2019 第2章污染治理生物技术-环境生物技术ppt课件.ppt

'第二章污染治理生物技术第一节、生物处理技术概述第二节、废水生物处理新技术第三节、生物修复法 污水通过下水道流到水域或大海时，其中的污染物被微生物降解。微生物本身被捕食而进入原生动物、浮游动物、昆虫和鱼等的食物链，从而维持良好的生态平衡。 当有机物流入到河中时，DO首先迅速下降，若有机物不太多时，氧水平会随有机物从进入处沿河流向下游流去而逐渐升高（水流导致有机物混合稀释，DO随之上升，使微生物的代谢逐渐恢复。）但有机物加入量太大，过度的微生物代谢使水域维持厌氧条件，好氧微生物种群下降或死亡，厌氧微生物则增加。厌氧微生物代谢比好氧微生物代谢慢，因而有机物代谢的速度下降，发生积累。持续的缺氧代谢还可产生硫化氢和甲烷等气体，造成其它水生生物体和甲壳纲动物死亡。 不流动的水体如池塘和湖泊等当加入过量有机物时，更容易产生厌氧条件，因为它们不能使水域及时混合，也没有净水及时流入将其稀释。水体的自净能力有限！ 第一节生物处理技术概述一、生物处理技术的作用对象——废水水是人类生活的最基本要素之一。水是液体，不仅会容纳很多废物和废气，而且会将污染物从一个地方转移到另一个地方。生活废水处理系统的主要功能是尽可能降低其中的有机物含量，以使其进入河流和沿海时不引起营养化污染。此外，系统应该同时除去悬浮物质，降低病原体含量，并减少日益增加的硝酸盐、磷酸盐、重金属和合成化合物等。 有关资料显示，我国一半以上地区的浅层地下水都已受到污染。另据国家地质调查局调查，全国185个城市的25个主要地下水开采地段中，污染趋势加重的占25％。近几年来城市、大型工矿区附近的浅层地下水也已经受到不同程度污染，受其影响，潜水水质状况趋于恶化，潜水中含有的有机物、石油类和氨氮等污染物质不断多。地下水污染实际上已经到了危急的时候，再不采取断然措施，抓紧治理，地下水“有水皆污”，已是为时不远的事情。 第一节生物处理技术概述一、生物处理技术的作用对象——废气气体污染物有挥发性有机物、二氧化硫、氮氧化物、氟利昂和温室气体（如二氧化碳、甲烷等），它们来源广泛。挥发性有机物来自于有机物如烃的蒸发，二氧化硫和氮氧化物来自于含硫和氮的油和煤燃烧，二氧化碳来自于化石燃料的燃烧。 第一节生物处理技术概述二、生物处理的定义在设计的工程设施内，利用生物降解与转化作用去除水、废水、固体废弃物、废气等介质中的污染物质。 共代谢（Co－Metabolism）微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量或营养）也伴随着发生氧化或其它反应。第一节生物处理技术概述三、生物处理的基本原理矿化（Mineralization）将有机物完全无机化的过程。 第一节生物处理技术概述三、生物处理的基本原理好、氧生物处理的基本原理复杂有机物简单有机物需氧微生物胞内酶厌氧微生物胞内酶微生物胞外酶CO2、H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有机酸、醇、酮、醛等未完全氧化产物图微生物好、厌分解有机物的作用示意图 第二节废水生物处理技术一、废水处理原理与工艺预处理：除去体积较大的残渣和粗砂。通常收集在格栅或筛网上，常常将其浸软或经研磨粉碎，然后返回到系统。其它固体经系统粗砂道除去，洗净后回收。一级处理：污水静置1.5~2.5h，这样可以除去容易絮凝的悬浮颗粒，从而BOD下降约40%~60%。二级处理：一级处理的流出物还含有溶解性有机物和40%~50%悬浮颗粒。此步采用生物处理来除去有机物。采用氧化塘、生物滴滤池、活性污泥、生物转盘和厌氧消化池等技术。三级处理：除去磷酸盐和硝酸盐以防止水体富营养化，除去病原体微生物以产生适于饮用的水。此过程涉及到化学沉淀、氯消毒、砂滤膜过滤和熟化池等。 1、原理（1）活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。微生物絮体由好气性微生物（细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物组成。二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 （2）活性污泥的净化反应过程活性污泥系统对有机底物的降解包括以下阶段：①絮凝和吸附阶段②摄取、分解阶段二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 2、活性污泥中的微生物（1）形成活性污泥絮状体的细菌——菌胶团细菌菌胶团细菌是活性污泥的主体，它的作用：具有很强的吸附、氧化分解有机物的能力。菌胶团的形成可使细菌免被微型动物所吞噬，并且关系到污泥的沉降和在二沉池中能否有效进行泥水分离；为原生动物、微型后生动物提供了良好的生存环境、附着场所。二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 （2）丝状细菌作用是活性污泥的重要组分，交叉穿织与菌胶团内，或附着生长于絮状体表面，具有强氧化分解有机物能力，起到一定的净化作用。当丝状菌的数量超过菌胶团细菌时，可使絮状体沉降性能下降，严重时可引发污泥膨胀（bulking）现象。二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 （3）真菌 （4）原生动物及微型后生动物①净化作用：腐生性营养的原生动物可吸收溶解性有机物，动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌及其它微小生物；②促进絮凝和沉淀作用；③指示作用：可作为处理系统运转管理的指标。二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 3、污水处理系统中的酶（1）城市污水中的酶；（2）活性污泥中的酶及功用；（3）有毒物质对活性污泥中酶活性的影响。二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 4、基本工艺二、活性污泥法第二节废水生物处理技术 利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术方法。通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化和降解，使废水得到净化，同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。第二节废水生物处理技术三、生物膜法 1、生物膜的净化原理附着水载体水膜有机酸有机物（养料）氧气二氧化碳、无机物代谢产物运动水厌氧层好氧层废水出水空气生物膜图生物膜去除有机物示意图三、生物膜法（固定床生物处理）第二节废水生物处理技术 2、生物膜中的微生物组成（1）细菌和真菌在生物膜的好气层专性好气的芽孢杆菌占优势；在厌气层可见到反硫化弧菌属数量最多的是兼性菌，如假单胞菌属等（2）原生动物纤毛虫居多。（3）微型后生动物如轮虫类、线虫类、昆虫类等，个体数较多。第二节废水生物处理技术三、生物膜法 典型的生物滤池的构造滤床配水与布水装置排水装置 （1）普通生物滤池（洒滴池） （2）塔式生物滤池 （3）生物转盘滤池 （4）生物接触氧化滤池 （5）流化床生物处理技术使废水通过运动态并附着生长有生物膜的颗粒床，废水中的基质在床内同均匀分散的生物膜相接触而获得降解去除，故在流化床中既有生物膜，又有活性污泥。 三、氧化池或池塘在人口稀少的地方利用荒芜的池塘、洼地稍加整修即可变为氧化塘处理废水。第二节废水生物处理技术若有机物负荷高，为了提高氧气量和节约土地，可以在现有的面积内将池塘隔成几个塘，然后串联运行，使水对角流动。因此接受废水的第一个塘如果是厌氧的或是兼性的，则流到第二个塘时就有可能是兼性的或是好氧的，而最后一个塘则完全是好氧的，这样藻菌共生系统逐级得到完善，从而能有效地处理废水。没有分解的悬浮颗粒沉淀在氧化塘底部，造成污泥积累，使氧化塘的容积减少，直接影响氧化塘的净化效能。 氧化塘技术已被世界公认为是一种经济的污水处理解决方案。较低的运行费用和一次性投资使氧化塘技术成为一项首选的二级生化技术。但氧化塘技术也被占地较大等因素所制约。自1978年，EDI研发及使用ATLAS技术以来，在世界范围内以有超过1000多项工程的成功应用。根据不同的水质及池型情况，EDI以ATLAS为基本框架，开发出ATLASEC（外置沉淀池）、ATLASIC（内置沉淀池）及ATLASIS（内置分离器）等升级工艺以满足不同工艺和设施应用的需求。 生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。首先利用好氧段，由亚硝化细菌、硝化细菌的硝化作用，将NH4+转化为NO3--N，再利用缺氧段，由反硝化细菌的反硝化作用将NO3--N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气。四、生物脱氮除磷第二节废水生物处理技术1、微生物脱氮基本原理 进水出水去碳沉淀硝化沉淀反硝化后曝气沉淀旁路进水污泥回流污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥剩余污泥图悬浮多级污泥内碳源系统示意图四、生物脱氮除磷第二节废水生物处理技术2、生物脱氮基本工艺 3、微生物除磷厌氧放磷：好氧吸磷：厌氧条件下，积磷菌将体内的聚磷水解产生能量一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成PHB另一部分能量用于生理活动需要好氧条件下，PHB分解产生能量一部分能量用于主动过量吸收环境中的磷，并合成聚磷另一部分能量用于细胞正常生长繁殖 固体废弃物的分类固体废弃物处理的基本原则：无害化、减量化、资源化固体废弃物的微生物处理的主要方法：堆肥法卫生填埋法厌氧发酵法4、污泥处理第二节废水生物处理技术 什么是堆肥法？指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥：堆肥化的产物。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，堆肥法可分为：（一）好氧堆肥法（二）厌氧堆肥法4、污泥处理第二节废水生物处理技术 卫生填埋法指将垃圾在填埋场里分层填埋的处理方法。由废物层（一般厚度2.5～3.0m）和覆土层（一般厚度为0.2～0.3m）构成一个填埋单元，由一系列填埋单元构成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上一层0.9～1.2m的土壤，压实后就得到了一个完整的卫生填埋场。图卫生填埋场示意图4、污泥处理第二节废水生物处理技术 厌氧生物处理（AnaerobicProcess）是在厌氧条件下，利用厌氧微生物分解废水中的有机物并产生甲烷、二氧化碳的过程，又称厌氧发酵。与好氧生物处理的区别：不以分子氧为受氢体（最终电子受体），以无机物、化合态盐、碳、硫、氮为受氢体，如CO、CO2、SO42-、NO3-等。5、厌氧生物处理的原理与过程第二节废水生物处理技术 5、厌氧生物处理的原理与过程第二节废水生物处理技术 第三节生物修复法 一、生物修复的概念及其原理第三节生物修复法 指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。一、生物修复的概念及其原理第三节生物修复法1、生物修复的定义 净化速度缓慢由于三方面的原因生物修复技术系统中添加氮、磷等营养盐接种、驯化高效菌自然条件下DO不足营养盐缺乏高效菌生长缓慢供氧快速去除污染物第三节生物修复法 优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。与生物处理的区别：两者原理一致，但生物修复侧重于已被污染区域的原位生物处理。一、生物修复的概念及其原理第三节生物修复法2、生物修复的特点 微生物修复的生物类型土著微生物：环境中固有的微生物外来微生物：需大量接种的高效菌基因工程菌（GEM）一、生物修复的概念及其原理第三节生物修复法3、微生物修复 可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于大面积、低污染的位点。一、生物修复的概念及其原理第三节生物修复法4、植物修复 （1）、植物在土壤修复中的应用环境中金属污染的去除已有方案：场外修复，先将土壤挖掘、转移，再去除金属离子；微生物修复：生物量小，从而吸收量小，同时生物体过小难以进行后处理；植物修复特点：生物量大，从而吸收量大，同时易于进行后处理。适应重金属胁迫的植物不吸收或少吸收重金属将吸收的金属钝化在植物的地下部分大量吸收金属的同时正常生长可在金属污染土壤中生产符合环境标准的农产品通过栽种植物积累金属，收获后进行植物提取 （2）、植物修复金属污染的方式①植物固定指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，降低金属对生物的毒性。该法只是暂时将金属固定，并没有彻底去除环境中的金属。②植物挥发指植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。该法只适用于挥发性污染物，且可能对大气造成污染。③植物吸收指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地上部分。需要选择能耐受并可过量积累金属的植物种类。 （一）微生物修复针对流动的河道水体，可采用直接曝气、生物膜法等；对于浅水湖泊，可添加营养盐、采用曝气机搅拌混合等法；（二）大型水生植物对水体的净化二、生物修复技术第三节生物修复法1、地表水生物修复技术 2、土壤生物修复技术（一）原位处理特点：原地进行，无需挖出土壤和运输，采用土著微生物或经驯化的微生物处理。包括两方面内容：对受油污染的土壤进行修复对矿山废弃地进行植被恢复二、生物修复技术第三节生物修复法 废水处理系统营养盐空气污染区抽水井地下水位注水井观测井图生物修复原位处理方式示意图 （二）挖掘堆置处理特点：可在受污染初期限制污染物的扩散和迁移，减少受污染范围，但运输、挖掘费用较高，运输过程中可能引发新的污染或因挖掘造成土壤生态结构的破坏。2、土壤生物修复技术二、生物修复技术第三节生物修复法 反应器处理特点：此法类似于污水生物处理，受污染的土壤挖出与水混合后在接种了微生物的反应器内进行处理，处理速度较快，但工程复杂，费用较高。2、土壤生物修复技术二、生物修复技术第三节生物修复法 3、地下水生物修复技术原位处理特点：与土壤原位处理基本相同。物理拦阻指使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地下水中的进一步迁移。地上处理又称抽取－处理技术，将受污染的地下水从地下水层中抽取出来，在地面上用一种或多种工艺处理之后，再将水注入地层。二、生物修复技术第三节生物修复法'