第三章1生物处理微生物学基础.pptVIP

教学内容、要求、重点 本章教学内容： 废水处理的微生物学基础，活性污泥法，生物膜法，厌氧生物技术，污泥处理技术 本章教学要求： (1) 理解微生物处理废水的基本原理，掌握活性污泥法的原理与常用的几种工艺流程，掌握生物膜法的原理与几种典型处理工艺；掌握厌氧生物处理技术的机理与影响因素以及处理工艺； (2) 熟悉污泥的性质和常见的处理技术。 本章教学重点： 活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理技术、污泥的处理 微生物的生长规律 ① 停滞期/迟缓期： 是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。 ② 对数增长期： F/M值高，所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。 微生物的生长规律 ③ 减速增长期： F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；一般多数活性污泥处理曝气池的运行工况控制在这一范围内的。 ④ 内源呼吸期： 内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅留下内源呼吸的残留物(难降解的细胞壁等)；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。 活性污泥增殖规律的应用 ① 活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制； ② 处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同； ③ 通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥； ④ 活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。 莫诺特关系式 1942年，Monod根据微生物生长试验，提出与米门 (Michaelis-Menton)酶促反应方程类似的关系式，描述限制性营养物浓度与微生物生长速率的关系： （1） 式中：μmax——最大比增长速率；S——限制性营养物浓度(mg/l) Ks——半饱和常数(Half-saturation constant)，其值等于μ=μmax/2的营养物浓度(mg/l)；μ——微生物的比增长速率，即单位微生物量的增长速率(1/d) （2） 式中：X——现有微生物浓度（mg/L） 基本过程动力学方程 有机物的降解速率 在营养(N、P、微量元系等)和环境条件一定的情况下，有机物的降解速率与微生物的增长速率成正比，用比速率表示，即q∝μ （3） 式中：q—比底物利用（降解）速率，（d-1）可表示为 （4） 式中：dS/dt——底物利用速率 Y——增长产率，即利用单位底物而产生的微生物的量，其定义为 （5） 式中： dS——消耗的底物量 dX——由于利用底物增量dS而产生的生物体增量 基本过程动力学方程 将3式带入1式可得： （6） 将4带入，并令qmax=k，可得： （7） 此式为Lawrence-Mc carty所赞同，成为其模式的基础。 限制性营养物浓度 现有微生物浓度 当有机物浓度很高时，SKs ，有 （3-8） q降解速率 （3-9） dS/dt——底物利用速率 此式描述了在对数增长期，有机物过剩，使微生物处于最大增长速率，增加有机物的浓度也不能提高降解速率。因而，有机物降解速率与自身浓度无关，而仅取决于微生物量(biomass)。 基本过程动力学方程 在低有机物浓度时，SKs，有 （3-10） （3-11） 有机物的降解速率呈一级反应，表明了微生物处于减速增长或内源呼吸期，底物成为