《污染物分解转化》PPT课件.ppt

,第10章 微生物对污染物的分解与转化,第一节 微生物对有机物的分解作用 第二节 有机物的生物分解性 第三节 不含氮有机物的生物分解 第四节 含氮有机物的生物分解 第五节 微生物对无机元素的转化作用 第六节 生物对污染物的浓缩与吸附作用,第一节 微生物对有机物的分解作用,基本概念： 有机物的生物分解：通过一系列的生化反应，最终将有机物分解成小分子有机物或简单无机物的过程 根据是否有氧气存在的条件下进行，生物分解分为好氧分解和厌氧分解两种。 好氧分解最终产物是稳定而无臭的物质，包括二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。 厌氧分解最终产物主要是甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等。 生活污水中的有机物主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪。 工业废水中有机物成分复杂，除具有和生活污水相似的有机组分外，还可能有有机酸、醇、醛、酮、酚、胺、腈等。,第一节 微生物对有机物的分解作用,有机物的好氧生物分解分为两部分：一部分以用于细胞合成，另一部分用于呼吸产能。 内源呼吸：微生物生长过程中，细胞物质的氧化 正常情况下，各类微生物细胞物质成分相当稳定，因此，常用C5H7NO2表示细菌。,好氧生物分解基本理论,第一节 微生物对有机物的分解作用,分解有机物的微生物增长量（剩余污泥量）计算： （1）新生长的细胞物质合成的内源呼吸消耗的 （2）按投入生物处理构筑物的BOD5的50%估算。 有机物生物氧化需氧量计算： （1）需氧量微生物生长活动需氧量自身氧化需氧量 之后折算成空气量 （2）按照去除的BOD5计算,好氧生物分解基本理论,第一节 微生物对有机物的分解作用,3阶段： 1）发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段） 2）产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段） 3）产甲烷阶段 4类群： 1）发酵细菌 2）产氢产乙酸细菌 3）同型产乙酸细菌群 4）产甲烷细菌,厌氧生物分解基本理论：3阶段4 类群理论 P195&P235,三阶段4类群理论,1 发酵细菌作用阶段,碳水化合物 蛋白质 类脂,（1）原理：,胞外酶,单糖 氨基酸 脂肪酸,发酵,醇 低级脂肪酸,（2）参加的微生物：,发酵细菌群,梭菌属（Clostridium) 丁酸弧菌属（Butyrivibrio） 拟杆菌属（Bacteroides),大多专性厌氧；适宜Ph4.58,（3）特性,第一节 微生物对有机物的分解作用,2 产乙酸细菌作用阶段,上阶段产物 （丙酸、丁酸、醇等）,醋酸、甲胺 CO2、H2,（1）原理,（2）参加的微生物,产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群,互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属,绝对厌氧菌或兼性厌氧菌； 适宜pH 4.58,三阶段4类群理论,（3）特性：,第一节 微生物对有机物的分解作用,3 产甲烷细菌作用阶段,（1）原理,H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH,（2）参加的微生物,产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属,严格厌氧菌 中温菌对温度敏感 pH 适宜6.87.2 增殖速率慢,三阶段4类群理论,（3）特性：,第一节 微生物对有机物的分解作用,厌氧消化三阶段四类群,废水中有机物,脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类,乙酸,H2 + CO2,第一节 微生物对有机物的分解作用,三阶段4类群理论,二者相互依赖、相互制约。表现在： 1 不产甲烷细菌未产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的基质。 不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。 2 不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。 厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细菌的代谢，使发酵液的氧化还原电位不断下降，为产甲烷细菌提供生长条件。,不产甲烷细菌和产甲烷细菌群体间的关系,第一节 微生物对有机物的分解作用,3 不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质 苯环、氰化物可被不产甲烷细菌降解。 4 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制 不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。 氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳等，解除反馈。 5 不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值 不产甲烷菌分解糖等产生酸，降低pH 产甲烷菌分解酸产生甲烷，pH 上升,不产甲烷细菌和产甲烷细菌群体间的关系,第一节 微生物对有机物的分解作用,第二节 有机物的生物分解性,有机物的生物分解性试验方法 （1）易生物分解试验 评价有机物是否很容易被生物完全分解。 （2）本质性生物分解试验 评价有机物是否具有被生物分解的性质。 （3）生物分解模拟试验 评价有机物在特定环境下的生物分解性。,第二节 有机物的生物分解性,有机物的生物分解性评价步骤,第二节 有机物的生物分解性,1、评价生物分解性的注意问题 （1）生物分解性与浓度的关系 （2）共代谢现象 （3）有机物间的相互作用 （4）微生物之间的相互作用 （5）生物分解性与分子结构关系 2、污水中有机物生物分解性评价标准 （1）根据BOD/COD比值 （2）根据BOD/DOC比值,第三节 不含氮有机物的生物分解,基本概念： 不含氮有机物： 碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有机酸、 烃和合成洗涤剂等。 碳水化合物是由碳、氢和氧3种元素组成。占到生活污水中有机物的4050%。,第三节 不含氮有机物的生物分解,一 碳水化合物的分解,葡萄糖,糖酵解作用,丙酮酸,发酵,有氧,无氧,各种发酵产物,三羧酸循环,被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。,碳水化合物,水解,脂肪由碳、氢和氧几种元素组成。比较稳定，也能被荧光杆菌、绿浓杆菌、灵杆菌等微生物分解。,甘油,脂肪酸,二 脂肪的转化,厌氧,好氧,水解,好氧,第四节 含氮有机物的分解,基本概念： 污水中的含氮有机物：蛋白质、氨基酸、尿素、胺 类、 硝基化合物等。 生活污水中所含氮主要是以铵离子或尿素形式存在。 氮是当今污水处理的主要去除对象,一 氮的循环,自然界中除植物利用无机氮转变为有机氮外，其它各转变过程均由微生物作用,氨化作用 硝化作用 反硝化作用,二 蛋白质的转化,（一）氨化作用,蛋白质是由很多氨基酸（RCHNH2COOH）分子组成。 蛋白质生物化学转化的第一步是水解。即转变为氨基酸。 然后氨基酸发生脱氨基作用产生氨和不含氮的化合物。 脱氨基作用可在有氧或无氧条件下进行。 这种有机氮转变为氨氮过程称为氨化作用。 参与氨化的细菌叫做氨化菌。好氧性有：荧光假单胞菌、灵杆菌 ；厌氧性有：腐败梭菌 ；兼性菌有变形杆菌。,（二）硝化作用,氨在好氧硝化细菌的呼吸过程中转变为亚硝酸，然后转变为硝酸的过程称为硝化作用。 硝化作用由两类细菌共同完成。分别是氨氧化菌和亚硝酸氧化菌。两类细菌总称硝化菌。 硝化菌是G菌、自养菌、好氧菌、偏好中性或偏碱性。对毒物敏感。,（1）亚硝酸形成阶段,（二）硝化作用,（2） 硝酸形成阶段,HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害。 HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。,硝化作用进行的条件,O2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在,蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4,（二）硝化作用,（三）反硝化作用,概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被 反硝化细菌还原成NO2或 N2的过程。,1 反硝化过程,反硝化细菌,参与反硝化作用的细菌称作反硝化细菌。多数为异样、兼性菌,（三）反硝化作用,反硝化作用发生的条件,NO3- 有机物质存在 氧气 0.5 mg/L,（四）生物脱氮基本原理,污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将NO3-还原为N2。,（五）影响生物脱氮的主要因素（教材P237-238）,硝化影响因素： 泥龄：一般大于20-30d 溶解氧：活性污泥2mg/L；生物膜法3mg/L 温度：12-30摄氏度 pH：氨氧化菌最适7.0-7.8；亚硝酸氧化菌最适7.7-8.1 营养物质：碳氮比越小越好；氨氮小于100-200mg/L 毒物：对毒物敏感，见教材P238表11-10,（五）影响生物脱氮的主要因素（教材P237-238）,反硝化影响因素： 溶解氧：活性污泥3，否则需外加甲醇等碳源。,磷的转化,解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌,第五节 微生物对无机元素的转化作用,磷的转化,解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌,第五节 微生物对无机元素的转化作用,生物除磷原理 （教材P238-240）,第五节 微生物对无机元素的转化作用,聚磷菌一类的细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体内，形成高磷污泥。将高磷污泥排出系统，就可以实现污水除磷。 生物除磷分两步进行： 聚磷菌的放磷（厌氧条件） 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）,聚磷菌的放磷（厌氧）,PHB (聚羟基丁酸),生物除磷原理 （教材P238-240）,第五节 微生物对无机元素的转化作用,聚磷菌的磷过量摄取（好氧）,好氧时摄取的磷多于厌氧时释放的磷,生物除磷原理 （教材P238-240）,第五节 微生物对无机元素的转化作用,生物除磷原理 （教材P238-240）,第五节 微生物对无机元素的转化作用,聚磷菌的典型特征是细胞内含有异染颗粒。一般只能利用低级脂肪酸等小分子有机物。，不能直接利用和分解大分子有机质。主要有：不动杆菌、假单胞菌、气单胞菌等。 除聚磷菌外，还有发酵产酸菌和异样好氧菌参与生物除磷过程。,参与生物除磷的微生物,生物除磷原理 （教材P238-240）,第五节 微生物对无机元素的转化作用,影响生物除磷的因素,生物除磷原理 （教材P238-240）,第五节 微生物对无机元素的转化作用,溶解氧/氧化还原电位： 厌氧时Eh-200300mv。好氧时，DO2mg/L 温度：低温影响不大 pH：中性、弱碱性 硝酸盐与亚硝酸盐浓度：厌氧时1530 泥龄：一般3.5-7d,生物浓缩：生物个体或处于同一营养水平的种群。从环境中吸收并蓄积某种物质，使得体内该物质浓度超过环境中浓度的现象。 生物浓缩系数（BCF）：物质在生物体内浓度与物质在环境介质中浓度的比值。 生物积累：同一生物个体在不同生长发育阶段，BCF不断增加的现象。 生物放大：生态系统中，某种化学物质的BCF在同一食物