有机废水处理学术报告.ppt

* 1 有机废水及其环境污染 水是宝贵的自然资源，水是地球上一切生命赖以生存的物质基础之一。20世纪以来全世界人口增长了3倍，经济增长了20倍，用水量增长了10倍，水资源的匮乏已严重威胁着世界经济的发展和人类的生存。据专家预测，水资源危机将成为21世纪继能源危机后又一全球性危机。 我国是一个水资源非常紧缺的国家，人均水资源拥有量约为2200m3，仅为世界平均水平的1/4，而且时空分布极不均衡。目前全国有16个省人均水资源拥有量低于联合国确定的1700m3用水紧张线，其中有10个省低于500m3的严重缺水线，全国669座城市中400座供水量不足，110座严重缺水，造成工农业用水紧张。城乡争水、地区间争水、超采地下水和挤占生态环境用水，水资源不足已成为我国经济社会发展的制约因素。 水环境的有机污染是一个全球性的问题，其严重程度、性质和危害是随着工业的发展而不断发展和变化的。20世纪特别是50年代以来，化学工业的发展使人工合成的有机物种类与数量与日俱增。据有关资料报道，1880年人们知道的有机物有1.2万种，1910年增加至15万种，1940年达到40万种，1978年俱增至500万种，目前已知的有机物种类约为700多万种，并仍然以每年数以千计的速度在上升，全球合成有机物总量已达2.5亿吨。 有机物始终是造成水体污染最重要的污染物，它是水体变黑、发臭的主要因素。废水中有机物的来源主要为工业废水和城市污水，1999年全国废水排放总量为401.1亿吨，其中工业废水排放量为197.3亿吨，生活污水排放量为203.8亿吨，废水中COD排放总量为1388.9万吨，其中工业废水COD排放量为691.7万吨，生活污水COD排放量为697.2万吨。 世界主要国家人均水资源对比 我国七大水系水污染现状 近20年来随着社会经济的高度发展以及城市化和工业化进程的加快，水污染和水资源短缺问题已严重制约着我国社会经济的可持续发展，影响了人民群众的生活和身体健康。对此我国政府已高度重视，制定了相关的法律法规来控制水体污染，以保证我国社会经济持续稳定的发展。 2 厌氧生物处理 理论与技术的发展 厌氧生物处理是废水生物处理技术的一种方法。厌氧生物处理是在无氧的环境中，利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化成甲烷、二氧化碳等的过程。在厌氧处理过程中，复杂的有机化合物被降解，转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。厌氧生物处理包括多种不同类型的微生物所完成的代谢过程，是一个相互影响、相互制约、同时进行的极其复杂的生物化学过程。 从20世纪30年代开始，厌氧消化过程被认为是由不产甲烷的发酵性细菌和产甲烷的细菌共同进行的两阶段过程，如图1--1所示。第一阶段由发酵性细菌把复杂有机物进行水解和发酵，形成脂肪酸、醇类、CO2、H2等；第二阶段是由产甲烷细菌将第一阶段的一些发酵产物转化为CH4和CO2的过程。第一阶段常称作酸性发酵阶段，第二阶段则被称作碱性或甲烷发酵阶段。这个两阶段理论简要地描述了厌氧消化过程，在相当长时间内指导着生产实践，被应用于厌氧生物处理过程的动力学描述。但是两阶段理论实际上没有全面地反应厌氧消化的本质。研究表明，产甲烷菌能利用甲烷、乙酸、甲醇、甲基胺类、H2/CO2，但不能利用两碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇类产生甲烷，因此两阶段理论难以确切的揭示脂肪酸或醇类是如何转化为CH4和CO2的。 1967年Bryant等人通过研究发现厌氧消化过程中一种新型微生物的相互关系，即严格共生关系，由此提出了厌氧消化的三阶段理论，与此同时Zeikus提出了厌氧消化过程的四菌群理论，于是便形成了“三阶段四菌群”理论，见图1--2。 三阶段消化的第一阶段是在水解发酵细菌的作用下，把碳水化合物、蛋白质与脂肪等复杂有机物通过水解与发酵转化成脂肪酸、H2、CO2等产物；第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成H2、CO2和乙酸；第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，把第二阶段的产物转化为CH4和CO2等产物。一组把H2和CO2转化成甲烷，即： 4H2 +CO2 =CH4+2H2O 另一组是乙酸脱羧转化为甲烷，即： CH3COOH=CH4 +CO2 厌氧消化过程中还存在一个横向转化过程，即在同型产乙酸菌的作用下把H2和有机质转化为乙酸。 “三阶段四菌群”理论实质上是二阶段理论的补充和发展，更好地揭示了厌氧消化的本质。 在厌氧消化过程中将参与反应的细菌根据其代谢的差异划分为四类菌群，即水解发酵细菌群、产氢产乙酸细菌群、同型产乙酸细菌群和产甲烷细菌群。发酵性细菌有兼性的，也有厌氧的，在自然界中数量较多。而甲烷细菌是专性厌氧菌，它们对环境的变化，如PH值、碱度、重金属离子、硫化物和温度等的变化比发酵性细菌敏感