環(huán)境化學(xué)工程 課件 第4-2 生物處理方法.ppt

1、,廢水的生化處理方法,4.1.3 生化操作中的微生物生態(tài)系統(tǒng),廢水生物處理是通過微生物的新陳代謝作用，將廢水中有機(jī)物的一部分轉(zhuǎn)化為微生物的細(xì)胞物質(zhì)，另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)（無機(jī)物或簡(jiǎn)單有機(jī)物）的方法。不論何種生物處理系統(tǒng)，都包括一個(gè)基本要素，即作用者、作用對(duì)象和環(huán)境條件。 生物處理的主要作用都是微生物，特別是其中的細(xì)菌。根據(jù)生化反應(yīng)中氧氣的需求與否，可把細(xì)菌分為好氧菌、兼性厭氧菌和厭氧菌。主要依賴好氧菌和兼性厭氧菌的生化作用來完成處理過程的工藝，稱為好氧生物處理法；主要依賴厭氧菌和闌尾炎性厭氧菌的生化作用來完成處理過程的工藝，稱為厭氧生物處理法。 在絕大多數(shù)情況理，生物處理的主要作用

2、對(duì)象（即充作微生物營養(yǎng)基質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)）為可生化的有機(jī)物；僅在個(gè)別情況下，生物處理的主要對(duì)象可以是無機(jī)物（如好氧條件下進(jìn)行的硝化處理對(duì)象是氨，厭氧條件下進(jìn)行的反硝化處理的對(duì)象是硝酸鹽。） 生物處理需要眾多的環(huán)境條件，但從處理方法的分類角度看，最基本的環(huán)境條件當(dāng)屬氧的存在或供應(yīng)與否。好氧生物處理必須充分供應(yīng)微生物生化以就所必須的溶解氧；而厭氧生物處理過程則必須隔絕與氧的接觸。由于受氧的傳遞速率的限制，微生物進(jìn)行好氧生物處理時(shí)有機(jī)物濃度不能太高。所以有機(jī)固體廢棄物。有機(jī)污泥，有機(jī)廢液及高濃度有機(jī)廢水的生物處理，自然是在厭氧條件下完成。,厭氣生化處理 在斷絕供氧的條件下，利用砂氧微生物的生命活動(dòng)過程，

3、使廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的有機(jī)物和無機(jī)物的處理過程，在工程上稱為廢水的厭氣生化處理。 有機(jī)物的厭氧分解過程分為兩上階段，在第一階段中，產(chǎn)酸細(xì)菌把存在廢水中的復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的有機(jī)物（如有機(jī)酸、醇類）和CO2、NH3、H2S等無機(jī)物。在第二階段中，甲烷細(xì)菌接著將簡(jiǎn)單的有機(jī)物分解成甲烷和CO2等。厭氣分解過程中，由于缺乏氧作為氫受體，所以對(duì)有機(jī)物的分解不徹底，貯于有機(jī)物中的化學(xué)能未全部釋放出來。一般說來，微生物的厭氣生長(zhǎng)條件比較嚴(yán)格。,好氣生化處理 在充分供氧的條件下，利用好氧微生物的生命活動(dòng)過程，將機(jī)污染物氧化分解成較穩(wěn)定的無機(jī)物的處理方法，在工程上稱為廢水的好氣生化處理。 微生物對(duì)有

4、機(jī)污染物進(jìn)行好氧分解的過程如下：溶解態(tài)的有機(jī)物可以直接透過細(xì)胞的細(xì)胞壁進(jìn)入胞內(nèi)。固體或膠體的有機(jī)物先被細(xì)菌吸附，靠細(xì)菌所分泌的外酶作用，分解成溶解性的物質(zhì)，然后再滲入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，通過細(xì)菌自身的生命活動(dòng)，在內(nèi)酶的作用下，進(jìn)行氧化、還原和合成過程。一部分被吸收的有機(jī)物氧化分解成簡(jiǎn)單的無機(jī)物，如有機(jī)物中的C被氧化成CO2，H與O結(jié)合成H2O，N被氧化成NH3，亞硝酸鹽和硝酸鹽，P被氧化成磷酸鹽，S被氧化成硫酸等。與此同時(shí)釋放出能量，作為細(xì)菌自身生命活動(dòng)的能源，并將另一部分有機(jī)物作為其生長(zhǎng)繁殖所需要的構(gòu)造物質(zhì)，合成新的原生質(zhì)。 在廢水好氣處理過程中，必須不間斷地供給溶解氧。因?yàn)檠跏怯袡C(jī)物的最后氫接受體

5、，正是由于這種的轉(zhuǎn)移，才使能量釋放出來，成為細(xì)菌生命活動(dòng)和合成新細(xì)胞物質(zhì)的能源。 有機(jī)物的好氣氧化合成過程，也可以用下列一化反應(yīng)式表示： 在機(jī)物的氧化分解（有氧呼吸）： CXHYOZ+(x+y/4-z/2)O2xCO2+(y/2H2O)+能量 原生質(zhì)的同化合成以NH3為氮源： n(CxHyOz)+NH3+(nx+hy/4-hz/2-5)O2C5H7NO2+(nx-5)CO2+(ny-4)/2H2O 原生質(zhì)的氧化分解（內(nèi)源呼吸）： CHNO+5O5CO+2HO+NH+能量 由此可以看出，當(dāng)廢水中營養(yǎng)物質(zhì)充足，即微生物既能獲得足夠的能量，又能大量地合成新的原生質(zhì)時(shí)，微生物就不斷增長(zhǎng)。當(dāng)廢水中營養(yǎng)物

6、質(zhì)缺乏時(shí)，微生物只得依靠細(xì)胞內(nèi)貯藏的物質(zhì)，甚至把原生質(zhì)也作為營養(yǎng)物質(zhì)利用，以獲得生命活動(dòng)所需的最低限度的能源，這種情況下，微生物無論重量，還是數(shù)量都是不斷減少的?？梢姡ＷC廢水處理的效果，首先必須有足夠數(shù)量的微生物，同時(shí)，還必須有足夠數(shù)量的營養(yǎng)物質(zhì)。 在好氣處理過程中，有機(jī)物用于氧化與合成的比例，隨廢水中有機(jī)物性質(zhì)而異。對(duì)于生活污水或與之相類似的工業(yè)廢水，所產(chǎn)生的新細(xì)胞物質(zhì)，約占全部有機(jī)物重的50-60%,好氣生化處理和厭氣生化處理的區(qū)別 起作用的微生物群不同，好氣生化處理是由一大群好氧菌和兼性厭氧菌起作用的；而厭氣生化處理是兩大類屬的微生物起作用，先是厭氧菌和兼性厭氧菌，后是另一類厭氧菌。

7、 產(chǎn)物不同，好氣生化處理中，有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-等，且基本無差。厭氣生化處理中，有機(jī)物先被轉(zhuǎn)化在為數(shù)眾多的中間有機(jī)物（如有機(jī)酸、醇、醛等），以及CO2、H2O等；其中有機(jī)酸、醇、醛等，有機(jī)物又被另一群被稱為甲烷菌的砂氧菌繼續(xù)分解。由于能量的限制，其終產(chǎn)物受到較少的氧化作用，如有機(jī)碳常形成CH4，而不是CO2；有機(jī)氮形成NH3，胺化物或N2，而不是亞硝酸鹽；S形成H2S，則不是SO2或SO等。產(chǎn)物復(fù)雜，有異臭，一此產(chǎn)物可作燃料。 反應(yīng)速率不同，好氣生化處理由于有氧作為氫受體，有機(jī)物轉(zhuǎn)化速率快，需要時(shí)間短?？捎幂^小的設(shè)備處理較多的廢水；厭氣生化處理反應(yīng)速率慢，需要時(shí)間長(zhǎng)，在有限的設(shè)備內(nèi)，僅能處理較少廢水或污泥。 對(duì)環(huán)境要求條件不同，好氣生化處理要求充分供氧，對(duì)環(huán)境條件要求不太嚴(yán)格；厭氣生化處理要求，絕對(duì)厭氧的環(huán)境，對(duì)環(huán)境條件（PH值、溫度）甚嚴(yán)。 好氣生化處理與砂氣生化處理都能完成有機(jī)物的穩(wěn)定化，但在實(shí)際中究竟采用哪種方法，視具體情況而定。采用厭氣法處理廢水，除需要時(shí)間長(zhǎng)外，處理水發(fā)黑，有臭味，具BOD濃度仍然很高；如果廢水的BOD濃度較低，所需的處理設(shè)備將很龐大。所以