废水生物处理原理与工艺 污水的物理处理法 第一章概述 1.1生物处理的目的和重要性 1.1生物处理的目的和重要性 废水生物处理的目的 1)絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物 2)稳定和去除废水中的有机物 3)去除营养元素氮和磷。 废水生物处理的重要性 l)城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济: 2)废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法 3)目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法 4)大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。 1.1.2微生物在废水生物处理中的作用 微生物在废水生物处理中主要有三个作用 1)去除有机物(以COD或BOD表示),去除其它无机营养元素如N、P等; )絮凝沉淀和降解胶体状固体物 3)稳定有机物 1.1.3微生物代谢过程简介 CO2、IO 微生物/分解 有机物 内源 合成 新的纠胞物质 微生物代谢所需要的几个基本要素: 能源 碳源 无机营养元素——N、P、S、K、Ca、M等 有时还需要一些特殊的有机营养物(也称生长因子,如维生素、生物素等) 废水生物处理涉及的微生物代谢过程 化能异养型代谢; 化能自养型代谢; 能自养型代谢: 化能自养型代谢 氧化态无机物 内源亭吸 内源呼吸 胞 无机碳 营养物质 营养物质
废水生物处理原理与工艺 第一讲 第 1 页 第一讲 污水的物理处理法 第一章 概述 1.1 生物处理的目的和重要性 1.1.1 生物处理的目的和重要性 ⚫ 废水生物处理的目的： 1) 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物； 2) 稳定和去除废水中的有机物； 3) 去除营养元素氮和磷。 ⚫ 废水生物处理的重要性： 1)城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济； 2)废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法； 3)目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法； 4)大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。 1.1.2 微生物在废水生物处理中的作用 ⚫ 微生物在废水生物处理中主要有三个作用： 1)去除有机物（以COD或BOD5表示），去除其它无机营养元素如N、P等； 2)絮凝沉淀和降解胶体状固体物； 3)稳定有机物。 1.1.3 微生物代谢过程简介 微生物代谢所需要的几个基本要素： • 能源； • 碳源； • 无机营养元素——N、P、S、K、Ca、Mg等 • 有时还需要一些特殊的有机营养物（也称生长因子，如维生素、生物素等） 废水生物处理涉及的微生物代谢过程： • 化能异养型代谢； • 化能自养型代谢；
废水生物处理原理与工艺 光合自养型代谢 化能异养型代谢 1.1.4生物处理中的重要微生物 细菌 细菌——包括了真细菌( eubacteria)和古细菌( archaebacteria) 一是废水生物处理工程中最主要的微生物 ●根据需氧情况不同 好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌 根据能源碳源利用情况的不同: 光合细菌一一光能自养菌、光能异养菌 非光合细菌—一化能自养菌、化能异养菌 根据生长温度的不同: 低温菌(-10~15%)、中温菌(5℃~45℃和高温菌(>45℃ 真菌: 真菌的三个主要特点 1)能在低温和低PH值的条件生长 2)在生长过程中对氮的要求较低(是一般细菌的12); 3)能降解纤维素 ●真菌在废水处理中的应用 1)处理某些特殊工业废水 2)固体废弃物的堆肥处理 原生动物、后生动物 原生动物主要以细菌为食; 其种属和数量随处理出水的水质而变化,可作为指示生物。 后生动物以原生动物为食 也可作为指示生物。 1.2生物处理法在废水处理中的地位 1.2.1有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法 颗粒状有机物(>1m):可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物 胶体状有机物(1mm-100m):不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物 溶解性有机物(<1mm):以分散的分子状态存在于水中的有机物 生物法处理的主要对象 废水中呈胶体状和溶解状态的有机物 废水中溶解状态的营养元素N和P 1.2.2废水处理程度的分级 级处理一一预处理或前处理
废水生物处理原理与工艺 第一讲 第 2 页 第一讲 • 光合自养型代谢； 1.1.4 生物处理中的重要微生物 细菌： ⚫ 细菌——包括了真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria) ——是废水生物处理工程中最主要的微生物； ⚫ 根据需氧情况不同： 好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌； ⚫ 根据能源碳源利用情况的不同： 光合细菌——光能自养菌、光能异养菌； 非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌 ⚫ 根据生长温度的不同： 低温菌(-10ºC~15 ºC)、中温菌(15 ºC ~45 ºC)和高温菌(>45 ºC) 真菌： ⚫ 真菌的三个主要特点： 1)能在低温和低pH值的条件生长； 2)在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）； 3)能降解纤维素。 ⚫ 真菌在废水处理中的应用： 1)处理某些特殊工业废水； 2)固体废弃物的堆肥处理 原生动物、后生动物： ⚫ 原生动物主要以细菌为食； ⚫ 其种属和数量随处理出水的水质而变化，可作为指示生物。 ⚫ 后生动物以原生动物为食； ⚫ 也可作为指示生物。 1.2 生物处理法在废水处理中的地位 1.2.1 有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法 ⚫ 颗粒状有机物(>1m)：可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物 ⚫ 胶体状有机物(1nm~100nm)：不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物 ⚫ 溶解性有机物(<1nm)：以分散的分子状态存在于水中的有机物 生物法处理的主要对象： ⚫ 废水中呈胶体状和溶解状态的有机物； ⚫ 废水中溶解状态的营养元素N和P。 1.2.2 废水处理程度的分级 ⚫ 一级处理——预处理或前处理；
废水生物处理原理与工艺 二级处理一一生物处理; 三级处理一一深度处理 级处理: 去除效果:EBOD≈30%,Ess≈50% 功能 1)去除大颗粒状有机物,以减轻后续生物处理的负担 2)调节水量、水质、水温等,有利于后续的生物处理。 主要方法 一般为物化法,如:沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等 二级处理: 去除效果:EBOD≈85~90%,Es≈90 功能:大量去除胶体状和溶解状有机物,保证出水达标排放 方法:各种形式的生物处理工艺 三级处理 目的 进一步去除二级处理出水中残存的SS、有机物,或脱色、杀菌,或脱氮、除磷一一防止水体富营养化 方法 物化法—一超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等 生物法——生物法脱氮除磷,等 1.23我国水环境中有机物污染的严重状况 1)废水排放量 1998年的统计,全国总废水量近400亿m3 其中工业废水为70%,城市生活污水为30% 但处理率很低 城市生活污水的处理率12.5%; 工业废水的处理率 70%,但能达标排放的仅为1/3 到1996年年底,全国640多个城市,生活污水排放量约为150亿m3, 城市污水处理厂仅有160多个,日处理能力为812万m,处理率仅为6.7%。 2)我国水环境中量大面广的污染物是有机物 有机物污染的危害 A.无毒有害的有机物:消耗水中的DO—水生生物受害一→水质变差 B.有毒有害的有机物: 有毒一→直接危害水生生物及人类 慢性中毒一≯直接危害水生生物及人类 三致—→致癌、致畸、致突变等,严重危害人类的健康 有机污染的三个层次 A.影响观感、灌溉、农渔业生产; B.污染水源地,造成生活用水危机: C.地下水水质也会受到影响 污染的现状 A.地表水:大江大河:全国532条河流中80%以上已受严重污染; 三河”:即海河、淮河、辽河:“三湖”:即太湖、巢湖、滇池 B.近海海域:赤潮逐年增多 C.地下水:如齐鲁石化 有机污染的主要来源 A.生活污水:COD=400~00mg/l,BODs=200~300mg B.工业废水:主要有石油化工、轻工、食品等行业
废水生物处理原理与工艺 第一讲 第 3 页 第一讲 ⚫ 二级处理——生物处理； ⚫ 三级处理——深度处理 一级处理： ⚫ 去除效果：EBOD 30%, ESS 50% ⚫ 功能： 1）去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物处理的负担； 2）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。 ⚫ 主要方法： 一般为物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等 二级处理： ⚫ 去除效果：EBOD 85~90%，ESS 90% ⚫ 功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放 ⚫ 方法：各种形式的生物处理工艺 三级处理： ⚫ 目的： 进一步去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷——防止水体富营养化 ⚫ 方法： 物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等； 生物法——生物法脱氮除磷，等 1.2.3 我国水环境中有机物污染的严重状况 1) 废水排放量 1998 年的统计，全国总废水量近 400 亿 m3， 其中工业废水为 70%，城市生活污水为 30%。 但处理率很低： 城市生活污水的处理率 12.5%； 工业废水的处理率 70%，但能达标排放的仅为 1/3。 到 1996 年年底，全国 640 多个城市，生活污水排放量约为 150 亿 m3， 城市污水处理厂仅有 160 多个，日处理能力为 812 万 m3，处理率仅为 6.7%。 2) 我国水环境中量大面广的污染物是有机物 ⚫ 有机物污染的危害 A． 无毒有害的有机物：消耗水中的 DO ⎯→水生生物受害 ⎯→水质变差； B． 有毒有害的有机物： 有毒 ⎯→直接危害水生生物及人类； 慢性中毒 ⎯→直接危害水生生物及人类； 三致 ⎯→致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康。 ⚫ 有机污染的三个层次 A. 影响观感、灌溉、农渔业生产； B. 污染水源地, 造成生活用水危机； C. 地下水水质也会受到影响。 ⚫ 污染的现状： A. 地表水： 大江大河： 全国 532 条河流中 80%以上已受严重污染； “三河”： 即海河、 淮河、辽河；“三湖”：即太湖、巢湖、滇池 B. 近海海域： 赤潮逐年增多 C. 地下水： 如齐鲁石化 有机污染的主要来源： A. 生活污水：COD = 400~500mg/l, BOD5 = 200~300mg/l B. 工业废水：主要有 石油化工、轻工、食品等行业
废水生物处理原理与工艺 1)啤酒废水:8-~20m废水mr3酒,COD=2000~3500mg/1 2)酒精废水:12~15m2废水/m2酒,COD=3-6万mg 3)味精废水:25~35m废水吨味精,COD=6-10万mgn })造纸黑液:120~600m2废水吨纸浆,COD=10~15万mg 我国城市污水处理概况 城市污水的定义:城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水,它包括: 生活污水:1)家庭生活污水 2)医院污水(经过消毒处理后) 3)公共设施污水(如电影院、办公楼、餐厅等)。 工业废水一一经过一定预处理之后 初雨径流一一当排水系统为合流制时 其它:如渗漏等 2.城市污水的水质 Contaminants Solids,total(TS) 350 720 1200 Dissolved total (TDS) 250 145 300 525 nded solids(SS) Volatile g 80 165 275 BOD, 110 400 Total organic carbon(TOC 290 1000 Nitrates Phosphorus(total as P g/ Chlorides I Sulfate: Alkalinity(as CaCO3) 100 Total coliform no/100ml l0°~10 10~10 Volatile organic compounds(vocs) <100 100~400 3.我国城市污水处理概况 年份 污水厂 处理率 1921 二海北区污水 1926 上海东、西区污水厂 4万m/d 全国238个城市,仅有16个 建有39个污水厂 85万m 1.7% 到1980 其中二级处理厂 193万m039% 33个城市建有63个污水厂220万m)2 到1985年底「其中一级处理厂20个 73万m3d
废水生物处理原理与工艺 第一讲 第 4 页 第一讲 1) 啤酒废水：8~20m3 废水/m3 酒, COD = 2000~3500mg/l 2) 酒精废水：12~15 m3 废水/m3 酒, COD = 3~6 万 mg/l 3) 味精废水：25~35 m3 废水/吨味精, COD = 6~10 万 mg/l 4) 造纸黑液：120~600 m3 废水/吨纸浆, COD = 10~15 万 mg/l 我国城市污水处理概况 1. 城市污水的定义：城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水，它包括： • 生活污水： 1)家庭生活污水； 2)医院污水(经过消毒处理后)； 3)公共设施污水(如电影院、办公楼、餐厅等)。 • 工业废水——经过一定预处理之后 • 初雨径流——当排水系统为合流制时 • 其它：如渗漏等 2. 城市污水的水质： Contaminants Unit Concentration Weak Medium Strong Solids, total (TS) mg/l 350 720 1200 Dissolved, total (TDS) mg/l 250 500 850 Fixed mg/l 145 300 525 Volatile mg/l 105 200 325 Suspended solids (SS) mg/l 100 220 350 Fixed mg/l 20 55 75 Volatile mg/l 80 165 275 Settleable solids ml/l 5 10 20 BOD5 mg/l 110 220 400 Total organic carbon (TOC) mg/l 80 160 290 COD mg/l 250 500 1000 Nitrogen (total as N) mg/l 20 40 85 Organic mg/l 8 15 35 Free ammonia mg/l 12 25 50 Nitrites mg/l 0 0 0 Nitrates mg/l 0 0 0 Phosphorus (total as P) mg/l 4 8 15 Organic mg/l 1 3 5 Inorganic mg/l 3 5 10 Chlorides mg/l 30 50 100 Sulfates mg/l 20 30 50 Alkalinity (as CaCO3) mg/l 50 100 200 Grease mg/l 50 100 150 Total coliform no/100ml 106~107 107~108 107~109 Volatile organic compounds (VOCs) g/l 100 100~400 400 3. 我国城市污水处理概况 年份 污水厂 处理能力 处理率 1921 上海北区污水厂 4 万 m3 /d 1926 上海东、西区污水厂 到 1980 全国 238 个城市, 仅有 16 个 建有 39 个污水厂 85 万 m3 /d 1.7% 其中二级处理厂 19.3 万 m3 /d 0.39% 到 1985 年底 33 个城市建有 63 个污水厂 220 万 m3 /d 2.2% 其中一级处理厂 20 个 73 万 m3 /d 0.66%
废水生物处理原理与工艺 二级处理厂43个 147万m3d 到196年底全国640多个城市,共建有 160多个污水厂 812万m|6.7% 我国现有的大型污水处理厂 污水厂 处理能力 1985 26万m3d 北京高碑店污水厂 50万mM一期) 1990 100万m/二期) 1994天津东郊污水厂 34万mM 面安大白杨污水厂 32万m 南京污水尸 26万m 其它 上海天山污水厂 杭州四堡污水 20万m 郑州污水厂 12万m/d 13生物处理法的分类 废水处理工艺的选择 A.人工处理法与自然处理法的选择 物稳定塘 天然生物处理 土地处理系统 物处理法 活性污泥法 好氧生物处理 生物膜法 工生物处理 传统厌氧消化 厌氧生物处理 现代高速厌氧反应器 自然生物处理法:投资省、运行费用低,但占地多 人工生物处理法:占地少、效率高、环境条件好,但投资大、运行费用高 B.好氧法与厌氧法的选择 O2 CO2 有机物 有机物 [微生物 新细胞物质 [微生物 新细胞物质 F=0.25~0.6 (Y=0.03-0.17) 好氧法 厌氧法
废水生物处理原理与工艺 第一讲 第 5 页 第一讲 二级处理厂 43 个 147 万 m3 /d 1.54% 到 1996 年底 全国 640 多个城市,共建有 160 多个污水厂 812 万 m3 /d 6.7% 我国现有的大型污水处理厂 年份 污水厂 处理能力 1985 天津纪庄子污水厂 26 万 m3 /d 1990 北京高碑店污水厂 50 万 m3 /d(一期) 100 万 m3 /d(二期) 1994 天津东郊污水厂 34 万 m3 /d 其它 西安大白杨污水厂 32 万 m3 /d 南京污水厂 26 万 m3 /d 上海天山污水厂 10.5 万 m3 /d 杭州四堡污水厂 20 万 m3 /d 郑州污水厂 12 万 m3 /d 1.3 生物处理法的分类 废水处理工艺的选择 A.人工处理法与自然处理法的选择 自然生物处理法：投资省、运行费用低，但占地多； 人工生物处理法：占地少、效率高、环境条件好，但投资大、运行费用高 B. 好氧法与厌氧法的选择 有机物 CO2 微生物 新细胞物质 CH4 厌氧法 (Y=0.03~0.17) 有机物 O2 CO2 微生物 新细胞物质 好氧法 Y=0.25~0.6