廢水好氧生物處理原理(經(jīng)典版)

廢水好氧生物處理原理

武漢大學資環(huán)學院

一、好氧生物處理的基本生物過程

所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進行正常的生理生化反應，主要包括大部分微生物、動物以及我們?nèi)祟?；所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進行正常的生理生化反應的生物，如厭氧細菌、酵母菌等。好氧生物處理過程的生化反應方程式：①分解反應（又稱氧化反應、異化代謝、分解代謝）異氧微生物CHONS+O2→

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量（有機物的組成元素）②合成反應（也稱合成代謝、同化作用）

C、H、O、N、S+能量→

C5H7NO2（微生物菌體）③內(nèi)源呼吸（也稱細胞物質(zhì)的自身氧化）

C5H7NO2+O2

→

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量在正常情況下，各類微生物細胞物質(zhì)的成分是相對穩(wěn)定的，一般可用下列實驗式來表示：細菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻類：C5H8NO2；原生動物：C7H14NO3分解與合成的相互關系：1）二者不可分，而是相互依賴的；a、分解過程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎；b、分解過程是一個產(chǎn)能過程，合成過程則是一個耗能過程。2)對有機物的去除，二者都有重要貢獻；3）合成量的大小，對后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費用一般可以占整個城市污水處理廠的40

50%）。不同形式的有機物被生物降解的歷程也不同：一方面：結(jié)構(gòu)簡單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進入細胞壁；結(jié)構(gòu)復雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機物，再進入細胞內(nèi)。另一方面：有機物的化學結(jié)構(gòu)不同，其降解過程也會不同，如：糖類；脂類；蛋白質(zhì)二、影響好氧生物處理的主要因素

①溶解氧（DO）：約1~2mg/l；②水溫：是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應的速率加快，增殖速率也加快；細胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞；最適宜溫度15

30

C；

40

C

或

10

C后，會有不利影響。③營養(yǎng)物質(zhì)：細胞組成中，C、H、O、N約占90

97%；其余3

10%為無機元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要，一般對于好氧生物處理工藝，應按BOD

N

P=100

5

1投加N和P；其它無機營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；④pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.5

8.5之間；pH

4.5時，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。⑤有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）：重金屬；氰化物；H2S；鹵族元素及其化合物；酚、醇、醛等；⑥有機負荷率：污水中的有機物本來是微生物的食物，但太多時，也會不利于微生物；⑦氧化還原電位：好氧細菌：+300

400mV，至少要求大于+100mV；厭氧細菌：要求小于+100mV，對于嚴格厭氧細菌，則

-100mV，甚至

-300mV。第七節(jié)生物脫氮工藝原理廢水中的氮主要以氨氮和有機氮形式存在，通常不含或僅含有少量的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。在未經(jīng)處理的廢水中，氮有可溶性的或顆粒狀的?？扇苄杂袡C氮主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部份顆粒性有機氮在初沉池中可以去除。在生物處理過程中，大部分顆粒性有機氮轉(zhuǎn)化成氨氮和其它無機氮?；钚晕勰喾ǎˋ/O工藝）是生物脫氮的主要形式。生物脫氮主要是靠一些專性細菌實現(xiàn)氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化，最終生成無害的氮氣，從水體中脫出。1.氨化氨化作用又叫脫氨作用，指在氨化菌的作用下，有機氮化合物分解，轉(zhuǎn)化為NH3-N。并在脫氨的同時產(chǎn)生有機酸、醇、或碳氫化合物以及二氧化碳等。以尿素為例，其厭氧反應式為：CO(NH2)2+H2O=CO2+2NH3，（厭氧氨化菌）好氧反應式為CO(NH2)2+O2---------------------2CO2+2NH3，（好氧氨化菌）以氨基酸為例，其好氧反應式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH32.硝化生物硝化作用是利用化能自養(yǎng)微生物將氨氮氧化成硝酸鹽的一種生化反應過程。硝化作用由兩類化能自養(yǎng)細菌參與，亞硝化單胞菌首先將氨氮NH3-N氧化成亞硝酸鹽NO2--N，硝化桿菌再將NO2--N氧化成穩(wěn)定狀態(tài)的硝酸鹽NO3--N。后一反應較快，一般不會造成NO2—N的積累。反應過程如下：第一步，氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽：NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-ΔEΔE=278.42kJ第二步，亞硝酸鹽為硝酸鹽：NO2-+1/2O2→NO3-+2H+-ΔEΔE=72.58kJ這兩個過程都是釋放能量過程，亞硝酸鹽和硝酸菌就是利用這兩個過程釋放的能量來合成新細菌體和維持正常的生命活動?？偡磻綖椋篘H4++2O2→NO3-+2H++H2O-ΔEΔE=351kJ綜合氨氧化和細胞體合成反應式如下：NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.02C5H7O2N+0.98NO3-+1.88H2+1.04H2O3.反硝化

生物硝化工藝可去除廢水中的有機氮和氨氮，出水中的氮以硝酸鹽的形式存在，脫氮工程中不僅要去除有機氮和氨氮還要去除硝酸鹽氮，因此必須在生物硝化工藝的基礎上采用生物反硝化工藝，即A/O工藝。生物反硝化系指污水中的硝酸鹽，在缺氧條件下，被微生物還原為氮氣的生化反應過程，參與這一生化反應的微生物是反硝化細菌，這是一類大量存在于活性污泥中的兼性異養(yǎng)菌，如產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌等菌屬均能均能進行生物反硝化。在有氧存在的好氧狀態(tài)下，反硝化菌能進行好氧生物代謝，氧化分解有機污染物，去除BOD5；在無分子氧但存在硝酸鹽的條件下，反硝化細菌能利用NO3-中的氧（又稱為化合態(tài)或硝態(tài)氧），繼續(xù)分解代謝有機污染物，去除BOD5，并同時將NO3-中的氮轉(zhuǎn)化為氮氣。反硝化過程分兩步進行：第一步由硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮、氧化二氮和氮氣：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2事實上這只是硝酸鹽還原的其中一個過程——異化過程。在異化過程的同時，還有一個同化過程，硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氨氮用于細胞合成。在反硝化過程中要有含碳有機物作為該過程中的電子供體，碳源既可以是污水或細胞體內(nèi)碳源，也可以外部投加。以采用甲醇作為碳源，反應過程如下：第一步：6NO2-+2CO2+4H2O第二步：6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-總反應式為：6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-典型的同化作用反應如下：3NO2-+14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7O2N+19H2O同化作用和異化作用綜合反應式為：NO2-+1.08CH3OH+CO2+H+→0.065C5H7O2N+0.47N2+2.44H2O+0.76CO24、短程硝化反硝化工藝短程硝化原理及優(yōu)點：①工藝簡介：短程硝化是和傳統(tǒng)硝化工藝過程長短相比而言，因縮短反應故叫“短程”。短程硝化反應：NH4－——NO2－——N短程硝化反應反硝化

常規(guī)反應：NH4+——NO2－——NO3－——NO2－——N硝化反硝化②短程硝化工藝比傳統(tǒng)工藝優(yōu)點：◆節(jié)省壓縮空氣25%，相應電耗大幅降低?！艄?jié)省反硝化需有機碳源40%，這對C/N比值低的合成氨排水來說，可節(jié)省不少處理藥劑成本?！粢蚴×硕椒磻?，使硝化反應時間縮短，好氧池池容較小，降低了投資；NO2直接反硝化速率又比NO3速度高63%，可縮短反硝化時間，使A池池容也可降低，所以可減少基建投資20~25%。◆外排污泥減少40~50%，可降低污泥處理費用50%。◆減少硝化反應加堿量，因反硝化效率提高（＞95%），相應會多產(chǎn)生剩余堿度供硝化反應，第八節(jié)生物處理控制指標COD（ChemicalOxygendemand）：又稱化學需氧量，指在一定條件下，用強氧化劑處理水樣時所消耗的氧的量，它反映了水中受還原