污水生物处理的基本概念生化反应动力学基础
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(作业解答提要)2014-水污染控制工程
4、影响废水处理微生物生长的环境因素有哪些？ 解答：
(1) 微生物的营养 (2) 温度 (3) pH 值 (4) DO (5) 有毒物质
5、某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器中进行处理，反应不可逆， 符合一级反应，V=kSA，K=0.15 d-1，求当反应池容积为 20 m3，反应效率为 98％时， 该反应池能够处理的污水流量为多大？ 解答：设 Q 为污水流量，S 为底物浓度：则 Q*S=20*v=k*S*20 则:Q=20k=0.15*20=3m3/d Q(实)=Q/98%=3.06 m3/d
厌氧生物处理：在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳 定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、 转化为简单的化合物，同时释放能量。适用于有机污泥和高浓度有机废水（一般 BOD5≥2000mg/L）。
2、简述发酵和呼吸的区别。 解答：根据氧化还原反应中最终电子受体的不同，分解代谢可分成发酵和呼
2. 解释污泥泥龄的概念，说明它在污水处理系统设计和运行管理中的作用。 解答： 污泥泥龄即生物固体停留时间，其定义为在处理系统（曝气池）中微生物的
平均停留时间。在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生 物量的比值。
活性污泥泥龄是活性污泥处理系统设计\运行的重要参数。 （1）在曝气池设计中的活性污泥法，即是因为出水水质、曝气池混合液污 泥浓度、污泥回流比等都与污泥泥龄存在一定的数学关系，由活性污泥泥龄即可 计算出曝气池的容积。 （2）在剩余污泥的计算中也可根据污泥泥龄直接计算每天的剩余污泥。 （3）在活性污泥处理系统运行管理过程中，污泥泥龄也会影响到污泥絮凝 的效果。 （4）污泥泥龄也有助于进步了解活性污泥法的某些机理，而且还有助于说 明活性污泥中微生物的组成。
(1) 微生物的营养 (2) 温度 (3) pH 值 (4) DO (5) 有毒物质
5、某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器中进行处理，反应不可逆， 符合一级反应，V=kSA，K=0.15 d-1，求当反应池容积为 20 m3，反应效率为 98％时， 该反应池能够处理的污水流量为多大？ 解答：设 Q 为污水流量，S 为底物浓度：则 Q*S=20*v=k*S*20 则:Q=20k=0.15*20=3m3/d Q(实)=Q/98%=3.06 m3/d
厌氧生物处理：在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳 定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、 转化为简单的化合物，同时释放能量。适用于有机污泥和高浓度有机废水（一般 BOD5≥2000mg/L）。
2、简述发酵和呼吸的区别。 解答：根据氧化还原反应中最终电子受体的不同，分解代谢可分成发酵和呼
2. 解释污泥泥龄的概念，说明它在污水处理系统设计和运行管理中的作用。 解答： 污泥泥龄即生物固体停留时间，其定义为在处理系统（曝气池）中微生物的
平均停留时间。在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生 物量的比值。
活性污泥泥龄是活性污泥处理系统设计\运行的重要参数。 （1）在曝气池设计中的活性污泥法，即是因为出水水质、曝气池混合液污 泥浓度、污泥回流比等都与污泥泥龄存在一定的数学关系，由活性污泥泥龄即可 计算出曝气池的容积。 （2）在剩余污泥的计算中也可根据污泥泥龄直接计算每天的剩余污泥。 （3）在活性污泥处理系统运行管理过程中，污泥泥龄也会影响到污泥絮凝 的效果。 （4）污泥泥龄也有助于进步了解活性污泥法的某些机理，而且还有助于说 明活性污泥中微生物的组成。
水污染控制工程：第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
在去除SOM的生化处理过程中，许多呈 胶体状的不溶性有机物被微生物捕获利用， 并最终转化为稳定的不再受微生物活动影响 的稳定产物，这种稳定产物的形成过程称为 稳定化。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（1）生化转化：
C、溶解性无机物的转化（氮和磷的转化）
生活废水中氮的形态：氨和有机氮（包括氨基 酸、蛋白质、核苷）的形式存在。
Ⅱ 生物处理基本原理
2、微生物主要种类和作用
• 微生物主要种群：古细菌、细菌和真核生 物。生物处理中起作用的微生物属于古细 菌和细菌类群，但原生动物和其他微型真 核生物也有一定作用。
（1）细菌：细菌的分类方式很多，从水处理 工程角度，最重要的是从操作方式上分类。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
•依据功能分类：
• 硝化菌
• 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。 在一群自养型好氧微生物的作用下，首先由 亚硝酸菌将氨氮转化为NO2-，称为亚硝酸反 应，第二阶段由硝酸菌将NO2-进一步氧化为 硝酸盐，称为硝化反应。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（3）真核生物：真菌和原生动物常常在 生物处理中出现。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（b）无氧呼吸 是指以含氧无机物，如NO3-, NO2-, SO42-, S2O32-, CO2等代替分子氧，作为最 终受氢体的生物氧化作用。
C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O 总反应式：
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（1）生化转化：
C、溶解性无机物的转化（氮和磷的转化）
生活废水中氮的形态：氨和有机氮（包括氨基 酸、蛋白质、核苷）的形式存在。
Ⅱ 生物处理基本原理
2、微生物主要种类和作用
• 微生物主要种群：古细菌、细菌和真核生 物。生物处理中起作用的微生物属于古细 菌和细菌类群，但原生动物和其他微型真 核生物也有一定作用。
（1）细菌：细菌的分类方式很多，从水处理 工程角度，最重要的是从操作方式上分类。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
•依据功能分类：
• 硝化菌
• 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。 在一群自养型好氧微生物的作用下，首先由 亚硝酸菌将氨氮转化为NO2-，称为亚硝酸反 应，第二阶段由硝酸菌将NO2-进一步氧化为 硝酸盐，称为硝化反应。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（3）真核生物：真菌和原生动物常常在 生物处理中出现。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（b）无氧呼吸 是指以含氧无机物，如NO3-, NO2-, SO42-, S2O32-, CO2等代替分子氧，作为最 终受氢体的生物氧化作用。
C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O 总反应式：
第十四章生化反应动力学 - 第六章水体污染与自净
已被底物所饱和，只有增加酶浓度，才有可能提高
反应速度。
（2）当底物浓度 较小时， 速度和底物浓度成正比例关系，即
反应。
,酶反应 ，呈一级
（11-17）
3.米氏常数的意义及测定
（1） 值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关， 而与酶浓度无关。不同的酶，数值不同。
（2）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物，各有 一个特定的 。
定义：单位时间，底物减少量或产 物增加量衡量。一般以底物减少量。因为 产物增加量需要鉴定，成本较高。
产率系数 观测产率系数（净增长系数）：降 解1kgBOD5有机物所净增加的细胞量。
以S表示废物（污染物），X表示微生物细胞，P 表示分解最终产物，生化反应可以下式表示
S→y·X+z·P （11-7） 以及
厌氧微生物和兼性微生物
产物 无机物，微生物增长（多） 可燃气体，无机物，微生物增长（少）
条件（微生物生长）氧
无氧
特点 快、效果好、所需容积小 慢、不彻底、所需容积小
受环境影响 小
难启动，条件苛刻
对环境影响 污泥量大
酸臭、但污泥量小
适用 BOD5<500mg/L
BOD5>2000mg/L（为什么）
二、微生物的生长规律和生长环境 1.微生物的生长规律
由（11-20）式，
以及
代入（11-19）式得：
（11-21）
式中q及 为底物的比降解速度及其最大值； 为底物浓度；
为饱和常数，即 度常数。
时的底物浓度，故又称半速
及 值可通过实验，采用如前介绍的双倒数作图法 去求得，并由此定出11-21式。
（11-21）式和（11-19）式是废水生物处理工程中目前常 用的二个基本的反应动力学方程式。在实践中，可以结合物
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（二）、温度
各类微生物生长旳温度范围不同，约为5℃~80℃。 此范围内可提成最低生长温度、最高生长温度和最适 生长温度。
以微生物适应旳范围，可分为：中温性（2045℃）、高温性（ 45℃以上）、低温性（20℃下列）
好氧生物处理中以中温菌细菌为主，最适温度2037℃；
厌氧生物处理中，中温性甲烷菌最适温度范围为 25-40℃，高温性为50-60℃，厌氧处理常采用温度为 33-38℃ 和 52-57℃。
（四） 溶解氧DO
好氧生物处理中假如DO不足，因为得不到足够旳 氧，其活性受到影响，新陈代谢能力降低，同步对氧 要求低旳微生物应运而生，影响正常旳生化反应过程， 造成处理效果下降。好氧生物处理旳溶解氧一般以24mg/L为宜。
（五）有毒物质
对微生物具有克制和杀害作用旳化学物质 (工业废水中) 。
其毒害作用主要体现于细胞旳正常构造遭到 破坏以及菌体内旳酶变质，并失去活性。如重金 属离子（砷、铅、镉、铬、铁、铜、锌等）能与 细胞内旳蛋白质结合，使它变质，致使酶失去活 性。
不同旳有机碳将造成反硝化速率旳不同。碳源 按其起源可分为三类：
①外加碳源，多采用甲醇，因为甲醇被分解后旳产 物为CO2，H2O，不产生其他难降解旳中间产物， 但其费用较高；
②原水中具有旳有机碳；
③内源呼吸碳源——细菌体内旳原生物质及其贮存 旳有机物。
反硝化反应旳合适pH值为6.5～7.5。pH 值高于8或低于6时，反硝化速率将迅速 下降。
➢因为硝化菌是自养菌，若水中BOD5值过高，将有利 于异养菌旳迅速增殖，微生物中旳硝化菌旳百分比下 降。
硝化细菌生长影响因子：
➢ 硝化菌旳生长世代周期较长，为了确保硝化作用 旳进行，泥龄应取不小于硝化菌最小世代时间 （3～10d）两倍以上。
废水生物处理基本概念和生化反应动力学基础
停滞期（调整期） 对数期（生长旺盛期） 静止期（平衡期） 衰老期（衰亡期）
混合微生物群体的生长：
第三节 反应速度和反应级数
一、反 应 速 度
在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最 终产物的增加量或细胞的增加量。
图中的生化反应可以用下式表示：
S y X z P 及 dX y dS
dt
dt
即
dS 1 dX
dt y dt
式中：反应系数 底物）。
y
dX dS
又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
二、反 应 级 数
v d[S] k[S]n dt
（11－2）
n
=
0
零级反应，v
=
d[S] =k→[S]
dt
=
[S0]-kt
n
=
1
一级反应，v
=d[S] dt
＝k[S]→lg[S]=
zl!2FY5N84x7)iVJtzp3bUABsWlKp)Pj LxNz#hLN!Y7TE6J1FgXlAjJIeseUPFKWQv)#U8ppJ&8&YE%0h(+40i0hY6og#s67M7KYEyDj w2q*QhEiuyXU9fwyAAoGwKTQpJ p3ueEMV!PETq)rM#4Gwgfa+NXk&uHiS&d3z x!$SUTHIy35FH Dp8vR#cdTOC 4FnYBWic w#lX#iq#ZTdqNDJPEOh2hr mPQUKk*i*4R8f(He)lU!K2eK54(hpYm+2xKnrgh)P6r mRPj H1M19LmCPmOf&H u6tSeD xeLFZ 093LTg6!ymGM34jEj r m-H) NK+K1%rt%bD W54r F&V4m4l70#dhLofzomK-!ladsPsEvS71O15O$sQbv WkO0CEGp0z&mksUSqp-O&Hbbdc#3#%0KLW!B(gAne-
混合微生物群体的生长：
第三节 反应速度和反应级数
一、反 应 速 度
在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最 终产物的增加量或细胞的增加量。
图中的生化反应可以用下式表示：
S y X z P 及 dX y dS
dt
dt
即
dS 1 dX
dt y dt
式中：反应系数 底物）。
y
dX dS
又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
二、反 应 级 数
v d[S] k[S]n dt
（11－2）
n
=
0
零级反应，v
=
d[S] =k→[S]
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=
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n
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1
一级反应，v
=d[S] dt
＝k[S]→lg[S]=
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污水生物处理基本概念和生化反应动力学基础精品PPT课件
1.定义 有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降 解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。 微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与 胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。
2. 好氧生物处理过程的生化反应方程式： • ① 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）
② 合成反应（也称合成代谢、同化作用） ③ 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）
污水处理技术离尽善尽美还相差很远， 主要缺点：生化环境不够理想、微生物数量不够 多、反应速率尚低、处理设施的基建投资和运行 费用很高、运行不够稳定、难降解有机物处理效 果差等。
从可持续发展的战略观点来衡量： 废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污
泥量大、释放较多二氧化碳等缺点。
利用微生物的无穷潜力和反应设备的发展及相关 学科技术的进步，与其他工艺相交叉，利用协同 作用。废水生物处理工艺必将取得更大的发展， 发挥更大的作用。
W. B. Whitman (U. Of Georgia)细菌普查 ，地球上存在51030个细菌, 非常活跃的 群体在海、陆、空等一般环境和极端环境 中的极端环境微生物；
Pseudomonas cepacia：能降解90种以上有 机物甲基汞、有毒氰、酚类化合物等都能 被微生物作为营养物质分解利用。
(3)繁殖快、易变异、适应性强
C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
2.污水生物处理分类
分类依据
–生化环境：好氧、缺氧、厌氧 –反应器构型：依据微生物在反应器中
的生长方式：悬浮型、附着型和混合型.
2.1 废水的好氧生物处理
2. 好氧生物处理过程的生化反应方程式： • ① 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）
② 合成反应（也称合成代谢、同化作用） ③ 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）
污水处理技术离尽善尽美还相差很远， 主要缺点：生化环境不够理想、微生物数量不够 多、反应速率尚低、处理设施的基建投资和运行 费用很高、运行不够稳定、难降解有机物处理效 果差等。
从可持续发展的战略观点来衡量： 废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污
泥量大、释放较多二氧化碳等缺点。
利用微生物的无穷潜力和反应设备的发展及相关 学科技术的进步，与其他工艺相交叉，利用协同 作用。废水生物处理工艺必将取得更大的发展， 发挥更大的作用。
W. B. Whitman (U. Of Georgia)细菌普查 ，地球上存在51030个细菌, 非常活跃的 群体在海、陆、空等一般环境和极端环境 中的极端环境微生物；
Pseudomonas cepacia：能降解90种以上有 机物甲基汞、有毒氰、酚类化合物等都能 被微生物作为营养物质分解利用。
(3)繁殖快、易变异、适应性强
C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
2.污水生物处理分类
分类依据
–生化环境：好氧、缺氧、厌氧 –反应器构型：依据微生物在反应器中
的生长方式：悬浮型、附着型和混合型.
2.1 废水的好氧生物处理
高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(下册)考研真题精选-第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动
第十一章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础一、选择题活性污泥法中，为了既获得好的处理效果，又使污泥有良好的沉降性能，一般将活性污泥控制在（）。
[中国地质大学（武汉）2011年研]A．延迟期末期B．对数增长期末期C．稳定期末期D．衰亡期末期【答案】C【解析】A项，延迟期末期微生物细胞进入新环境开始吸收营养物质合成新的酶系，一般不繁殖，活细胞数目不会增加甚至减少。
B项，对数增长期末期微生物维持在活力很强的状态，因为若要维持较高的生物活性，就需要有充足的营养物质，含有高浓度有机物的进水容易造成出水有机物超标，使出水达不到排放要求；另外，对数增长期的微生物活力强，使活性污泥不易凝聚和沉降，给泥水分离造成一定困难。
D项，衰亡期末期，此时处理过的污水中含有的有机物浓度固然很低，但由于微生物氧化分解有机物能力很差，所需反应时间较长，因此，在实际工作中是不可行的。
所以，为了获得既具有较强氧化和吸附有机物能力，又具有良好的沉降性能的活性污泥，在实际中常将活性污泥控制在稳定期末期和衰亡期初期。
二、填空题1．反硝化脱氮中，当碳源不足时，可以补充______或______。
[宁波大学2017年研]【答案】糖类；有机酸类【解析】反硝化细菌在反硝化过程中利用各种有机底质（包括糖类、有机酸类、醇类、烷烃类、苯酸盐类和其他苯衍生物）作为电子供体，NO3－作为电子受体，逐步还原NO3－至N2。
2．EBPR的英文全称是______，主要包括______和______两个过程。
[中国科学技术大学2015年研]【答案】Enhanced biological phosphorus removal；厌氧释磷；好氧吸磷【解析】EBPR是指强化生物除磷系统，即Enhanced biological phosphorus removal。
生物除磷最基本的原理是在厌氧—好氧或厌氧—缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物具有厌氧释磷及好氧（或缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。
第十章 污水生物处理基本概念及生化反应动力学基础
不同类型微生物进行分解代谢所利用的底物 不同，异样微生物利用有机物，自养微生物利 用无机物。 有机底物的生物氧化主要脱氢（包括失电子） 方式实现。
微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能， 根据与氧气的关系，分为两大类，即好氧呼吸 和厌氧呼吸。 好氧呼吸：底物中的氢被脱氢酶活化，并从底 物中脱出交给辅酶(递氢体)，同时放出电子， 氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧，活化 氧和从底物中脱出的氢结合成水。因此，好氧 呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。
3. PH值：活性污泥最适宜的PH值范围是6.5-8.5。 4. 溶解氧：影响生物处理效果的重要因素。好氧生物 处理溶解氧一般以2-4mg/L为宜。厌氧生物处理不能 有氧。 5. 有毒物质：重金属等有毒物质能使微生物细胞结构 遭到破坏以及生物酶变性，失去活性。
第三节 反应速度和反应级数
一、反应速度 二、反应速率方程和反应级数
一、反应速度
在生化反应中，反应速度是指单位时间单位体 积内底物的减少量、产物或细胞质的增加量。例： 生化反应：S→y· X+z · P 反应速度： dn P dn X dn S
S Vdt
X Vdt P Vdt
如果反应过程V恒定，则反应速度：
dC S S dt dC X X dt dC P P dt
总反应式：
C6H12O6 →2CH3CH2OH+2CO2+92.0KJ
3. 无氧呼吸
指以无机氧化物，如NO3-、 NO2-、SO42等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作 用。 如反硝化作用：C6H12O6+6H2O → 6CO2+24[H]
24[H]+4NO3- →2N2↑+的生长规律和生长环境
污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
求得：
1 Xa Y S S V 1 b Q
0
V Q
为水力停留时间
在恒化器处于静态的时候， x
x 为固体停留时间（SRT），也称为平均细胞停留时间
（MCRT）或者污泥龄
系统中的活性生物量 x 1 活性生物量的产率
即泥龄是净比生长速率的倒数
第 1章
污水生物处理的基本概念 和生化反应动力学基础
1.1 基本速率表达式 Basic Rate Expressions
细菌生长动力学，最常用的是莫诺特方程
1 dX a S μ syn μ X dt K S a syn
syn 为合成的比生长速率，T-1
x min
S 随着 x 增加而单调下降
S min ， S min 是维持稳态 接近极小值 S
b Y q b
菌体需要的最小基质浓度
S min K
如果 S S min ，细胞的净生长速率就是负数，菌体不会累积 而将逐渐消失，只有 S S min ，才能维持稳态菌体。 4）当
无穷大，可以将 S 从 S 0 降低到 S min
不能去除基质，没有活性菌体累积
刚刚产生污泥流失时的 x 值称为 x min
0 K S x min 0 S Y q b bK
min 增大，逐渐达到其极限值： 随着 S 0 增大， x
min x
lim
1 Y q b
2）对于所有的 x 3）对于很大的 x
X a为活性菌体的浓度，MxL-3
S 为限制生长速率的基质浓度，MsL-3
水污染控制工程高廷耀程学习重点
水污染控制工程 Wastewater Treatment一、水质指标：物理指标、化学指标、生物指标（一）BOD5(5日生化需氧量）：指5天内水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量（mg/L）（二)水体自净作用：以河流为例，指河水中的污染物在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。
(1）物理净化：指污染物由于稀释、扩散、沉淀等作用，使河水污染物浓度降低的过程。
(2)化学净化：指污染物由于氧化、还原、分解等作用，使河水污染物浓度降低的过程。
（3）生物净化：由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物氧化分解作用而使河水污染物浓度降低的过程。
二、污水的物理处理（一）格栅（Screening）：在水处理中，格栅是用来去除可能阻塞水泵机及管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设备能正常运行的一种装置。
Screening to remove large subjects,such as stones or sticks that could plug lines or block tank inlets.（二)沉淀的基础理论1.沉淀法：利用水中悬浮颗粒和水的密度差,在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
2.沉淀法的四种用法：1.污水处理系统的预处理（沉砂池—预处理手段去除污水中易沉降的无机性颗粒物）2.污水的初步处理（初沉池)（经济有效地去除污水中的悬浮固体和呈悬浮状态的有机物）3.生物处理后的固液分离(二次沉淀池,简称二沉池)4。
污泥处理阶段的污泥浓缩(污泥浓缩池）3.沉淀类型(1)自由沉淀：悬浮颗粒物浓度不高:沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰,颗粒各单独进行沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。
沉淀过程中，颗粒的物理性质不变.发生在沉砂池。
（2）絮凝沉淀：悬浮颗粒物浓度不高：沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。
沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的.化学絮凝沉淀属于这种类型.（3）区域沉淀（成层沉淀或拥挤沉淀）：悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）：颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响,颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下降，与澄清水之间有清晰的泥水界面。
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一、微生物的新陈代谢
（二）好氧呼吸
好氧呼吸是在有分子氧（O2）参与的生物氧化，反应的最终受 氢体是分子氧。 异养型微生物 以有机物为底物（电子供体），终点产物为二 氧化碳、氨和水等，同时放出能量。 C6H12O6 + 6O2——6CO2 + 6H2O + 2817.3kJ C11H29O7N + 14O2 + H+——11CO2 + 13H2O + NH4+ + 能量 自养型微生物 以无机物为底物，终点产物也是无机物，同时 放出能量。H2S + 2O2——H2SO4 + 能量
一、微生物的新陈代谢
三种代谢方式获得的能量水平比较
呼吸方式 受氢体
好氧呼吸 分子氧
缺氧呼吸 无机物
发酵
有机物
化学反应式
C6H12O6 + 6O2-——6CO2 + 6H2O + 2817.3 kJ
C6H12O6 + 4 NO3-——6 CO2 + 6H2O + 2N2 + 1755.6 kJ
C6H12O6 —— 2CH3CH2OH + 2 CO2 + 92.0kJ
2NH4＋＋3O2→ 2NO2-＋2H2O＋4H＋ 2NO2-＋ O2→2 NO3-
硝化细菌生长影响因子：
➢硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变 化较为敏感。温度，溶解氧，污泥龄，pH，有机负荷 等都会对它产生影响。
➢硝化反应的适宜温度为20℃～30℃。低于15℃时， 反应速度迅速下降，5℃时反应几乎完全停止。
由于厌氧生物处理不需另加氧源，故运行费用低。 此外，它还具有剩余污泥量少，可回收能量（CH4） 等优点。其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长， 处理构筑物容积大等。此外，需维持较高的反应温度， 就要消耗能源。对于有机污泥和高浓度有机废水（一 般BOD5≥2000mg/L）可采用厌氧处理法。
四、脱N除P基础理论 （一）生物脱氮
NH4+ +2O2——NO3－ +2H+ +H2O + 能量
一、微生物的新陈代谢
（三）缺氧呼吸 是指在无分子氧但有化合态氧的情况下，以无机氧化物，
如NO3-, NO2-, SO42-, S2O32-, CO2等代替分子氧，作为最 终受氢体的生物氧化作用。 C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O 总反应式： C6H12O6 + 4 NO3-——6 CO2 + 6H2O + 2N2 + 1755.6 kJ
第十一章 废水生物处理的基本概念 和生化反应动力学基础
第一节 污水生物处理基本原理 第二节 微生物的生长规律和生长环境 第三节 反应速率和反应级数 第四节 微生物生长动力学
11.1 污水生物处理基本原理
一、微生物的新陈代谢 二、废水的好氧生物处理 三、废水的厌氧生物处理
一、微生物的新陈代谢
微生物的新陈代谢
➢由于硝化菌是自养菌，若水中BOD5值过高，将有助 于异养菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。
硝化细菌生长影响因子：
➢ 硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作用 的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间（3～ 10d）两倍以上。
➢ 硝化反应对溶解氧有较高的要求，处理系统中的 溶解氧量最好保持在2mg/L以上。
底物或基质（substrate）
新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢
微生物的能量代谢：
根据氧化还原反应最终电子受体的不同，分解 代谢分为发酵和呼吸两种类型。
一、微生物的新陈代谢
（一）发酵
指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用， 最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（中间 产物）。 C6H12O6 —— 2CH3COCOOH + 4H 2 CH3COCOOH —— 2 CO2 + 2CH3CHO 4H + 2CH3CHO —— 2CH3CH2OH 总反应式： C6H12O6 —— 2CH3CH2OH + 2 CO2 + 92.0kJ
厌氧跟好氧 污泥产率的
差别？
无分子氧及化合态氧 厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统
好氧生物处理与厌氧生物处理的比较：
好氧反应速度较快，反应时间较短，故处理构筑物 容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。目前对中、 低浓度的有机废水，或者说BOD5小于500mg/L的有机 废水，基本采用好氧生物处理。
氨化
硝化
反硝化
1.氨化反应
在氨化微生物的作用下，有机N化合物可 以在好氧或厌氧条件下分解转化为氨态氮。
以氨基酸为例：
好氧氨化： RCHNH 2COOH O2 RCOOH CO2 NH3
厌氧氨化： RCHNH 2COOH H2O RCOOH NH3
2.硝化反应
化能自 养型
在 好 氧 条 件 下 ， 将 NH4+ 转 化 为 NO2- 和 NO3-的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌 两种菌共同完成的。其反应如下：
➢ 在硝化反应过程中，有H+释放出来，使pH值下降。 硝化菌受pH值的影响很敏感，为了保持适宜的pH 值7～8，应在废水中保持足够的碱度，以调节pH 值的变化。1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以 CaCO3计)7.1g。
3.反硝化作用
污水中的硝态氮NO3-－N和亚硝态氮NO2-－N， 在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的 过程。具体反应如下： 6NO2-＋3CH3OH→ 3N2＋3CO2+3H2O＋6OH－ 6NO3-＋5CH3OH→ 3N2＋7H2O＋5CO2+6OH－
反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，在 有氧存在时，它会以O2为电子受体进行 好氧呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在 时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有 机碳为电子供体和营养源进行反硝化反 应。
在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用 于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。
二、废水的好氧生物处理
80％
内源 内源代谢产物+能量 代谢 CO2、H2O、NH3
内源代谢残留物
20％
O2 a'QS r b'VX V (P143)
呼吸氧化 CO2、H2O、能量
O2
可生物降解有机物
合成新细胞
剩余污泥排出
O2 内源呼吸
O2
Q(S0 Se) 0.68
1.42XV
(P144)
三、废水的厌氧生物处理