制藥廢水處理一、緒論二、廢水的性質(zhì)三、廢水的化學及物理處理法四、廢水的生物處理法五、制藥廢水處理技術(shù)內(nèi)容簡介第五章廢水生物處理廢水生物處理——通過微生物新陳代謝作用，將廢水中有機物一部分轉(zhuǎn)化為微生物的細胞物質(zhì)，另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的化學物質(zhì)的方法。第一節(jié)廢水生物處理的原理問題：1微生物所具有的重要特點？2微生物與廢水處理有何關(guān)系？個體微小，比表面積大，代謝速率快種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣因微生物繁殖快、易變異、適應(yīng)性強

細菌生長經(jīng)歷的四個階段：1）停滯期2）對數(shù)增長期3）穩(wěn)定期4）內(nèi)源呼氣期一、微生物的特點二、天然污染水體的自凈現(xiàn)象2微生物與廢水處理有何關(guān)系？1）可使天然污染水體產(chǎn)生自凈現(xiàn)象；2）可進行廢水中有機污染物：①好氧生物處理②厭氧生物處理。當有機污染物釋放進入水體后，可引起：①生態(tài)學效應(yīng)，即指生物種類和數(shù)量上的變化；②溶解氧效應(yīng)，即指有機物經(jīng)生物降解后使水體中溶解氧濃度降低。二、天然污染水體的自凈現(xiàn)象水體中微生物的生物作用就是使污染水體能夠自凈的一個重要作用①水體中微生物的新陳代謝是水體自凈的關(guān)鍵步驟；②微生物使水體凈化，就是水體中微生物靠水體中的有機物營生，營養(yǎng)物質(zhì)被微生物降解，同時水體自身凈化；③自凈過程包括物理、化學、生物過程，但生物過程占主導(dǎo)作用，大量有機物通過微生物，尤其是細菌的新陳代謝而被除去，細菌是關(guān)系天然水體環(huán)境化學性質(zhì)的最重要的生物體；④污染水體被凈化后，量度水體凈化度的指標是BOD。水體自凈能力有一定限度，它受水中溶解氧和溫度的制約。

三、廢水生物處理的基本原理廢水生物處理——利用活性污泥或生物膜中微生物群體的代謝活動把廢水中的污染物質(zhì)（有機物）進行降解的過程

根據(jù)起主要作用的微生物的呼吸類型，廢水生物處理可分為：

①好氧生物處理②厭氧生物處理③兼氧生物處理1好氧生物處理的基本過程好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式：①有機物分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）CHONS+O2

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量（有機物的組成元素）②合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用）

C、H、O、N、S+能量C5H7NO2③微生物內(nèi)源呼吸（也稱細胞物質(zhì)的自身氧化）

C5H7NO2+O2

CO2

+H2O+NH3+SO42-+

+能量異養(yǎng)微生物微生物廢水好氧生物處理---是一種在提供游離氧的前提下，以好氧微生物為主，使有機物降解、穩(wěn)定的一種無害化處理方法。

有機污染物好氧生物處理的一般途徑好氧生物處理的影響因素對于好氧微生物處理系統(tǒng)中，各種因素都會影響微生物對有機物的分解速率，如游離氧含量、有機物濃度、pH值等C、N和P等營養(yǎng)元素的比例對污染物的分解影響很大，通常最適合的比例為：BOD:N:P=100:5:1

2厭氧生物處理的基本過程1）兩階段理論：第一階段：發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段或酸性發(fā)酵階段；第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱堿性發(fā)酵階段。

2厭氧生物處理的基本過程2）三階段理論和四類群理論第一階段：水解、發(fā)酵階段：第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2；第三階段：產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4；

第二節(jié)活性污泥法

一活性污泥的特征及活性污泥法活性污泥——指由細菌、原生動物等微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的具有很強的吸附分解有機物能力的絮狀體顆粒。即具有活性的微生物菌膠團或絮狀泥粒狀的微生物群體?；钚晕勰嗟奶卣鳎孩倬哂泻軓姷奈侥芰Β诰哂泻軓姷姆纸?、氧化有機物的能力③具有良好的沉降性能好氧生物處理的基本過程好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式：①有機物分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）CHONS+O2

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量（有機物的組成元素）②合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用）

C、H、O、N、S+能量C5H7NO2③微生物內(nèi)源呼吸（也稱細胞物質(zhì)的自身氧化）

C5H7NO2+O2

CO2

+H2O+NH3+SO42-+

+能量異養(yǎng)微生物微生物

一活性污泥的特征及活性污泥法

活性污泥法：是利用某些微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌膠團來大量絮凝和吸附廢水中懸浮的膠體或溶解的污染物，并將這些物質(zhì)攝入細胞體內(nèi)，在氧的作用下，將這些物質(zhì)同化為菌體本身的組成，或?qū)⑦@些物質(zhì)完全氧化為CO2、H2O等物質(zhì)的好氧微生物處理方法?；钚晕勰辔⑸锛捌湓诜磻?yīng)中的作用細菌是活性污泥中凈化功能最活躍的成分，污水中可溶性有機污染物直接為細菌所攝取，在有氧條件下，被代謝分解為無機物，如H2O、CO2等?；钚晕勰喾ㄌ幚韽U水的工藝流程根據(jù)廢水在系統(tǒng)中流動狀況，活性污泥法通常分為兩大類：①推流式活性污泥法；②完全混合式活性污泥法推流式的特點：水流縱向混合，曝氣池為一個細長的矩形池，廢水從一端進入，另一端流出，池中曝氣裝置為鼓風式。完全混合式的特點：微生物處于同一個生長期內(nèi)，便于控制，整個池中耗氧速率均勻。推流式活性污泥法有普通活性污泥法、階段曝氣法、漸減曝氣法和吸附再生活性污泥法；完全混合式活性污泥法有批式活性污泥法。二、活性污泥法的分類三、普通活性污泥法工藝流程曝氣池中供氧量和需氧量之間的關(guān)系該方法的優(yōu)點：處理效果好，BOD和懸浮物的去除率可達90%以上，適用于處理凈化程度和穩(wěn)定程度較高的廢水；該方法的缺點：a進水有機負荷不能過高；b曝氣池容積大，占地面積大，基建費用高；c氧氣利用率低；d對水質(zhì)的變化適應(yīng)能力不強。

四、其他推流式活性污泥法

為了克服普通活性污泥法的缺點，在普通曝氣法的基礎(chǔ)上進行了曝氣量控制和進水方式控制，從而出現(xiàn)了改進后的其它推流式活性污泥法。1階段曝氣法

階段曝氣法也稱多點進水活性污泥法，在該法中，廢水沿池長多點進入，使有機物在曝氣池中分配較為均勻，從而避免前端缺氧、后端氧過剩的弊病，從而提高氧氣的利用率和曝氣池的工作能力，并且容易調(diào)節(jié)各進水口的水量，在運行上有較大的靈活性。在實際應(yīng)用中，階段式曝氣池的容積比普通曝氣池縮小了30%左右。2漸減曝氣法

針對普通活性污泥法供氧、需氧量不平衡，做改進：將曝氣池的供氧沿活性污泥推進方向逐漸減少，使氧氣供應(yīng)與需求更接近。3吸附再生活性污泥法（自學）

思考題：簡述吸附再生活性污泥法的工藝流程。四、其他推流式活性污泥法

五、完全混合式活性污泥法

對于完全混合式活性污泥法，是指廢水一進入曝氣池就迅速與池中已有的混合液充分混勻，故曝氣池中各處的水質(zhì)基本相同。同時微生物處于同一個生長周期，整個池中耗氧速率均勻。該法適用于進水水質(zhì)BOD較高和水質(zhì)不穩(wěn)定的廢水處理。六、間歇式活性污泥法（SBR法）工作原理：SBR法曝氣池的運行周期由進水、反應(yīng)、沉淀、排放、閑置五個階段組成，并且這五個階段都是在曝氣池內(nèi)進行，其工作原理見教材圖p119。主要特征：反應(yīng)池一批一批地處理廢水，采用間歇式運行的方式，每一個反映池都兼有曝氣池和二沉池作用，因此不再設(shè)置二沉池和污泥回流設(shè)備。應(yīng)用范圍：

SBR法不適用于連續(xù)來水的處理在工程中可采用多池系統(tǒng)，使進水在各個池子之間循環(huán)切換，每個池子在進水后按上述程序?qū)U水進行處理，因此使得SBR系統(tǒng)的管理操作難度和占地都會加大。為了克服SBR工藝的不足，發(fā)展出許多新型和改良的SBR工藝。如：ICEAS系統(tǒng)、CASS系統(tǒng)、DAT-IAT系統(tǒng)、MSBR系統(tǒng)等。七、活性污泥法的其他運行方式純氧曝氣法：是以純氧代替空氣，提高氧分壓，因為氧利用率高，處理效果好。射流曝氣法：是曝氣的一種形式，利用高壓水流產(chǎn)生負壓，使大量空氣吸入水中，氣液相充分接觸，具有氧利用率高的特點。八、活性污泥法的設(shè)計及運行參數(shù)

1懸浮固體濃度（MLSS）：1升曝氣池混合液中所含懸浮固體的干重。單位：g/L或g/mL。一般活性污泥的MLSS控制在2～4g/L。

2污泥負荷（Ns）:單位時間內(nèi)，單位重量的活性污泥能處理的有機物數(shù)量。單位為：kg(BOD)/kg(MSLL)?d

Ns—是活性污泥處理法的重要指標之一，Ns過高會引起污泥膨脹，一般Ns取值在0.3d-1～0.6d-1之間。

3污泥容積指數(shù)（SVI）:簡稱污泥指數(shù)，指曝氣池中混合液經(jīng)30min靜置沉降后，1g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的體積，單位：mL/g。

SVI—反映活性污泥的松散程度和凝聚、和沉淀性能，一般SVI控制在50～150，如果SVI＞200，說明污泥已發(fā)生膨脹。第三節(jié)生物膜法生物膜法——是利用微生物群體附著在固體填料表面而形成的生物膜來處理廢水的一種方法。使廢水中有機物吸附氧化，廢水得到凈化。生物膜：一般呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔較多、表面積很大，故具有很強的吸附作用。生物膜法類型：生物膜法根據(jù)其所用設(shè)備不同，分為：生物濾池（普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池）、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法、生物流化床等。一、生物濾池基本原理：依靠濾料（固體填料）表面的生物膜對廢水中有機物的吸附氧化作用使廢水被凈化的一種方法。根據(jù)濾池的負荷能力，生物濾池分為兩種：低負荷生物濾池：處理能力為100-400gBOD/(m3濾料?d)

高負荷生物濾池：處理能力為500-2500gBOD/(m3濾料?d)普通生物濾池的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：①處理效果良好，BOD5去除率可達95%以上；②運行穩(wěn)定、易管理、節(jié)省能源。

缺點：①占地面積大，廢水處理量?。虎跒V料易堵塞（當預(yù)處理不夠充分或生物膜季節(jié)性大規(guī)模脫落時，都可能使濾料堵塞；③產(chǎn)生濾池蠅，惡化環(huán)境衛(wèi)生。二、塔式生物濾池塔式生物濾池簡稱塔濾，是一種新型高負荷濾池。

塔式生物濾池具有如下兩個特征：①塔式生物濾池比普通生物濾池高，池高一般為8-24米（使濾池內(nèi)部形成較強的拔風狀態(tài)，因此，通風良好）；②水力負荷高，處理能力更強。（因為塔高延長了污水、生物膜和空氣接觸的時間，有機負荷可達2000-3000(BOD)/m3?d，進水BOD濃度可提高到500mg/L）塔式生物濾池的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：占地面積小、耐沖擊負荷的能力強，適用于大城市處理負荷高的廢水；（常用于高濃度工業(yè)廢水二段生物處理的第一段，大幅度去除有機污染物，保證第二段處理通常取得高度穩(wěn)定的效果）

缺點：塔身高，運行管理不方便，且能耗大。三、生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤，又稱浸沒式濾池，它是由許多平等排列浸沒在一個水槽（氧化槽）中的塑料圓盤所組成。圓盤作為生物膜的附著基質(zhì)，各圓盤之間有一定間隙。工作原理：盤片在與之垂直的水平軸帶動轉(zhuǎn)動，一半浸沒于廢水中，一半暴露在空氣中，浸入廢水中盤片上的生物膜吸附廢水中的有機物，當轉(zhuǎn)出水面時，生物膜又從空氣中吸收所需的氧氣，使吸附膜上的有機物被氧化分解。如此反復(fù)，達到去除廢水中的有機物，凈化廢水的目的。

生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)缺點

與活性污泥法比較，生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)點是：①操作簡單，沒有污泥膨脹和流失問題，沒有污泥回流系統(tǒng)，生產(chǎn)上易于控制；②剩余生物污泥量少，污泥顆粒大，含水率低，沉淀速度大，易于沉淀分離和脫水干化；③設(shè)備構(gòu)造簡單，無通風、回流及曝氣設(shè)備，運轉(zhuǎn)費用低，耗電量低；④可處理高濃度廢水，承受BOD的濃度可達1000mg/L，耐沖擊能力強；⑤廢水處理效率高，BOD去除率一般可達90%以上；⑥比活性污泥法占地少。

缺點：①占地雖比活性污泥法少，但仍然較大；②盤材昂貴基建投資大；③處理含易揮發(fā)有毒廢水時，對大氣污染嚴重。應(yīng)用：生物轉(zhuǎn)盤是一種較新型的生物膜法廢水處理設(shè)備，國外使用比較普遍，一些已使用于大型廢水處理廠（如煉油廠、石油化工的廢水處理長），國內(nèi)在化工、造紙、制革、化纖等行業(yè)應(yīng)用較多。

第四節(jié)廢水厭氧生物處理一、厭氧處理法及其特點①當有機污染物系統(tǒng)不補充氧氣時，②當廢水中有機物濃度較高（即BOD較高）時，不宜采用好氧生物處理，而應(yīng)采用厭氧生物處理。厭氧生物處理法：指在沒有游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對有機物進行降解，分解的主要產(chǎn)物是以甲烷為主的污泥氣（即沼氣）。

厭氧生物處理的基本過程

水解、發(fā)酵階段：在水解與發(fā)酵細菌作用下，使碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪水解與發(fā)酵轉(zhuǎn)化為單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氫等；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2；產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4；通過兩種途徑生成甲烷：

1）利用乙酸生成甲烷

2）二氧化碳存在下，利用氫氣產(chǎn)生甲烷二、厭氧處理的工藝流程

厭氧生物處理的核心是“厭氧反應(yīng)器”，已開發(fā)多種厭氧反應(yīng)器，以提高厭氧處理的能力。思考題：甲烷菌有哪些特點，為什么在厭氧生物反應(yīng)中，反應(yīng)器必須密閉與空氣隔絕？三、厭氧生物處理的類型厭氧消化法：厭氧接觸反應(yīng)器、厭氧污泥床反應(yīng)器厭氧生物膜法：厭氧生物濾池、厭氧流化床厭氧塘法四、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（USAB）優(yōu)點：①有機負荷在15kg(COD)/m3?d以上，具有高負荷和高去除率的優(yōu)點；②不需設(shè)沉淀池，UASB設(shè)有三相分離器，經(jīng)沉淀的污泥自動回流到反應(yīng)區(qū)，無需另設(shè)沉淀池和回流裝置；③不需要攪拌設(shè)備，厭氧消化過程所產(chǎn)生的微小沼氣氣泡的上升運動，對污泥床產(chǎn)生攪拌作用，使其處于懸浮狀態(tài)，因此無需攪拌設(shè)備；④對負荷沖擊、溫度和pH值的變化有一定的適應(yīng)性。五、厭氧接觸法優(yōu)點：由于微生物可大量附著生長在懸浮污泥上，使微生物與廢水的接觸表面積增大，故對懸浮物含量較高的有機廢水的處理效果較好。有機負荷為2.1-5.9kg(BOD)/m3?d或12.5-30.0kg(COD)/m3?d缺點：需增加沉淀池、污泥回流和脫氣設(shè)備

六、厭氧生物濾池優(yōu)點：①填料為微生物附著生長提供較大的表面積，因此，池中微生物數(shù)量多，容積負荷大，耐沖擊負荷；②濾池內(nèi)可以保持很高的微生物濃度而不需要攪拌設(shè)備；③在池中，微生物以固著生長為主，停留時間長，不易流失，因此，不需要另外的泥水分離設(shè)備，出水SS濃度較低；④廢水與生物膜接觸面積大，強化了傳質(zhì)過程，因此有機物去除速度快；⑤由于反應(yīng)器內(nèi)不同類群的微生物自然分層固定，故各類微生物易得到最佳的環(huán)境，并保持高的活性。所以，在水溫25-35℃時，有機負荷在3-10kg(COD)/m3?d以上，COD去除率可達80%以上。

缺點：生物膜易發(fā)生堵塞。故該法主要用于處理含懸浮物濃度很低的溶解性有機廢水。七、厭氧流化床反應(yīng)器根據(jù)流速大小和顆粒膨脹程度可分為：

厭氧流化床和厭氧膨脹床

一般常將床內(nèi)載體略加松動，載體間隙增加，但仍保持互相接觸的反應(yīng)器稱為膨脹床；上升流速增大，載體可在床內(nèi)自由運動而互不接觸的反應(yīng)器稱為流化床。厭氧流化床的特點

①流體與微生物顆粒之間的接觸時間長，液膜擴散阻力??；②載體處于膨脹或流化床狀態(tài)，可防止載體堵塞；③既可處理高濃度有機廢水，又可處理低濃度城市污水；④載體為微生物附著生長提供較大的表面積；⑤床內(nèi)微生物濃度高，容積負荷大，水力停留時間短，耐沖擊負荷。其主要不足是載體流化耗能較大，操作運行要求嚴格。八、厭氧生物處理的特點厭氧生物處理法與好氧生物處理法比較有如下優(yōu)點。1）節(jié)省能源。厭氧生物處理的能源消耗約為活性污泥法的1/10。同時，產(chǎn)生的沼氣又可作為能源。去除1kgBOD5可產(chǎn)生0.35m3沼氣，沼氣的發(fā)熱量為21-23MJ/m3。2）容積負荷高。一般好氧的容積負荷（BOD）為2-4kg/(m3?d)，而厭氧法為5-10kg/(m3?d)。3）氮磷需量低。好氧法氮磷需量為BOD:N:P=100:5:1,而厭氧法為BOD:N:P=（200-300）:5:14)剩余污泥少。好氧法去除1kgCOD可產(chǎn)生0.4-0.6kg污泥，而厭氧法僅為0.02-0.1kg。剩余污泥量只有好氧法的5%-20%。同時厭氧法的剩余污泥性質(zhì)穩(wěn)定濃縮脫水性能好。5）有殺菌作用。厭氧法可殺死廢水及污泥中的寄生蟲卵及病毒6）污泥存期長。厭氧法的污泥可長期貯存。厭氧反應(yīng)器可季節(jié)性或間歇性運轉(zhuǎn)，停運一段時間后，能迅速啟動運行。7）應(yīng)用范圍廣。好氧法值限于處理低濃度的有機廢水，而厭氧法既適用于處理高濃度有機廢水，又適用于處理低濃度的有機廢水。同時還可降解好氧法難以降解的有機物。8）水溫適應(yīng)廣。好氧法水溫在10-35℃之間，當高溫時就需采取降溫措施；而厭氧法水溫適應(yīng)范圍廣，分低溫發(fā)酵（10-30℃）、中溫發(fā)酵（30-40℃）和高溫發(fā)酵（50-60℃）。厭氧法存在如下缺點：1）厭氧微生物增殖緩慢，因此其啟動及處理需要較長時間；2）厭氧法出水通常達不到排放標準，一般需在其后串聯(lián)好氧處理設(shè)施；3）厭氧法運行控制因素較為復(fù)雜和嚴格，對廢水中含有毒有害物質(zhì)較敏感。第五節(jié)影響廢水生物處理的因素一、化合物結(jié)構(gòu)二、溫度三、酸堿度四、營養(yǎng)物質(zhì)五、毒物六、溶解氧電解法原理電解法——在電流作用下，發(fā)生電化學反應(yīng)，使廢水中有害物質(zhì)通過電解過程在陽、陰極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，以實現(xiàn)廢水凈化的方法。電解法處理廢水可以歸納為以下四種：1電極表面處理過程廢水中的溶解性污染物通過陽極氧化或陰極還原后，生成不可溶的沉淀物或從有毒的化合物變成無毒的物質(zhì)。2電凝聚處理過程鐵或鋁制金屬陽極由于電解反應(yīng)，形成氫氧化鐵或氫氧化鋁等不溶于水的金屬氫氧化物活性凝聚體。3電解浮選過程采用由不溶性材料組成的陰、陽電極對廢水進行電解。4電解氧化還原過程利用電極在電解過程中生成氧化或還原產(chǎn)物，與廢水中的污染物發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀物以去除之。第六節(jié)有機物生物降解程度的評價BOD——1L廢水在