污水的好氧生物处理市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

5.污水好氧生物处理 5.1 污水生物处理基本理论 5.2 污水好氧生物处理 5.3 生物膜法 5.4 污水自然生物处理 第1页教学目标、要求：掌握微生物代谢与污水生物处理,微生物生长条件和生长规律、污水可生化性熟悉污水中微生物，生化反应动力学，生物处理方法分类。5.1 污水生物处理基本理论 第2页一、污水中微生物一、污水中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察到单细胞及多细胞生物单细胞及多细胞生物,微生物在自然界中分布极广，微生物在自然界中分布极广，种类繁多。在处理废水中常见微生物，能够分为以下几类。种类繁多。在处理废水中常见微生物，能够分为以下几类。细菌、真菌、藻类、原生动物和后生洞 物共生于水体中，它们之间存在一定营养关系。第3页二、微 生 物 新 陈 代 谢 新陈代谢：微生物从污水中摄取营养物质，经过复杂生物化学反应合成本身细胞和排出废物，这种维持生命活动和生长繁殖而进行生化反应过程。分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，取得能量。合成代谢：经过一系列生化反应，将营养物质转化为复杂细胞成份，吸收能量，机体制造本身。第4页 底物降解：污水中可被微生物经过酶催化作用而进行生物化学改变物质称为底物或基质。可生物降解有机物量：可经过生物降解转化量。可生物降解底物量：包含有机和无机可生物利用物质。新陈代谢合成代谢(同化作用)分解代谢(异化作用)复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质吸收能量释放能量能量代谢物质代谢第5页微 生 物 呼 吸 一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有生命。呼吸作用生物现象：呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生命活动，多出能量以热量形式释放。经过呼吸作用，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。第6页微 生 物 呼 吸 类 型微生物呼吸指微生物获取能量生理功效好氧呼吸厌氧呼吸依据氧化底物、氧化产物不一样 按反应过程中最终受氢体不一样 自养型微生物 无氧呼吸异养型微生物发 酵依据受氢体不一样分为依据受氢体不一样分为第7页好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，经过一系列氧化还原反应取得能量过程。有分子氧参加生物氧化，反应最终受氢体是分子氧。依好氧微生物类型不一样，被其氧化底物不一样，氧化产物也不一样。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 第8页1.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。以下式所表示：异氧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取得能量微生物。光能异氧微生物：以光为能源，以有机物为供氢体还原CO2，合成有机物一类厌氧微生物。有机废水好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥好氧消化等属于这种类型呼吸。第9页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表示生化反应生物脱氮工艺中生物硝化过程 光能自养微生物:需要阳光或灯光作能源，依靠体内光合作用色素合成有机物。CO2+H2O CH2OO2 化能自养微生物：化能自养微生物不具备色素，不能进行光合作用，合成有机物所需能量来自氧化NH3、H2S等无机物。光叶绿素第10页厌氧呼吸是在无分子氧（O2）情况下进行生物氧化。厌氧呼吸受氢体不是分子氧。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，还有一些较原来底物简单化合物。这种化合物还含有相当能量，故释放能量较少。如有机污泥厌氧消化过程中产生甲烷，是含有相当能量可燃气体。厌氧呼吸按反应过程中最终受氢体不一样，可分为发酵和无氧呼吸。厌 氧 呼 吸 第11页 1.发酵 指供氢体和受氢体都参加有机化合物生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体分解产物（有机物）。这种生物氧化作用不彻底，最终形成还原性产物，是比原来底物简单有机物，在反应过程中，释放自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量需要，消耗底物要比好氧微生物多。比如，葡萄糖发酵过程：总反应式：第12页 2.无氧呼吸 是指以无机氧化物，如NO3-，NO2-，SO42-，S2O32-，CO2等代替分子氧，作为最终受氢体生物氧化作用。在反硝化作用中，受氢体为NO3-，可用下式所表示：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能量用于生命活动。但因为有些能量伴随电子转移至最终受氢体中，故释放能量不如好氧呼吸多。第13页 好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，取得能量水平不一样，以下表所表示。呼吸方式受氢体化学反应式好氧呼吸能量利用率42分子氧C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2817.3kJ无氧呼吸无机物C6H12C6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+1755.6kJ发酵能量利用率26有机物C6H12C6 2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ第14页好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化处理方法。微生物利用废水中存在有机污染物（以溶解状与胶体状为主），作为营养源进行好氧代谢。这些高能位有机物质经过一系列生化反应，逐层释放能量，最终以低能位无机物质稳定下来，到达无害化要求，方便返回自然环境或深入处置。废水好氧生物处理最终过程可用下列图表示。污水好氧生物处理 图示表明，有机物被微生物摄取后，经过代谢活动，约有1/3被分解、稳定，并提供其生理活动所需能量；约有2/3被转化，合成为新原生质（细胞质），即进行微生物本身生长繁殖。第15页好氧生物处理反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发臭气较少。所以，当前对中、低浓度有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L有机废水，基本上采取好氧生物处理法。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。污水好氧生物处理第16页 污水厌氧生物处理是在没有游离氧存在条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂有机化合物被降解、转化为简单化合物，同时释放能量。在这个过程中，有机物转化分为三部分进行：部分转化为CH4，这是一个可燃气体，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；少许有机物被转化、合成为新原生质组成部分。因为仅少许有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增加率小得多。因为废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。另外，它还含有剩下污泥量少、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。为维持较高反应速度，需维持较高温度，就要消耗能源。对于有机污泥和高浓度有机废水（普通BOD5mg/L）可采取厌氧生物处理法。污水厌氧生物处理第17页 微生物生长规律普通是以生长曲线来反应。按微生物生长速率，其生长可分为四个生长久停滞期（适应期）对数期（指数期）静止期（平衡期）衰亡期（内源代谢期）三、微生物生长条件和生长规律 第18页 假如活性污泥被接种到与原来生长条件不一样废水中（营养类型发生改变，污泥培养驯化阶段），或污水处理厂因故中止运行后再运行，则可能出现停滞期。这种情况下，污泥需经过若干时间停滞后才能适应新废水，或从衰老状态恢复到正常状态。停滞期是否存在或停滞期长短，与接种活性污泥数量、废水性质、生长条件等原因相关。当废水中有机物浓度高，且培养条件适宜，则活性污泥可能处于对数生长久。处于对数生长久污泥絮凝性较差，呈分散状态，镜检能看到较多游离细菌，混合液沉淀后其上层液混浊，含有机物浓度较高，活性强沉淀不易，用滤纸过滤时，滤速很慢。当污水中有机物浓度较低，污泥浓度较高时，污泥则有可能处于静止期，处于静止期活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上层液清澈，以滤纸过滤时滤速快。处理效果好活性污泥法构筑物中，污泥处于静止期。当污水中有机物浓度较低，营养物显著不足时，则可能出现衰老期。处于衰老期污泥涣散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有细小泥花，以滤纸过滤时，滤速快。停 滞 期对 数 期静 止 期衰 亡 期第19页 在污水生物处理过程中，假如条件适宜，活性污泥增加过程与纯种单细胞微生物增殖过程大致相仿。但因为活性污泥是各种微生物混合群体,其生长受废水性质、浓度、水温、pH、溶解氧等各种环境原因影响，所以，在处理构筑物中通常仅出现生长曲线中某一两个阶段。处于不一样阶段时污泥，其特征又很大区分。在废水生物处理中，微生物是一个混合群体，它们也有一定生长规律。有机物多时,以有机物为食料细菌占优势,数量最多；当细菌很多时，出现以细菌为食料原生动物;而后出现以细菌及原生动物为食料后生动物，如右图所表示。第20页 微生物要求营养物质必须包含组成细胞各种原料和产生能量物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长原因。微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第21页微生物组成微生物组成水80干物质20无机质10有机物90C 53.1%,O 28.3%,N 12.4%,H 6.2%P 50%,S 15%,Na 11%,Ca 9%,Mg 8%,K 6%,Fe 1%等细胞分子式：C5H7O2N(有机部分)细胞分子式：C60H87O23N12P(考虑磷)普通估算营养百分比：BODNP 100 5 1第22页 (1)水：组成部分，代谢过程溶剂。细菌约80%成份为水分。(2)碳源：碳素含量占细胞干物质50左右，碳源主要组成微生物细胞含碳物质和供给微生物生长、繁殖和运动所需要能量，普通污水中含有足够碳源。(3)氮源：提供微生物合成细胞蛋白质物质。(4)无机元素：主要有磷、硫、钾、钙、镁等及微量元素。作用：组成细胞成份，酶组成成份,维持酶活性，调整渗透压，提供自养型微生物能源。磷：核酸、磷脂、ATP转化。硫：蛋白质组成部分，好氧硫细菌能源。钾：激活酶。钙：稳定细胞壁，激活酶。镁：激活酶，叶绿素主要组成部分 (5)生长原因：氨基酸、蛋白质、维生素等。微生物营养第23页各类微生物所生长温度范围不一样，约为5 80。此温度范围，可分为最低生长温度、最高生长温度和最适生长温度（是指微生物生长速度最快时温度）。依微生物适应温度范围，微生物能够分为中温性（2045）、好热性（高温性）（45以上）和好冷性（低温性）（20以下）三类。当温度超出最高生长温度时，会使微生物蛋白质快速变性及酶系统遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。低温会使微生物代谢活力降低，进而处于生长繁殖停顿状态，但仍保留其生命力。微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第24页不一样微生物有不一样pH适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物pH适应范围是在410之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH6.57.5）环境。废水生物处理过程中应保持最适pH范围。当废水pH改变较大时，应设置调整池，使进入反应器（如曝气池）废水，保持在适当pH范围。微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第25页 微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素溶解氧是影响生物处理效果主要原因。好氧微生物处理溶解氧普通以23mg/L为宜。微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第26页 微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素在工业废水中，有时存在着对微生物含有抑制和杀害作用化学物质，这类物质我们称之为有毒物质。其毒害作用主要表现在细胞正常结构遭到破坏以及菌体内酶变质，并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度允许范围，需要详细分析。微生物营养 温 度 pH 值 溶 解 氧 有 毒 物 质 第27页 生物化学反应是一个以生物酶为催化剂化学反应。污水生物处理中，人们总是创造适当环境条件去得到希望反应速度。生化反应动力学当前研究内容：(1)底物降解速率与底物浓度、生物量、环境原因等方面关系；(2)微生物增加速率与底物浓度、生物量、环境原因等方面关系；(3)反应机理研究，从反应物过渡到产物所经历路径。四、生化反应动力学 第28页 在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物降低许、最终产物增加量或细胞增加量。在废水生物处理中，是以单位时间里底物降低或细胞增加来表示生化反应速度。图中生化反应能够用下式表示：即 该式反应了底物降低速率和细胞增加速率之间关系，是废水生物处理中硕士化反应过程一个主要规律。反 应 速 度 及式中：反应系数 又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解底物）。第29页一切生化反应都是在酶催化下进行。这种反应亦能够说是一个酶促反应或酶反应。酶促反应速度受酶浓度、底物浓度、pH、温度、反应产物、活化剂和抑制剂等原因影响。在有足够底物又不受其它原因影响时，则酶促反应速度与酶浓度成正比。当底物浓度在较低范围内，而其它原因恒定时，这个反应速度与底物浓度成正比，是一级反应。当底物浓度增加到一定程度时，全部酶全部与底物结合后，酶反应速度到达最大值，此时再增加底物浓度对速度就无影响，是零级反应，但各自到达饱和时所需底物浓度并不相同，甚至差异有时很大。浓度对酶反应速度影响第30页 微生物增加速度和微生物本身浓度、底物浓度之间关系是废水生物处理中一个主要课题。有各种模式反应这一关系。当前公认是莫诺特方程式：式中：cS限制微生物增加底物浓度，mg/L；微生物比增加速度，即单位生物量增加速度。式中：cX微生物浓度，mg/L；max 最大值，底物浓度很大，不再影响微生物 增加速度时值；KS饱和常数。莫诺特（Monod）方程式第31页vmaxn=00n0.45 表示易生化 0.3BOD5/CODcr0.45 表示能够生化 0.2BOD5/CODcr0.3 表示较难生化 BOD5/CODcr0.2 表示不易生化 注意事项：固体有机物、无机还原性物质、特殊有机物、BOD5/TOD、接种微生物驯化、水样稀释五、污水可生化性 第37页改进可生化性路径1、调整营养比2、调整PH值调整池调整进水PH值、酸碱中和调整PH值、用碱性物质控制反应混合物PH值、改变有机负荷控制反应混合液PH值3、预处理生物处理方法包含好氧法和厌氧法。也能够分为悬浮生长法和固着生长法。第38页本本 节节 结结 束束 谢谢 谢！谢！第39页