第十一章废水生物处理的基.ppt

第十一章 废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础 河北工业大学 郭振华 第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理 一、微生物的呼吸类型 概述： 1）微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能。 2）分类：好氧呼吸和厌氧呼吸。 3）呼吸作用是生物氧化和还原的过程，存在着电子、原子转移，而在有机物的分解和合成过程中，都有氢原子的转移，因此，呼吸作用可按受氢体的不同来划分。 1.好氧呼吸 （1）定义：好氧呼吸是在有分子氧(O2)参与的生物氧化，反应的最终受氢体是分子氧。 （2）过程：好氧呼吸是营养物质进人好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。【首先底物中的氢被脱氢酶活化，并从底物中脱出交给辅酶(递氢体)，同时放出电子，氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧，活化氧和从底物中脱出的氢结合成水。因此，好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这过程中，同时放出能量。】 （3）分类：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。好氧呼吸分为：异氧型和自养型微生物。 ①异养型微生物 异氧型微生物以有机物为底物(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。有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等都属于这种类型的呼吸。 ②自养型微生物 自养型微生物以无机物为底物(电子供体)，其终点产物也是无机物，同时放出能量。 【大型合流污水沟道和污水沟道存在第一式所示的生化反应，是引起沟道顶部腐蚀的原因；第二式为生物脱氮工艺中的生物硝化过程。】 特点：底物被氧化得比较彻底，获得的能量也较多。 2．厌氧呼吸 （1）定义：厌氧呼吸是在无分子氧(O2)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。 （2）过程：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机物或无机物，使其还原。因此，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，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷，是含有相当能量的可燃气体。 （3）分类：厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。 ①发酵 指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物)。 这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少。 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多。 (2)无氧呼吸 是指以无机氧化物，如N03-， N02-，SO42-， S2O32-，CO2等 替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。 如在反硝化作用中N03可用下式所示： 在无氧呼吸过程中，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，能量得以分级释放，故无氧呼吸也产生较多的能量用于生命活动。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。 总结：获得的能量水平不同 (以葡韵糖为例)： 二、废水的好氧生物处理（1）定义：好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其租定、无害化的处理方法。 （2）过程：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。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐续释放能量，最终以低能位的无机 物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。 废水好氧生物处理的量终过程可用图11—1表示。 由图可看出：有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有三分之一被分解、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有三分之二被转化，合成为新的原生质(细胞质)，即进行微生物自身生长繁殖。 应用：合成为新的原生质(细胞质) 就是废水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分，通常称其剩余活性污泥或生物膜，又称生物污泥。 特点：好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。 范围：对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg／L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。 分类：好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法。 三、废水的厌氧生物处理 （1）定义：厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。 （2）过程：在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被