工业废水处理
微生物与环保
微生物处理腈纶废水的塔式滤池
水污染概述
? 水体自净：水体中的污染物因被稀释，
水解，氧化，光分解和微生物降解等而
去除的能力。
? 自净能力影响因素：溶氧
? 污染物过量 ----细菌和藻类大量繁殖 ---溶
解氧下降 -----厌氧菌大量繁殖 -----产生带
有恶臭的硫化氢和硫化铁
水环境保护
? 水是地球上一切生命赖以生存、也是人类生活
和生产中不可缺少的基本物质之一。
? 20世纪以来，由于世界各国工农业的迅速发展，
城市人口的剧增，缺水已是当今世界许多国家
面临的重大问题。
? 防治水污染，保护水资源是当今世界性的问题，
更是我国城乡普遍面临的当务之急。
饥饿与营养不良
? 饥饿与营养不良较之疾病,
污染与环境破坏更为亟待解
决的世界性问题 。
? 应用生物技术发展粮食生产,
这样既可提高农作物的生产
能力, 又能开垦荒芜地区,
增加种植面积 。
土地变得沙化
农民手里捧如此
土地该如何生存
大规模的工业生产
矿藏开采投入环境
生产消费排放废料
农田森林中流失的农药
环境问题
包括：固体废物场地、地下储存罐（ UST）和管道泄漏污染等。
其中以固体废物场地、地下储存罐的污染问题最为突出。
非点源污染主要来自许多扩散性的污染来源。如降水或融
雪水在径流过程中携带污染物，最后进入地表水和地下水中、
以及农业灌溉导致的化肥、除草剂、农药污染等。
● 固体废物填埋场的污染
●农业灌溉对土壤和地下水的污染
林树红
第一节 水资源开发利用现状
地球上每年降水量 40
万立方千米，占总水量
0.03%，约 1/4强降落到陆
地，其中 56%蒸发和蒸腾，
34%形成地面径流,10%
下渗补给地下水。
由自然力促成的水循环
称为水的自然循环。自
然界中的水在太阳照射
和地心引力等作用下不
停流动和转化，通过蒸
发、降水、径流和渗透
等方式循环不止。
水的社会循环
由人的因素促成的水循环，称为水的社
会循环。人类为了满足生活和生产的需要，
不断取用天然水体中的水，经过使用，一部
分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污
水和生产废水排放，重新进入天然水体。在
社会循环中，水质不断发生变化，其污染程
度随用水性质、方式而变。
降水 海洋
蒸发地下渗流地面径流
蒸发
给水
工业 农业
新陈代谢 生活和商业 产品用水冷却用水 灌溉
废水
收集
处理
处置 地面水地面水
地下水
回用水
水
的
循
环
示
意
图
咸水
97.5%
地球总水量 13.9亿立方千米，三分之二被水覆盖
2.5%
冰帽和冰川
地下水
易得的江河湖
淡水不到总淡
水量 1%
中国水资源问题：南多北少，东多西少、时多时少、
总量多人均少亩均少
水资源
二、水资源的利用现状
? 世界各国和国民经济各部门对水资源的
使用情况各有不同，一般可分为：
? 工业用水：发电、造纸、人造纤维等部
门的需水量最大。
? 农业用水
? 生活用水
?,水脏, 问题主要是工业用水过程产生的。水
是工业发展的基础，水可以是工业生产中的一
种原料，也可以作为工业生产流程中的原料有
用组分或杂质的浸出渗液，或作为工业生产工
艺的反应介质。
? 生产 1吨钢材需水 100m3以上
? 制造 1吨尼龙丝大约需水 600m3
? 染 1万米布大约需 300m3
? 制 1吨纸浆大约需水 300m3等。
? 目前，我国工业万元产值耗水量平均为 600-
700m3。
? 农业和工业是人类社会的两个用水大户
? 研究农业用水过程对于解决我国的, 水
少, 问题具有决定性的作用
? 研究工业用水过程则对解决我国, 水脏,
问题具有决定性的作用。
? 我国 90%以上的城市水域遭到污染，城市污水
（包括生活污水和工业废水）以每年 6.5%的速
度增加，预计到 2000年城市污水排放量将达到
700亿 m3/a以上。
? 我国 ‘ 八五 ’ 期间曾有全国污水处理厂达到
150座，城市污水处理率达 10%的规划目标，实
际 1995年处理率达到了 15%。
? ‘ 九五 ’ 期间拟新增污水处理设施，使日处理
能力达 400万 m3以上，城市排水管网普及面积率
达 70%~75%，污水集中处理率达到 20%，县以上
工业企业废水处理率达 76.8%
? 目前我国城市工业水重复利用率约为 50%左右
（日本 80年代末就达到 75%以上）, 。
? 从这些数据可以看出，我国城市污水治理还是
相对滞后的，处于欠帐状态。
三、世界性的水荒
? 遍及世界的许多地区，由于工业的膨胀
和每人消费量的提高，需水量已增长到
超过天然来源的境地。
? 地下水被取竭，而且受到污染。
? 由于人口的增长和经济的大发展，水质
恶化、水资源紧缺的矛盾更加尖锐，第
二次环境问题的高潮开始出现。
水污染控制（治理）工程
? 就是以工程技术措施，来防止、减轻或
消除水环境的污染，改善和保持水环境
质量，保障人体健康，以及有效地保护
和合理利用水资源。
? 1989年 5月联合国环境规划署 (UNEP)首次提出
清洁生产的概念，标志着人类工业生产观念的
一次变革。
? 清洁生产是与高投入、高消耗、粗放经营所支
持的传统工业相对立的，推行清洁生产将导致
工业用水方式的一次革命，这场, 工业革命,
是实现工业领域水资源可持续利用的必由之路。
? 我国在 90年代提出的, 中国环境与发展十大对
策,,强调了清洁生产。清洁生产正在成为我
国实现可持续发展战略的重要措施和手段。
第二节 水体的污染与自净
? 一、水体污染及水体自净作用
? 二、水污染指标
一、水体污染及水体自净作用
? 水体：河流、湖泊、沼泽、水库、地下
水、冰川和海洋等, 贮水体, 的总称。
? 在环境科学领域中，水体不仅包括
水，而且也包括水中的悬浮物、底泥及
水中生物等。
? 从自然地理的角度看，水体是指地表被
水覆盖的自然综合体。
水体污染
? 是指排入水体的污染物在数量上超过了
该物质在水体中的本底含量和水体的环
境容量，从而导致水体的物理特征、化
学特征和生物特征发生不良变化，破坏
了水中固有的生态系统，破坏了水体的
功能及其在经济发展和人民生活中的作
用。
造成水体污染的因素
? 向水体排放未经过妥善处理的城市污水
和工业废水；
? 施用的化肥、农药及城市地面的污染物，
被雨水冲刷，随地面径流而进入水体；
? 随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或
降水过程而进入水体等。
? 有些赤潮生物会分泌出粘
液，粘在鱼、虾、贝等生
物的鳃上，妨碍呼吸，导
致窒息死亡。
? 含有毒素的赤潮生物被海
洋生物摄食后能引起中毒
死亡。
? 人类食用含有毒素的海产
品，也会造成类似的后果。
环境工程
海洋科学
海洋生物资源
与环境
生物工程
人类行为对生态系统的影响
水体自净作用
? 水体能够在其环境容量的范围以内，经
过水体的物理、化学和生物的作用，使
排入的污染物质的浓度和毒性随着时间
的推移在向下游流动的过程中自然降低，
称之为水体的自净作用。
水体自净机理
? ① 物理过程，其中包括稀释、混合、扩散、挥
发、沉淀等过程，水体中的污染物质在这一系
列的作用下，其浓度得以降低；
? ②化学及物理化学过程，污染物质通过氧化、
还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低；
? ③生物化学过程，污染物质中的有机物，由于
水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转
化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度降低。
二、水污染指标
? （一）生化需氧量（ BOD）：表示在有氧
条件下，好氧微生物氧化分解单位体积
水中有机物所消耗的游离氧的数量，常
用单位为 mg／ L，这是一种间接表示水
被有机污染物污染程度的指标。
? 在 20℃ 和在 BOD的测定条件（氧充足、不
搅动）下，以五日作为测定 BOD的标准时
间，称之为五日生化需氧量，以 BOD5表
示。
（二）化学需氧量（ COD）
? 用强氧化剂 ——重铬酸钾，在酸性条件下
能够将有机物氧化为 H2O和 CO2，此时所测出的
耗氧量称为化学需氧量（ COD）。
? COD能够比较精确地表示有机物含量，而且测
定需时较短，不受水质限制，因此多作为工业
废水的污染指标。
? 用另一种氧化剂 ——高锰酸钾，也能够将
有机物加以氧化，测出的耗氧量较 COD低，称
为耗氧量，以 OC表示。
（三）总需氧量（ TOD）
? 有机物主要是由碳（ C）、氢（ H）、
氮（ N）、硫（ S）等元素所组成。当有
机物完全被氧化时,C,H,N,S分别被
氧化为 CO2,H2O,NO和 SO2，此时的需
氧量称为总需氧量（ TOD）。
? （四）总有机碳（ TOC）：是污水中有机
污染物的总含碳量。其测定结果以 C含量
表示，单位为 mg／ L。
? （五）悬浮物：是通过过滤法测定的，
滤后滤膜或滤纸上截留下来的物质即为
悬浮固体，它包括部分的胶体物质，单
位为 mg／ L。
? （六）有毒物质：是指其达到一定浓度后，对
人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。
非重金属的氰化物和砷化物及重金属中的汞、
镉、铬、铅等，是国际上公认的六大毒物（砷
有时与重金放在一起进行研究）。
? （七） pH值,对水体生物生长有较大影响，也
直接影响水处理工艺及装置的选用。
? （八）大肠菌群数,是指单位体积水中所含的
大肠菌群的数目，单位为个／ L，它是常用的
细菌学指标。
第三节 水体中主要污染物的来
源及其危害
? 无机无毒物
? 无机有毒物
? 有机无毒物
? 有机有毒物
? 放射性物质、生物污染物质和热污染等。
? 所谓无毒害作用是相对而有条件的。
一、无机无毒物
? 砂粒、矿渣一类的颗粒状的物质；
? 酸、碱无机盐类；
? 氮、磷等植物营养物质。
2．悬浮物的污染危害
? （ 1）大大地降低了光的穿透能力，减少
了水的光合作用并妨碍水体的自净作用；
? （ 2）对鱼类产生危害，可能堵塞鱼鳃，
导致鱼的死亡，制浆造纸废水中的纸浆对此最
为明显；
? （ 3）水中的悬浮物又可能是各种污染物
的载体，它可能吸附一部分水中的污染物并随
水流动迁移。
（二）酸、碱、无机盐类的污
染物质
? 来源
? 污染水体中的酸主要来自矿山排水及许多
工业废水。金属加工酸洗车间、黏胶纤维和酸
性造纸等工业部门排放酸性工业废水。雨水淋
洗含二氧化硫的空气后，汇入地表水体也能形
成酸污染。
? 水体中的碱主要来源于碱法造纸、化学纤
维、制碱、制革及炼油等工业废水。
? 酸和碱的污染必然伴随着无机盐类的污染。
酸、碱污染物危害
? 酸、碱污染物能改变水体的 pH值
? 增加水中的一般无机盐类和水的硬度。
（三）氮、磷等植物营养物
? 主要来自于农田施肥、农业废弃物、城
市生活污水和某些工业废水。
? 污水中的氮可分为有机氮和无机氮两类。
2．氮、磷污染危害及水体的富
营养化
? （ 1）藻类在水体中占据的空间越来越大，
使鱼类活动的空间越来越少；衰死藻类
将沉积塘底。
? （ 2）藻类种类逐渐减少，并由以硅藻和
绿藻为主转为以蓝藻为主,不适于作鱼饵
料，而其中有一些种属是有毒的。
? （ 3）藻类过度生长繁殖，将造成水体中
溶解氧的急剧变化，严重影响鱼类生存。
二、无机有毒物
? （一）非重金属的无机毒性物质
? 1．氰化物,来源于电镀废水、焦炉和高
炉的煤气洗涤冷却水、某些化工厂的含
氰废水及金、银选矿废水等。
? 氰化物在水中的自净作用
? ①氰化物的挥发逸散。
? ②氰化物的氧化分解。
? 2．砷（ As）,工业生产排放含砷废水的
有：化工、有色冶金、炼焦、火电、造
纸、皮革等，其中以冶金、化工排放砷
量较高。
（二）重金属毒性物质
? 重金属与一般耗氧的有机物不同，在水
体中不能为微生物所降解，只能产生各
种形态之间的相互转化以及分散和富集，
这个过程称之为重金属的迁移。
? 重金属在水体中的迁移主要与沉淀、络
合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。
重金属的毒性和对生物体的危害
? ① 在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性
效应
? ②微生物不能降解重金属，相反地某些重金属
有可能在微生物作用下转化为金属有机化合物，
产生更大的毒性
? ③地表水中的重金属可以通过生物的食物链，
成千上万地富集，而达到相当高的浓度
? ④重金属进入人体后能够和生理高分子物质如
蛋白质和酶等发生强烈的相互作用使它们失去
活性，也可能累积在人体的某些器官中，造成
慢性累积性中毒，最终造成危害。
微生物不能降解重金属，微生物作用于重
金属主要是改变金属在环境中的存在状态
从而改变它们的毒性。
Hg的微生物转化
无机汞（ Hg2+）的甲基化
无机汞（ Hg2+）还原成 HgO
甲基 汞还原成 HgO
微生物对重金属的转化
三、有机无毒物 （需氧有机物）
? 属于碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有
机物，它们易于生物降解，向稳定的无机物转化。
? 在有氧条件下，由好氧微生物作用下进行转化，
这一转化进程快，产物一般为 CO2,H2O等稳定物
质。
? 在无氧条件下，则在厌氧微生物的作用下进行转
化，这一进程较慢。
? 首先在产酸菌的作用下，形成脂肪酸、醇等
中间产物
? 继之在甲烷菌的作用下形成 H2O,CH4,CO2等
稳定物质，同时放出硫化氢、硫醇、粪臭素等具
有恶臭的气体。
（一）水体中需氧污染物
? 主要来自生活污水、牲畜污水以及屠宰、
肉类加工、罐头等食品工业和制革、造
纸、印染、焦化等工业废水。
? 有机污染物对水体的危害：对渔业水产
资源的破坏。
有机无毒物，又
称耗氧 (需氧 )有
机物，或可生物
降解有机物。
四、有机有毒物
? 这一类物质多属于人工合成的有机物质，
如农药（ DDT、六六六等有机氯农药）、
醛、酮、酚以及聚氯联苯、芳香族氨基
化合物、高分子合成聚合物（塑料、合
成橡胶、人造纤维）、染料等。
? 来源：石油化学工业的合成生产过程及有关的
产品使用过程中排放出的污水。
? 主要污染特征
? ①比较稳定，不易被微生物分解，所以又称难
降解有机污染物。
? ②它们都有害于人类健康，只是危害程度和作
用方式不同。
? ③这一类物质在某些条件下，好氧微生物也能
够对其进行分解，因此，也能够消耗水体中的
溶解氧，但速度较慢。
农药
石油
洗涤剂
多氯联苯
氰和腈
农药 微生物作用
被氧化
被脱卤
被还原
被脱烃Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
大肠杆菌等
脱卤作用
微生物对有毒有机物的降解
五、石油类污染物
? 石油开采、储运、炼制和使用过程中，
排出的废油和含油废水使水体遭受污染。
? 石油化工、机械制造行业排放的废水也
含有各种油类。
? 海洋石油污染的危害, 不仅影响海洋生
物的生长、降低海滨环境的使用价值、
破坏海岸设施，还可能影响局部地区的
水文气象条件和降低海洋的自净能力。
工程菌在环境工程中应用
? 美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分
解能力的工程菌，并获专利，用于清除
石油污染。
六、其他污染物
? 放射性污染, 铀矿开采、提炼、纯化、
浓缩过程均产生放射性废水和废物。
? 热污染, 主要来源于工矿企业向江河排
放的冷却水, 其中以电力工业为主，其
次是冶金、化工、石油、造纸、建材和
机械等工业。
第四节 污水处理技术概述
? 一、污水处理方法的分类
? 二、污水处理流程
一、水体污染防治
污水处理技术：
? 物理法 (筛滤、重力、离心、磁分离、蒸发 )
? 化学法：中和、氧化还原、化学沉淀、电解
? 物理化学法：混凝、气浮、吸附、离子交换、
萃取、膜分离 (电渗析、扩散渗析、反渗透、超
滤 )
? 生物法：好氧生物法 (活性污泥法、生物膜法 )、
厌氧生物法、自然生物处理法
（一）物理法
? 通过物理作用，以分离、回收污水
中不溶解的呈悬浮状的污染物质（包括
油膜和油珠），在处理过程中不改变其
化学性质。物理法操作简单、经济。常
采用的有重力分离法、离心分离法、过
滤法及蒸发、结晶法等。
（二）化学法
? 向污水中投加某种化学物质，利用化学
反应来分离、回收污水中的某些污染物质，
或使其转化为无害的物质。
? 常用的方法有
? 化学沉淀法：常用于含重金属、氰化物
等工业生产污水的处理。石灰法、硫化物
法和钡盐法。
? 混凝法,目前常采用的混凝剂有硫酸铝、
碱式氯化铝、铁盐（主要指硫酸亚铁、三
氯化铁及硫酸铁）等。
? 中和法：向酸性废水中投加碱性物质如
石灰、氢氧化钠、石灰石等，使废水变
为中性。对碱性废水可吹入含有 CO2的烟
道气进行中和，也可用其他的酸性物质
进行中和。
? 氧化还原（包括电解）法
（三）物理化学法
? 工业废水在应用物理化学法进行处理或
回收利用之前，一般均需先经过预处理，
尽量去除废水中的悬浮物、油类、有害
气体等杂质，或调整废水的 pH值，以便
提高回收效率及减少损耗。
? 萃取；将不溶于水的溶剂投入污水之中
? 吸附：利用多孔性的固体物质，常用活
性炭
? 离子交换：利用离子交换剂的离子交换
作用来置换污水中的离子化物质
? 膜分离技术：电渗析法、反渗透、超过
滤法
? 气提
离子交换法主要是利用离子交换树脂中的离子同原水
在的某些离子进行交换而将其除去,使水得到净化的方法。
它已广泛应用于化工、电子、医药、纺织、电镀行业的
制取纯水、硬水软化、药物和食品的脱色和提取、重要
化工原料的回收以及污水处理等。
反渗透 RO膜是用高分子材料经过
特殊工艺制成的半透膜，它只允
许水分子透过，而不允许溶质通
过。用高压泵使处于半透膜一侧
的原水压力超过渗透压时，原水
中的水分子就能够透过半透膜进
入另一侧，从而获得纯净水。而
原水中的溶解与非溶解的无机盐，
重金属离子，有机物，菌体，胶
体等物质无法通过半透膜，只能
留在浓缩水中被放掉。
反渗透设备广泛应用于医药行业、
饮料行业、电子、电力行业等。
（四）生物法
? 污水的生物处理法就是利用微生物新陈
代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态
的有机污染物被降解并转化为无害的物
质，使污水得以净化。
1．好氧生物处理法
? 主要方法有：活性污泥法，生物膜法。
? 适用于处理溶解的和胶体的有机物。
? 不能直接沉淀，可使有机物转化为无机
物。
? 特点：
? 不产生臭气
? 处理周期短
? 在适当的条件下，一般可除去 BOD5 80-
90%。
污水处理流程
格栅 沉砂池 沉淀池 生物曝气池或生物滤池 二沉池
混凝、过滤、
离子交换、
消毒等设备
废水
垃圾
处理
沉渣
处理
一级处理出水
(排放、灌溉 )
污泥消化池或
其他处理设备 浓缩池
二级处理出水
(排放、灌溉 )
三级处理出 (排放或
回用 )
沉渣处理
一级处理 二级处理 三级处理
（ 1）活性污泥法
? 活性污泥：向有机废水中不断地充入空气，使
水中有足够的溶解氧，为好氧微生物生长繁殖
创造良好的条件，经过一定时间后，就会产生
一种褐色絮状泥粒，其中含有大量的微生物。
? 主要由菌胶团细菌、原生动物和后生动物组成
的微生物群体。还含有一些无机物、分解中的
有机物和微生物自身代谢残留物。
?外观及特性,外观呈黄褐色，易于沉淀分离，
具有较大的比表面积（ 20-100cm2/1me），尺寸
0.02-0.2mm,比重 1.002-1.006之间，含水率
99%。
?组成,由具有活性微生物 Ma,微生物自身氧化
残留物 Me,吸附在污泥上不能为生物降解的有
机物 Mi,无机物 Mii组成 。
? 原理：由污水中繁殖的大量微生物凝絮
而成的绒絮状泥柱，具有很强的吸附和
氧化分解有机物的能力。
? 菌胶团能提供营固定生活的原生动物和
丝状菌栖息和附着生长的场所，又能使
胶团细菌包围在胶质中，而不被原生动
物所吞噬。
? 过程：
1、废水中溶解性有机物质透过细菌的细胞壁为
细菌所吸收，固体和胶体的有机物先附着在细
菌体外，被分泌酶变为溶解性物质再渗入细胞。
2、细菌通过自身氧化、还原、合成等过程，把
一部分有机物氧化成简单无机物，另一部分转
化成生物体所必需的营养物质，组成新的原生
质。
? 活性污泥微生物,以好氧细菌为主，也存活有真
菌、原生动物、后生动物，构成稳定生态系。
? 细菌,微生物主要组成部分，以异养性原核细菌为
主,1ml正常污泥中含细菌 107-108个，细菌种属与
污水中有机成分有关，是有机污染物的分解者，在
环境条件适宜时其世代时间仅为 20-30min。
? 真菌,种类繁多，活性污泥中较多出现的为腐生或
寄生的丝状菌，异常增殖会引发污泥膨胀。
? 原生动物,为活性污泥系统中的指示性生物，是首
次捕食者。
? 后生动物,仅在完全氧化型活性污泥系统中出现，
是水质非常稳定的标志，是生态系的二次捕食者。
? 菌胶团,由各种细菌及细菌所分泌的粘性物质组成
的絮凝体状团粒 。
? 菌体种类：
? 细菌
? 毛霉、根霉、曲霉、青霉等霉菌
? 各种原生动物类
细菌
? 是活性污泥中最重要的成员。
? 球菌、杆菌、螺旋菌、丝状细菌（硫丝细菌）
? 细菌存在形式：菌胶团
? 由细菌结合成一定形状的胶团。根据外形可分
为团形，椭圆形，分枝形，垂丝形和蘑菇形。
? 菌胶团的大小影响活性污泥的吸附和絮凝能力。
? 一种废水处理中可以有一种菌占主要地位，但
多种微生物配合才能大幅度降低 BOD.
真菌
? 酵母和霉菌在活性污泥中都有出现。
? 存在适宜条件：酸性条件，氮源贫乏，
在处理某些特种工业废水及有机固体废
渣中起重要作用。
原生动物
? 以废水处理中细菌和有机微粒作为食物
和能源，在废水处理中具有重要作用。
? 种类：肉足类、鞭毛类、孢子虫类、吸
管类、纤毛类。
? 在废水处理中以纤毛类最重要，又以草
履虫和钟形虫为代表。
? 污泥培养成熟时，固定型的钟形虫增加。
微形后生动物
? 是多细胞动物，大多为好气异养型，对
溶解氧需求量大。
? 种类：轮虫、甲壳虫和线虫。
? 后生动物出现，可以认为废水处理达到
水质较好程度。
?
（二）、活性污泥法的基本流程
? 由曝气池、沉淀池，污泥回流，剩余污泥
排除系统组成。
活性污泥工作参数
? 微生物种类和数量
? 混合悬浮固体,1L曝气池混合液中所含
悬浮固体的干重。间接反映废水中微生
物浓度。
? 混合液挥发性悬浮固体：去除混合液中
无机物的重量，更接近活性污泥中微生
物的重量。
? 污泥沉降比：一定量的曝气池混合液，静置
30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比。
反映曝气池正常运行时的污泥量，大小也能反
映出污泥膨胀等异常现象。
? 污泥容积指数：曝气池中混合液经 30min静置
后的体积与污泥干重之比。反映污泥的凝聚性
和沉降性。
? 污泥负荷：在单位时间内，单位重量的活性污
泥能处理的有机物数量。
? 活性污泥法有多种池型及运行方式，常
用的有：
? 普通活性污泥法
? 完全混合式表面曝气法
? 吸附再生法等。
? 废水在曝气池内停留一般为 4～ 6小时，
能去除废水中的有机物（ BOD5） 90％左
右。
活性污泥法对废水的要求及运行
? pH在 6-9之间，不能波动太大。
? 进水中有机物浓度的控制：进水 BOD 500-
1000mg/ L。
? 水中养料要具有微生物生长所必需的基本
化合物和元素。 BOD:N:P=100:5:1。
? 水中有毒物的控制
? 溶解氧,2-4mg/ L.
? 2、完全混合式曝气池
? 一般机械曝气，也可鼓风曝气，多为圆形，
偶见方型或多边型，分合建与分建两种。
? 合建式，分建式。
? 3、推流完全混合结合式
? 在推流式曝气池中设置多个表曝机。
三、活性污泥的生长规律
及活性污泥法的运行方式
? （一）活性污泥增长曲线
? (二 ) 活性污泥的净化过程
? （三） 活性污泥法运行方式
（一）、活性污泥增长曲线
? 活性污泥微生物生长规律用增殖曲线表示（底物一次
投加，间歇培养）。分为适应期、对数增长期、减速
增长期、内源呼吸期。取决于营养物与微生物比值。
? 适应期；
? 对数增长期；
? 减速增长期；
? 内源呼吸期；
几个主要参数
? 1,BOD---污泥负荷：有机污染物的量 /活性污
泥量（ F/M）的比值。用 NS表示。
? F/M=NS=QLA/XV[KgBOD/(KgMLSS.d） ]
? Q---污水流量 m3/d
? La---进水有机物浓度（ BOD5）,Mg/L
? X---混和液悬浮固体浓度（ MLSS）,Mg/L
? V---曝气池容积 m3
? 含义,曝气池内单位重量（ KG）活性污泥，
在单位时间（ 1d）内能够接受能降解到预定程
度的有机污泥等物量（ BOD）。有时为表示有
机物去除情况，采取去除负荷 Nr：
?
?
?
? NS与处理效率，活性污泥特性，污泥生成量，
氧化消耗等有很大的关系。
?
a
ea
s
ea
r
L
LL
N
XV
LLQ
N
?
?
?
?
?
?
?
)(
? 2,BOD---容积负荷率，单位曝气时间单位容
积承担的有机底物 BOD5的量。
? NV=QLa× 10-3/V（ KgBOD5/m3,d）
? 3,污泥龄 ts，曝气池中活性污泥量与每日排
放的剩余污泥量之比。
? 4、回流比 R，回流污泥量与进水量之比。
R=Qr/Q。
)( d
x
Vx
t s
?
?
? 5、污泥的增长量：△ X,kg/d。
? △ X=aQ(La-Le)-bXV
? a---污泥产量，去除 1KgBOD5形成的 MLSS的 KG
数。
? B---自身氧化率
? Q---污泥流量 M3/D
? La Le---进出水 BOD5浓度
? X---混和液挥发性悬浮物固体浓度 MLVSS
? V---曝气池容积,M3
? 一般活性污泥中,a=0.3~0.72，平均 0.52，
b=0.02~0.18，平均 0.07。
(二 )活性污泥的净化过程
?分为吸附阶段和代谢阶段
?吸附阶段,污水和污泥在刚开始接触 5-
10分钟内出现了高的 BOD去除率。
?代谢阶段,包括合成代谢和分解代谢。
? 1,传统法（普通）：推流式，有机物浓度和需
氧量沿池长降低，供氧量沿池长均匀分布。
? 工艺特征：
?微生物的生长速率沿池长减少，微生物生长处在
前池的对数增长，经减速增长到池末的内源呼吸
期的完全生长周期。
?有机物在曝气池内降解经历第一阶段的吸附与第
二阶段的代谢。
? 优点,处理效果好,BOD去除率 90%以上。
? 缺点,抗冲击性差，池容大、基建费用高，供
氧和需氧矛盾。
?
（三）、活性污泥法运行方式
? 2、阶段曝气活性污泥法（分段进水、分步曝
气）通过改善进水方法，解决供氧与需氧矛盾。
? 工艺特征,污水沿池长分散进入曝气池。
? 优点,有机底物沿池均匀分布，负荷均衡。解
决了供氧与需氧矛盾，提高了曝气池对冲击负
荷的适应能力。
? 3、吸附再生法（接触稳定法、生物吸附法）
? 工艺特征,将活性污泥降解有机污染物的两
? 个过程 ---吸附与代谢稳定，分别在
? 各自的反应器内进行。
?吸附池,（ 30-60分钟），污水与活性很强的污
泥接触，吸附去除水中有机物，进二沉池进行泥
水分离。
?再生池,污泥回流至再生池进行分解合成代谢，
使污泥活性得以恢复。
?优点,池容小，基建费用低，抗冲击性强，吸附
池的污泥遭到破坏，可由再生池污泥予以补充。
?缺点,处理效果低于传统法, 不宜处理以溶解非
有机物为主的污水物质 。
五、活性污泥法的新发展
? 功能,脱氮、除磷
? 效能,提高供氧能力，污泥浓度，微生物代
谢功能等。
? （一）生物脱氮
? （二） 生物除磷
? （三）氧化沟
? （四）间歇活性污泥法
? （五） AB法
（ 2）生物膜法
? 使污水连续流经固体填料（碎石、煤渣
或塑料填料） 的滤床表面，其表面附着
的大量微生物群落可以形成一层黏液状
膜即生物膜
? 生物膜上的微生物吸附和降解水中的有
机污染物。
生物膜组成
? 生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较
多，表面积大，具有强吸附作用。
? 生物膜外表层的微生物一般为好氧菌，
内层为厌氧层。
生物膜中常见微生物
? 包括好气菌，厌气菌和兼性菌。
? 真菌、藻类、原生动物、蚊蝇幼虫
? 在生物滤池中兼性菌占优势。
? 生物滤池中 pH较低则以真菌为主。
? 滤池顶部有阳光处常有藻类生物只提供
氧。
? 生物膜法多采用的处理构筑物有生物
滤池、塔式滤池、生物转盘、生物接触
氧化池及生物流化床等。除此之外，土
地处理系统（污水灌溉）和氧化塘皆属
于生物处理法中的自然生物处理范畴。
塔式滤池
? 高可达 20米，延长了污水、生物膜
和空气的接触时间。有机负荷为
2000-3000（ BOD） / 立方米 /天
? 轻质塑料滤料，附着菌胶团和游离
的细菌，下层为原生动物和轮虫
? 可分层进水、进风
? 注意废水预处理，防止滤料堵塞
? 占地面积小，适用于大城市处理负
荷大的废水。
生物凝聚劑
進流
污水
反應
沉降
分離
澄清
污泥無毒性
可生物分解
排放水
2．厌氧生物处理法
? (1)液化发酵阶段：废水中的可溶性及悬
浮性有机物主要被细菌作用，有机酸不
断积累。
? 蛋白质、纤维素、脂肪 ?有机酸、醇类
? 菌种,厌氧或兼性厌氧菌 梭状芽孢杆菌，
胞硫弧菌，乳杆菌，大肠杆菌等。
纤维素
蛋白质
脂 肪
纤维酶
蛋白酶
脂肪酶
双糖或单糖
多肽和氨基酸
脂肪酸和甘油
第一阶段 ─水解发酵
? 2) 产氢产乙酸阶段
? 脂肪酸、醇 ?乙酸,H2和 CO2
? 两种细菌的共生体
? S菌氧化乙醇产生 H2
? MOH：以 H2为氢供体还原 CO2产生甲烷
单 糖
氨基酸
脂肪酸
产酸菌
乙酸
丙酸＋ CO2
＋氢气
醇类
可
溶
性
物
质
简
单
化
合
物
第二阶段 ──产酸
? 3）产甲烷阶段
? 乙酸、甲酸、甲醇,CO2, H2 ?甲烷
? 产甲烷菌，严格厌氧菌
? CO2 + 4H2 ? CH4 + 2H2O
乙酸
丙酸 甲烷菌
甲烷＋
二氧化
碳醇类
简
单
化
合
物
第三阶段 --产甲烷
? 优点
? 1、操作不消耗动力；
? 2、可以处理高浓度有机废水；
? 3、副产物甲烷可以作燃料。
? 缺点
? 1、分解有机物的速度慢；
? 2、需要大体积的处理槽；
? 3,BOD的消除率低于好气处理。
? 常先用厌氧法处理再好氧法处理。
沼气发酵是复杂的微生物学过程，
只有有了大量的沼气微生物，并使
各种类群的微生物得到最佳的生长
条件，各种有机物原料才会在微生
物的作用下转化为沼气。
五,沼气发酵原理
(一 ) 沼气微生物
沼气发酵是指各种 有机物 在
一定的 水分, 温度 和 厌氧条件
下，被各类 沼气微生物 分解转
化，最终生成沼气的过程。
沼
气
微
生
物
不产甲烷菌
产甲烷菌
发酵性细菌
产氢产乙酸菌
耗氢产乙酸菌
食氢产甲烷菌
食乙酸产甲烷菌
1.沼气微生物的种类
不产甲烷菌能将纤维、半纤维、
淀粉、蛋白质、脂肪等复杂有机
物分解成乙酸、丙酸、丁酸等简
单的小分子量的物质，为产甲烷
菌提供基质。
不产甲烷菌
产甲烷菌是沼气发酵微生物
的核心, 它们 严格厌氧, 适宜
在中性环境中繁殖, 依靠乙酸,
二氧化碳和氢生长, 并以废物
的形式排出甲烷 。
产甲烷菌
有机质 水解 产酸
产甲烷 沼气
(二） 沼气发酵过程
● 充足的沼气发酵原料
●质优量多的沼气微生物
●严格厌氧的生态环境
●尽量高的发酵温度
●适宜的酸碱度
●合适 的 负荷
●持续的搅拌
(三 ) 沼气发酵条件
(一 ) 沼气发酵原料
原料是沼气微生物赖以生存和
产生沼气的物质基础 。 按 物理形
态 分为 液态原料 和 固态原料 ；按
营养成分 为 富氮原料 和 富碳原料 。
富氮原料通常指动物粪便, 这
类原料经过动物肠胃系统的充分
消化, 颗粒细小, 含有大量低分
子化合物和较高的含水量, 做沼
气原料, 容易分解, 产气很快,
发酵期较短 。
富 氮 原 料
富碳原料通常指秸秆等农作
物的残余物, 这类原料富含纤维
素, 半纤维素, 果胶以及难降解
的木质素和植物蜡质 。 干物质含
量高, 质地疏松, 比重小, 厌氧
分解慢, 产气周期长 。
富 碳 原 料
沼气发酵细菌消耗碳的速度比
消耗氮的速度要快 25～ 30倍 。 因
此, 碳氮比例 配成 25～ 30:1可以
使沼气发酵在合适的速度下进行 。
原料碳氮比
如果碳氮比例失调，就会
使产气和微生物的生命活动受
到影响，以致抑制或者停止。
原料碳氮比
沼气发酵微生物包括有机质分
解菌和产甲烷菌两大菌群，人工
制取沼气的核心菌落是甲烷菌群，
自然界一切具备厌氧条件和有机
物的地方都可以找到它们的踪迹。
（ 二） 沼气发酵微生物
（三） 严格的厌氧环境
产甲烷微生物是严格的厌氧
菌，只能在无氧的生态环境中
生存和繁殖。人工制取沼气的
首要外因条件是建造一个不漏
气的 厌氧发酵装置。
温度是制约沼气产量的重要因
素，在 10℃ 到 60℃ 的范围内，沼
气均能正常发酵产气。在这一温
度范围内，一般温度愈高，微生
物活动愈旺盛，产气量愈高。
（四） 合适的发酵温度
温度对产气率的影响
沼气发酵最适宜酸碱度
(pH)为 6.8～ 7.4,pH值
在 6.4以下,7.6以上对发
酵都要产生抑制作用。
（五）适宜的酸碱度
农村沼气池的负荷一般用发酵
原料的浓度来表示,其大小由厌氧
活性污泥的数量、活性及发酵温
度等因素决定。 夏季 ６ %～ 8%,
秋冬季 10%～ 12%。
（六）合适的负荷
静态发酵沼气池随着发酵
时间的推移，由下向上逐步
分成 沉渣层, 活性层, 清液
层, 浮渣层 。
（七）持续搅拌
搅拌可以使发酵原料分布
均匀, 增加微生物与原料的接
触面, 增强微生物的活性, 产
气量可提高 30%以上 。
持续搅拌
? 光合细苗：一大类能进行光合作用的原
核生物的总称，体内有光合色素，厌氧
光照条件下进行光合作用。
光合细菌和藻类处理废水
氧化塘
? 净化废水原理：菌藻共生的生态对有机物的好
气分解，有机物的甲烷发酵和光合作用同时进
行的过程。好气细菌分解有机物的氧来自藻类
光合作用中释放的和大气扩散进入水体的氧。
? 好气细菌在代谢过程中除合成自身原生质，还
产生 CO2，水，无机盐类等供藻类利用，藻类
又为水生动物提供饵料并重新放出 CO2。
二、污水处理流程
? 一级处理：主要是去除污水中呈悬浮状的固体
污染物质，物理处理法中的大部分用作一级处
理。经一级处理后的污水,BOD只能去除 30％
左右。
? 二级处理：是大幅度地去除污水中呈胶体和溶
解状态的有机性污染物质（即 BOD物质），常
采用生物法，去除率（ BOD）可达 90％以上，
处理后水中的 BOD5含量可降至 20～ 30mg/L，一
般污水均能达到排放标准。
? 但经二级处理后的污水中仍残存有微生物不
能降解的有机污染物和氮、磷等无机盐类。
? 深度处理往往是以污水回收、再次复用
为目的：进一步去除废水中的悬浮物质、
无机盐类及其他污染物质。
? 常用的有生物脱氮法、混凝沉淀法、活
性炭过滤、离子交换及反渗透和电渗析
等。
（一）城市污水处理的典型流程
（二）炼油厂废水处理的典型
流程
三、污泥处理、利用与处置
? 一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占处理
污水量的 0.3％～ 5％（含水率以 97％计）
? 污泥的成分：
? 很多有毒物质，如病原微生物、寄生虫卵及重
金属离子等
? 也可能含有可利用的物质如植物营养素、氮、
磷、钾、有机物等。
? 一般污泥处理的费用约占全污水处理厂运行费
用的 20％～ 50％。
? （一）污泥的脱水与干化, 污泥在浓缩池内静
止停留 12～ 24小时，体积缩小为原污泥体积的
1/3。
? （二）污泥消化：
? 1.厌氧消化：将污泥置于密闭的消化池中，利
用厌氧微生物的作用，产生沼气
? 2．污泥好氧消化：利用好氧和兼氧菌，在污
泥处理系统中曝气供氧，微生物分解生物可降解
的有机物（污泥）及细胞原生质。
? 3．污泥的最终处理
? 肥料
? 焚烧
? 填地或充作筑路材料
? （一）污泥的脱水与干化
微生物处理发酵工业废水的展望
? 直接厌气处理
? 有机废水生产酵母蛋白饲料
? 光合细菌处理发酵工业潜力巨大，作为
饵料和饲料。
有微生物，才有我们一方自然净土
清洁生产
? 是指整体预防的环境战略持续应用于生
产过程和产品中，以期减少对人类和环
境的风险。
? 通过用清洁的能源和原材料，采用清洁
的工艺和设备，无污染或少污染的生产
方式，加上科学的严格的管理措施，来
实现和产清洁的产品。
? 包括评价生态系统，转化污染物质做到
无废排放，开发和生产对环境安全的生
产工艺和可降解材料。
? 它包含两个全过程控制
? 生产全过程控制：清洁生产包括节约原
材料和能源, 消除或减少有毒有害原材
料, 尽最大可能减少废弃物的毒性和排
放量 。
? 产品生命周期全过程控制：清洁生产旨
在减少产品在整个生命周期过程中对人
类和环境的影响 。
清洁生产的基本内容
? 第一, 清洁的能源 。
? 清洁利用矿物燃料
? 提高能源利用率
? 加速开发水能资源
? 优先发展水力发电
? 积极稳妥地发展核能发电；
? 开发利用太阳能, 风能, 地热能, 海洋能,
生物能等可再生新能源 。
? 第二,清洁的生产过程。
? 采用少废、无废的生产工艺和高效生产设备；
? 尽量少用、不用有毒有害的原料；
? 减少生产过程中的各种危险因素和有毒有害的
中间产品；
? 优化工艺操作参数；
? 加强生产自动控制；
? 完善生产现场管理等。
? 第三,清洁的产品。
? 产品应具有合理的使用功能和使用寿命；
? 产品本身及在使用过程中，对人体健康
和生态环境不产生任何不良影响和危害；
? 产品失去使用功能后，应易于回收、再
生和复用等。
实施清洁生产基本途径
? 原材料 (能源 )有效使用和替代
? 工艺和设备的革新
? 运行操作管理的改进
? 产品改革及重新设计
? 生产系统内部循环利用
微生物与环保
微生物处理腈纶废水的塔式滤池
水污染概述
? 水体自净：水体中的污染物因被稀释，
水解，氧化，光分解和微生物降解等而
去除的能力。
? 自净能力影响因素：溶氧
? 污染物过量 ----细菌和藻类大量繁殖 ---溶
解氧下降 -----厌氧菌大量繁殖 -----产生带
有恶臭的硫化氢和硫化铁
水环境保护
? 水是地球上一切生命赖以生存、也是人类生活
和生产中不可缺少的基本物质之一。
? 20世纪以来，由于世界各国工农业的迅速发展，
城市人口的剧增，缺水已是当今世界许多国家
面临的重大问题。
? 防治水污染，保护水资源是当今世界性的问题，
更是我国城乡普遍面临的当务之急。
饥饿与营养不良
? 饥饿与营养不良较之疾病,
污染与环境破坏更为亟待解
决的世界性问题 。
? 应用生物技术发展粮食生产,
这样既可提高农作物的生产
能力, 又能开垦荒芜地区,
增加种植面积 。
土地变得沙化
农民手里捧如此
土地该如何生存
大规模的工业生产
矿藏开采投入环境
生产消费排放废料
农田森林中流失的农药
环境问题
包括：固体废物场地、地下储存罐（ UST）和管道泄漏污染等。
其中以固体废物场地、地下储存罐的污染问题最为突出。
非点源污染主要来自许多扩散性的污染来源。如降水或融
雪水在径流过程中携带污染物，最后进入地表水和地下水中、
以及农业灌溉导致的化肥、除草剂、农药污染等。
● 固体废物填埋场的污染
●农业灌溉对土壤和地下水的污染
林树红
第一节 水资源开发利用现状
地球上每年降水量 40
万立方千米，占总水量
0.03%，约 1/4强降落到陆
地，其中 56%蒸发和蒸腾，
34%形成地面径流,10%
下渗补给地下水。
由自然力促成的水循环
称为水的自然循环。自
然界中的水在太阳照射
和地心引力等作用下不
停流动和转化，通过蒸
发、降水、径流和渗透
等方式循环不止。
水的社会循环
由人的因素促成的水循环，称为水的社
会循环。人类为了满足生活和生产的需要，
不断取用天然水体中的水，经过使用，一部
分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污
水和生产废水排放，重新进入天然水体。在
社会循环中，水质不断发生变化，其污染程
度随用水性质、方式而变。
降水 海洋
蒸发地下渗流地面径流
蒸发
给水
工业 农业
新陈代谢 生活和商业 产品用水冷却用水 灌溉
废水
收集
处理
处置 地面水地面水
地下水
回用水
水
的
循
环
示
意
图
咸水
97.5%
地球总水量 13.9亿立方千米，三分之二被水覆盖
2.5%
冰帽和冰川
地下水
易得的江河湖
淡水不到总淡
水量 1%
中国水资源问题：南多北少，东多西少、时多时少、
总量多人均少亩均少
水资源
二、水资源的利用现状
? 世界各国和国民经济各部门对水资源的
使用情况各有不同，一般可分为：
? 工业用水：发电、造纸、人造纤维等部
门的需水量最大。
? 农业用水
? 生活用水
?,水脏, 问题主要是工业用水过程产生的。水
是工业发展的基础，水可以是工业生产中的一
种原料，也可以作为工业生产流程中的原料有
用组分或杂质的浸出渗液，或作为工业生产工
艺的反应介质。
? 生产 1吨钢材需水 100m3以上
? 制造 1吨尼龙丝大约需水 600m3
? 染 1万米布大约需 300m3
? 制 1吨纸浆大约需水 300m3等。
? 目前，我国工业万元产值耗水量平均为 600-
700m3。
? 农业和工业是人类社会的两个用水大户
? 研究农业用水过程对于解决我国的, 水
少, 问题具有决定性的作用
? 研究工业用水过程则对解决我国, 水脏,
问题具有决定性的作用。
? 我国 90%以上的城市水域遭到污染，城市污水
（包括生活污水和工业废水）以每年 6.5%的速
度增加，预计到 2000年城市污水排放量将达到
700亿 m3/a以上。
? 我国 ‘ 八五 ’ 期间曾有全国污水处理厂达到
150座，城市污水处理率达 10%的规划目标，实
际 1995年处理率达到了 15%。
? ‘ 九五 ’ 期间拟新增污水处理设施，使日处理
能力达 400万 m3以上，城市排水管网普及面积率
达 70%~75%，污水集中处理率达到 20%，县以上
工业企业废水处理率达 76.8%
? 目前我国城市工业水重复利用率约为 50%左右
（日本 80年代末就达到 75%以上）, 。
? 从这些数据可以看出，我国城市污水治理还是
相对滞后的，处于欠帐状态。
三、世界性的水荒
? 遍及世界的许多地区，由于工业的膨胀
和每人消费量的提高，需水量已增长到
超过天然来源的境地。
? 地下水被取竭，而且受到污染。
? 由于人口的增长和经济的大发展，水质
恶化、水资源紧缺的矛盾更加尖锐，第
二次环境问题的高潮开始出现。
水污染控制（治理）工程
? 就是以工程技术措施，来防止、减轻或
消除水环境的污染，改善和保持水环境
质量，保障人体健康，以及有效地保护
和合理利用水资源。
? 1989年 5月联合国环境规划署 (UNEP)首次提出
清洁生产的概念，标志着人类工业生产观念的
一次变革。
? 清洁生产是与高投入、高消耗、粗放经营所支
持的传统工业相对立的，推行清洁生产将导致
工业用水方式的一次革命，这场, 工业革命,
是实现工业领域水资源可持续利用的必由之路。
? 我国在 90年代提出的, 中国环境与发展十大对
策,,强调了清洁生产。清洁生产正在成为我
国实现可持续发展战略的重要措施和手段。
第二节 水体的污染与自净
? 一、水体污染及水体自净作用
? 二、水污染指标
一、水体污染及水体自净作用
? 水体：河流、湖泊、沼泽、水库、地下
水、冰川和海洋等, 贮水体, 的总称。
? 在环境科学领域中，水体不仅包括
水，而且也包括水中的悬浮物、底泥及
水中生物等。
? 从自然地理的角度看，水体是指地表被
水覆盖的自然综合体。
水体污染
? 是指排入水体的污染物在数量上超过了
该物质在水体中的本底含量和水体的环
境容量，从而导致水体的物理特征、化
学特征和生物特征发生不良变化，破坏
了水中固有的生态系统，破坏了水体的
功能及其在经济发展和人民生活中的作
用。
造成水体污染的因素
? 向水体排放未经过妥善处理的城市污水
和工业废水；
? 施用的化肥、农药及城市地面的污染物，
被雨水冲刷，随地面径流而进入水体；
? 随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或
降水过程而进入水体等。
? 有些赤潮生物会分泌出粘
液，粘在鱼、虾、贝等生
物的鳃上，妨碍呼吸，导
致窒息死亡。
? 含有毒素的赤潮生物被海
洋生物摄食后能引起中毒
死亡。
? 人类食用含有毒素的海产
品，也会造成类似的后果。
环境工程
海洋科学
海洋生物资源
与环境
生物工程
人类行为对生态系统的影响
水体自净作用
? 水体能够在其环境容量的范围以内，经
过水体的物理、化学和生物的作用，使
排入的污染物质的浓度和毒性随着时间
的推移在向下游流动的过程中自然降低，
称之为水体的自净作用。
水体自净机理
? ① 物理过程，其中包括稀释、混合、扩散、挥
发、沉淀等过程，水体中的污染物质在这一系
列的作用下，其浓度得以降低；
? ②化学及物理化学过程，污染物质通过氧化、
还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低；
? ③生物化学过程，污染物质中的有机物，由于
水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转
化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度降低。
二、水污染指标
? （一）生化需氧量（ BOD）：表示在有氧
条件下，好氧微生物氧化分解单位体积
水中有机物所消耗的游离氧的数量，常
用单位为 mg／ L，这是一种间接表示水
被有机污染物污染程度的指标。
? 在 20℃ 和在 BOD的测定条件（氧充足、不
搅动）下，以五日作为测定 BOD的标准时
间，称之为五日生化需氧量，以 BOD5表
示。
（二）化学需氧量（ COD）
? 用强氧化剂 ——重铬酸钾，在酸性条件下
能够将有机物氧化为 H2O和 CO2，此时所测出的
耗氧量称为化学需氧量（ COD）。
? COD能够比较精确地表示有机物含量，而且测
定需时较短，不受水质限制，因此多作为工业
废水的污染指标。
? 用另一种氧化剂 ——高锰酸钾，也能够将
有机物加以氧化，测出的耗氧量较 COD低，称
为耗氧量，以 OC表示。
（三）总需氧量（ TOD）
? 有机物主要是由碳（ C）、氢（ H）、
氮（ N）、硫（ S）等元素所组成。当有
机物完全被氧化时,C,H,N,S分别被
氧化为 CO2,H2O,NO和 SO2，此时的需
氧量称为总需氧量（ TOD）。
? （四）总有机碳（ TOC）：是污水中有机
污染物的总含碳量。其测定结果以 C含量
表示，单位为 mg／ L。
? （五）悬浮物：是通过过滤法测定的，
滤后滤膜或滤纸上截留下来的物质即为
悬浮固体，它包括部分的胶体物质，单
位为 mg／ L。
? （六）有毒物质：是指其达到一定浓度后，对
人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。
非重金属的氰化物和砷化物及重金属中的汞、
镉、铬、铅等，是国际上公认的六大毒物（砷
有时与重金放在一起进行研究）。
? （七） pH值,对水体生物生长有较大影响，也
直接影响水处理工艺及装置的选用。
? （八）大肠菌群数,是指单位体积水中所含的
大肠菌群的数目，单位为个／ L，它是常用的
细菌学指标。
第三节 水体中主要污染物的来
源及其危害
? 无机无毒物
? 无机有毒物
? 有机无毒物
? 有机有毒物
? 放射性物质、生物污染物质和热污染等。
? 所谓无毒害作用是相对而有条件的。
一、无机无毒物
? 砂粒、矿渣一类的颗粒状的物质；
? 酸、碱无机盐类；
? 氮、磷等植物营养物质。
2．悬浮物的污染危害
? （ 1）大大地降低了光的穿透能力，减少
了水的光合作用并妨碍水体的自净作用；
? （ 2）对鱼类产生危害，可能堵塞鱼鳃，
导致鱼的死亡，制浆造纸废水中的纸浆对此最
为明显；
? （ 3）水中的悬浮物又可能是各种污染物
的载体，它可能吸附一部分水中的污染物并随
水流动迁移。
（二）酸、碱、无机盐类的污
染物质
? 来源
? 污染水体中的酸主要来自矿山排水及许多
工业废水。金属加工酸洗车间、黏胶纤维和酸
性造纸等工业部门排放酸性工业废水。雨水淋
洗含二氧化硫的空气后，汇入地表水体也能形
成酸污染。
? 水体中的碱主要来源于碱法造纸、化学纤
维、制碱、制革及炼油等工业废水。
? 酸和碱的污染必然伴随着无机盐类的污染。
酸、碱污染物危害
? 酸、碱污染物能改变水体的 pH值
? 增加水中的一般无机盐类和水的硬度。
（三）氮、磷等植物营养物
? 主要来自于农田施肥、农业废弃物、城
市生活污水和某些工业废水。
? 污水中的氮可分为有机氮和无机氮两类。
2．氮、磷污染危害及水体的富
营养化
? （ 1）藻类在水体中占据的空间越来越大，
使鱼类活动的空间越来越少；衰死藻类
将沉积塘底。
? （ 2）藻类种类逐渐减少，并由以硅藻和
绿藻为主转为以蓝藻为主,不适于作鱼饵
料，而其中有一些种属是有毒的。
? （ 3）藻类过度生长繁殖，将造成水体中
溶解氧的急剧变化，严重影响鱼类生存。
二、无机有毒物
? （一）非重金属的无机毒性物质
? 1．氰化物,来源于电镀废水、焦炉和高
炉的煤气洗涤冷却水、某些化工厂的含
氰废水及金、银选矿废水等。
? 氰化物在水中的自净作用
? ①氰化物的挥发逸散。
? ②氰化物的氧化分解。
? 2．砷（ As）,工业生产排放含砷废水的
有：化工、有色冶金、炼焦、火电、造
纸、皮革等，其中以冶金、化工排放砷
量较高。
（二）重金属毒性物质
? 重金属与一般耗氧的有机物不同，在水
体中不能为微生物所降解，只能产生各
种形态之间的相互转化以及分散和富集，
这个过程称之为重金属的迁移。
? 重金属在水体中的迁移主要与沉淀、络
合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。
重金属的毒性和对生物体的危害
? ① 在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性
效应
? ②微生物不能降解重金属，相反地某些重金属
有可能在微生物作用下转化为金属有机化合物，
产生更大的毒性
? ③地表水中的重金属可以通过生物的食物链，
成千上万地富集，而达到相当高的浓度
? ④重金属进入人体后能够和生理高分子物质如
蛋白质和酶等发生强烈的相互作用使它们失去
活性，也可能累积在人体的某些器官中，造成
慢性累积性中毒，最终造成危害。
微生物不能降解重金属，微生物作用于重
金属主要是改变金属在环境中的存在状态
从而改变它们的毒性。
Hg的微生物转化
无机汞（ Hg2+）的甲基化
无机汞（ Hg2+）还原成 HgO
甲基 汞还原成 HgO
微生物对重金属的转化
三、有机无毒物 （需氧有机物）
? 属于碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有
机物，它们易于生物降解，向稳定的无机物转化。
? 在有氧条件下，由好氧微生物作用下进行转化，
这一转化进程快，产物一般为 CO2,H2O等稳定物
质。
? 在无氧条件下，则在厌氧微生物的作用下进行转
化，这一进程较慢。
? 首先在产酸菌的作用下，形成脂肪酸、醇等
中间产物
? 继之在甲烷菌的作用下形成 H2O,CH4,CO2等
稳定物质，同时放出硫化氢、硫醇、粪臭素等具
有恶臭的气体。
（一）水体中需氧污染物
? 主要来自生活污水、牲畜污水以及屠宰、
肉类加工、罐头等食品工业和制革、造
纸、印染、焦化等工业废水。
? 有机污染物对水体的危害：对渔业水产
资源的破坏。
有机无毒物，又
称耗氧 (需氧 )有
机物，或可生物
降解有机物。
四、有机有毒物
? 这一类物质多属于人工合成的有机物质，
如农药（ DDT、六六六等有机氯农药）、
醛、酮、酚以及聚氯联苯、芳香族氨基
化合物、高分子合成聚合物（塑料、合
成橡胶、人造纤维）、染料等。
? 来源：石油化学工业的合成生产过程及有关的
产品使用过程中排放出的污水。
? 主要污染特征
? ①比较稳定，不易被微生物分解，所以又称难
降解有机污染物。
? ②它们都有害于人类健康，只是危害程度和作
用方式不同。
? ③这一类物质在某些条件下，好氧微生物也能
够对其进行分解，因此，也能够消耗水体中的
溶解氧，但速度较慢。
农药
石油
洗涤剂
多氯联苯
氰和腈
农药 微生物作用
被氧化
被脱卤
被还原
被脱烃Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
大肠杆菌等
脱卤作用
微生物对有毒有机物的降解
五、石油类污染物
? 石油开采、储运、炼制和使用过程中，
排出的废油和含油废水使水体遭受污染。
? 石油化工、机械制造行业排放的废水也
含有各种油类。
? 海洋石油污染的危害, 不仅影响海洋生
物的生长、降低海滨环境的使用价值、
破坏海岸设施，还可能影响局部地区的
水文气象条件和降低海洋的自净能力。
工程菌在环境工程中应用
? 美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分
解能力的工程菌，并获专利，用于清除
石油污染。
六、其他污染物
? 放射性污染, 铀矿开采、提炼、纯化、
浓缩过程均产生放射性废水和废物。
? 热污染, 主要来源于工矿企业向江河排
放的冷却水, 其中以电力工业为主，其
次是冶金、化工、石油、造纸、建材和
机械等工业。
第四节 污水处理技术概述
? 一、污水处理方法的分类
? 二、污水处理流程
一、水体污染防治
污水处理技术：
? 物理法 (筛滤、重力、离心、磁分离、蒸发 )
? 化学法：中和、氧化还原、化学沉淀、电解
? 物理化学法：混凝、气浮、吸附、离子交换、
萃取、膜分离 (电渗析、扩散渗析、反渗透、超
滤 )
? 生物法：好氧生物法 (活性污泥法、生物膜法 )、
厌氧生物法、自然生物处理法
（一）物理法
? 通过物理作用，以分离、回收污水
中不溶解的呈悬浮状的污染物质（包括
油膜和油珠），在处理过程中不改变其
化学性质。物理法操作简单、经济。常
采用的有重力分离法、离心分离法、过
滤法及蒸发、结晶法等。
（二）化学法
? 向污水中投加某种化学物质，利用化学
反应来分离、回收污水中的某些污染物质，
或使其转化为无害的物质。
? 常用的方法有
? 化学沉淀法：常用于含重金属、氰化物
等工业生产污水的处理。石灰法、硫化物
法和钡盐法。
? 混凝法,目前常采用的混凝剂有硫酸铝、
碱式氯化铝、铁盐（主要指硫酸亚铁、三
氯化铁及硫酸铁）等。
? 中和法：向酸性废水中投加碱性物质如
石灰、氢氧化钠、石灰石等，使废水变
为中性。对碱性废水可吹入含有 CO2的烟
道气进行中和，也可用其他的酸性物质
进行中和。
? 氧化还原（包括电解）法
（三）物理化学法
? 工业废水在应用物理化学法进行处理或
回收利用之前，一般均需先经过预处理，
尽量去除废水中的悬浮物、油类、有害
气体等杂质，或调整废水的 pH值，以便
提高回收效率及减少损耗。
? 萃取；将不溶于水的溶剂投入污水之中
? 吸附：利用多孔性的固体物质，常用活
性炭
? 离子交换：利用离子交换剂的离子交换
作用来置换污水中的离子化物质
? 膜分离技术：电渗析法、反渗透、超过
滤法
? 气提
离子交换法主要是利用离子交换树脂中的离子同原水
在的某些离子进行交换而将其除去,使水得到净化的方法。
它已广泛应用于化工、电子、医药、纺织、电镀行业的
制取纯水、硬水软化、药物和食品的脱色和提取、重要
化工原料的回收以及污水处理等。
反渗透 RO膜是用高分子材料经过
特殊工艺制成的半透膜，它只允
许水分子透过，而不允许溶质通
过。用高压泵使处于半透膜一侧
的原水压力超过渗透压时，原水
中的水分子就能够透过半透膜进
入另一侧，从而获得纯净水。而
原水中的溶解与非溶解的无机盐，
重金属离子，有机物，菌体，胶
体等物质无法通过半透膜，只能
留在浓缩水中被放掉。
反渗透设备广泛应用于医药行业、
饮料行业、电子、电力行业等。
（四）生物法
? 污水的生物处理法就是利用微生物新陈
代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态
的有机污染物被降解并转化为无害的物
质，使污水得以净化。
1．好氧生物处理法
? 主要方法有：活性污泥法，生物膜法。
? 适用于处理溶解的和胶体的有机物。
? 不能直接沉淀，可使有机物转化为无机
物。
? 特点：
? 不产生臭气
? 处理周期短
? 在适当的条件下，一般可除去 BOD5 80-
90%。
污水处理流程
格栅 沉砂池 沉淀池 生物曝气池或生物滤池 二沉池
混凝、过滤、
离子交换、
消毒等设备
废水
垃圾
处理
沉渣
处理
一级处理出水
(排放、灌溉 )
污泥消化池或
其他处理设备 浓缩池
二级处理出水
(排放、灌溉 )
三级处理出 (排放或
回用 )
沉渣处理
一级处理 二级处理 三级处理
（ 1）活性污泥法
? 活性污泥：向有机废水中不断地充入空气，使
水中有足够的溶解氧，为好氧微生物生长繁殖
创造良好的条件，经过一定时间后，就会产生
一种褐色絮状泥粒，其中含有大量的微生物。
? 主要由菌胶团细菌、原生动物和后生动物组成
的微生物群体。还含有一些无机物、分解中的
有机物和微生物自身代谢残留物。
?外观及特性,外观呈黄褐色，易于沉淀分离，
具有较大的比表面积（ 20-100cm2/1me），尺寸
0.02-0.2mm,比重 1.002-1.006之间，含水率
99%。
?组成,由具有活性微生物 Ma,微生物自身氧化
残留物 Me,吸附在污泥上不能为生物降解的有
机物 Mi,无机物 Mii组成 。
? 原理：由污水中繁殖的大量微生物凝絮
而成的绒絮状泥柱，具有很强的吸附和
氧化分解有机物的能力。
? 菌胶团能提供营固定生活的原生动物和
丝状菌栖息和附着生长的场所，又能使
胶团细菌包围在胶质中，而不被原生动
物所吞噬。
? 过程：
1、废水中溶解性有机物质透过细菌的细胞壁为
细菌所吸收，固体和胶体的有机物先附着在细
菌体外，被分泌酶变为溶解性物质再渗入细胞。
2、细菌通过自身氧化、还原、合成等过程，把
一部分有机物氧化成简单无机物，另一部分转
化成生物体所必需的营养物质，组成新的原生
质。
? 活性污泥微生物,以好氧细菌为主，也存活有真
菌、原生动物、后生动物，构成稳定生态系。
? 细菌,微生物主要组成部分，以异养性原核细菌为
主,1ml正常污泥中含细菌 107-108个，细菌种属与
污水中有机成分有关，是有机污染物的分解者，在
环境条件适宜时其世代时间仅为 20-30min。
? 真菌,种类繁多，活性污泥中较多出现的为腐生或
寄生的丝状菌，异常增殖会引发污泥膨胀。
? 原生动物,为活性污泥系统中的指示性生物，是首
次捕食者。
? 后生动物,仅在完全氧化型活性污泥系统中出现，
是水质非常稳定的标志，是生态系的二次捕食者。
? 菌胶团,由各种细菌及细菌所分泌的粘性物质组成
的絮凝体状团粒 。
? 菌体种类：
? 细菌
? 毛霉、根霉、曲霉、青霉等霉菌
? 各种原生动物类
细菌
? 是活性污泥中最重要的成员。
? 球菌、杆菌、螺旋菌、丝状细菌（硫丝细菌）
? 细菌存在形式：菌胶团
? 由细菌结合成一定形状的胶团。根据外形可分
为团形，椭圆形，分枝形，垂丝形和蘑菇形。
? 菌胶团的大小影响活性污泥的吸附和絮凝能力。
? 一种废水处理中可以有一种菌占主要地位，但
多种微生物配合才能大幅度降低 BOD.
真菌
? 酵母和霉菌在活性污泥中都有出现。
? 存在适宜条件：酸性条件，氮源贫乏，
在处理某些特种工业废水及有机固体废
渣中起重要作用。
原生动物
? 以废水处理中细菌和有机微粒作为食物
和能源，在废水处理中具有重要作用。
? 种类：肉足类、鞭毛类、孢子虫类、吸
管类、纤毛类。
? 在废水处理中以纤毛类最重要，又以草
履虫和钟形虫为代表。
? 污泥培养成熟时，固定型的钟形虫增加。
微形后生动物
? 是多细胞动物，大多为好气异养型，对
溶解氧需求量大。
? 种类：轮虫、甲壳虫和线虫。
? 后生动物出现，可以认为废水处理达到
水质较好程度。
?
（二）、活性污泥法的基本流程
? 由曝气池、沉淀池，污泥回流，剩余污泥
排除系统组成。
活性污泥工作参数
? 微生物种类和数量
? 混合悬浮固体,1L曝气池混合液中所含
悬浮固体的干重。间接反映废水中微生
物浓度。
? 混合液挥发性悬浮固体：去除混合液中
无机物的重量，更接近活性污泥中微生
物的重量。
? 污泥沉降比：一定量的曝气池混合液，静置
30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比。
反映曝气池正常运行时的污泥量，大小也能反
映出污泥膨胀等异常现象。
? 污泥容积指数：曝气池中混合液经 30min静置
后的体积与污泥干重之比。反映污泥的凝聚性
和沉降性。
? 污泥负荷：在单位时间内，单位重量的活性污
泥能处理的有机物数量。
? 活性污泥法有多种池型及运行方式，常
用的有：
? 普通活性污泥法
? 完全混合式表面曝气法
? 吸附再生法等。
? 废水在曝气池内停留一般为 4～ 6小时，
能去除废水中的有机物（ BOD5） 90％左
右。
活性污泥法对废水的要求及运行
? pH在 6-9之间，不能波动太大。
? 进水中有机物浓度的控制：进水 BOD 500-
1000mg/ L。
? 水中养料要具有微生物生长所必需的基本
化合物和元素。 BOD:N:P=100:5:1。
? 水中有毒物的控制
? 溶解氧,2-4mg/ L.
? 2、完全混合式曝气池
? 一般机械曝气，也可鼓风曝气，多为圆形，
偶见方型或多边型，分合建与分建两种。
? 合建式，分建式。
? 3、推流完全混合结合式
? 在推流式曝气池中设置多个表曝机。
三、活性污泥的生长规律
及活性污泥法的运行方式
? （一）活性污泥增长曲线
? (二 ) 活性污泥的净化过程
? （三） 活性污泥法运行方式
（一）、活性污泥增长曲线
? 活性污泥微生物生长规律用增殖曲线表示（底物一次
投加，间歇培养）。分为适应期、对数增长期、减速
增长期、内源呼吸期。取决于营养物与微生物比值。
? 适应期；
? 对数增长期；
? 减速增长期；
? 内源呼吸期；
几个主要参数
? 1,BOD---污泥负荷：有机污染物的量 /活性污
泥量（ F/M）的比值。用 NS表示。
? F/M=NS=QLA/XV[KgBOD/(KgMLSS.d） ]
? Q---污水流量 m3/d
? La---进水有机物浓度（ BOD5）,Mg/L
? X---混和液悬浮固体浓度（ MLSS）,Mg/L
? V---曝气池容积 m3
? 含义,曝气池内单位重量（ KG）活性污泥，
在单位时间（ 1d）内能够接受能降解到预定程
度的有机污泥等物量（ BOD）。有时为表示有
机物去除情况，采取去除负荷 Nr：
?
?
?
? NS与处理效率，活性污泥特性，污泥生成量，
氧化消耗等有很大的关系。
?
a
ea
s
ea
r
L
LL
N
XV
LLQ
N
?
?
?
?
?
?
?
)(
? 2,BOD---容积负荷率，单位曝气时间单位容
积承担的有机底物 BOD5的量。
? NV=QLa× 10-3/V（ KgBOD5/m3,d）
? 3,污泥龄 ts，曝气池中活性污泥量与每日排
放的剩余污泥量之比。
? 4、回流比 R，回流污泥量与进水量之比。
R=Qr/Q。
)( d
x
Vx
t s
?
?
? 5、污泥的增长量：△ X,kg/d。
? △ X=aQ(La-Le)-bXV
? a---污泥产量，去除 1KgBOD5形成的 MLSS的 KG
数。
? B---自身氧化率
? Q---污泥流量 M3/D
? La Le---进出水 BOD5浓度
? X---混和液挥发性悬浮物固体浓度 MLVSS
? V---曝气池容积,M3
? 一般活性污泥中,a=0.3~0.72，平均 0.52，
b=0.02~0.18，平均 0.07。
(二 )活性污泥的净化过程
?分为吸附阶段和代谢阶段
?吸附阶段,污水和污泥在刚开始接触 5-
10分钟内出现了高的 BOD去除率。
?代谢阶段,包括合成代谢和分解代谢。
? 1,传统法（普通）：推流式，有机物浓度和需
氧量沿池长降低，供氧量沿池长均匀分布。
? 工艺特征：
?微生物的生长速率沿池长减少，微生物生长处在
前池的对数增长，经减速增长到池末的内源呼吸
期的完全生长周期。
?有机物在曝气池内降解经历第一阶段的吸附与第
二阶段的代谢。
? 优点,处理效果好,BOD去除率 90%以上。
? 缺点,抗冲击性差，池容大、基建费用高，供
氧和需氧矛盾。
?
（三）、活性污泥法运行方式
? 2、阶段曝气活性污泥法（分段进水、分步曝
气）通过改善进水方法，解决供氧与需氧矛盾。
? 工艺特征,污水沿池长分散进入曝气池。
? 优点,有机底物沿池均匀分布，负荷均衡。解
决了供氧与需氧矛盾，提高了曝气池对冲击负
荷的适应能力。
? 3、吸附再生法（接触稳定法、生物吸附法）
? 工艺特征,将活性污泥降解有机污染物的两
? 个过程 ---吸附与代谢稳定，分别在
? 各自的反应器内进行。
?吸附池,（ 30-60分钟），污水与活性很强的污
泥接触，吸附去除水中有机物，进二沉池进行泥
水分离。
?再生池,污泥回流至再生池进行分解合成代谢，
使污泥活性得以恢复。
?优点,池容小，基建费用低，抗冲击性强，吸附
池的污泥遭到破坏，可由再生池污泥予以补充。
?缺点,处理效果低于传统法, 不宜处理以溶解非
有机物为主的污水物质 。
五、活性污泥法的新发展
? 功能,脱氮、除磷
? 效能,提高供氧能力，污泥浓度，微生物代
谢功能等。
? （一）生物脱氮
? （二） 生物除磷
? （三）氧化沟
? （四）间歇活性污泥法
? （五） AB法
（ 2）生物膜法
? 使污水连续流经固体填料（碎石、煤渣
或塑料填料） 的滤床表面，其表面附着
的大量微生物群落可以形成一层黏液状
膜即生物膜
? 生物膜上的微生物吸附和降解水中的有
机污染物。
生物膜组成
? 生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较
多，表面积大，具有强吸附作用。
? 生物膜外表层的微生物一般为好氧菌，
内层为厌氧层。
生物膜中常见微生物
? 包括好气菌，厌气菌和兼性菌。
? 真菌、藻类、原生动物、蚊蝇幼虫
? 在生物滤池中兼性菌占优势。
? 生物滤池中 pH较低则以真菌为主。
? 滤池顶部有阳光处常有藻类生物只提供
氧。
? 生物膜法多采用的处理构筑物有生物
滤池、塔式滤池、生物转盘、生物接触
氧化池及生物流化床等。除此之外，土
地处理系统（污水灌溉）和氧化塘皆属
于生物处理法中的自然生物处理范畴。
塔式滤池
? 高可达 20米，延长了污水、生物膜
和空气的接触时间。有机负荷为
2000-3000（ BOD） / 立方米 /天
? 轻质塑料滤料，附着菌胶团和游离
的细菌，下层为原生动物和轮虫
? 可分层进水、进风
? 注意废水预处理，防止滤料堵塞
? 占地面积小，适用于大城市处理负
荷大的废水。
生物凝聚劑
進流
污水
反應
沉降
分離
澄清
污泥無毒性
可生物分解
排放水
2．厌氧生物处理法
? (1)液化发酵阶段：废水中的可溶性及悬
浮性有机物主要被细菌作用，有机酸不
断积累。
? 蛋白质、纤维素、脂肪 ?有机酸、醇类
? 菌种,厌氧或兼性厌氧菌 梭状芽孢杆菌，
胞硫弧菌，乳杆菌，大肠杆菌等。
纤维素
蛋白质
脂 肪
纤维酶
蛋白酶
脂肪酶
双糖或单糖
多肽和氨基酸
脂肪酸和甘油
第一阶段 ─水解发酵
? 2) 产氢产乙酸阶段
? 脂肪酸、醇 ?乙酸,H2和 CO2
? 两种细菌的共生体
? S菌氧化乙醇产生 H2
? MOH：以 H2为氢供体还原 CO2产生甲烷
单 糖
氨基酸
脂肪酸
产酸菌
乙酸
丙酸＋ CO2
＋氢气
醇类
可
溶
性
物
质
简
单
化
合
物
第二阶段 ──产酸
? 3）产甲烷阶段
? 乙酸、甲酸、甲醇,CO2, H2 ?甲烷
? 产甲烷菌，严格厌氧菌
? CO2 + 4H2 ? CH4 + 2H2O
乙酸
丙酸 甲烷菌
甲烷＋
二氧化
碳醇类
简
单
化
合
物
第三阶段 --产甲烷
? 优点
? 1、操作不消耗动力；
? 2、可以处理高浓度有机废水；
? 3、副产物甲烷可以作燃料。
? 缺点
? 1、分解有机物的速度慢；
? 2、需要大体积的处理槽；
? 3,BOD的消除率低于好气处理。
? 常先用厌氧法处理再好氧法处理。
沼气发酵是复杂的微生物学过程，
只有有了大量的沼气微生物，并使
各种类群的微生物得到最佳的生长
条件，各种有机物原料才会在微生
物的作用下转化为沼气。
五,沼气发酵原理
(一 ) 沼气微生物
沼气发酵是指各种 有机物 在
一定的 水分, 温度 和 厌氧条件
下，被各类 沼气微生物 分解转
化，最终生成沼气的过程。
沼
气
微
生
物
不产甲烷菌
产甲烷菌
发酵性细菌
产氢产乙酸菌
耗氢产乙酸菌
食氢产甲烷菌
食乙酸产甲烷菌
1.沼气微生物的种类
不产甲烷菌能将纤维、半纤维、
淀粉、蛋白质、脂肪等复杂有机
物分解成乙酸、丙酸、丁酸等简
单的小分子量的物质，为产甲烷
菌提供基质。
不产甲烷菌
产甲烷菌是沼气发酵微生物
的核心, 它们 严格厌氧, 适宜
在中性环境中繁殖, 依靠乙酸,
二氧化碳和氢生长, 并以废物
的形式排出甲烷 。
产甲烷菌
有机质 水解 产酸
产甲烷 沼气
(二） 沼气发酵过程
● 充足的沼气发酵原料
●质优量多的沼气微生物
●严格厌氧的生态环境
●尽量高的发酵温度
●适宜的酸碱度
●合适 的 负荷
●持续的搅拌
(三 ) 沼气发酵条件
(一 ) 沼气发酵原料
原料是沼气微生物赖以生存和
产生沼气的物质基础 。 按 物理形
态 分为 液态原料 和 固态原料 ；按
营养成分 为 富氮原料 和 富碳原料 。
富氮原料通常指动物粪便, 这
类原料经过动物肠胃系统的充分
消化, 颗粒细小, 含有大量低分
子化合物和较高的含水量, 做沼
气原料, 容易分解, 产气很快,
发酵期较短 。
富 氮 原 料
富碳原料通常指秸秆等农作
物的残余物, 这类原料富含纤维
素, 半纤维素, 果胶以及难降解
的木质素和植物蜡质 。 干物质含
量高, 质地疏松, 比重小, 厌氧
分解慢, 产气周期长 。
富 碳 原 料
沼气发酵细菌消耗碳的速度比
消耗氮的速度要快 25～ 30倍 。 因
此, 碳氮比例 配成 25～ 30:1可以
使沼气发酵在合适的速度下进行 。
原料碳氮比
如果碳氮比例失调，就会
使产气和微生物的生命活动受
到影响，以致抑制或者停止。
原料碳氮比
沼气发酵微生物包括有机质分
解菌和产甲烷菌两大菌群，人工
制取沼气的核心菌落是甲烷菌群，
自然界一切具备厌氧条件和有机
物的地方都可以找到它们的踪迹。
（ 二） 沼气发酵微生物
（三） 严格的厌氧环境
产甲烷微生物是严格的厌氧
菌，只能在无氧的生态环境中
生存和繁殖。人工制取沼气的
首要外因条件是建造一个不漏
气的 厌氧发酵装置。
温度是制约沼气产量的重要因
素，在 10℃ 到 60℃ 的范围内，沼
气均能正常发酵产气。在这一温
度范围内，一般温度愈高，微生
物活动愈旺盛，产气量愈高。
（四） 合适的发酵温度
温度对产气率的影响
沼气发酵最适宜酸碱度
(pH)为 6.8～ 7.4,pH值
在 6.4以下,7.6以上对发
酵都要产生抑制作用。
（五）适宜的酸碱度
农村沼气池的负荷一般用发酵
原料的浓度来表示,其大小由厌氧
活性污泥的数量、活性及发酵温
度等因素决定。 夏季 ６ %～ 8%,
秋冬季 10%～ 12%。
（六）合适的负荷
静态发酵沼气池随着发酵
时间的推移，由下向上逐步
分成 沉渣层, 活性层, 清液
层, 浮渣层 。
（七）持续搅拌
搅拌可以使发酵原料分布
均匀, 增加微生物与原料的接
触面, 增强微生物的活性, 产
气量可提高 30%以上 。
持续搅拌
? 光合细苗：一大类能进行光合作用的原
核生物的总称，体内有光合色素，厌氧
光照条件下进行光合作用。
光合细菌和藻类处理废水
氧化塘
? 净化废水原理：菌藻共生的生态对有机物的好
气分解，有机物的甲烷发酵和光合作用同时进
行的过程。好气细菌分解有机物的氧来自藻类
光合作用中释放的和大气扩散进入水体的氧。
? 好气细菌在代谢过程中除合成自身原生质，还
产生 CO2，水，无机盐类等供藻类利用，藻类
又为水生动物提供饵料并重新放出 CO2。
二、污水处理流程
? 一级处理：主要是去除污水中呈悬浮状的固体
污染物质，物理处理法中的大部分用作一级处
理。经一级处理后的污水,BOD只能去除 30％
左右。
? 二级处理：是大幅度地去除污水中呈胶体和溶
解状态的有机性污染物质（即 BOD物质），常
采用生物法，去除率（ BOD）可达 90％以上，
处理后水中的 BOD5含量可降至 20～ 30mg/L，一
般污水均能达到排放标准。
? 但经二级处理后的污水中仍残存有微生物不
能降解的有机污染物和氮、磷等无机盐类。
? 深度处理往往是以污水回收、再次复用
为目的：进一步去除废水中的悬浮物质、
无机盐类及其他污染物质。
? 常用的有生物脱氮法、混凝沉淀法、活
性炭过滤、离子交换及反渗透和电渗析
等。
（一）城市污水处理的典型流程
（二）炼油厂废水处理的典型
流程
三、污泥处理、利用与处置
? 一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占处理
污水量的 0.3％～ 5％（含水率以 97％计）
? 污泥的成分：
? 很多有毒物质，如病原微生物、寄生虫卵及重
金属离子等
? 也可能含有可利用的物质如植物营养素、氮、
磷、钾、有机物等。
? 一般污泥处理的费用约占全污水处理厂运行费
用的 20％～ 50％。
? （一）污泥的脱水与干化, 污泥在浓缩池内静
止停留 12～ 24小时，体积缩小为原污泥体积的
1/3。
? （二）污泥消化：
? 1.厌氧消化：将污泥置于密闭的消化池中，利
用厌氧微生物的作用，产生沼气
? 2．污泥好氧消化：利用好氧和兼氧菌，在污
泥处理系统中曝气供氧，微生物分解生物可降解
的有机物（污泥）及细胞原生质。
? 3．污泥的最终处理
? 肥料
? 焚烧
? 填地或充作筑路材料
? （一）污泥的脱水与干化
微生物处理发酵工业废水的展望
? 直接厌气处理
? 有机废水生产酵母蛋白饲料
? 光合细菌处理发酵工业潜力巨大，作为
饵料和饲料。
有微生物，才有我们一方自然净土
清洁生产
? 是指整体预防的环境战略持续应用于生
产过程和产品中，以期减少对人类和环
境的风险。
? 通过用清洁的能源和原材料，采用清洁
的工艺和设备，无污染或少污染的生产
方式，加上科学的严格的管理措施，来
实现和产清洁的产品。
? 包括评价生态系统，转化污染物质做到
无废排放，开发和生产对环境安全的生
产工艺和可降解材料。
? 它包含两个全过程控制
? 生产全过程控制：清洁生产包括节约原
材料和能源, 消除或减少有毒有害原材
料, 尽最大可能减少废弃物的毒性和排
放量 。
? 产品生命周期全过程控制：清洁生产旨
在减少产品在整个生命周期过程中对人
类和环境的影响 。
清洁生产的基本内容
? 第一, 清洁的能源 。
? 清洁利用矿物燃料
? 提高能源利用率
? 加速开发水能资源
? 优先发展水力发电
? 积极稳妥地发展核能发电；
? 开发利用太阳能, 风能, 地热能, 海洋能,
生物能等可再生新能源 。
? 第二,清洁的生产过程。
? 采用少废、无废的生产工艺和高效生产设备；
? 尽量少用、不用有毒有害的原料；
? 减少生产过程中的各种危险因素和有毒有害的
中间产品；
? 优化工艺操作参数；
? 加强生产自动控制；
? 完善生产现场管理等。
? 第三,清洁的产品。
? 产品应具有合理的使用功能和使用寿命；
? 产品本身及在使用过程中，对人体健康
和生态环境不产生任何不良影响和危害；
? 产品失去使用功能后，应易于回收、再
生和复用等。
实施清洁生产基本途径
? 原材料 (能源 )有效使用和替代
? 工艺和设备的革新
? 运行操作管理的改进
? 产品改革及重新设计
? 生产系统内部循环利用
