环境生物化学第六章.ppt

6 水环境污染控制与治理中的生物化学 6.1污、废水生物控制与治理生物化学 6.1.1水的生物化学处理概念 原理 水的生物处理基本原理? 在自然条件下，微生物具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的能力。  基本过程 可处理的物质 分类A 分类B 6.1.2好氧生物处理生物化学 6.1.2.1好氧活性污泥法 基本流程 由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀他、曝气系统以及污泥回流系统等组成 微生物 ---细菌 生枝动胶菌是活性污泥菌胶团 浮游球衣菌异常增殖会引起污泥膨胀现象 对于正常的城市污水的活性污泥，1mg的MLSS(混合液悬浮固体)中约含2.0107~1.6108个活菌数 微生物 ---原生动物 以纤毛虫占多数 原生动物与细菌都是在废水中起净化作用的主要成员，并且是污水处理效率的重要指示生物 微生物 ---真菌类 通常出现在工业废水的活性污泥中 大多为藻菌类的水节霉属(Leptomitus)，毛菌属(Mucor)，半知菌类的Geotrichum，Trichoderma；酵母类的假丝酵母属(Candida)，Phodotorula等 微生物 ---微小后生动物 轮虫类 线虫类 这些后生动物常摄食污泥中细菌、原生动物残骸的碎片 不管任何场合，这些微小动物在1mI混合液中的个体数皆在100以下 活性污泥的净化反应过程 活性污泥反应动力学 劳伦斯—麦卡蒂模式 dX/dt——微生物增值率，g/(L·h)； X——曝气池中微生物浓度，g/L q活性污泥的比基质降解率 （dS/dt）u——基质降解速率，g/(L·h) 污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值， 以θC表示，单位为天(d) 劳伦斯—麦卡蒂模式的基本方程 第一基本方程 Y——微生物产率（活性污泥产率）， 以污泥量／降解的有机基质表示，ｍｇ／ｍｇ Ｋｄ——微生物内源代谢作用的自身氧化率，又称衰减系数 第二基本方程 S——反应器内基质浓度，g/L； qmax——单位污泥的最大基质 利用速率（在高底物浓度条件），g/(L·h)； KS——半速率系数，其值等于q=1/2时的基质浓度，g/L 6.1.2.2好氧生物膜法 好氧生物膜法的基本原理 生物膜的形成及特点 生物膜的形成及特点 生物膜的特点： 1.膜的表层由好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层 ； 2.膜的内部由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层 ； 3.生物膜存在更新脱落 ； 生物膜中的物质迁移 供氧充足 ： 好氧层对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其他代谢产物一部分溶入附着水层，一部分析出到空气中去； 厌氧层的厚度发展有限； 生物膜的活性时间长。 供氧不足 ： 废水中的氧会迅速的被表层的生物膜所耗尽； 深层因氧不足而发生厌氧分解，积蓄了H2S、NH3、有机酸等代谢产物 ； 使生物膜发生非正常的脱落 6.1.3厌氧生物处理生物化学 6.1.3.1.厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物分解有机物的过程 厌氧消化微生物 厌氧消化微生物 6.1.3.2厌氧生物处理的动力学 水解阶段不溶性底物的转化速率 溶解性底物的转化速率与细胞产率 溶解性底物的转化速率与细胞产率 6.2污、废水深度处理生物化学 生物脱氮过程和原理 废水中的氮包括无机氮和有机氮两种。无机氮以氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO3--N）和亚硝态氮（NO2--N）3种形态存在，主要来源于微生物对有机氮的分解、农田排水以及某些工业废水。有机氮则以蛋白质、多肽和氨基酸为主，来源于生活污水、农业垃圾和食品加工、制革等工业废水。 生物脱氮由消化作用和反硝化作用共同完成。它是指在微生物的作用下，废水中的氮化合物转化为氮气逸出并返回大气的过程，如图6—7 所示。 (1) 硝化反应 硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐氮的过程。硝化反应是由一群自养型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤。第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，称为亚硝化反应。亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺旋杆菌属和亚硝化球菌属等。 第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。硝酸菌有硝酸杆菌属、螺旋杆菌属和球菌属等。这两项反应均需在有氧的条件下进行。常以CO2、CO32－、HCO3－为碳源 亚硝化反应： 硝化反应： 硝化总反应： 研究表明，硝化反应速率主要取决于氨氮转化为亚硝酸氮的反应速率。 由上述反应式计算得知，在硝化反应过程中，将lg氨氮氧化为硝酸盐需要4.57g氧(其中亚硝化反应需耗氧3.43g，硝化反应需耗氧1.14g)，同时约需耗7.14g重碳酸盐碱度(以CaCO3计)，以平衡硝化