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(xué)資環(huán)學(xué)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(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動(dòng)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(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式：①分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）異氧微生物CHONS+O2→

CO2+H2O+NH3+SO42-+

+能量（有機(jī)物的組成元素）②合成反應(yīng)（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(xì)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(xì)胞物質(zhì)的成分是相對穩(wěn)定的，一般可用下列實(shí)驗(yàn)式來表示：細(xì)菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻類：C5H8NO2；原生動(dòng)物：C7H14NO3分解與合成的相互關(guān)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(chǔ)；b、分解過程是一個(gè)產(chǎn)能過程，合成過程則是一個(gè)耗能過程。2)對有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；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(fèi)用一般可以占整個(gè)城市污水處理廠的40

50%）。不同形式的有機(jī)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(jìn)入細(xì)胞壁；結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另一方面：有機(jī)物的化學(xué)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(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；細(xì)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(shí)，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(xì)胞組成中，C、H、O、N約占90

97%；其余3

10%為無機(jī)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(yīng)按BOD

N

P=100

5

1投加N和P；其它無機(jī)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(shí)，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動(dòng)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(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來是微生物的食物，但太多時(shí)，也會不利于微生物；⑦氧化還原電位：好氧細(xì)菌：+300

400mV，至少要求大于+100mV；厭氧細(xì)菌：要求小于+100mV，對于嚴(yán)格厭氧細(xì)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(jī)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(jī)氮主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部份顆粒性有機(jī)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(jī)氮轉(zhuǎn)化成氨氮和其它無機(jī)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(xì)菌實(shí)現(xiàn)氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化，最終生成無害的氮?dú)?，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(jī)氮化合物分解，轉(zhuǎn)化為NH3-N。并在脫氨的同時(shí)產(chǎn)生有機(jī)酸、醇、或碳?xì)浠衔镆约岸趸嫉?。以尿素為例，其厭氧反?yīng)式為：CO(NH2)2+H2O=CO2+2NH3，（厭氧氨化菌）好氧反應(yīng)式為CO(NH2)2+O2---------------------2CO2+2NH3，（好氧氨化菌）以氨基酸為例，其好氧反應(yīng)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(yīng)過程。硝化作用由兩類化能自養(yǎng)細(xì)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(yīng)較快，一般不會造成NO2—N的積累。反應(yīng)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(gè)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(gè)過程釋放的能量來合成新細(xì)菌體和維持正常的生命活動(dòng)。總反應(yīng)式為：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O-ΔEΔE=351kJ綜合氨氧化和細(xì)胞體合成反應(yīng)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(jī)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(jī)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(chǔ)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?dú)獾纳磻?yīng)過程，參與這一生化反應(yīng)的微生物是反硝化細(xì)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(jìn)行生物反硝化。在有氧存在的好氧狀態(tài)下，反硝化菌能進(jìn)行好氧生物代謝，氧化分解有機(jī)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(xì)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(jī)污染物，去除BOD5，并同時(shí)將NO3-中的氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。反硝化過程分兩步進(jìn)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?dú)猓篘O3-→NO2-→NO→N2O→N2事實(shí)上這只是硝酸鹽還原的其中一個(gè)過程——異化過程。在異化過程的同時(shí)，還有一個(gè)同化過程，硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氨氮用于細(xì)胞合成。在反硝化過程中要有含碳有機(jī)物作為該過程中的電子供體，碳源既可以是污水或細(xì)胞體內(nèi)碳源，也可以外部投加。以采用甲醇作為碳源，反應(yīng)過程如下：第一步：6NO2-+2CO2+4H2O第二步：6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-總反應(yīng)式為：6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-典型的同化作用反應(yīng)如下：3NO2-+14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7O2N+19H2O同化作用和異化作用綜合反應(yīng)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(diǎn)：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(yīng)故叫“短程”。短程硝化反應(yīng)：NH4－——NO2－——N短程硝化反應(yīng)反硝化

常規(guī)反應(yīng)：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(diǎn)：◆節(jié)省壓縮空氣25%，相應(yīng)電耗大幅降低。◆節(jié)省反硝化需有機(jī)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?yīng)，使硝化反應(yīng)時(shí)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(shí)間，使A池池容也可降低，所以可減少基建投資20~25%?！敉馀盼勰鄿p少40~50%，可降低污泥處理費(fèi)用50%。◆減少硝化反應(yīng)加堿量，因反硝化效率提高（＞95%），相應(yīng)會多產(chǎn)生剩余堿度供硝化反應(yīng)，第八節(jié)生物處理控制指標(biāo)COD（ChemicalOxygendemand）：又稱化學(xué)需氧量，指在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)所消耗的氧的量，它反映了水中受還原