第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础

水污染控制工程第十一章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础杨爽化学与环境工程学院目录第一节概述第二节污水生物处理基本原理第三节微生物的生长规律和生长环境第四节反应速率和反应级数第五节微生物生长动力学第一节概述生物处理法好氧生物处理厌氧生物处理自然条件下人工条件下自然条件下人工条件下水体净化土地处理活性污泥法生物膜法堆肥厌氧稳定塘化粪池厌氧消化池厌氧接触池厌氧生物膜上流式厌氧污泥床两相厌氧消化法稳定塘生态系统塘快速渗滤地表漫流慢速渗流污水渗透处理普通活性污泥法吸附再生法AB法SBR法氧化沟法A/O法生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床厌氧生物滤池氧生物转盘厌氧流化床第二节污水生物处理基本原理一、发酵与呼吸（一）发酵：指供氢体和受氢体都是有机物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物。（大分子→小分子）C6H12O6→2CH3COCOOH+4[H]2CH3COCOOH→2CO2+2CH3CHO4[H]+2CH3CHO→2CH3CH2OH总反应式：C6H12O6→2CH3CH2OH+2CO2+92.0KJ（二）呼吸微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的生理功能。微生物的呼吸按呼吸过程与氧的关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。1.好氧呼吸（1）异养微生物的好氧呼吸：以有机物为底物，最终产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时释放能量。C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2817.3KJC11H29O7N+14O2+H+→11CO2+13H20+NH4++能量（2）自养微生物好氧呼吸：以无机物为底物，其最终产物也是无机物，同时释放能量。H2S+2O2→H2SO4+能量NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+能量（3）缺氧呼吸：指以无机氧化物，如NO3-、NO2-、SO42-等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。如反硝化作用：C6H12O6+6H2O→6CO2+24[H]24[H]+4NO3-→2N2↑+12H20总反应式：C6H12O6+4NO3-→6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6KJ同一种底物：通过呼吸释放的能量：好氧呼吸缺氧呼吸发酵(p84,表11-1）二、废水的好氧处理好氧生物处理指有分子氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。处理对象：以胶体或溶解态存在的有机物。适用范围：中、低浓度有机废水，或BOD5小于500mg/l的有机废水。特点：反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积小，处理过程散发臭气较少图11-1好氧生物处理过程中有机物转化示意图好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把1/3有机物分解为无机物，把2/3有机物合成为微生物自身，当活性污泥进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化和无害化。有机物+氧M分解代谢合成代谢原生质H2O、CO2、NH3+能量内源呼吸净增细胞物质M、O2H2O、CO2、NH3、SO42-、PO43-+能量（有氧呼吸）1/32/3放热合成代谢方程式：CXHYOZ+NH3+O2→C5H7NO2+CO2+H2O-能量三、废水的厌氧生物处理在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。适用范围：有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD5≥2000mg/l）特点：不需加氧，故运行费用低，剩余污泥少，可回收能量。缺点反应速度慢，反应时间长，处理构筑物容积大。I类产物甲酸甲醇甲胺乙酸等通过不同途径转化为CH4、CO2等废水或污泥中不溶态大分子有机物蛋白质多糖脂类氨基酸C6H12O6甘油脂肪酸II类产物丙酸丁酸乳酸乙醇等水解酸化产氢产乙酸产甲烷发酵菌甲烷菌产氢产乙酸菌CO2[H]乙酸发酵菌图11-2厌氧生物处理过程中有机物转化示意图废水的厌氧生物处理可分为三个阶段，大分子有机物（不溶性）→小分子有机物（溶解性）、无机物→有机酸、无机物→CH4、CO2、NH3、H2S，使有机物得以降解和稳定。好养生物处理与厌氧生物处理的比较比较内容比较结果作用者好氧生物处理的作用者主要是好氧微生物；而厌氧生物处理的作用者主要是厌氧微生物代谢产物在好养生物处理中，有机物转化为CO2、H2O、NH3、PO43、SO42-等简单无害的有机物；而厌氧生物处理中，有机物一次转化为多种中间产物和CO2、H2、H2S、NH3等，产物较为复杂，最终产物CH4气体可作为燃料反应速率好氧生物处理，有机物转化速率快，处理单位废水所需的处理设备较小；而厌氧生物处理的速率较慢，单位废水所需设备较大环境条件要求好养处理要求充分供氧，对其他环境条件要求不太严格；而厌氧生物处理要绝对在厌氧的环境下，对其他条件（如温度、pH值等）要求也较严格主要处理对象好养处理对象为中、低浓度的废水；而厌氧处理主要为高浓度的废水及有机污泥等第三节微生物的生长规律和生长环境一、微生物的生长规律按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：适应期对数期稳定期（减速期、静止期）衰亡期（衰老期）适应期对数期稳定期衰亡期微生物生长曲线时间细菌对数二、微生物的生长环境1.微生物的营养碳源、氮源、磷源是微生物生长所需的必要营养物质，其比例一般为BOD5：N：P=100：5：1。2.温度按温度可把微生物分为低温性（5-20℃）、中温性（20-45℃）、高温性（45-80℃）三类。好氧生物处理中，以中温性微生物为主，所以适宜温度为25-37℃。厌氧生物处理甲烷菌为中温菌，其它阶段为高温菌，所以厌氧生物处理如果产甲烷温度控制在33-38℃，如果不产甲烷，只是发酵产酸温度控制在52-57℃比较适宜。3.PH值活性污泥最适宜的PH值范围是6.5-8.5。4.溶解氧影响生物处理效果的重要因素。好氧生物处理溶解氧一般以2-3mg/L为宜。厌氧生物处理不能有氧。5.有毒物质重金属等有毒物质能使微生物细胞结构遭到破坏以及生物酶变性，失去活性。