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(guò)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(wú)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(lái)完成處理過(guò)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(lái)完成處理過(guò)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(yíng)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(wú)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(guò)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(guò)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(wú)機(jī)物的處理過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(lái)。一般說(shuō)來(lái)，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(guò)程，將機(jī)污染物氧化分解成較穩(wěn)定的無(wú)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(guò)程如下：溶解態(tài)的有機(jī)物可以直接透過(guò)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(guò)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(guò)程。一部分被吸收的有機(jī)物氧化分解成簡(jiǎn)單的無(wú)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(guò)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(lái)，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(guò)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(yíng)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(yíng)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(yíng)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(wú)論重量，還是數(shù)量都是不斷減少的?？梢?jiàn)，要保證廢水處理的效果，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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 在好氣處理過(guò)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(wú)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?gòu)U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