环境生物化学第六章PPT推荐.ppt

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KS半速率系数，其值等于q=1/2时的基质浓度，g/L环境生物化学环境生物化学6.1.2.2好氧生物膜法好氧生物膜法1.好氧生物膜法的基本原理2.生物膜的形成及特点3.生物膜中的物质迁移环境生物化学环境生物化学好氧生物膜法的基本原理好氧生物膜法的基本原理生物膜法和活性污泥法都是利用好氧微生物分解废水中的有机物的方法。

它们的基本不同点在于微生物提供的方式不同。

在生物膜法中,微生物附着在固体滤料的表面上，在固体介质表面形成生物膜，废水同生物膜相接触而得到处理，所需氧气一般直接来自大气。

而在活性污泥法中，微生物是以污泥绒粒的形式分散、悬浮在曝气池的废水中，所需氧气是通过曝气装置提供的。

所以生物膜法亦称为生物过滤法生物膜法具有以下几个特点：

固着于固体表面上的微生物对废水水质、水量的变化有较强的适应性；

和活性污泥相比，管理较方便；

由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生息，从而构成了稳定的生态系环境生物化学环境生物化学生物膜的形成及特点生物膜的形成及特点形成粘液状多微生物的膜接种或废水中微生物沿介质表面向下渗流有机废水均匀地淋洒吸附降解有机物微生物在介质表面增殖充分供氧挂膜介质形成生物膜生物膜形成生物膜形成环境生物化学环境生物化学生物膜的形成及特点生物膜的形成及特点生物膜的特点：

生物膜的特点：

1.膜的表层由好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层；

2.2.膜的内部由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层；

3.3.生物膜存在更新脱落；

环境生物化学环境生物化学生物膜中的物质迁移生物膜中的物质迁移供氧充足供氧充足：

好氧层对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其他代谢产物一部分溶入附着水层，一部分析出到空气中去；

厌氧层的厚度发展有限；

生物膜的活性时间长。

供氧不足供氧不足：

废水中的氧会迅速的被表层的生物膜所耗尽；

深层因氧不足而发生厌氧分解，积蓄了H2S、NH3、有机酸等代谢产物；

使生物膜发生非正常的脱落环境生物化学环境生物化学6.1.3厌氧生物处理生厌氧生物处理生物化学物化学6.1.3.1.厌氧生物处理的基本原理6.1.3.2厌氧生物处理的动力学环境生物化学环境生物化学6.1.3.1.厌氧生物处理的基本原理1.厌氧生物分解有机物的过程2.厌氧消化微生物环境生物化学环境生物化学厌氧生物分解有机物的过程水解阶段：

过程缓慢发酵（酸化）阶段：

产物丙酸、丁酸、乙醇等产乙酸阶段：

乙酸、氢气和二氧化碳产甲烷阶段：

环境生物化学环境生物化学厌氧消化微生物发酵细菌（产酸细菌）：

将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等产氢产乙酸菌：

产甲烷细菌：

环境生物化学环境生物化学厌氧消化微生物厌氧微生物群体间的关系：

a.不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质b.不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件c.不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质d.产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制e.不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值缺氧（anoxic）处理：

a.硫酸始还原b.反硝化环境生物化学环境生物化学6.1.3.2厌氧生物处理厌氧生物处理的动力学的动力学1.水解阶段不溶性底物的转化速率2.溶解性底物的转化速率与细胞产率环境生物化学环境生物化学水解阶段不溶性底物的转化速率污水中可生物降解的不溶物质的水解常数Kp与水解温度的关系整个厌氧过程的产气速率（r气）等于水解速率（r水解），它与可生物降解的不溶性有机构浓度成正比环境生物化学环境生物化学溶解性底物的转化速率与细胞产率莫诺德（Monod）方程max最大的比细胞增长率b同期细胞的死亡速率bKmax最大比底物利用速率Y可定义为“克细胞COD去除gCOD”在厌氧处理的产甲烷阶段，以挥发性脂肪酸（VFA）形式存在的COD被转化为甲烷和细胞物质。

假定产生的细胞物质占被转化的VFA（均以COD计）的产率为Ym（g细胞COD去除gCOD），则转化为甲烷的VFA的产率为1一Ym。

环境生物化学环境生物化学溶解性底物的转化速率与细胞产率细菌菌类型型世代世代时间/d细胞胞产率率/gVSS（gCOD）-1细胞活力胞活力/gCOD（gVSSd）-1K/mmol活性活性污泥法：

泥法：

好氧菌好氧菌0.0300.4057.80.25厌氧酸化菌氧酸化菌0.1250.1439.6未未报告告厌氧氧产乙酸菌乙酸菌3.50.036.60.40产甲甲烷菌：

菌：

嗜嗜氢菌菌甲甲烷丝菌菌甲甲烷叠球菌叠球菌0.57.01.50.070.020.0419.65.011.60.0040.305.0厌氧菌和好氧菌在废水生物处理中的动力学参数（3035）环境生物化学环境生物化学6.2污、废水深度处理生物污、废水深度处理生物化学化学6.2.1生物脱氮生物化学生物脱氮生物化学6.2.2生物除磷生物化学生物除磷生物化学环境生物化学环境生物化学生物脱氮过程和原理生物脱氮过程和原理废水中的氮包括无机氮和有机氮两种。

无机氮以氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO3-N）和亚硝态氮（NO2-N）3种形态存在，主要来源于微生物对有机氮的分解、农田排水以及某些工业废水。

有机氮则以蛋白质、多肽和氨基酸为主，来源于生活污水、农业垃圾和食品加工、制革等工业废水。

生物脱氮由消化作用和反硝化作用共同完成。

它是指在微生物的作用下，废水中的氮化合物转化为氮气逸出并返回大气的过程，如图67所示。

环境生物化学环境生物化学图图67环境生物化学环境生物化学

（1）硝化反应硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐氮的过程。

硝化反应是由一群自养型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤。

第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，称为亚硝化反应。

亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺旋杆菌属和亚硝化球菌属等。

环境生物化学环境生物化学第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。

硝酸菌有硝酸杆菌属、螺旋杆菌属和球菌属等。

这两项反应均需在有氧的条件下进行。

常以CO2、CO32、HCO3为碳源环境生物化学环境生物化学亚硝化反应：

亚硝化反应：

硝化反应：

硝化总反应：

环境生物化学环境生物化学研究表明，硝化反应速率主要取决于氨氮转化为亚硝酸氮的反应速率。

由上述反应式计算得知，在硝化反应过程中，将lg氨氮氧化为硝酸盐需要4.57g氧（其中亚硝化反应需耗氧3.43g，硝化反应需耗氧1.14g），同时约需耗7.14g重碳酸盐碱度（以CaCO3计），以平衡硝化产生的酸度。

环境生物化学环境生物化学亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，均是好氧自养菌，只有在溶解氧足够的条件下才能生长。

其基本特征见表6-2。

由表可见，硝酸菌的世代期长，生长速度慢；

而亚硝酸菌世代期较短，生长速度快，较易适应水质水量的变化和其他不利的环境条件。

环境生物化学环境生物化学环境生物化学环境生物化学

（2）反硝化反应反硝化反应反硝化反应是由一群异养性微生物完成的生物化学过程。

它的主要作用是在缺氧（无分子态氧）的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮（N2）。

反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌后、螺旋菌属和无色杆菌属等。

它们多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。

在无分子态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5和N3作为电子受体O2作为受氢体生成H2环境生物化学环境生物化学和OH碱度，有机物则作为碳源及电子供体提供能量，并得到氧化稳定。

反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。

异化作用就是将NO2和NO3还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。

而同化作用是反硝化菌将NO2和NO3还原成为NH3N，供新细胞合成使用，使氮成为细胞质的成分，此过程可称为同化反硝化，反硝化反应中氮元素的转化见表6-4。

环境生物化学环境生物化学环境生物化学环境生物化学反硝化反应式为：

在DO0.5mg/L的情况下，兼性反硝化菌利用污水中的有机碳源（污水中的BOD成分）作为氢供给体，将来自于好氧池混合液中的硝酸