较大。医药废水处理方法很多，例如铁碳微电解——生化法、生物膜法、纳米TiO2。光催化剂降解法等。

吉林省某药业有限公司生产过程中排放的污水量为160m3/d。总排放口和车间排放的主要污染物有悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、生物化学需氧量(BOD)、氨氮(NH。—N)等有害物质。pH值为6.0～9.0,污水水质情况是CODcr（1150mg/L）、BOD5（650mg/L）、SS（180mg/L）、氨氮（32mg/L）。

在处理该药业公司医药废水时，采用了水解酸化一接触氧化工艺，即在生化反应池中填加固定的弹性立体填料(合成纤维或尼龙等)做生物载体，利用鼓风机供氧，使载体上迅速生长生物膜。生物膜的生成、更新、脱落就是微生物群体代谢兴衰的过程。

四、废水生物处理技术的应用发展

对于我国这样一个污染严重、资源短缺的不发达国家，先进的水处理工艺开发的标准应该是适合我国国情、高效、低耗和低成本的污水处理技术。各类效率高、投入低、可达到一定治理深度的城市污水处理新技术，对经济尚不够发达而污染亟待治理的我国，尤其是绝大多数没有污水处理设施的17000多个建制镇，在一段时期内都将具有重要意义。

1、城镇污水处理厂建设重点

由于我国目前还处于社会主义发展的初级阶段。大多数中小城镇处于不太发达的农村地区，造成污染的是量大面广，是我国下一阶段治理的重点。对于我国大量的中、小城镇的小型城市污水处理厂，是我国水污染控制的难点。根据这一特点必须开发中小城镇适用的简易高效污水处理成套技术，重点要解决城市污水处理厂的三高问题，即投资高、电耗高和运行费用高。国家环保总局曾提出需要建立与我国现阶段国情相适应的、经济实用的先进工艺技术的示范工程，示范工程应该满足：吨水投资低，吨水造价应该控制在800元；运行费用低，吨水运行费应该控制在0.3元以下；在工程中采用国产化的设备，并且采用总承包和实施运营的机制。

2、关于城镇污水处理主导工艺的思考

对于引进的工艺技术，在与国外咨询公司合作过程中，大部分较好的实现了预定的目标。但是，往往我们自己设计的污水处理工程项目，在实施的过程中有会出现各种应用不当的问题。这是因为以往我国污水处理技术研究偏重于工艺开发研究，对一种工艺的了解缺乏足够的系统性、完整性，也缺乏对整个处理工艺综合性的比较研究和技术经济评价体系。这也造成我国城市污水处理，在技术选择上摇摆不定、不断刮风。首先80年代末流行AB工艺、然后在90年代出开始流行三沟氧化沟(其他形式的氧化沟)，目前又流行SBR(或UNITANK)工艺的原因所在。缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术和新产品就

不断冲击国内市场，成熟技术和国产技术总是无法在市场上占有一席之地。这是我国城市污水领域存在的问题之一。

西方国家经过一、二十年的治理工作，一些国家污水处理率达到90%以上。在这一时期(1960-1970年)在城市污水处理领域出现大量各种形式的污水处理新工艺。而进入90年代，西方国家城市污水处理市场需求萎缩，一个国家一年仅有一、两个城市污水处理厂的建设，所以在技术上失去了开发新工艺的动力。可数的新工艺的发展，也是基于这些国家老的污水处理厂超负荷改造的需要(曝气生物滤池)和水回用的需求(膜生物反应器)。社会需求是技术发展的最好驱动力，而我们国家对污水处理工艺有极大的迫切的需求，我国对污水处理技术开发仍有巨大的动力。

3、从可持续性思考城镇污水处理工艺技术

目前我国城市污水处理厂普遍采用的工艺是国外在水污染控制过程中，被证明是行之有效的技术。并且是欧美等发达国家所采用的主导技术，我国与欧美等国家与工艺几乎处在同一水平上，但是我国的国民生产总值远远低于上述国家，采用以上技术是否能够完全适合我国的国情，是我们需要考虑的一个问题。这需要从技术的先进性和是否代表了可持续发展的方向两个方面来考虑。

目前政府往往简单认为一个城市有污水处理厂，就是经济和环境协调发展，符合了可持续发展的原则。对可持续发展全面理解应该根据世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》的报告中对可持续发展的定义：“可持续发展是即满足当代人的需求，而又不损害后代人满足其需求的能力的发展”。从技术层面考虑需要判断污水处理工艺是否符合可持续发展原则，需要从可持续发展的公平性原则(是否体现资源和环境共享)、持续性(是否满足资源和环境的永续性利用)和共同性原则(是否有利于解决全球性环境问题)方面来考虑。

目前国内大多采用国外引进的延时曝气的氧化沟、SBR等工艺。首先，这些工艺是上世纪六、七十年代开发的工艺，是根据西方，特别欧洲国家排放标准制订的工艺。例如采用延时曝气低负荷工艺特别适合北欧国家的气候条件(冬季低温)，而延时曝气对污泥是采用好氧稳定的方法，采用耗能的方法进行污泥稳定化处理。适合了这些国家的国情和社会、经济发展情况。

事实上，低负荷曝气池的池容和设备是中、高负荷活性污泥工艺的几倍，在建筑材料和土地资源上是高消耗，相应的投资要高数倍；其次，延时曝气系统能耗比中、高负荷活性污泥要高40～50%左右。同时，能耗增加会带来了直接运行费的增加，能耗增加也会还要增加间接投资。据资料报道目前国内每kW发电能力除尘脱硫需要投资500～1000元，则每万吨污水增加的脱硫投资需要25～50万元。按脱硫投资为电站投资10%计，则增加的电厂投资为250～500万元，是污水处理投资的50%以上。对于我国这样一个资源不足、能源日益短缺、人口众多的发展中国家，是否适合推广这种低负荷的活性污泥工艺是值得推敲的问题。从可持续发展角度讲，采用延时曝气这种高资源占用和能源消耗的低负荷工艺，并以耗能的方式取得污泥的稳定工艺是不适合可持续发展的基本原则的，也是不适合中国国情的。我们应该开发科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少反应器。

4、关于城镇污水处理厂污泥处理的思考

城市污水污泥处理和处置方面在我国还刚刚起步，与国外先进国家相比尚有较大差距。随着大量污水处理厂的投产，污泥产量将会有大幅度的增加。污泥厌氧消化的投资高，污泥处理费用约占污水处理厂投资和运行费用的20％～40％。在我国仅有的十几座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多，有些池子根本就没有运行。这也是导致我国近年大量采用带有延时曝气功能的氧化沟等技术的原因。采用高效(高负荷)、低耗污水处理工艺的关键之一是解决城市污水厂污泥处理技术和问题，可以讲具有特点的解决我国城镇污水工艺的进步，在很大程度上取决于污泥处理和利用技术的进步。为了解决这一问题有必要加强污泥处理与利用的研究。

另外，在一个小区域内的物质、能量(粮食、蔬菜等)是从周边地区流向中小城镇，污水处理产生的污泥是这种流动的结果，从生态平衡角度讲这些物质是需要回到周边的生态系统中，否则长期发展会造成一个区域内土壤生态的失衡。因此从污泥最终处置的出路来看，中小城镇的污泥农用是最为可行和现实的处置方案。