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第一讲废水处理物理、化学、生物法优缺点分析1、污水处理的物理法污水处理的物理法是通过沉淀，过滤处理，净化污水。优点：不需要害怕会残留化学物质（污水处理所用的）、物理法速率较快，只是准备工作较多。缺点：可能会处理的不干净。2、污水处理的化学法污水处理的化学法是指向废水中加入化学药剂如明矾等化学药品，使其与污染物发生化学反应而生成无害物的过程。优点：化学法不必基建、且原污水中的物质处理的干净、时间周期较长，可持续性不错。缺点：运行期间需要添加化学药剂，可能会残留化学物质（污水处理所用的）、前期准备周期慢。3、污水处理的生物法污水处理的生物法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。通过人为的创造适于微生物生存和繁殖的环境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物的效率。优点：与化学法相比，微生物处理法具有经济、高效的优点，并可实现无害化、资源化，所以长期以来始终占重要位置。缺点：生物法需要基建，占地面积大，水量比较大的话合适。从污水处理的历史来看,早期的污水处理都是物理法、化学法,简单的说就是机械隔离,投加絮凝剂,物理自由沉淀,但是这样的办法导致药耗量很大,污泥量极大,所以之后的污水处理普遍转向生物法,即通过活性污泥来分解污水中的有机物。污水处理厂分一级、一级强化、二级、三级等,只有在二级及以后的才是采取生物法。第二讲废水生物化学处理基础1、在好氧条件下，废水中有机物的去除主要是由哪几个生物过程完成的？请分别给出其反应方程式。(1)分解反应（氧化反应、异化代谢、分解代谢）CHONS(有机物的组成元素)+O2→CO2+H2O+NH3+SO42-+…+能量(2)合成反应（合成代谢、同化作用）CHONS+能量→C5H7N02（细胞物质）(3)内源呼吸（细胞物质的自身氧化）C5H7N02+O2→CO2+H2O+NH3+SO42-+…+能量有机物质在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳、水，并释放出大量能量的过程称为生物氧化。又称细胞呼吸或组织呼吸。特点：生物氧化和有机物质体外燃烧在化学本质上是相同的，遵循氧化还原反应的一般规律，所耗的氧量、最终产物和释放的能量均相同。（1）是在细胞内进行酶催化的氧化过程，反应条件温和（水溶液中PH约为7和常温）。（2）在生物氧化的过程中，同时伴随生物还原反应的产生。（3）水是许多生物氧化反应的供氧体，通过加水脱氢作用直接参与了氧化反应。（4）在生物氧化中，碳的氧化和氢化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递给氧并最终生成水。（5）生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都有特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步反应的模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能源利用率。（6）生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。生物氧化的方式有三种：（1）脱氢：底物在脱氢酶的催化下脱氢。（2）加氧：底物分子中加入氧原子或氧分子。（3）脱电子：底物脱下电子，使其原子或离子价增加而被氧化。失去电子的反应为氧化反应，获得电子的反应为还原反应。2、请解释为什么对于同样数量基质，细菌的合成量在好氧条件下会大于厌氧条件下？有氧呼吸是一种较无氧呼吸更具效率的呼吸方式，在有氧条件下，非厌氧细菌的生物活性加大，新陈代谢更旺盛，繁殖加快，不管是自身合成量还是产物合成量都比较多。好氧池的作用是让活性污泥进行有氧呼吸，进一步把有机物分解成无机物，去除污染物的功能。运行好是要控制好含氧量及微生物的其他各需条件的最佳，这样才能是微生物具有最大效益的进行有氧呼吸。厌氧生物处理就是在厌氧条件下微生物降解废水中的有机物；好氧生物处理就是在有氧条件下微生物降解废水中的有机物。厌氧生物处理,处理大分子量的有机物。主要是将大分子量的有机物分解成较小分子量的有机物并将其中一部分的有机物转化成甲烷等可利用的能源。好氧生物处理处理经厌氧生物处理后的废水中分子量较小的有机物并将其分解成无机物,分解的无机物在二沉池加入一定量的混凝剂或絮凝剂将其沉降与水分离从而达到废水净化的目的。厌氧处理是利用厌氧菌的作用，去除废水中的有机物，通常需要时间较长。厌氧过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段。水解酸化的产物主要是小分子有机物，使废水中溶解性有机物显著提高，而微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内，而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢。例如天然胶联剂（主要为淀粉类），首先被转化为多糖，再水解为单糖。纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖与葡萄糖。半纤维素被聚木糖酶等水解成低聚糖和单糖。水解过程较缓慢，同时受多种因素的影响，是厌氧降解的限速阶段。在酸化这一阶段，上述第一阶段形成的小分子化合物在发酵细菌即酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细菌体外，主要包括挥发性有机酸（VFA）、乳醇、醇类等，接着进一步转化为乙酸、氢气、碳酸等。酸化过程是由大量发酵细菌和产乙酸菌完成的，他们绝大多数是严格厌氧菌，可分解糖、氨基酸和有机酸。第三讲活性污泥法自学CSTR活性污泥系统的设计一节，总结设计步骤及所需参数。准备设计资料：（1）废水的性质，如BODL、氮及磷浓度、pH及水温等；（2）出水水质要求；（3）由实验或其他来源得到的生化动力学常数ko、K、YG及b；（4）污泥沉降速度数据。步骤:1、确定最短的污泥龄θcmin并选用设计θc值。（参数：以BODL为ρ）2、计算反应器容积。（参数：细菌质量浓度差X）3、计算反应器内氧的摄入率Ro2。（参数：去除速率Ro，需氧量的摄入速率Rg）4、二次沉淀池的设计。（参数：根据沉淀试验所得的固体下沉速率v及固体浓度ρ，底流速度u，底流固体通量ψ，沉淀池的面积Ac）5、设计统合。为了对活性污泥法进行整体的评价比较，应将各种条件下的总池容（反应器容积V+二沉池容积Vc）计算出来，这种过程成为设计统合。第四讲活性污泥法对比活性污泥法与生物膜法各自的优缺点及应用范围活性污泥法和生物膜法一样，同属好氧生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则上要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。下面以活性污泥法为参照，比较它们之间的优缺点：（1）生物膜法优点：①固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。②不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。而活性污泥法则容易发生污泥膨胀。③由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留时间长的微生物被排出曝气池，因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向膜中生物种群具有一定分布。④同高营养级的微生物存在，有机物代谢对较多的转移为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。⑤采用自然通风供氧。（2）生物膜法缺点：①活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差。而活性污泥法运行比较方便灵活。②由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。而且需要较多的载体填料和支撑结构，通常基建投资超过活性污泥法。③处理出水往往含有较大的脱落的生物膜片，使得出水澄清度降低。而活性污泥法在正常情况下获得比较好的澄清水。(3)应用范围活性污泥和生物膜法系统是当前污水处理领域应用最广泛的两种处理技术。活性污泥法是目前应用最广泛的好氧生物处理技术，保证活性污泥处理系统成功运行的基本条件是：1.废水中含有微生物所需的C、N、P等营养物质及元素；2.混合液中含有足够的溶解氧；3.活性污泥应与废水充分的接触；4.活性污泥需连续回流，并及时排放剩余污泥，使混合液保持适量的活性污泥；5.废水中含有的有毒污染物质的量足够低，对微生物不能构成抑制作用。生物膜法是一种高效的废水处理方法，具有污泥量少，不会引起污泥膨胀，对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力，运行管理简单等特点。他们能有效的应用于生活污水、城市污水和各种工业废水的处理中。活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物悬浮与附着之分，更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中，有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面，进而进到生物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化，最终形成各种代谢产物。另外，在生物膜反应器中，由于微生物被固定在载体上，从而实现了SRT与HRT（水力停留时间）的分离，使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。第六讲生物膜法自学课本P359-366，详述大分子物质水解基本途径1、大分子有机物或不溶性有有机物必须先经过微生物水解酶类的水解作用，变成小分子或有溶性有机物，然后再进一步降解。（1）蛋白质的水解，蛋白质必须经过微生物蛋白酶的分的氨基酸一部分合成为物质的原料而被利用，另一部分继续分解为氨、CO2和H20，或有机酸及硫、磷化物。（2）脂肪的水解，脂类被碱水解后产生醇（一般为甘油醇）和脂肪酸。脂肪的水解是逐步进行的，每一步水解只能水解出一个脂肪酸，经过三次水解后，就水解成一个分子甘油和三个脂肪酸分子。（3）多糖的水解，多糖在水中只能成胶态液体，不能成真溶液，纤维素不溶于水。2、单糖、氨基酸和脂肪酸的代解绝大多数异养型微生物都能利用葡萄糖和果糖作为它们的碳源和能源，其他的已糖，先要在细胞内转化为葡萄糖再被利用。