8目录 461 Monod方程的理论推导… 462底物在生物膜的扩散能力 81 463生物膜理论中常用速率表达式… 第5章生物膜微生物的能量代谢理论 5PT维持能方程. ,+围卡,?? 52修正的PT维持能方程 53微生物内源呼吸代谢, 54PRT理论与 HERBERT理论的比较 55微生物能量代谢分离理论 551富底物培养的特性, 552底物过度利用动力学 553富底物条件下微生物产率模型 5.54富底物条件下能量分离模型 55.5微生物能量代谢生物数学模型一览 5.56模型验证 55.7微生物能量分离理论的工程意义… 第6章生物膜分析技术 61生物膜重量的确定, 611生物膜干重 61.2生物膜TOC 100 61.3生物膜COD 0 614生物膜多聚糖 61.5生物膜总蛋白质 62生物膜厚度的确定 0 621直接显微法 622微米计阻力法 62.3微米计电导法… 102 624膜侧线法 62.5间接计算法 63生物膜活性分析… ……03 63lATP法 103 632IT法 633TTC法 634DNA法.……1 635总蛋白质法 63.6耗氧率的测定 637活性胞平板计数法 64生物膜结构与活性观察 64]生物膜一般结构与种群分布
目录9 642桔黄夹氮蒽染色荧光显微镜观察 643生物膜结构的电镜观察 644INT标记活性生物膜法 110 65附录 +4、,4、 10 65.1典型生物过程的测量参数 10 652典型生物过程自动监控示意图 第7章影响生物膜反应器运行的主要因素…112 71进水底物浓度…… 7.2营养物质 73水力停留时间与负荷率 731完全混合间歌反应器 .117 7.32完全混合连续反应器 733完全混合连续串联反应器….1 118 734推流反应器 …118 73.5扩散推流反应器 118 74水力剪切力 20 75溶解氧… 76PH值 7.7温度 7.8抑制及毒性作用 第8章典型生物膜反应器工艺 81生物滤池… 8.1普通生物滤池 812高负荷生物滤池 8.3塔式生物滤池 814厌氧生物滤池 815活性生物滤池 82生物转盘 821好氧生物转盘 822厌氧生物转盘… 83淹没式生物滤池… 831淹没式生物滤池的构造 +本 832淹没式生物滤池的池型… 833淹没式生物滤池的典型工艺流程 152 834淹没式生物滤池的设计与计算 第9章实用新型生物膜反应器工艺… 155 91生物流化床 9.1.1两相流化床…… 455 912三相流化床
10目录 91.3厌氧流化床 …158 92厌氧生物膜膨胀床 159 93微孔膜生物反应器 16l 94移动床生物膜反应器… 62 95复合式生物膜反应器, 951活性污泥生物膜反应器 952序批式生物膜反应器 953升流式厌氧污泥床厌氧生物滤池 954附着生长污水稳定塘 第10章生物膜悬浮生长联合处理工艺… 10.1概述 10.2生物膜/悬浮生长联合处理工艺类型 174 1021活性生物滤池(ABF)工艺 176 10.22普通生物滤池/固体接触(TF/SC)工艺 10.23粗滤池/性污泥(RFAS)工艺 10.24生物滤池活性污泥(BFAS)工艺… 1025普通生物滤池/活性污泥(TFAS)工艺 1026其他联合处理工艺… 88四y 10.3联合处理工艺的设计要点 1031主要设计考虑因素… 032生物膜反应器… 10.33悬浮生长反应器 1034其他联合处理工艺 103.5污泥产生与沉降 10.36出水水质与氮、磷营养物去除… 104联合处理工艺处理设施的设计 104]生物膜反应器,… 1042悬浮生长反应器 ……192 1043其他联合处理工艺 105生物膜出水澄清要求与能力 192 主要参考文献 索引 212
第1章污水处理中的生物膜与生物膜反应器 任何一个地区或环境,只要有人类的日常生活和生产活动存在,就必然会产生污水, 而这些污水如果未经任何处理就排放到水环境中,就不可避免地造成水环境的污染,危害 人民身心健康,危害工农业生产。污水中的污染物质种类繁多,但主要是有机污染物, 般多采用生物处理法予以去除。在污水的生物处理工艺中,微生物根据其生长条件或处于 悬浮生长状态,或处于附着生长状态,附着生长的微生物便形成了生物膜。自本世纪初污 水生物处理技术出现以来,应用附着微生物的生物膜反应器就一直发挥着不可忽视的作 用,在科技快速发展的今天,其作用亦愈来愈大,其应用也越来越广。本章将首先对污水 的来源与污染物、生物膜及生物膜反应器分别加以简要阐述,使读者对此有一个概括性的 1.1污水与污水生物处理 11.1污水的来源与污染物 污水是人们在生活与生产过程中使用过的含有各种污染物的水,主要来源于城镇的住 宅、工厂和各种公共建筑设施。例如,在人们的日常生活中,盥洗、淋浴、洗涤和卫生设 备等均排出生活污水;在工农业生产中,几乎所有的工厂、厂矿或车间亦均排出工业废水。 我国的污水水量相当庞大,据统计,自1985年以来,我国污水年排放总量一直维持在 350-400亿m3左右,1997年污水排放量达到最高值416亿m3,其中工业废水排放量227 亿m3,市政污水排放量189亿m3,污水中化学需氧量(COD)排放量达1757万t,其中 工业废水COD排放量1073万t,市政污水COD排放量684万to 般说来,污水中的主要成分仍然是水,占999%或更高,而全部固体物质仅占01% 或者更低些(秦麟源,1989)。这些固体物质在水中以悬浮态(粒径>1μm)、溶解态(粒 径<01μm)和胶体状态(粒径介于0001-0.1μm之间)的形式存在,其量的多寡,也就 反映了水中污染物质的含量和水受污染程度的高低。 污水中的污染物质按其化学性质可以分为无机物和有机物。无机污染物主要包括无机 盐(如So々、S2和CI等)、酸、碱、重金属(如Hg、Cd、Cr、Pb、Zn、Cu等)离子 毒性无机物(如CN和As等),以及氮(N)、磷(P)等植物性营养物质,这些污染物 质大多数主要来源于生产或应用含这些物质的特种工业,在污水排入城市排水管网前多采 用物理、化学或物理化学法进行去除该类污染物的特种处理。有机污染物主要包括以碳 (C)元素为主要化学成分的植物性污染物质(如蔬菜、果皮及各种植物碎片等)和以C N为主要化学成分的动物性污染物质(如人畜粪便和动物组织碎片等),对于中等强度的 污水来讲,75%的悬浮固体和40%的可滤过性固体均为有机物质( Metcalf Eddy,1991) 污水中的有机污染物质种类繁多,成分复杂,但对于生活污水来说,归纳起来主要有
2第1章污水处理中的生物膜与生物膜反应器 蛋白质(40%-60%)、碳水化合物(25%~50%)和油脂(10%),此外还含有一定量的 尿素( Metcalf&Eldy,1991)。蛋白质是构成动物体的主要成分,它除含有C、H和O 外,还含有约16%的N,其分子量在2万至2千万之间,有的溶于水而有的则不溶于水 其来源主要是动物类食品(如瘦肉等)和植物类食品(如各种豆类等)。碳水化合物广泛 存在于自然界中,主要有糖类、淀粉、纤维素和木质素,其化学组分主要是C、H和O 低分子量的糖类溶于水而其他高分子量的则不溶于水。油脂也是食物的主要组成成分,主 要源于动植物油和动物的脂肪,多数不易溶于水。 有机污染物的共冋特点就是不稳定,在水环境中进行氧化分解消耗水中的溶解氧,而 在缺氧或厌氧的条件下则发生腐败发酵,释放出H2S、NH2和CH等有毒并具臭味的气体, 恶化水质,破坏水体。在受到有机物严重污染的水体中,水中溶解氧接近于零,水生生态 平衡遭到破坏,水生生物的生长受到抑制或死亡,如鱼类在溶解氧低于4mgL的水体中 就不易生存。同时,有机物又是包括病原菌在内的很多微生物的食物,水中有机物增多 为微生物的繁衍创造了更为有利的条件,也蛻意味着水传播疾病增加的可能性。因此,控 制与去除水中的有机污染物是污水处理工程中的主要任务之一,使污水中挟带的污染物质 (主要是有机物),通过微生物的代谢活动予以转化与稳定,正是污水生物处理的主要目 的 由于污水中的有机物的种类非常多,已有的分析技术难以将其逐一区分和定量,且在 实际工程中似乎也没有这个必要,因而常采用以下几个综合污染指标来反映污水中有机污 染物的浓度,即生化需氧量、化学需氧量、总需氧量和总有机碳等。生化需氧量(BOD) 是在有氧的条件下微生物降解有机物所需的氧量,因该生化过程进行得很慢(如在20℃ 时需时120d以上),在实际中常采用20℃培养5d的五日生化需氧量(BOD3)作为检 验指标,BOD3约等于全生化需氧量(BOD2)的70%-80%化学需氧量(COD)是用KCrO2 等强氧化剂在酸性条件下氧化污水中的有机物所消耗的氧化剂量折合成的氧量(O2 因能有98%左右的有机物均可被氧化,故COD能够较完全地代表水中有机污染物的总量。 总需氧量(TOD)是在900°C的高温条件下将污水中能被氧化的有机物质燃烧氧化生成 稳定的氧化物(诸如CO2、H2O、NO2和SO2等)时所消耗的氧气量,多通过TOD分 仪测定。总有机碳(TQC)是以C元素含量来反映污水中有机物总量的一种水质指标, 它是在950C高温下以铂为催化剂使水样气化燃烧后测定气体中CO2的含量,由此确定 水样中的C元素总量,并在此总量中减去碳酸盐等无机C元素含量(通过低温150℃燃 烧获得)即可得到总有机碳TOC的值,多通过TOC分析仪进行测定。对大多数污水来讲, BOD3、COD和TOC等指标之间都存在着一定的关系,它们之问的具体比值随不同性质 的污水而异,对于生活污水,有机物污染指标之间的比值基本稳定,例如(秦麟源,1989) BODy/COD=040-04,BOD/TOC=1.38,COD/TOC=3.13~3.45。此外, BODy/COD的 比值可以用来判断常规污水是否易于生化处理,一般认为 BOD,COD大于03的污水才 适合于采用生化处理。 1.12污水生物处理工艺 污水生物处理的主要去除对象就是呈溶解态和胶体状态的有机污染物质,利用微生物 的新陈代谢作用使之转化成为稳定的无害化物质。在发达国家,为控制水体的有机污染普 遍采用二级生物处理工艺,如美国约有污水处理厂18000座,其中84%为二级处理厂