第1章废水生物处理的动力学基础.

1、第章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第一节污水生物处理基本原理第二节生物脱氮除确基本原理第三节【生物的生长规律和生长环境第四节反应速率和反应级数 第五节微生物增长动力学第一节污水生物处理基本原理、徽丈汤的新粽代谢新陈代谢：微生场不斯从外界环境中摄取營养肠 质,通过生杨酶催化的复杂生化反应，农体内不断进 行肠质转化和交换的过程O分解代谢：分鮮复杂巷养賜质，吟解高能化合畅, 荻得能量。合成代谢：通过一糸列的生化反应，将彗养肠质 转化为复杂的细胞成分，机体制迭自身。分舞代谢（异化作用）复会沟质分解为简单酣质杨质代谢释放能量能量代谢狹收能量合成代谢（同化作用）简卑肠质合成为霓杂畅质二、底杨降

2、解污水中可被微生物通过酶的催化作用而进 行生肠化学变化的场质称为底杨（或基质丿。底賜的吟解即废水中的營养物质菠微生场利 用.转化的过程。巧土杨降解有机杨浚：可通辽主彬旳隆裤铸T匕旳有机杨址。 可土扬降解虑扬童： 包括有机旳和无机旳巧主扬毛i用杨质。废水的可或化世污（）水可生化性是通过戎脸去判断污废丿 水或污染底杨用生肠处理的可能性；其目的是在于考查微生杨对底肠的生扬吟解能力 和吟解速率，从而确定是否进行生扬处理更是否需要 釆取必要的预处理手段来提爲污ro 水的可生杨处 理性。废水的可或化世才艮扬BOD5与CODcr的比值大小判斯:B/C>0.45 B/C>0.30 B/C<0

3、.25 B/C<0.2生化性好可生化较唯生化不易生化根据测走相对耗氧遠率判断：粕氧速卒就是单住生肠量柱单住对间内的耗氧量。以有废水汚染杨底賜丿农度为橫坐标，以相对 耗氣速率为纵坐标，通过卖验荻得相对耗氧曲线。底物浓度相対枉v.t速率三、徽唆物的畴"及一切生场肘刻都蛊进行着呼哌，没有呀哌就没 有生命。呼吸作用的生肠现象：通过呼吸作用，复杂有机肠逐步转化为简单肠 质。好哌作用过程中吸收和同化各种營养场质。呀吸作用中发生能量转换：供细胞合成.其他 生令活动，多余的能量以热量形式I释放。呼吸作用的本质是生物的範化和还斥的统一撤生肠的呼吸指微生场获取能董的生理功能根据旻氢体的不阿&quo

4、t;好氧呀吸是意养肠质进入好氧徼生杨细胞后，通过 一糸刊氣化还虑反应获得能董的过程。©好氧呼吸有分子氧参与的生场氧化，反应的最终受 氢体是分子氧O©好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。 农.这个过程中，同肘放出能量。底场中的氮枚脱氢聲活化，并从底杨中脱出交给辅酶(递.氢 体丿，同肘放出电孑，氧化酶利用底炀放出的屯孑激涪游需 氧,活化氣和从底肠中脱出的気结合成水。+ 2HNAD(P) <=> NAD(P)H +-2HNAD(P)烟紋胺腺憔爷二牧#酸(建敷J依好氧微生杨的类盘不同，枚其氣化的底畅不同，氧化产肠 迄不同。好氧呼吸有异养型做生肠呼哌和自养型微生

5、肠呼哌 两科。1异养型微生物异养型微生賜以有机賜为底肠C电子供体丿，其终点产肠为 二氧化碳.亂和水等无机汤，同时放出能董。如下无所示：C6H12O6 4. 6H 2O -> 6CO 2 亠 24H + 24e24LHJ 十 24c + 60. -> I2H O总反应 < C6HI2O6 + 6O2 -> 6CO 2 + 6H2O+28l7.3kJCUH X4O7N + 140 . + H* -> 1 ICO ? + 13H Q + NH ； + 能量有机废水的好氧生杨丈理.如活性污泥法.生物膜法.污泥 的好氧谄化孑禺于这种类型的呼吸。2自养空做生杨勺界型微生肠以无

6、机畅为底畅（电子供体丿，其终点产物也 是无机杨，同时放出能量。HrS十 202 - HQO4 十能:大型合流污水沟道和汚水沟 道存在该式所示的生化反应NH ： + 20 = -> NO ； + 2H 4 + H 3O + 310 kJ生杨脱氨工艺中的生物 硝亿过程1 发酵指供 氢体和受氢体都参与有机化合肠的生賜氣化作用， 就终受氮体无需外加，就長供氮体的分解产肠C有机肠丿。这种生杨氧化作用不彻底，最终形成的还原性产杨，是 比原来底肠简单的有机场，衣反应过程中，释放的自由能较 少，坎庆氧徴生杨衣进行生命活动过程中，为了满足能董的 需要，询耗的底物要比好氧微生肠的多。例如，葡萄無的发隸过程：

7、C6H1?O6 -> 2CH 3COCOOH + 4(Hl2CH .COCOOH -> 2CO , + 2CH 3CHO4|H| + 2CH jCHO - 2CH 3CH 2OH总反应式j ：0,.06 2CH aCH ,OH + 2CO 2 4 92.0kJ2缺氣呼吸是指以无机氧化杨，如ZO3S no2-, so42-F S2O32-, co2等 代棒分子氧，作为最终受氢体的生肠氧亿作用。衣反踊化作用中，受更体为NCV，可用下式所示：C6Hi?O6 + 6H Q -> 6CO 2+ 241HJ24|H十 4NO ； -> 2N / + 12H 2OTC6H|2O6 +

8、4NO ； -> 6CO , + 6H ?O + 2N 2 + I755.6U衣无氧呼吸过程中，供氢体和受氢体之河也需要细胞色素等 中问电子传遁体，幷徉随有确酸化作用，底肠可彼彻底氧化，能 量得以分级释放，故无氧呼戒迄产生较多的能量用于生命活动。 但由于有些能量随舟电子转秒至最终受氮体中，故释放的能量不 如好氧呼吸的多。厌氣呼叭.庆氧呼吸的受氢体不走分子氧。在庆氧呼吸过程中, 底杨氧化不彻底，最终产杨不是二氧化嗾和水，而 是一些较療来底物简单的化合扬。这种化合场还舍 有相多的能董，坎释放能董较少。如有机污泥的庆氧消化过程中产生的甲疣，是舍有 相多能董的可燃体。好氧呼吸.无氧呼吸、发辭三种

9、呼狹方式，获得的 能量水平不同，如下表所承。好吸方式受氢体化学反应式好氧呼吸分子氧C6Hi2O64-6O2 6CO2+6H2O+28l7.3kJNH * + 20 2 -> NO ； + 2H * + H ?O + 310 A:J缺氧呼吸无机肠C6H12O64-4NO3 ->6CO2+6H2O4-2N2T+1755.6kJ发騎有机肠C6H i 2C6 ->2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ四. 废水的好氧唆汤处理0好氧生淌处理是农有游离氧（分孑氧丿存底的条件下.好氧撤生场降解 有机肠.使其稳龙.无窖化的处理方法。微虫肠利用废水中存交的有机汚 染肠（以处解状与肤体状的为

10、主丿作为电养潺或行好氧代谢。这些高能 住的有机肠境经过一纟列的生化及庄.透圾坪救能釜，最终以低能住的无 机肠质稳龙下来，达刊无啻化的娶求.以便返回fj越环燼式址一步处耳。©废水好範生杨处理的最烬过程可用下图表示。8MO5 . KTXV 血L-> 51*1出国示表叨.有机扬彼微生肠 抵取后，逋述代谢活动.约有1/3 祓分鮮、穗走.幷提供其生理活 动所需的链量；约有2/3放对亿， 合成为新的忌生填（细胞质丿 即进行槪生肠旬身生长緊琐C废水韵坊氣空物处理的持支好氧生场处理的反应速度较快，所需的反应对问 较短, 坎处理杓筑畅家积较小。且处理过程中散 发的臭宅较*。所以,目前对中、低浓度

11、的有机 废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水, 基本上釆用好氧生汤丈理法。®在废水处理工程中，好氧生杨处理法有活性污泥 法和生场膜由两大类。五、废水的厌氣吻汤处理废水的庆氧生炀处理是衣没有游禽氧存衣的条件下，兼性 细苗与庆氣细苗吟鮮和稳皮有机杨的生汤处理方出。在氐氣生 物处理过程中，复杂的有机化合杨彼吟曙、转亿为简单的化合 肠，同肘释放能量。在这个过程中，有机賜的转化分为三部分进行：部分转化为CHV这是一种可燃体，可回|t4->UV?K f.lia收利用；还有部分彼分解为COz、q1»«H20, NH3、H2S等无机肠，并一 戸 ro? 4A

12、为细胞合成提供能量；少量有机HflV1肠孜無化、合成为祈的原生质的> CH4.CO2 "NH3.H2S组成部分。由于仅少量有机扬用产气耐段于合成，故和对于好氣生物处理法，其污泥增长率小得多。废水厌氣或汤处理的持支由于废水庆範生场处理过程不常另加氣源， 坎运行费用低。此外，它还具有刘余污泥量少. 可凹收能董CCH4J等优点。其主要缺点是反应速度较侵，反应时诃较长, 处理构筑场农积大，出水水质差等。为维持较 壽的反应速度，需维持较壽的温度，就要询粕 能源O 对于有机污泥和壽浓度有机废水（一般 BOD5>2000mg/LJ可采用庆氧生杨处理去。第二节生物脱氮除磷基本原理有机碳氮

13、化反应:微生杨分解有机気化合杨产生氣的it程称为氮化作 用，很多细苗.真苗和放歿苗都能分解蛋自质及其令氮 衍生杨，其中分解能力强并释放出氮的微生物称为気化 撤生扬，衣氮化撤生物的作用下，有机氮化合杨分解. 转化为氮态気，以氨基酸为例：RCHNH ,COOH + H,O -> RCOHCOOH + NH ;RCHNH 2CCX)H + O 2 t RCOCOOH + CO 2 + NH 3硝化反应:蹣化反应是柱好氧条件下，将NHf转化为NOy NO3-的过程。总反应式为：NH : + 2O2 > NO； + 2H + HQ珀化细苗是化能自养苗，生长率低，对环境条件 变化较为牧感。温度

14、、涿解氧、污泥龄、pH,有机 负荷等都会对它产生彫响。反瑙化反应：反謫化反应是指柱无氧的条件下，反响化蔺将确 酸盐氨(Ney)和亚确酸盐lUNcy)还原为鼠气的过程。6NO ； + 2CH ,OH 6NO ； + 2CO 2 + 4H2O6NO + 3CH ,OH 一叱竺叱> 3N 2 + 3 CO 2 + 3H.O + 6OH总反应式为：6NO ； + 5CH 3OH > 3N 丄十 5CO 2 + 7H ,O + 6OH '反硝化商厲异养兼性庆氧苗，在有氧存柱肘，它 会以。2为电子进行呼浹；农无氧而有N ()3 或N。2-存庭 对，则以NOy或N。2为九子受体，以有机碳

15、为込子供 体和 < 养源进行反康化反应O柱反硝化菌代谢活动的同肘，伴随着反硝化菌 的生长蟄璇，即苗体合成过程，反应如下：3NO ； + 14CH aOH 4-CO ,-r3H*> 3C5H7O N + I9H ,O式中：C5H7O2N为反誚化微生杨的化学组成。 反确化还原和生扬成的总反应式为：NO； + 1.08 CH ,OH + FT 0.065C 5H ,O 2N + 0.47 N 2 + 0.76CO 2 + 2.44H 2O从以上的过程可知，约96%的NOrN经异化过 程还原，4%经同化过程合成微生杨。二、生场除璘确也爰有机肠中的一种主要元素，址仅次于氨的微生肠生 长的重要

16、无索。璘主要来自：人体挑灌肠以及合成洗涤制.社畜饲界场及 舍碑工业废木.危窖：促进藻类等浮游生扬的荼班"咬坏水体耗氧和复氧 平衡；使氷质迅速理化，危窖未产资谦。三琳酸氢生（HP3O9'）常规活性污泥法的微生肠同化和狹附普通涪性污泥法纲余污泥中璘含量约&做生场干 重的1.5%2.0%,通过同 化作用可去除确12%2()%。dTPdBOD=0 015 - observe生肠强化除璘工艺生物强化除璘工艺可以使得糸统排除的剌余污泥 中璘含量占到干重5%6%。如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除生杨除确机理生杨强化除璘工艺利用好氧微生场中聚确苗在好氧条件下对污水中 徐解性

17、璘酸盐过量吸收作用，然后況淀分雳而除璘。庆氣环境中：污水中的有机賜莊庆氣发酵产酸苗的作用下转化 为乙酸苜；而活性污泥中的聚确茵在庆氧的不利状态 下，将体内积聚的聚确分解，分解产生的能量一部分 供聚确菌生存，另一部分能量供聚璘苗主动吸收乙醱 苜转化为PHB（聚仟疑基丁酸）的形态赭就于体内。聚璘分解形成的无机璘猝放四污水中，这就是庆 氧释璘。好氧环境中:进入好氧状态后，聚确苗柠緖存于体内的PHB 进行好氧分鮮并猝出大董能董供聚璘苗增殖等生理 活动，部分供其主动吸收污水中的璘酸盐，以聚璘 的形式积聚于体内，这就是好氣及确。剰余污泥中包舍过量哌收确的聚确苗，也就是 从污水中去除的舍璘肠质。普通活性污泥

18、法通过同化作用除确率可以达到 12%20%。而具生杨除璘功能的处理条统排放的剰 余污泥中令璘董可以占刊干重5%6%,去除率基本 可满足排放要求。第三节微生物的生长规律和生长环境一.繳唆汤的望妥规椁微生物的生长现律一般是以生长曲线来反映。活苗生长連ft细囱敷的对數对欲期静止期 裒老W!按微生场生长速率，其生长可分为B个主长期停滞期C调整期丿对数期C生长旺也期丿僻止期（平衡期丿衰老期（衰亡期丿停滞期如果活性污泥帔按种列与虑来生长条件不同的废氷中界箕型发生支化, 汚泥培养刑化阶段丿,龙汚水处理厂因故中斯运行后再运行.则可能出现停 滞期。这种績况下，汚泥鳶经过若干时间的佟潭后才能适应斷的废未.乱人 衮

19、老状态恢状态。停滞期是否存ZL丸律滞期的长短.与接种活性汚泥的做覽.废氷性质.生长条件等因未有关。对敦期多废水中有机肠浪皮高，且培养条件适宜，则话性汚泥可危处农对做生长 期。处于对救生长期的活泥絮状性较羌.呈分妆秋态.镜检能看刊就多的游 离細歯.混合液沉I法后其上层液混浊.金冇机肠浓度较离.活性强沉汶不易. 用述烦过遠时，谗速很慢。静止期当汚水中朮机场浓度较低，汚泥浓度较嘉对，汚泥则有可施处于挣止期， 处于伶止期的活性汚泥桨凝性好.混合液汎汶后上農液请漱.以滤纨过漣肘 述速快。处理效系好的活性汚泥法构统中.污泥丈于挣止期。衷老期I多汚木中有机场沒废较低，也养肠刘显不足时，対可能出現哀老期。处于 衰老期