污水生物处理基本概念和生化反应动力学基础讲稿.ppt

关于污水生物处理基本概关于污水生物处理基本概念和生化反应动力学基础念和生化反应动力学基础第一页，讲稿共九十五页哦 1.1.污水生物处理技术的起源和发展污水生物处理技术的起源和发展2.2.微生物的特点和污水生物处理的概微生物的特点和污水生物处理的概念念3.3.污水生物处理工艺的应用历史污水生物处理工艺的应用历史4.4.污水生物处理技术的发展过程、前污水生物处理技术的发展过程、前景展望景展望第一节第一节 概述概述第二页，讲稿共九十五页哦环境生物技术环境生物技术-现代生物技术与环境现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科在解决环境工程相结合的新兴交叉学科在解决环境污染问题中具有非常重要的作用。污染问题中具有非常重要的作用。环境生物技术的核心是环境生物技术的核心是微生物工程微生物工程1.1.污水生物处理技术的起源和发展污水生物处理技术的起源和发展第三页，讲稿共九十五页哦2.2.微生物对污染物降解的巨大潜力微生物对污染物降解的巨大潜力(1)(1)个体微小、比表面积大、代谢速率快个体微小、比表面积大、代谢速率快l 较大的酵母菌，一般为椭圆形，宽1-5um,长5-30um。第四页，讲稿共九十五页哦l比表面积大比表面积大：大肠杆菌与人相比，其比表面积：大肠杆菌与人相比，其比表面积约为人的约为人的3030万倍，为营养物的吸收与代谢产物万倍，为营养物的吸收与代谢产物的排泄奠定了基础；的排泄奠定了基础；l代谢速度快代谢速度快：发酵乳糖的细菌在：发酵乳糖的细菌在1hr1hr内可分解其内可分解其自重的自重的100010 000100010 000倍；假丝酵母（倍；假丝酵母（Candida Candida utilisutilis）合成蛋白质的能力比大豆强）合成蛋白质的能力比大豆强100100倍，比倍，比食用公牛强食用公牛强1010万倍。万倍。第五页，讲稿共九十五页哦(2)种类繁多、分布广泛、代谢类型多样种类繁多、分布广泛、代谢类型多样lW.B.Whitman(U.Of Georgia)细菌普查，地球上存在51030个细菌,非常活跃的群体在海、陆、空等一般环境和极端环境中的极端环境微生物；lPseudomonas cepacia：能降解90种以上有机物甲基汞、有毒氰、酚类化合物等都能被微生物作为营养物质分解利用。第六页，讲稿共九十五页哦(3)(3)繁殖快、易变异、适应性强繁殖快、易变异、适应性强l大肠杆菌在条件适宜时大肠杆菌在条件适宜时17min17min就分裂一次；有一种假单就分裂一次；有一种假单胞细菌在不到胞细菌在不到10min10min就分裂一次；就分裂一次；l低温、高温、高压、酸、碱、盐、辐射等条件下可以低温、高温、高压、酸、碱、盐、辐射等条件下可以快速适应；快速适应；l对于进入环境中的对于进入环境中的“陌生陌生”污染物，微生物可通过突污染物，微生物可通过突变而改变原来的代谢类型而降解之变而改变原来的代谢类型而降解之第七页，讲稿共九十五页哦l废水生物处理技术经历了百余年的发展和应用，发废水生物处理技术经历了百余年的发展和应用，发挥了巨大的作用，取得了很大的进步。挥了巨大的作用，取得了很大的进步。l污水处理技术离尽善尽美还相差很远，污水处理技术离尽善尽美还相差很远，主要缺点主要缺点：生化环境不够理想、微生物数量不够多、生化环境不够理想、微生物数量不够多、反应速率尚低、处理设施的基建投资和运行费用很反应速率尚低、处理设施的基建投资和运行费用很高、运行不够稳定、难降解有机物处理效果差等。高、运行不够稳定、难降解有机物处理效果差等。3.污水生物处理的历程及前景展望第八页，讲稿共九十五页哦l从可持续发展的战略观点来衡量：从可持续发展的战略观点来衡量：废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污泥量大、释放较多二氧化碳等缺点。泥量大、释放较多二氧化碳等缺点。l利用微生物的无穷潜力和反应设备的发展及相关学科技利用微生物的无穷潜力和反应设备的发展及相关学科技术的进步，与其他工艺相交叉，利用协同作用。废水生术的进步，与其他工艺相交叉，利用协同作用。废水生物处理工艺必将取得更大的发展，发挥更大的作用。物处理工艺必将取得更大的发展，发挥更大的作用。第九页，讲稿共九十五页哦第二节第二节 污水生物处理的污水生物处理的基本原理基本原理第十页，讲稿共九十五页哦1.1.微微 生生 物物 的的 新新 陈陈 代代 谢谢 新陈代谢新陈代谢：微生物不断从：微生物不断从外界外界环境中环境中摄取营养物摄取营养物质，质，通过生物酶催化的复杂通过生物酶催化的复杂生化反应生化反应，在，在体内体内不断进行不断进行物质物质转化和交换转化和交换的过程。的过程。分解代谢分解代谢：分解分解复杂营养物质，降解高能化合物，复杂营养物质，降解高能化合物，获得能量。获得能量。合成代谢：合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转通过一系列的生化反应，将营养物质转 化为复杂的细胞成分，化为复杂的细胞成分，机体制造机体制造自身。自身。第十一页，讲稿共九十五页哦新陈代谢新陈代谢合成代谢合成代谢(同化作用同化作用)分解代谢分解代谢(异化作用异化作用)复杂物质分解为简单物质复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质简单物质合成为复杂物质吸收能量吸收能量释放能量释放能量能量代谢能量代谢物质代谢物质代谢分解与合成的相互关系：分解与合成的相互关系：1 1）二者不可分，而是相互依赖的；）二者不可分，而是相互依赖的；a a、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；解提供物质基础；b b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。2)2)对有机物的去除，二者都有重要贡献；对有机物的去除，二者都有重要贡献；3 3）合成量的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整）合成量的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的个城市污水处理厂的4050%4050%）。）。第十二页，讲稿共九十五页哦2.2.微微 生生 物物 的的 呼呼 吸吸 一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有生命。有生命。呼吸作用的生物现象：呼吸作用的生物现象：呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其他生命呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其他生命活动，多余的能量以热量形式释放。活动，多余的能量以热量形式释放。通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。第十三页，讲稿共九十五页哦微微 生生 物物 的的 呼呼 吸吸 类类 型型微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能好氧呼吸好氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸根据氧化的底物、氧化产物的不同根据氧化的底物、氧化产物的不同 按反应过程中的最终受氢体的不同按反应过程中的最终受氢体的不同 自养型微生物自养型微生物 无氧呼吸无氧呼吸异养型微生物异养型微生物发发 酵酵根据受氢体的不同分为根据受氢体的不同分为第十四页，讲稿共九十五页哦好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。过一系列氧化还原反应获得能量的过程。有分子氧有分子氧参与的生物氧化，参与的生物氧化，反应的反应的最终受氢最终受氢体体是分子氧。是分子氧。依好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物依好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物不同，氧化产物也不同。好氧呼吸有不同，氧化产物也不同。好氧呼吸有异养型异养型微微生物呼吸和生物呼吸和自养型自养型微生物呼吸两种微生物呼吸两种 。好好氧氧呼呼吸吸第十五页，讲稿共九十五页哦1.1.异养型微生物异养型微生物 异养型微生物以异养型微生物以有机物为底物有机物为底物（电子供体），其终点产物为二（电子供体），其终点产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时放出能量。如下式所示：氧化碳、氨和水等无机物，同时放出能量。如下式所示：有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等属于这种类型的呼吸。泥的好氧消化等属于这种类型的呼吸。第十六页，讲稿共九十五页哦2.2.自养型微生物自养型微生物 自养型微生物以自养型微生物以无机物为底物无机物为底物（电子供体），其终点产物也是无机（电子供体），其终点产物也是无机物，同时放出能量。物，同时放出能量。大型合流污水沟道和污水沟大型合流污水沟道和污水沟道存在该式所示的生化反应道存在该式所示的生化反应生物脱氮工艺中的生物硝化生物脱氮工艺中的生物硝化过程过程 光能自养微生物光能自养微生物：需要阳光或灯光作能源，依靠体内的：需要阳光或灯光作能源，依靠体内的光光合作用合作用色素合成有机物。色素合成有机物。COCO2 2+H+H2 2O CHO CH2 2OOO O2 2 化能自养微生物化能自养微生物：化能自养微生物不具备色素，不能进行光合：化能自养微生物不具备色素，不能进行光合作用，合成有机物所需的能量来自作用，合成有机物所需的能量来自氧化氧化NHNH3 3、H H2 2S S等无机物等无机物。光光叶绿素叶绿素第十七页，讲稿共九十五页哦厌氧呼吸是在厌氧呼吸是在无分子氧（无分子氧（OO2 2）的情况下进行的生物氧化。的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。机物或无机物，使其还原。厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，底，最终产物最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。厌氧呼吸按反应过程中的厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同最终受氢体的不同，可分为，可分为发酵和无氧发酵和无氧呼吸。呼吸。厌厌氧氧呼呼吸吸第十八页，讲稿共九十五页哦 1.1.发酵发酵 指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，最终受最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。这种生物这种生物氧化作用不彻底氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物简单的有机物，在反应过程中，在反应过程中，释释放的自由放的自由能能较较少少，故厌氧微生物在进，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。多。例如，葡萄糖的发酵过程：例如，葡萄糖的发酵过程：总反应式：总反应式：第十九页，讲稿共九十五页哦 2.2.无氧呼吸无氧呼吸 是指以是指以无机氧化物无机氧化物，如，如NONO3 3-，NONO2 2-，SOSO4 42-2-，S S2 2O O3 32-2-，COCO2 2等代替分子等代替分子氧，氧，作为最终受氢体的生物氧化作用作为最终受氢体的生物氧化作用。在反硝化作用中，受氢体为在反硝化作用中，受氢体为NONO3 3-，可用下式所示：，可用下式所示：总反应式：总反应式：在在无氧呼吸无氧呼吸过程中，供氢体和受氢体之间也需要细胞色素等过程中，供氢体和受氢体之间也需要细胞色素等中间电子传递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，中间电子传递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，能量能量得以得以分级释放分级释放，故无氧呼吸也产生，故无氧呼吸也产生较多的能量用于生命活动较多的能量用于生命活动。但由于有。但由于有些能量随着电子转移至最终受氢体中，故释放的能量不如好氧呼吸的多。些能量随着电子转移至最终受氢体中，故释放的能量不如好氧呼吸的多。第二十页，讲稿共九十五页哦一、微生物的呼吸类型一、微生物的呼吸类型1 1、好氧呼吸好氧呼吸 Aerobic RespirationAerobic Respiration分子氧参与生物氧化，且是最终受氢体。按微生物和底物类型分为分子氧参与生物氧化，且是最终受氢体。按微生物和底物类型分为 1 1）异养型异养型微生物微生物 有机物为底物有机物为底物 C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2 6CO 6CO2 2+6H+6H2 2O+O+能量能量2 2）自养型自养型微生物微生物 无机物为底物无机物为底物 H H2 2S+2OS+2O2 2H H2 2SOSO4 4+能量能量微生物的呼吸是一个对底物的氧化还原过程，都有氢原子的微生物的呼吸是一个对底物的氧化还原过程，都有氢原子的转移，按受氢体的不同分为转移，按受氢体的不同分为：归纳小结：归纳小结：第二十一页，讲稿共九十五页哦2 2、厌氧呼厌氧呼吸吸 Anaerobic Respiration无分子氧参与，最终受氢体为氧以外的物质，按最终受氢体不同分无分子氧参与，最终受氢体为氧以外的物质，按最终受氢体不同分为为1 1）发酵发酵 -受氢体为供氢体的分解产物（有机物）受氢体为供氢体的分解产物（有机物）C6H12O6 4H+2CH3COCOOH2CO2+2CH3CHO2CH3CH2OH 2）无氧呼吸无氧呼吸 -受氢体为无机氧化物受氢体为无机氧化物C6H12O6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2第二十二页，讲稿共九十五页哦 好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的能量水平不同，获得的能量水平不同，如下表所示。如下表所示。呼吸方式呼吸方式受氢体受氢体化学反应式化学反应式好氧呼吸好氧呼吸能量利用率能量利用率4242分子氧分子氧C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2 6CO 6CO2 2+6H+6H2 2O+2817.3kJO+2817.3kJ无氧呼吸无氧呼吸无机物无机物C C6 6H H1212C C6 6+4NO+4NO3 3-6CO6CO2 2+6H+6H2 2O+2NO+2N2 2+1755.6kJ+1755.6kJ发酵发酵能量利用率能量利用率2626有机物有机物C C6 6H H1212C C6 6 2CO2CO2 2+2CH+2CH3 3CHCH2 2OH+92.0kJOH+92.0kJ第二十三页，讲稿共九十五页哦2.2.污水生物处理分类污水生物处理分类l分类依据分类依据生化环境生化环境：好氧、缺氧、厌氧：好氧、缺氧、厌氧反应器构型反应器构型：依据微生物在反应器中的生：依据微生物在反应器中的生长方式：悬浮型、附着型和混合型长方式：悬浮型、附着型和混合型.第二十四页，讲稿共九十五页哦1.1.定义定义 有有游离氧（分子氧）游离氧（分子氧）存在的条件下，存在的条件下，好氧微生物降解有好氧微生物降解有机物，机物，使其稳定、无害化的处理方法。使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。2.1 2.1 废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理2.2.好氧生物处理过程的好氧生物处理过程的生化反应方程式生化反应方程式：分解分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）合成合成反应（也称合成代谢、同化作用）反应（也称合成代谢、同化作用）内源呼吸内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）（也称细胞物质的自身氧化）第二十五页，讲稿共九十五页哦图示表明，有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有图示表明，有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有1/31/3被被分解分解、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有2/32/3被转化，被转化，合成为新的原生质合成为新的原生质（细胞质），即进行微生物自身生长繁殖。（细胞质），即进行微生物自身生长繁殖。第二十六页，讲稿共九十五页哦Ps:不同形式的有机物被生物降解的历程也不同：不同形式的有机物被生物降解的历程也不同：一方面：一方面：结构简单、小分子、可溶性物质结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入，直接进入细胞壁；结构细胞壁；结构复杂、大分子、胶体状或颗粒复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，状的物质，则首则首先先被微生物被微生物吸附吸附，随后在胞外酶的作用下被，随后在胞外酶的作用下被水解水解液液化成化成小分子有机物小分子有机物，再进入细胞内。，再进入细胞内。另一方面：有机物的化学另一方面：有机物的化学结构不同结构不同，其，其降解过程降解过程也会也会不同不同，如：糖类；脂类；蛋白质，如：糖类；脂类；蛋白质第二十七页，讲稿共九十五页哦反应反应速度快速度快，时间短时间短，故构筑物，故构筑物容积较小容积较小。处理过程中散发的处理过程中散发的臭气较少臭气较少。适合处理适合处理中、低浓度的有机废水中、低浓度的有机废水。（一般（一般BODBOD5 5浓度小于浓度小于500mg/L500mg/L的有机废水，基本的有机废水，基本上采用好氧生物处理法）。上采用好氧生物处理法）。在废水处理工程中，好氧生物处理法有在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法活性污泥法和生物和生物膜法膜法两大类。两大类。3.废水的好氧生物处理的特点及应用第二十八页，讲稿共九十五页哦1.1.定义定义 没有游离氧没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。2.2 2.2 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理第二十九页，讲稿共九十五页哦有机物的转化分为三部分进行：部分有机物的转化分为三部分进行：部分转化为转化为CHCH4 4，这是一种可燃气体，可回收利用；还，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被有部分被分解为分解为COCO2 2、H H2 2O O、NHNH3 3、H H2 2S S等无机物等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为成为新的原生质新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其其污泥增长率小得多污泥增长率小得多。2.2 2.2 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理第三十页，讲稿共九十五页哦2.2.厌氧生物处理中的基本生物过程厌氧生物处理中的基本生物过程阶段性理论阶段性理论 （1）两阶段理论：）两阶段理论：20世纪世纪3060年代年代第一阶段：发酵阶段：第一阶段：发酵阶段：主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和和H2等等第二阶段：产甲烷阶段：第二阶段：产甲烷阶段：是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和和CO2；产产气气阶阶段段有机物有机物C、OH、NP、S呼吸呼吸(分解分解)能能有机酸，醇，有机酸，醇，CO2，H2S，NH3合成合成新细胞物质（生长）新细胞物质（生长）微生物微生物厌氧生物处理中有机物的转化厌氧生物处理中有机物的转化合成合成新细胞物质新细胞物质（生长）（生长）呼吸呼吸(分解分解)能能CH4，CO2 H2S，NH3产产酸酸阶阶段段第三十一页，讲稿共九十五页哦第一阶段第一阶段普通厌氧菌普通厌氧菌碳水化合物、碳水化合物、脂肪、蛋白脂肪、蛋白质质消化消化有机酸、有机酸、乙醇、乙乙醇、乙醛醛第二阶段第二阶段绝对厌氧菌绝对厌氧菌甲烷甲烷二氧化碳二氧化碳消化消化细胞合成细胞合成新细胞新细胞酶酶细胞合成细胞合成厌氧消化两阶段示意图厌氧消化两阶段示意图第三十二页，讲稿共九十五页哦（2 2）三阶段理论）三阶段理论 1 1）水解酸化阶段水解酸化阶段：分解菌、脂肪分解菌、蛋白：分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌。质水解菌。2 2）产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸细菌群，利用液化：产氢产乙酸细菌群，利用液化阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等。阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等。3 3）产甲烷阶段产甲烷阶段：甲烷菌利用乙酸、丙酸、甲醇等化合：甲烷菌利用乙酸、丙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和H H2 2/CO/CO2 2是其主要基是其主要基质。质。第三十三页，讲稿共九十五页哦厌氧消化机理三阶段理论三阶段理论第三十四页，讲稿共九十五页哦(3)四阶段理论四阶段理论(4)(4)实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类细菌细菌同型产乙酸菌，其主要功能是可以将产氢产同型产乙酸菌，其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的乙酸细菌产生的H H2 2/CO/CO2 2合成为乙酸。合成为乙酸。(5)(5)但研究表明，实但研究表明，实际上这一部分由际上这一部分由H H2 2/CO/CO2 2合成而来的乙酸合成而来的乙酸的量较少，只占厌氧体系中总乙酸量的的量较少，只占厌氧体系中总乙酸量的5%5%左右。左右。总体来说，总体来说，“三阶段理论三阶段理论”、“四阶段理论四阶段理论”是目是目前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。述。第三十五页，讲稿共九十五页哦3 3、厌氧消化过程中的主要微生物、厌氧消化过程中的主要微生物 主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。甲烷菌等。（1 1）发酵细菌（产酸细菌）：）发酵细菌（产酸细菌）：发酵产酸细菌的主要功能有两种：发酵产酸细菌的主要功能有两种：水解水解在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；有机物；酸化酸化将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；等；水解过程较缓慢，并受多种因素影响水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pHpH、SRTSRT、有机物种、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较产酸反应的速率较快快；大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能来分：；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。肪分解菌等。第三十六页，讲稿共九十五页哦3 3、厌氧消化过程中的主要微生物、厌氧消化过程中的主要微生物（2 2）产氢产乙酸菌：）产氢产乙酸菌：主要功能是将主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H H2 2；为产甲烷细菌提供合适的基质为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。产甲烷细菌处于共生互营关系。注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和和H H2 2消耗掉。消耗掉。主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。菌。第三十七页，讲稿共九十五页哦3 3、厌氧消化过程中的主要微生物、厌氧消化过程中的主要微生物（3 3）产甲烷菌）产甲烷菌功能是将产氢产乙酸菌的产物功能是将产氢产乙酸菌的产物乙酸和乙酸和H H2 2/CO/CO2 2转化转化为为CHCH4 4和和COCO2 2，使厌氧消化过程得以顺利进行；使厌氧消化过程得以顺利进行；产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：产甲烷杆产甲烷杆菌；菌；产甲烷球菌；产甲烷球菌；产甲烷八叠球菌；产甲烷八叠球菌；产甲烷丝产甲烷丝菌；等等。菌；等等。产甲烷菌都是产甲烷菌都是严格厌氧细菌严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在，要求氧化还原电位在-150-150-400mv400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达繁殖世代时间长，可达4-64-6天天，因此，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。第三十八页，讲稿共九十五页哦表表1 产酸菌和产甲烷菌的特性参数产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数参数产甲烷菌产甲烷菌产酸菌产酸菌对对pH的敏感性的敏感性敏感，最佳敏感，最佳pH为为6.87.2不太敏感，最佳不太敏感，最佳pH为为5.57.0氧化还原电位氧化还原电位Eh-350mv(中温中温)，-560mv(高温高温)-150200mv对温度的敏感性对温度的敏感性最佳温度：最佳温度：3038，5055最佳温度：最佳温度：2035第三十九页，讲稿共九十五页哦4 4、厌氧生物处理的主要特征、厌氧生物处理的主要特征u主要优点：主要优点：能耗大大降低能耗大大降低，回收生物能（沼气）；，回收生物能（沼气）；污泥产量很低污泥产量很低；厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y Y为为0.15-0.34kgVSS/kgCOD0.15-0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率，产甲烷菌的产率Y Y为为0.03kgVSS/kgCOD0.03kgVSS/kgCOD左右，左右，而好氧微生物的产率约为而好氧微生物的产率约为0.25-0.6kgVSS/kgCOD0.25-0.6kgVSS/kgCOD。厌氧微生物有可能对厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解好氧微生物不能降解的的一些有机物进行一些有机物进行降解或部分降解降解或部分降解；反应过程较为反应过程较为复杂复杂厌氧消化是由多种不厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；物过程；第四十页，讲稿共九十五页哦4 4、厌氧生物处理的主要特征、厌氧生物处理的主要特征u主要缺点：主要缺点：对温度、对温度、pHpH等等环境因素较敏感环境因素较敏感；处理处理出水水质较差出水水质较差，需进一步利用好氧法进行，需进一步利用好氧法进行处理；处理；气味较大气味较大；对对氨氮的去除效果不好。氨氮的去除效果不好。反应反应速度慢，时间长，构筑物一般较大。速度慢，时间长，构筑物一般较大。对于对于有机污泥有机污泥和和高浓度有机废水（一般高浓度有机废水（一般BODBOD5 5 2000mg/L2000mg/L）可采用可采用厌氧厌氧生物处理生物处理法。法。第四十一页，讲稿共九十五页哦2.3 2.3 生物脱氮原理生物脱氮原理生物脱氮生物脱氮:在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为转化为N N2 2的过程。的过程。生物脱氮可分为三个步骤：生物脱氮可分为三个步骤：氨化硝化反硝化氨化硝化反硝化由于由于氨化氨化反应速度很反应速度很快快，在一般废水处理设施中均，在一般废水处理设施中均能完成，故生物脱氮的能完成，故生物脱氮的关键关键在于在于硝硝化和反硝化化和反硝化。第四十二页，讲稿共九十五页哦（1 1）氨化）氨化-氨化作用是指将氨化作用是指将有机氮有机氮化合物转化为化合物转化为NHNH3 3-N-N的过程，也称为矿化作用。的过程，也称为矿化作用。氨化细菌氨化细菌2.3.1 生物脱氮原理第四十三页，讲稿共九十五页哦在未经处理的新鲜废水中有机氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等硝基化合物以及氨基酸等NH3及及NH4等等氨化菌氨化菌(水解、氧化水解、氧化)2.3.1 生物脱氮原理第四十四页，讲稿共九十五页哦生物脱氮原理u以氨基酸为例：以氨基酸为例：氧化氧化脱氨基脱氨基水解水解脱氨基脱氨基还原还原脱氨基脱氨基 氨化细菌氨化细菌氨化细菌种类很多，主要有氨化细菌种类很多，主要有好氧性好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性兼性的变形杆菌和的变形杆菌和厌氧厌氧的腐败梭菌等。的腐败梭菌等。氨化反应无论在氨化反应无论在好氧还是厌氧条件好氧还是厌氧条件下下，中性、碱性中性、碱性还是还是酸性酸性环境环境中都能进行中都能进行。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应。反应。第四十五页，讲稿共九十五页哦氨态氮氨态氮硝酸盐氮硝酸盐氮1g1g氨氮氧化需氧氨氮氧化需氧4.57g4.57gNO2-N亚硝酸盐氮亚硝酸盐氮亚硝化菌亚硝化菌硝化菌硝化菌需氧需氧3.43g需氧需氧1.14g在硝化反应中，还有在硝化反应中，还有H+释放释放（2 2）硝化作用硝化作用-指将指将NHNH3 3-N-N氧化为氧化为NOxNOx-N-N的生物化学反应，的生物化学反应，这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。应和硝化反应两个步骤。第四十六页，讲稿共九十五页哦项 目亚硝化菌硝化菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸（m）11.50.51.0革兰氏染色阴性阴性世代期（h）8361259自养性专性兼性需氧性严格好氧严格好氧最大比增长速率mh-10.040.080.020.06产率系数Y(mg细胞/基质mg)0.040.130.020.07饱和常数K（mg/L）0.63.60.31.7亚硝化菌和硝化菌的基本特征第四十七页，讲稿共九十五页哦硝酸氮硝酸氮（NO3-N）（NO2-N）亚硝酸氮亚硝酸氮氮气氮气(主要过程主要过程)有机氮化合物有机氮化合物反硝化菌反硝化菌异化反硝化异化反硝化(细菌组成部分)同化反硝化（异养型兼性菌）（3 3）反硝化反硝化-缺氧缺氧条件下，条件下，NONOx x-N N被反硝化菌用被反硝化菌用作电子受体被作电子受体被还原还原为为氮气氮气过程。过程。第四十八页，讲稿共九十五页哦生物脱氮原理u以碳源甲醇为例：以碳源甲醇为例：反硝化菌反硝化菌生物学特性：反硝化菌为生物学特性：反硝化菌为异养型兼性菌异养型兼性菌。在在厌氧厌氧条件下，以条件下，以NO3-N为电子受体为电子受体，以有机碳为电子供体。，以有机碳为电子供体。在在好氧好氧条件下，反硝化菌利用氧进行呼吸，条件下，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体氧成为电子受体，阻碍，阻碍NO3-O成为电子受体而使成为电子受体而使N难还原成难还原成N2。有碱度的生成有碱度的生成第四十九页，讲稿共九十五页哦2.4 2.4 生物除磷生物除磷2.4.1 2.4.1 基本原理基本原理厌氧环境厌氧环境 污水中的有机物在污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌厌氧发酵产酸菌的作用下转化为的作用下转化为乙酸苷乙酸苷；而活性污泥中的；而活性污泥中的聚磷菌聚磷菌在厌氧的不利状态下，将在厌氧的不利状态下，将体内积聚的体内积聚的聚磷分解聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHBPHB(聚聚羟基丁酸羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无无机磷释放回污水中机磷释放回污水中，这就是，这就是厌氧释磷厌氧释磷。利用好氧微生物中利用好氧微生物中聚磷菌聚磷菌在好氧条件下对污水中在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。第五十页，讲稿共九十五页哦生物除磷机理图生物除磷机理图第五十一页，讲稿共九十五页哦好氧环境好氧环境中：中：聚磷菌聚磷菌将储存于体内的将储存于体内的PHBPHB进行进行好氧分解好氧分解并释并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动主动超量吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积超量吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内聚于体内，这就是，这就是好氧吸磷好氧吸磷。富磷污泥的排放富磷污泥的排放 在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多一过程，将多余剩余污泥排出系统余剩余污泥排出系统而达到除磷的目而达到除磷的目的。的。第五十二页，讲稿共九十五页哦2.5 2.5 废水可生化性原理及其判别废水可生化性原理及其判别1 1、废水、废水可生化性可生化性的定义的定义 生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物质改生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物质改变原来的化学和物理性质，在结构上引起的变化程度。变原来的化学和物理性质，在结构上引起的变化程度。2 2、废水、废水可生化性的分类可生化性的分类 初级生物降解初级生物降解指有机物原来的化学结构发生了部分变指有机物原来的化学结构发生了部分变化，改变了分子的完整性；化，改变了分子的完整性；环境可接受的生物降解环境可接受的生物降解指有机物失去了对环境有害的指有机物失去了对环境有害的特性；特性；完全降解完全降解在好氧条件下，有机物被完全无机化；在好氧条件下，有机物被完全无机化；在厌氧条件下，有机物被完全转化为在厌氧条件下，有机物被完全转化为CHCH4 4、COCO2 2等。等。第五十三页，讲稿共九十五页哦有机物生物降解性能的分类有机物生物降解性能的分类：易易生物降解生物降解易于被微生物作为碳源和能源物质易于被微生物作为碳源和能源物质而被利用；而被利用；可可生物降解生物降解能够逐步被微生物所利用；能够逐步被微生物所利用；难难生物降解生物降解降解速率很慢或根本不降解。降解速率很慢或根本不降解。第五十四页，讲稿共九十五页哦3.3.鉴定和评价鉴定和评价废水中有机污染物的好氧生物废水中有机污染物的好氧生物降解性的降解性的方法方法：水质指标法水质指标法：采用：采用BODBOD5 5/COD/COD作为有机物评价指标。作为有机物评价指标。瓦呼仪法瓦呼仪法：根据有机物的生化呼吸线与内源呼吸线的比较来判断：根据有机物的生化呼吸线与内源呼吸线的比较来判断有机物的生物降解性能。测试时，接种物可采用活性污泥，接种有机物的生物降解性能。测试时，接种物可采用活性污泥，接种量为量为1-3 gSS/l1-3 gSS/l；4.4.影响有机物生物降解性能的因素：影响有机物生物降解性能的因素：1 1、与、与化学物质化学物质的种类性质有关的因素（化学组成、理化性的种类性质有关的因素（化学组成、理化性质、浓度、与它种基质的共存）；质、浓度、与它种基质的共存）；2 2、与、与微生物微生物的种类、性质有关的因素（微生物的来源、数量、的种类、性质有关的因素（微生物的来源、数量、种属间的关系）；种属间的关系）；3 3、与有机物、微生物所处的、与有机物、微生物所处的环境有关环境有关的因素（的因素（pHpH值、值、DODO、温、温度、营养物等）度、营养物等