1、會計學1污水生物處理原理及工藝簡介污水生物處理原理及工藝簡介（2）特點曝氣池中混合液含水率99.2% 99.8%。比重1.002 1.004，回流污泥和剩余污泥比重1.004 1.006。比表面積2000 10000m2/m3污泥。被污泥絮體吸附的難降解的無機物（Mii）占15% 25%活性污泥具有高的能量水平，微生物的活動能力很強，污泥質地疏松。不易形成好的絮凝體，沉淀性能不佳。一般不采用此階段作為運行工況，個別的，如高負荷活性污泥法。階段。生物生物膜法的基本概念膜法的基本概念 生物膜的形成及其生物膜的形成及其凈化過程凈化過程 生物膜的構造生物膜的構造 生物膜法是通過生物膜來處理水的，所以生

2、物膜污水處理的關鍵就生物膜法是通過生物膜來處理水的，所以生物膜污水處理的關鍵就是生物膜的質量，生物膜的形成及其生長是實現污水有效處理的前提是生物膜的質量，生物膜的形成及其生長是實現污水有效處理的前提。 生物膜的形成生物膜的形成 當污水均勻地淋灑在介質表面上，在充分供氧的條件下，介質表面當污水均勻地淋灑在介質表面上，在充分供氧的條件下，介質表面的微生物吸附污水中的有機物，迅速進行降解有機物，逐漸在介質表的微生物吸附污水中的有機物，迅速進行降解有機物，逐漸在介質表面形成黏液狀的生長有極多微生物的膜，即稱之為生物膜。面形成黏液狀的生長有極多微生物的膜，即稱之為生物膜。 隨著微生物的不斷繁殖增長，使生

3、物膜的厚隨著微生物的不斷繁殖增長，使生物膜的厚度不斷增加，膜的表面吸取營養和溶解氧比較度不斷增加，膜的表面吸取營養和溶解氧比較容易，微生物生長繁殖迅速，形成了好氧微生容易，微生物生長繁殖迅速，形成了好氧微生物和兼性微生物組成的好氧層（物和兼性微生物組成的好氧層（12mm）。）。在其內部由于營養料和溶解氧的供應條件差，在其內部由于營養料和溶解氧的供應條件差，微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，厭氧微生物恢復了活性，形成了厭氧微生活，厭氧微生物恢復了活性，形成了厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物

4、膜達到一定厚度后才能出現，而且隨著生物物膜達到一定厚度后才能出現，而且隨著生物膜的增厚和外伸變厚，但是有機物主要是在好膜的增厚和外伸變厚，但是有機物主要是在好氧層內進行。氧層內進行。 由于生物膜厚度增大，致使其深層因由于生物膜厚度增大，致使其深層因氧不足而發生厭氧分解，積蓄了硫化氫氧不足而發生厭氧分解，積蓄了硫化氫、氨氣、有機酸等代謝產物。會減弱生、氨氣、有機酸等代謝產物。會減弱生物膜在惰性載體上的固著力，處于這種物膜在惰性載體上的固著力，處于這種狀態的生物膜為老化生物膜，它不僅容狀態的生物膜為老化生物膜，它不僅容易脫落凈化功能也不好。但供氧充足時易脫落凈化功能也不好。但供氧充足時，可以加快好

5、氧膜的更新，使生物膜不，可以加快好氧膜的更新，使生物膜不集中脫落。集中脫落。 生物膜生物膜的載體的載體 填料填料 為生物膜提供附著生長固定的材料。為生物膜提供附著生長固定的材料。 分類分類 為無機類填料和有機類填料兩大類為無機類填料和有機類填料兩大類 1. 無機類載體無機類載體 目前常用的無機類載體有砂子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類目前常用的無機類載體有砂子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類、 陶瓷材料、炭纖維、礦渣、活性炭、金屬等。陶瓷材料、炭纖維、礦渣、活性炭、金屬等。 無機類載體具有機械強度較高、化學性質較穩定、比表面積較大的無機類載體具有機械強度較高、化學性質較穩定、比表面積較大的優

6、優 點。缺點為密度較大，不適宜做流態化運動，點。缺點為密度較大，不適宜做流態化運動， 使其在懸浮生物膜反應器工藝中的應用受到使其在懸浮生物膜反應器工藝中的應用受到 限制。限制。 通常情況下，微生物以附著的形式固定在通常情況下，微生物以附著的形式固定在 載體表面從而形成生物膜，特殊情況下，有載體表面從而形成生物膜，特殊情況下，有 一些微生物是以包裹附著的形式實現固定化的。一些微生物是以包裹附著的形式實現固定化的。 2. 有機類載體有機類載體 有機類載體是生物膜技術發展中應用最廣泛的主要載體材料。這類有機類載體是生物膜技術發展中應用最廣泛的主要載體材料。這類載載 體主要有體主要有PVC、PE、PS

7、、PP、各類樹脂、塑料、軟性或半軟性纖維、各類樹脂、塑料、軟性或半軟性纖維 等，其比表面積和孔隙率都很大，從而使有機負荷大為提高，也不易等，其比表面積和孔隙率都很大，從而使有機負荷大為提高，也不易堵堵 塞，在生產實踐中被廣為采用，由于它便于沉淀分離，提高了活性污塞，在生產實踐中被廣為采用，由于它便于沉淀分離，提高了活性污泥泥 處理廠的性能。處理廠的性能。 各種有機材料載體的對比。各種有機材料載體的對比。 選擇生物膜載體的基本原則選擇生物膜載體的基本原則 選擇濾料時應該從以下方面考慮： 1.足夠的機械強度，以抵抗強烈的水流剪切力的作用；足夠的機械強度，以抵抗強烈的水流剪切力的作用； 2.優良的穩

8、定性，生物穩定性、化學穩定性、熱力學穩定性。優良的穩定性，生物穩定性、化學穩定性、熱力學穩定性。 3.親疏水性及良好的表面帶電特性，微生物在通常為帶負電的，載體親疏水性及良好的表面帶電特性，微生物在通常為帶負電的，載體 要是帶正電荷的，容易結合。要是帶正電荷的，容易結合。 4.有毒性或抑制性。有毒性或抑制性。 5.良好的物理性狀良好的物理性狀 6.就地取材，價格合理。就地取材，價格合理。 在生物膜法中應用的載體應滿足如下條件在生物膜法中應用的載體應滿足如下條件： 1.易流化，但不易流失；易流化，但不易流失； 2.易成膜，但無毒害作用；易成膜，但無毒害作用； 3.能提供大的比表面積，以增加生物附

9、著量；能提供大的比表面積，以增加生物附著量； 4.價格低廉，容易取材。價格低廉，容易取材。 生物生物膜法的特征膜法的特征 優點：優點： 與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優點：生物膜體積小、微與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優點：生物膜體積小、微生物量高、水力停留時間較短、生物相相對穩定、對毒物和沖擊負荷生物量高、水力停留時間較短、生物相相對穩定、對毒物和沖擊負荷抵抗性強、處理效果高、操作方便、剩余污泥少，適用于小型污水處抵抗性強、處理效果高、操作方便、剩余污泥少，適用于小型污水處理廠理廠 缺點：缺點： 1.需要較多的填料和支撐結構，需要較多的填料和支撐結構， 基建投資高。基建投資高。 2.

10、出水常攜帶較大的脫落的生物出水常攜帶較大的脫落的生物 膜片，大量非活性細小的懸浮物分膜片，大量非活性細小的懸浮物分 散在水中使處理水的澄清度降低散在水中使處理水的澄清度降低 3.活性生物量難控制，在運行方活性生物量難控制，在運行方 面靈活性差面靈活性差 2. 生物的食物鏈長生物的食物鏈長 生物膜上的食物鏈要長于活性污泥生物膜上的食物鏈要長于活性污泥污泥量少于活性污泥系統污泥量少于活性污泥系統3.能夠存活世代時間長的微生物能夠存活世代時間長的微生物 4.分段運行與優勢菌種分段運行與優勢菌種 分多段運行，每段繁衍于本段水質相適應的微生物分多段運行，每段繁衍于本段水質相適應的微生物 1. 微生物的多

11、樣化微生物的多樣化 生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼 可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲組成。生物膜上生物的種類，數量及其生活可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲組成。生物膜上生物的種類，數量及其生活 狀態的概括。細菌、真菌、微型動物、濾池蠅狀態的概括。細菌、真菌、微型動物、濾池蠅、具有抑制生物膜的過具有抑制生物膜的過 速增長的功能線蟲速增長的功能線蟲 ，組成，組成較好的生物膜，促進其脫落的功能。較好的生物膜，促進其脫落的功能。 與活性污泥法的生物相對比：增加了藻類，寡毛類、后生動物、昆與活性污泥法的生物相對比：增加了藻類，寡毛類、后生

12、動物、昆 蟲類等生物。而真菌，肉足蟲，纖毛蟲，輪蟲，線蟲的含量都大大增蟲類等生物。而真菌，肉足蟲，纖毛蟲，輪蟲，線蟲的含量都大大增 多。多。 微生物相方面的特征微生物相方面的特征 處理工藝方面的特征處理工藝方面的特征 1.對水質、水量變動有較強的適應性對水質、水量變動有較強的適應性 一段時間中斷進水，對生物膜也不會有致命影響，通水后易恢復一段時間中斷進水，對生物膜也不會有致命影響，通水后易恢復2.污泥沉淀性良好污泥沉淀性良好污泥比重較大污泥比重較大 3.能夠處理低濃度廢水能夠處理低濃度廢水 活性污泥：不適合處理低濃度的污水，若活性污泥：不適合處理低濃度的污水，若BOD長期低于長期低于50-60

13、mg/l， 會影響污泥絮體的形成會影響污泥絮體的形成 。 生物膜：生物膜：20-30mg/L時，能降解到時，能降解到5-10mg/l4.易于維護運行，節能，動力費用低易于維護運行，節能，動力費用低 生物膜生物膜的增長過程的增長過程 潛伏期或適應期潛伏期或適應期 微生物在經歷不可逆附著過程后，開始逐漸適應生存環境，并在載微生物在經歷不可逆附著過程后，開始逐漸適應生存環境，并在載 體表面逐漸形成小的，分散的微生物。這些初始菌落首先在載體表體表面逐漸形成小的，分散的微生物。這些初始菌落首先在載體表面面 不規則處形成。這一階段的持續時間取決于進水第五濃度以及載體不規則處形成。這一階段的持續時間取決于進

14、水第五濃度以及載體表表 面特性。在實際生物膜反應器啟動時，要控制這一階段是很困難的面特性。在實際生物膜反應器啟動時，要控制這一階段是很困難的。 生物膜的增長過程與懸浮微生物的增長過程相似，主要經歷了適生物膜的增長過程與懸浮微生物的增長過程相似，主要經歷了適應期、對數增長期、穩定期及衰減期。但是又由生物膜法的具體運應期、對數增長期、穩定期及衰減期。但是又由生物膜法的具體運行情況，在這四個階段的基礎上劃分成六個階段：行情況，在這四個階段的基礎上劃分成六個階段： 對數期或動力學增長期對數期或動力學增長期 在適應期形成的分散菌落開始迅速增長，逐漸覆蓋載體表面。生物在適應期形成的分散菌落開始迅速增長，逐

15、漸覆蓋載體表面。生物膜厚度可以達到幾十膜厚度可以達到幾十m m。多聚糖及蛋白質產率增加，大量消耗溶解。多聚糖及蛋白質產率增加，大量消耗溶解氧，后期氧成為限制因素，此階段結束時，生物膜反應器的出水底氧，后期氧成為限制因素，此階段結束時，生物膜反應器的出水底物濃度基本達到穩定值，這個階段決定了生物膜反應器內底物的去物濃度基本達到穩定值，這個階段決定了生物膜反應器內底物的去除效率及生物膜自身增長代謝的功能。除效率及生物膜自身增長代謝的功能。 線性增長期線性增長期 生物膜在載體表面以恒速率增長，出水底物濃度不隨生物量的積累生物膜在載體表面以恒速率增長，出水底物濃度不隨生物量的積累而顯著變化；其好氧速率

16、保持不變；生物膜的生物量而顯著變化；其好氧速率保持不變；生物膜的生物量M Mb b可以表示為可以表示為： 此階段生物膜總量的積累主要源于非活性物質。此時生物膜活性生物此階段生物膜總量的積累主要源于非活性物質。此時生物膜活性生物量所占比例很小，且隨生物膜總量的增長呈下降趨勢。原因是：可量所占比例很小，且隨生物膜總量的增長呈下降趨勢。原因是：可剩余有效載體表面飽和；禁錮作用明顯，有毒或抑制性物質的積累剩余有效載體表面飽和；禁錮作用明顯，有毒或抑制性物質的積累。這個階段對底物的去除沒有明顯的貢獻，但在流化床反應器內，。這個階段對底物的去除沒有明顯的貢獻，但在流化床反應器內，這個階段可以改變生物顆粒的

17、體積特性。這個階段可以改變生物顆粒的體積特性。MbMaMi 減數增長期減數增長期 由于生存環境質量的改變以及誰理學的作用，出現了生物膜增長速由于生存環境質量的改變以及誰理學的作用，出現了生物膜增長速率變慢，這一階段是生物膜在某一質量和膜厚上達到的穩定的過渡率變慢，這一階段是生物膜在某一質量和膜厚上達到的穩定的過渡期。此時生物膜對水力學剪切作用極為敏感。生物膜結構疏松，出期。此時生物膜對水力學剪切作用極為敏感。生物膜結構疏松，出水中懸浮物的濃度明顯增高，末期，生物膜質量及厚度都趨于穩定水中懸浮物的濃度明顯增高，末期，生物膜質量及厚度都趨于穩定，運行系統也接近穩定。，運行系統也接近穩定。 生物膜穩

18、定期生物膜穩定期 生物膜新生細胞與由于各種物理力所造成的生物膜損失達到平衡。生物膜新生細胞與由于各種物理力所造成的生物膜損失達到平衡。次階段，生物膜相及液相均已達到穩定狀態。在生物膜反應器運行次階段，生物膜相及液相均已達到穩定狀態。在生物膜反應器運行中，生物膜穩定期的維持一直認為是過程穩定性的必要保證，而在中，生物膜穩定期的維持一直認為是過程穩定性的必要保證，而在三相流化床等生物反應器中，在高底物濃度、高剪切力作用下，這三相流化床等生物反應器中，在高底物濃度、高剪切力作用下，這一階段時間很短，甚至不出現。一階段時間很短，甚至不出現。 脫落期脫落期 隨著生物膜的成熟，部分生物膜發生脫落。生物膜內

19、微生物自身氧隨著生物膜的成熟，部分生物膜發生脫落。生物膜內微生物自身氧化、內部厭氧層過厚以及生物膜與載體表面間相互作用等因素可加化、內部厭氧層過厚以及生物膜與載體表面間相互作用等因素可加速生物膜脫落。另外，某些物理作用也可以導致生物膜脫落。此階速生物膜脫落。另外，某些物理作用也可以導致生物膜脫落。此階段中，出水懸浮物濃度增高，直接影響出水水質；底物降解過程受段中，出水懸浮物濃度增高，直接影響出水水質；底物降解過程受到影響，其結果是底物去除率降低，而我們在運行生物膜反應器的到影響，其結果是底物去除率降低，而我們在運行生物膜反應器的時候應該盡量避免生物膜同時大量脫落。時候應該盡量避免生物膜同時大量

20、脫落。 以上是生物膜增長規律的分析，可以幫助我們更好的控制生物膜反以上是生物膜增長規律的分析，可以幫助我們更好的控制生物膜反應器，同時也引出了生物膜法的幾個重要參數。應器，同時也引出了生物膜法的幾個重要參數。階段產生的有機酸為底物，階段產生的有機酸為底物，生生成甲烷成甲烷和和COCO2 2。此階段又稱為甲。此階段又稱為甲烷發酵階段。烷發酵階段。驟。于是，厭氧處理理論發展驟。于是，厭氧處理理論發展為三階段（或四階段）理論。為三階段（或四階段）理論。補充知識：水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行補充知識：水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行的生物化學反應。微生物通過釋放胞外自由酶或連接

21、在細胞的生物化學反應。微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。外壁上的固定酶來完成生物催化反應。 補充知識：酸化是一類典型的發酵過程，微生物的代補充知識：酸化是一類典型的發酵過程，微生物的代謝產物主要是各種有機酸。謝產物主要是各種有機酸。水解酸化的目的水解酸化的目的是為混合是為混合厭氧消化過程的甲烷發酵厭氧消化過程的甲烷發酵提供底物提供底物。 細胞外的水溶液里，成為參與細胞外的水溶液里，成為參與下一階段生化反應的細菌群及下一階段生化反應的細菌群及可利用的基質，主要是產氫產可利用的基質，主要是產氫產乙酸細菌和脂肪酸、醇類等。乙酸細菌和脂肪酸、醇類等。補充知識：發酵性

22、細菌將復雜有機物分解發酵所產生的有機酸補充知識：發酵性細菌將復雜有機物分解發酵所產生的有機酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外 ，均不能被產甲烷菌所利用，均不能被產甲烷菌所利用，必須由產氫產乙酸菌將其分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。必須由產氫產乙酸菌將其分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。機基質產生乙酸，也能利用分機基質產生乙酸，也能利用分子氫和二氧化碳產生乙酸。前子氫和二氧化碳產生乙酸。前者是酸化細菌，后者就是同型者是酸化細菌，后者就是同型產乙酸細菌。產乙酸細菌。 這是一類既能自養生活能異養生活的混合營這是一類既能自養生活能異養生活的混合營養型細菌。它們既能利養型細菌。它們既能

23、利用用H2+ +CO2生成乙酸生成乙酸 ，也，也能代謝產生乙酸。通過上述微生物的活能代謝產生乙酸。通過上述微生物的活 動，各種動，各種復雜有機物可生成有機酸和復雜有機物可生成有機酸和H2/CO2H2/CO2等。等。 補充知識：補充知識： 由由C0C02 2和和H H2 2產生甲烷反應為產生甲烷反應為 ： C0C02 2+4H+4H2 2CHCH4 4+ H+ H2 20 0 由乙酸或乙酸化合物產生甲烷反應為：由乙酸或乙酸化合物產生甲烷反應為： CHCH3 3C00HC00HCHCH4 4+CO+CO2 2 ; CH ; CH3 3COONHCOONH4 4+ H+ H2 20 0CHCH4 4

24、+ NH+ NH4 4HCOHCO3 3 產甲烷菌產甲烷菌8.8.乙酸發酵產甲烷量占總甲烷量的乙酸發酵產甲烷量占總甲烷量的70%70%9.9.重碳酸鹽還原產甲烷量占總甲烷量重碳酸鹽還原產甲烷量占總甲烷量的的30%30%生物生物膜法的基本概念膜法的基本概念 生物膜的形成及其生物膜的形成及其凈化過程凈化過程 生物膜的構造生物膜的構造 生物膜法是通過生物膜來處理水的，所以生物膜污水處理的關鍵就生物膜法是通過生物膜來處理水的，所以生物膜污水處理的關鍵就是生物膜的質量，生物膜的形成及其生長是實現污水有效處理的前提是生物膜的質量，生物膜的形成及其生長是實現污水有效處理的前提。 生物膜的形成生物膜的形成 當

25、污水均勻地淋灑在介質表面上，在充分供氧的條件下，介質表面當污水均勻地淋灑在介質表面上，在充分供氧的條件下，介質表面的微生物吸附污水中的有機物，迅速進行降解有機物，逐漸在介質表的微生物吸附污水中的有機物，迅速進行降解有機物，逐漸在介質表面形成黏液狀的生長有極多微生物的膜，即稱之為生物膜。面形成黏液狀的生長有極多微生物的膜，即稱之為生物膜。 隨著微生物的不斷繁殖增長，使生物膜的厚隨著微生物的不斷繁殖增長，使生物膜的厚度不斷增加，膜的表面吸取營養和溶解氧比較度不斷增加，膜的表面吸取營養和溶解氧比較容易，微生物生長繁殖迅速，形成了好氧微生容易，微生物生長繁殖迅速，形成了好氧微生物和兼性微生物組成的好氧層（物和兼性微生物組成的好氧層（12mm）。）。在其內部由于營養料和溶解氧的供應條件差，在其內部由于營養料和溶解氧的供應條件差，微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，厭氧微生物恢復了活性，形成了厭氧微生活，厭氧微生物恢復了活性，形成了厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物膜達到一定厚度后才能出現，而且隨著生物物膜達到一定厚度后才能出現，而且隨著生物膜的增厚和外伸變厚，但是有機物主要是在好膜的增厚和外伸變厚，但是有機物主要是在好氧層內進行。氧層內進行。 減數增長期減數增