xA污水的好氧生物处理.ppt
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1、5. 污水的好氧生物处理,5.1 污水生物处理的基本理论,5.2 污水的好氧生物处理,5.3 生物膜法,5.4 污水的自然生物处理,教学目的、要求: 掌握微生物的代谢与污水的生物处理,微生物的生长条件和生长规律、污水的可生化性 熟悉污水中的微生物,生化反应动力学,生物处理方法的分类。,5.1 污水生物处理的基本理论,一、污水中的微生物 所谓微生物是一些肉眼不能看见,只能凭借显微镜才能观察到的单细胞及多细胞生物,微生物在自然界中分布极广,种类繁多。在处理废水中常见的微生物,可以分为以下几类。,细菌、真菌、藻类、原生动物和后生洞 物共生于水体中,它们之间存在一定的营养关系。,二、微 生 物 的 新
2、 陈 代 谢,新陈代谢:微生物从污水中摄取营养物质,通过复杂的生物化学反应合成自身细胞和排出废物,这种维持生命活动和生长繁殖而进行的生化反应过程。,分解代谢:分解复杂营养物质,降解高能化合物,获得能量。 合成代谢: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,吸收能量,机体制造自身。,底物降解:污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质称为底物或基质。 可生物降解有机物量:可通过生物的降解转化的量。 可生物降解底物量:包括有机的和无机的可生物利用物质。,微 生 物 的 呼 吸,一切生物时刻都在进行着呼吸,没有呼吸就没 有生命。,呼吸作用的生物现象: 呼吸作用中发生能量转换
3、:供细胞合成、其他生命活动,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质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。,微 生 物 的 呼 吸 类 型,微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能,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。 有分子氧参与的生物氧化, 反应的最终受氢体是分子氧。 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。好氧呼吸有异养型微生物呼吸和自养型微生物呼吸两种 。,好 氧 呼 吸,异养型微生物 异养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。如下式所示: 异氧
4、微生物又可分为化能异氧微生物和光能异氧微生物。 化能异氧微生物:氧化有机物产生化学能而获得能量的微生物。 光能异氧微生物:以光为能源,以有机物为供氢体还原CO2,合成有机物的一类厌氧微生物。 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。,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 道存在该式所示的生化反应,生物脱氮工艺中的生物硝化过程,厌氧呼吸是在无分子氧(O2)的情况下进行的生物氧化。 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,最终产物除二氧化碳和水以外,
5、还有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。 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。,厌 氧 呼 吸,1.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,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,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多。 例如,葡萄糖的发酵过程: 总反应式:,2.无氧呼吸 是指以无机氧化物,如N
6、O3-,NO2-,SO42-,S2O32-,CO2等代替分子氧,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NO3-,可用下式所示: 总反应式: 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。,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, 如下表所示。,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
7、(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,逐级释放能量,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最终过程可用下图表示。,污水的好氧生物处理,图示表明,有机物被微生物摄取后,通过代谢活动,约有1/3被分解、稳定,并提供其生理活动所需的能量;约有2/3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。,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。所以,目前对中、低浓度的有机废水,或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废
8、水,基本上采用好氧生物处理法。 在废水处理工程中,好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。,污水的好氧生物处理,污水的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。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。,在这个过程中,有机物的转化分为三部分进行:部分转化为CH4,这是一种可燃气体,可回收利用;还有部分被分解为CO2、H2O、NH3、H2S等无机物,并为细胞合成提供能量;少量有机物被转化、合成为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,其污泥增长率小得多。,由于废水厌氧生物处理
9、过程不需另加氧源,故运行费用低。此外,它还具有剩余污泥量少、可回收能量(CH4)等优点。 其主要缺点是反应速度较慢,反应时间较长,处理构筑物容积大等。为维持较高的反应速度,需维持较高的温度,就要消耗能源。 对于有机污泥和高浓度有机废水(一般BOD52000mg/L)可采用厌氧生物处理法。,污水的厌氧生物处理,微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。,按微生物生长速率,其生长可分为四个生长期,三、微生物的生长条件和生长规律,如果活性污泥被接种到与原来生长条件不同的废水中(营养类型发生变化,污泥培养驯化阶段),或污水处理厂因故中断运行后再运行,则可能出现停滞期。这种情况下,污泥需经过若干时间的停滞
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