《废水生物处理》第三章微生物生物化学
第三章-1生物处理原理-环境工程学课件(1)
ATP循环 phosphorylation（磷 酸化）
通过ATP-ADP偶联反应贮存和利
分解代谢(catabolism)
使复杂的高分子物质、高能化 合物降解为简单的低分子、低能 量物质
能量逐级释放──产能代P合成：ADP的磷酸化──将能 量贮存于高能磷酸键中（ADP磷酸 化途径：底物水平磷酸化、电子传 递磷酸化、光合磷酸化） ATP的分解：ATP水解为ADP， 能量的利用(合成、生理活动)
一种废水处理方法。
有机物(需氧)——BOD
生物处理的目的——使废水 中可生物降解(或转化)的污染物 质稳定化或转化为易于从水中
分离的物质，从而使之被去除。
可生物降解的有毒物 (工业污染 物)——如酚、腈等
氮需氧物质——TKN、NH3等 植物营养物质——TN、TP、S等
概述
二、生物处理的类型和工艺系统
好氧生物处理与厌氧生物处理的比较：
好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构 筑物容积较小，且处理过程中散发的臭气较少。所以，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。
由于厌氧生物处理不需曝气，故运行费用低，且剩余污泥量少， 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。
概述
附着生长工艺系统(Attached growth process，attachedfilm，Biofilm process，生物膜法)
利用附着于各种填料(media)裁体(carrier)上的生物膜中的微生物群 体净化废水的工艺，是土壤自净过程的人工强化(工程化)，主要工艺 包括：生物滤池(Biological filter)、生物转盘(RBC Biodisk)、生物流 化床
废水生物化学处理基础
由上图可知，TbOD试验可以提供三个重要设计参数： ①BODL；②处理过程所需的O2量；③细菌产量。
§7-5 微生物集团的模型 在生物化学过程中，微生物集团的形态 不外是固定在填料壁上的微生物膜或者在液 相内处于悬浮状态的微生物絮体。
为要进行微生物集团模型的数学公式推导， 需要做出下面假定： ①微生物集团的成分是稳定的，即不随时间而变化。 ②微生物细胞的功能也是不随时间变化的，细胞的 总性质只是局部环境的函数。 ③在微生物集整体中，菌龄分布以及其它微生物的 生活特性也是不随时间变化的。
TbOD试验的具体方法：
①获取驯化后的细菌悬浮液，并用自来水洗去其中所含残余有 机物。 ②测定细菌悬浮液的COD及质量浓度。 ③测定废水的COD值。 ④将细菌悬浮液a ml与废水b ml混合后并进行曝气，以促进细 菌的代谢作用，并保持试样成分均匀，作为试验的时间O点。 ⑤按一定的时间间隔取水样，测定混合液的COD、经0.45um孔径 滤膜过滤后的滤液COD以及悬浮固体量。 ⑥计算：稀释浓度=（a+b）/b ΔCODu=混合液初始COD-混合液最小COD ΔCODt=滤液初始CODD=（ΔCODt -ΔCODu ）×（a+b）/b
从图7-4可以看出，μmax值越大时，比 值增率μ随底物浓度的增高而上升越快。
图7-5说明，当Ks值很小时（如图中曲线A）， µ-ρ曲线急剧上升，然后迅速平缓而趋向于µmax值； 当Ks值较大时（如图中曲线E）， µ-ρ曲线曲率变大， 较缓慢地接近µmax值，即当ρ值在较大范围内变动时， 不致引起µ值很大的变化。
d
式中，下标d表示扩散区，dρ/dr表示 半径r方向的浓度梯度，D仍然表示分子扩散 系数。 如以rd表示扩散区的外半径，则紧靠半 径为rd的球面外（即与溶液的交界面），底 物的浓度为ρb。
污水处理中的微生物
一、污水处理中的微生物分类污水处理中的微生物种类不少，主要有菌类，藻类以及动物类。
1、细菌细菌的适应性强，增长速度快。
根据对营养物需求的不同，可将细菌分为自养菌和异养菌两大类。
自养菌利用各种无机物 (CO 、2 HCO - 、NO - 、PO 3- 等)为营养将其转化为另一种无机物，释放出能3 3 4量，合成细胞物质，其碳源、氮源和磷源皆为无机物。
异养菌以有机碳作碳源，有机或者无机氮为氮源，将其转化为 CO 、H O、NO -、2 2 3CH 、NH 等无机物，释放出能量，合成细胞物质。
污水处理设施4 3中的微生物主要是异养菌。
2、真菌真菌包括霉菌和酵母菌。
真菌是好氧菌，以有机物为碳源，生长 pH 为 2-9，最佳 pH 为 5.6 。
真菌需氧量少，惟独细菌的一半。
真菌常浮现于低 pH 值、份子氧较少的环境中。
真菌丝体对活性污泥的凝结起到骨架作用，但过多丝状菌的出现会影响污泥的沉淀性能，而引起污泥膨胀。
真菌在污水处理的作用是不可忽视的。
3、藻类藻类是单细胞和多细胞的植物性微生物。
它含有叶绿素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧气，吸收水中的氮、磷等营养元素合成自身细胞。
4、原生动物原生动物是最低等的能进行分裂增殖的单细胞动物。
污水中的原生动物既是水质净化者又是水质指示物。
绝大多数原生动物属于好氧异养型。
在污水处理中，原生动物的作用没有细菌重要，但由于大多数原生动物能吞食固态有机物和游离细菌，所以有净化水质的作用。
原生动物对环境的变化比较敏感，在不同的水质环境中浮现不同的原生动物，所以是水质指示物。
例如，溶解氧充足时钟虫大量浮现，溶解氧低于 1/L 时浮现较少，也不活跃。
5、后生动物后生动物是多细胞动物。
在污水处理设施和稳定塘中常见的后生动物有轮虫、线虫和甲壳类的动物。
后生动物皆为好氧微生物，生活在较好的水质环境中。
后生动物以细菌、原生动物、藻类和有机固体为食，它们的浮现表明处理效果较好，是污水处理的指示性生物。
废水生物处理基本原理和主要微生物类群讲PPT课件
类型
外观
BIP
生物特征
1．有机物较少，BOD 和
1． 细菌数量减少，每毫
河
悬浮物含量低，溶解氧
升水只有几万个。
浓度升高；
2． 藻类大量繁殖，水生
流 流
β
-中污带
2．NH3 和 H2S 分别氧化为 N03— 和 S042-，两者含
8~20
植物出现。*** 3． 原生动物有固着型纤
量均减少。
毛虫如：独缩虫、聚缩
向
虫等活跃，轮虫、浮游 甲壳动物及昆虫出现。
***β-中污带的藻类见下图。
变异直链硅藻
水花束丝藻 梭裸藻
短棘盘星藻
寡污带
类型
外观
BIP
生物特征
1． 有机 物 全 部无 机 化 ，
1． 细菌极少；
河
BOD 和悬浮物含量极
2． 出现鱼腥藻、硅藻、
低，水的浑浊度低，溶
黄藻、钟虫、变形虫、
流
解氧恢复到正常含量。
第一节 废水生物处理的基本原理
用，将废水中的污染物氧化分解。 微生物在转化有机物的过程中，将一部分分解产物用于合成 微生物细胞物质和细胞内贮藏物，另一部分变为代谢产物 排除体外并释放能量。于是微生物不断生长繁殖，不断转化 废水中的污染物，使废水得以净化。
好氧条件 有机物 厌氧条件 有机物
水蚂蟥
对于重 金属和 有机氯 农药耐 受力很 强，常 出现在 有机污 染严重 的河段。
α中污带
类型
外观
BIP
生物特征
1．水为灰色，溶解氧少，
1． 生物种类比多污带稍
河
为半厌氧状态，有机
多。细菌数量较多，每
物 量 减 少 ， BOD 下
污水处理的生物学知识
一、污水处理中的微生物（一）污水处理中的微生物分类污水处理中的微生物种类很多，主要有菌类，藻类以及动物类。
1、细菌细菌的适应性强，增长速度快。
根据对营养物需求的不同，可将细菌分为自养菌和异养菌两大类。
自养菌利用各种无机物（CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等）为营养将其转化为另一种无机物，释放出能量，合成细胞物质，其碳源、氮源和磷源皆为无机物。
异养菌以有机碳作碳源，有机或无机氮为氮源，将其转化为CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等无机物，释放出能量，合成细胞物质。
污水处理设施中的微生物主要是异养菌。
2、真菌真菌包括霉菌和酵母菌。
真菌是好氧菌，以有机物为碳源，生长pH 为2〜9，最佳pH为5.6。
真菌需氧量少，只有细菌的一半。
真菌常出现于低pH值、分子氧较少的环境中。
真菌丝体对活性污泥的凝聚起到骨架作用，但过多丝状菌的出现会影响污泥的沉淀性能，而引起污泥膨胀。
真菌在污水处理的作用是不可忽视的。
3、藻类藻类是单细胞和多细胞的植物性微生物。
它含有叶绿素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧气，吸收水中的氮、磷等营养元素合成自身细胞。
4、原生动物原生动物是最低等的能进行分裂增殖的单细胞动物。
污水中的原生动物既是水质净化者又是水质指示物。
绝大多数原生动物属于好氧异养型。
在污水处理中，原生动物的作用没有细菌重要，但由于大多数原生动物能吞食固态有机物和游离细菌，所以有净化水质的作用。
原生动物对环境的变化比较敏感，在不同的水质环境中出现不同的原生动物，所以是水质指示物。
例如，溶解氧充足时钟虫大量出现，溶解氧低于1㎎/L时出现较少，也不活跃。
5、后生动物后生动物是多细胞动物。
在污水处理设施和稳定塘中常见的后生动物有轮虫、线虫和甲壳类的动物。
后生动物皆为好氧微生物，生活在较好的水质环境中。
后生动物以细菌、原生动物、藻类和有机固体为食，它们的出现表明处理效果较好，是污水处理的指示性生物。
（二）微生物的营养关系细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物共生于水体中。
环境工程学第三章讲义水的生物化学处理方法
环境工程学第三章讲义水的生物化学处理方法第3章水的生物化学处理方法本章教学内容：废水处理的微生物学基础，活性污泥法，生物膜法，厌氧生物技术，污泥处理技术本章教学要求：(1) 理解微生物处理废水的基本原理，掌握活性污泥法的原理与常用的几种工艺流程，掌握生物膜法的原理与几种典型处理工艺；掌握厌氧生物处理技术的机理与影响因素以及处理工艺；(2) 熟悉污泥的性质和常见的处理技术。
本章教学重点：活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理技术、污泥的处理本章习题: P290 1, 2, 3, 5，7，13，14 废水处理微生物学基础一、废水处理中的微生物净化污水的微生物主要有细菌、真菌、藻类、原生动物和小型的后生动物等。
从利用碳源的角度来说，可分为自养型微生物和异养型微生物。
从利用氧气的角度来分，有好氧、厌氧和兼性三类。
针对单细胞的细菌，从形体来分，有球菌、杆菌和螺旋菌三类。
净化污水中，微生物增长与递变的模式，祥教材205页。
二、微生物的生理学特性生物酶与代谢过程祥教材206页。
三、细菌生长曲线及莫诺公式活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增长。
1、活性污泥的增殖曲线内源呼吸对数增殖减速增殖微生物增殖曲线氧利用速率曲线BOD降解曲线Xa 0 时间注意：1)间歇静态培养；2)底物是一次投加；3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。
①适应期：是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适第 1 页应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。
BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。
②对数增长期：F/M值高(?/kgVSS?d)，所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。
废水生物处理基本概念和生化反应动力学基础
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-
《环境工程学》第三章 水的生物化学处理方法-3
（二）厌氧附着生长处理技术
1、厌氧生物滤池
类似于一般的生物滤池，但无需供氧，池顶密封； 填料上生物膜数量较大，污泥龄较长，运行稳定，处理效果好； 缺点：易堵塞。适用于SS较少的中浓度及低浓度有机废水。
2、厌氧膨胀床、厌氧流化床
装填一定量的惰性细颗粒载体（砂、砾石、 焦炭、塑料等）；
当氨溶于水时，其中一部分氨与水反应生成铵离子，一部分形成水合氨， 也称非离子氨。非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，而铵离子相 对基本无毒。
氨氮是水体中的营养素，过量可导致水富营养化现象产生，是水体中的 主要耗氧污染物，缺氧会使水体变黑发臭，对鱼类及水生生物有害。
（一）生物脱氮机理
人畜粪便中含氮有机物很不稳定，在氨化细菌作用下，容易分解成氨。
消化池搅拌方式：机械法（桨板搅拌）、水力法（水射器）、
污泥气法（压缩污泥气循环搅拌）。
四、有机废水的厌氧生物处理 P280
（一）厌氧悬浮生长处理技术
1、厌氧接触法（厌氧活性污泥法） 污泥回流，消化池内的污泥保持较高浓度，增加了甲烷细菌停留时间； 设有脱气器，避免消化产生的气体黏附在污泥上而影响沉淀效果； 污泥浓度较高，运行稳定，处理效率提高，耐冲击负荷能力较强； COD负荷一般为2～6 kg/(m3.d).
一般用甲醇作为外源电子供体，或采用生活污水或其他易生物降解 的含碳废物，如粪便与食品废物等。脱氮所需的甲醇量可用经验法估算。
条件控制：
适宜温度为 15～30℃； 适宜的pH范围 7.0～7.5； 反硝化过程中，DO应严格控制在0.5 mg/L以下。
传统生物脱氮技术中的缺点：处理工艺流程长，硝化过程需补充碱度，
负荷：以投配率表示。投配率指每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓
第三章 好氧悬浮生长处理技术3.1 3.2
• 细菌是活性污泥组成和净化功能的中心， 是微生物的最主要部分。 污水中有机物 的性质决定那些种属的细菌占优势。 • 例如：含蛋白质的污水有利于产碱杆菌 属和芽孢杆菌属，而醣类污水或烃类污 水则有利于假单孢菌属。 • 在活性污泥中，除细菌外还出现原生 动物，是细菌的首次捕食者，继之出现 后生动物，是细菌的第二次捕食者。
（6）活性污泥的生物相(organism culture) • 活性污泥中出现的是普通的微生物。 主要是细菌、 放线菌、真菌、原生动物和少数其他微型动物。 • 在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游 离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出 现在废水处理条件变化 (如毒物浓度升高、pH值 过高或过低等)，使菌胶团解体时。 • 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。
• 微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中 不需高温高压，它是不需投加催化剂的催 化反应，用生化法促使污染物的转化过程 与一般化学法相比优越得多。 • 处理废水的费用低廉，运行管理较方便， 所以生化处理是废水处理系统中最重要的 过程之一，目前，这种方法已广泛用作生 活污水及工业有机废水的二级处理。
•
8)污泥回流比
• 污泥回流比(ratio of returned sludge) 是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的 比值，一般用百分数表示，符号为R。 污 泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓 度和二次沉淀池的沉降状况，所以应适当 选择，一般在20％－50％之间，
4活性污泥系统生物过程动力学
生 物 处 理 法
厌 氧 生 物 法
人工 条件 下
本章内容
• • • • • • • 1、微生物基础 2、好氧悬浮生长技术（重点） 3、好氧附着生长技术 4、厌氧生物处理技术 5、生物脱氮除磷技术（略讲） 6、水处理厂污泥处理技术 7、废水土地处理技术
废水生物处理》(第三章_微生物生物化学
➢ 1 细菌的元素组成 细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约
占10%）。 微生物细胞的化学组成随种类、培养条件和生长阶段的不同而有明显差
异。通常细菌的元素组成有：生物元素C、O、N、H、P、S、Fe等元素约 占90%～97%，另有次要生物元素Zn、Mn等在细菌代谢过程中仍然不可或 缺。
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
代表细菌
H2O
CO2
H2S，S，H2
CO2
蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
8
02.01.2021
第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
各种蛋白质的元素组成很近似，都含有C、H、O、N等元素，大部分蛋 白质还含有S。一般蛋白质的平均组成见表3-2。
表3-2 蛋白质的元素组成
组成元素
C
H
O
N
S
含量/%
53
7
23
第三章水的生物化学处理方法
第三章⽔的⽣物化学处理⽅法第三章⽔的⽣物化学处理⽅法在⾃然环境（⼟壤和⽔体）中，存在着⼤量微⽣物，他们具有氧化分解有机物并将其转化为⽆机物的巨⼤能⼒。
⽔的⽣物化学处理⽅法就是在⼈⼯创造的有利于微⽣物⽣命活动的环境中，使微⽣物⼤量繁殖，提⾼微⽣物氧化分解有机物效率的⼀种⽔处理⽅法。
它主要⽤于去除污⽔中溶解性和胶体性有机物，降低⽔中氮、磷等营养物的含量。
按参与作⽤的微⽣物种类和供氧情况，⽣物化学处理⽅法分为好氧和厌氧两⼤类，分别利⽤好氧微⽣物和厌氧微⽣物分解有机物。
按微⽣物存在状况，⽣物化学处理系统⼜可以分为悬浮⽣长系统和附着⽣长系统两种。
在悬浮⽣长系统中，微⽣物群体在处理设备内呈悬浮状态⽣长，污⽔通过与之接触得到净化；在附着⽣长系统中，微⽣物附着在某些惰性介质上呈膜状⽣长，污⽔流经膜的表⾯⽽得到净化。
⽣物化学处理具有投资省、运转费⽤低、处理效果好、操作简单等优点，在城市污⽔和⼯业废⽔的处理中得到⼴泛的应⽤。
第⼀节废⽔处理微⽣物学基础污泥（activated sludge）可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒污泥，不论是哪⼀种，都是由各种微⽣物、有机物和⽆机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的⾁眼可见的绒絮状微⽣物共⽣体。
这种共⽣体有很强的吸附和降解有机污染物质的能⼒，可以达到处理和净化污⽔的⽬的。
这些在废⽔⽣物处理过程中，净化污⽔的微⽣物主要是细菌、真菌、藻类、原⽣动物和⼀些⼩型的后⽣动物等。
⼀、废⽔中的微⽣物细菌等各类微⽣物的种类与数量常与污⽔⽔质及其处理⼯艺有密切关系，在特定的污⽔中，会形成与之相适应的微⽣物群落。
微⽣物要不断进⾏繁殖和正常活动，必须拥有必要的能源、碳源和其他⽆机元素。
其中碳是构成微⽣物细胞的主要成分、碳的主要来源是⼆氧化碳和有机物。
如果微⽣物由⼆氧化碳取得组成细胞的碳，就称为⾃养型微⽣物；如果细胞利⽤有机碳进⾏细胞合成，则成为异养型微⽣物。
在废⽔处理过程中，能分解有机物的主要是异养型微⽣物。
《环境工程学》第三章水的生物化学处理方法-2
活性污泥法的重要地位
我国的河流97%以上都受到 有机物的污染
1.应用的普遍性： 95%以上的城市污水 35%以上工业废水
2.高效性：SS ，COD、90%以上 3.灵活性 ： 大，中，小水厂
高，中，低负荷 4.连续运行，可自动化 5.工艺(运行方式多样)，功能多样化，
可脱氮，除磷
活性污泥法研究及应用的 现状和发展
可降解 有机物
氧化
1/3 2/3 合成
无机物＋能量
80％
新细胞 物质
20％ 内源代谢
无机物＋能量 残留物质
构成活性污泥三要素
微生物——— 吸附氧化分解作用(污泥) 有机物——— 废水的处理对象 微生物底物(营养) 充足氧气、充分接触————好氧处理的条件
生物絮体形成机理
目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘 胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例 才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌 的聚合物不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮 体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成 食物消耗，则絮体也难以形成。
曝气系统与空 气扩散装置
进水
活性污泥反应器
二沉池
混合液
处理水
来自空压 机的空气
回流污 泥系统
污 泥 井 剩 余 污 泥
1.曝气池：微生物降解有机 物的反应场所
2.二沉池：泥水分离
3.污泥回流：确保曝气池内 生物量稳定
4.曝气：为微生物提供溶解 氧，同时起到搅拌 混合的作用。
活性污泥法处理系统有效运行得基本条件
Δ H
微生物 分解
C 5H 7NO 2 O 2 酶 CO 2 H 2O Δ H(内源呼吸） C xH yO 2 O 2 CO 2 Δ H（呼吸作用）
废水处理微生物基础 第三章 水的生物化学处理方法1
发展规划
根据我国国民经济发展计划和水污染防治规划中城市污水处理规划要求：到 2010年，我国城市化率将达40％，城镇人口总量将从现在的3.8亿增加到6.7 亿，城镇需水量将从目前的858亿m3增加到1290亿m3。污水处理率建制镇不低 于50％，设市城市不低于60％，重点城市不低于70％。
“十五”期间，“三河三湖”流域规划新建城市污水处理工程
废水处理程度的分级
1、一级处理：
去除效果：BOD 30%, SS 50%； 主要功能：① 去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担；② 调节水量、水
质、水温等，有利于后续的生物处理。 主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却
等
2、二级处理：
去除效果：BOD 8590%，SS 90%； 主要功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放； 主要方法：各种形式的生物处理工艺
2、水环境中有机污染的主要来源
① 生活污水：COD = 400~500mg/l，BOD5 = 200300mg/l；
② 工业废水：主要有石油化工、轻工、食品等行业，
如：啤酒废水：820m3废水/m3酒，COD = 20003500mg/l；
酒精废水：1215 m3废水/m3酒，COD = 36 万mg/l； 味精废水：2535 m3废水/吨味精，COD = 610 万mg/l； 造纸黑液：120600 m3废水/吨纸浆，COD = 1015万
二、天然废水生物处理系统 主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统，其中 生物稳定塘系统是在河流自净功能的基础上发展 起来的；而土地处理系统则是在污水的土地灌溉 技术的基础上发展起来的。
生物处理法分类
天然生物处理
生物稳定塘
废水生物处理》第三章微生物生物化学演示课件
2
09.10.2020
第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分 §3.2 细菌的营养与生长环境 §3.3 细菌的生物催化剂—酶 §3.4 分批培养物的生长规律 §3.5 细菌的呼吸与生物氧化 §3.6 微生物的需氧代谢 §3.7 微生物的厌氧代谢 §3.8 微生物的生物合成
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第三章 微生物生物化学
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
ห้องสมุดไป่ตู้
代表细菌
H2O
CO2
H2S，S，H2
CO2
蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
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第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
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第三章 微生物生物化学
§3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型
营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活 动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。
1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键， 分为光能自养型、光能异养型。
废水处理方法之生物处理法!
废水处理方法之生物处理法！废水的生物处理法废水处理生物法是利用污水中微生物自身新陈代谢功能，从而降解污水中的有机物，并转化为稳定无机物的一种处理技术。
其可以降低以BOD、COD等所表示的有机物的浓度，从而得到清净的水，还可以尽量减少产生的污泥量，可以除掉氮磷等营养盐类。
生物处理法是利用生物，也就是利用细菌或是原生动植物等代谢作用来处理各种工业、生活污水，使其废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质。
根据作用微生物的不同，生物处理又分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种类型。
1.需氧生物处理法利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法。
当废水同微生物接触后，水中的有机物进入菌体内，在菌体内通过分解代谢过程被氧化降解，产生的能量供细菌生命活动的需要；一部分氧化中间产物通过合成代谢成为新的细胞物质，使细菌得以生长繁殖。
zui终产物是二氧化碳、水、氨、硫酸盐和磷酸盐等，处理完成时，还可产生硝酸盐。
2.厌氧生物处理法主要用于处理污水中的沉淀污泥，因而又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。
这种方法是在厌氧细菌或兼性（好氧兼厌氧）细菌的作用下将污泥中的有机物分解，zui后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。
除此之外，废水的生物处理技术还可以分为生物化学法、生物絮凝法和生物吸附法。
1.生物化学法通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。
2.生物絮凝法利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。
微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。
一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。
3.生物吸附法利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。
利用胞外聚合物分离金属离子，有些细菌在生长过程中释放的蛋白质，能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。
《环境工程学》第三章---水的生物化学处理方法-1
一般SV和DO每2~4h测定1次，微生物观察每班1次，其他各项每天1次。
其他项目： （4）反映处理流量的指标：进水量、回流污泥量和剩余污泥量。 （5）反映设备运转状况的项目：水泵、泥泵、鼓风机、曝气机等主要工艺 设备的运行参数，如压力、流量、电流、电压等。
加速曝气法 曝气时间短，仅2~4h，BOD去除率达90％； 利用处于对数增长阶段的微生物来处理废水； 微生物活力强，絮凝性能较差，出水中有机物含量较多；
延时曝气法 曝气时间长，约1-3d； 微生物处于内源代谢阶段，基本上无污泥外排，省去污泥处理设施； 曝气池容积大，曝气时间长，基建费和动力费较高。 适用于要求高，又不便于污泥处理的中小城镇或工业废水处理。
5、氧化沟（循环混合曝气池）
卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟 又称平行多渠形氧化沟，由荷兰DHV公司开发。 应用立式低速表面曝气供氧并推动水流前进，沟深较大，一般为 4.0~4.5m，占地面积小。 在进水区设置了缺氧区，约占氧化沟体积的15%，具有脱氮、除磷 功能。 BOD5、氮、磷去除率分别达95%、90%和50%以上。
可分为： ● 好氧法 ● 厌氧法
或分为： 悬浮生长系统 附着生长系统
第一节 废水处理微生物学基础
微生物分类：自养型、异养型微生物；好氧、厌氧、兼性微生物； 微生物的代谢过程：P225
• 异化作用：能量的生产和获取的生物过程； • 同化作用：细胞组织生产的生物过程。
第二节 好氧悬浮生长处理技术
KLa——氧的总转移系数，h-1； ρs——液体的饱和溶解氧浓度，mg/L； ρL——液体的实际溶解氧浓度，mg/L.
第三章水的生物化学处理方法
第三章⽔的⽣物化学处理⽅法第三章⽔的⽣物化学处理⽅法本节课重点掌握内容废⽔处理过程中微⽣物种类及功能好氧活性污泥法处理废⽔的机理及⼯艺⽣物膜对有机物降解机理好氧⽣物滤池处理废⽔机理及⼯艺第⼀节废⽔处理微⽣物学的基础1.废⽔处理中微⽣物的种类细菌(bacteria)即原核⽣物，是指⼀⼤类细胞核⽆核膜包裹，只存在拟核区（nuclear region)(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞⽣物按营养类型：⾃养型、异养型按⽤氧的能⼒：好氧、厌氧和兼性按16S rDNA序列差异：真细菌、古细菌按形态分为：球菌、杆菌和螺旋菌⽔处理过程中重要功能微⽣物⽆⾊杆菌属（Achromobacter) 产碱杆菌属（Alcaligenes) 芽孢杆菌属（Bacillus)黄杆菌属（Flavobacterium) 假单胞菌属（Pseudomonas)真菌⽔处理中的真菌主要是霉菌，丝状，好氧，对氮素营养要求较低霉菌能够分解碳⽔化合物、脂肪、蛋⽩质及其它含氮化合物具有在较低温度的环境下⽣长繁殖的能⼒适宜⽣存的pH为2－4藻类绿球藻科、⽔⽹藻科、栅藻科和联球藻科藻类都是单细胞或多细胞的具有光合作⽤的⾃养型微⽣物通过光合作⽤放出氧⽓，有利于污⽔的净化原⽣动物能运动的微⽣物,通常为单细胞,多为好氧的异养型,多摄取细菌做营养常见的原⽣动物：⾁⾜纲、鞭⽑纲、纤⽑纲和吸管纲原⽣动物在⽔处理中起指⽰⽣物的作⽤原⽣动物不仅吞⾷部分有机物、游离细菌、降低污⽔浊度，也可以分泌粘液，促进⽣物污泥絮凝后⽣动物轮⾍可以有效地消耗分散的和絮凝的细菌及颗粒较⼩的有机物轮⾍是后⽣动物的典型代表，是好氧⽣物净化过程⾼度有效的指标2. 微⽣物的⽣理学特性2.1 微⽣物的酶微⽣物细胞特有的⼀种蛋⽩质，是具有⾼度专⼀性的有机催化剂，只能对⼀类反应起催化作⽤2.2 微⽣物酶的类氧化还原酶、⽔解酶、转移酶、裂解酶、异构酶和合成酶2.3 酶催化反应的类⽔解、氧化和合成2.4 细胞外酶当基质和细胞合成需要的营养物质不能进⼊细胞时，微⽣物向周围介质中分泌的酶作⽤：将基质或营养物质转化为⼀种能迁移到细胞内部的形态2.5 细胞内酶在细胞内进⾏的新物质合成及产能反应所需要的酶氧化还原酶、转移酶和合成酶等2.6 微⽣物的代谢过程⼀、活性污泥法的基本原理和流程1912年英国⼈Clark and Cage发现对废⽔进⾏长时间曝⽓会产⽣污泥并使⽔质明显改善，其后Arden and Lackett进⼀步研究，发现由于实验容器洗不⼲净，瓶壁留下残渣反⽽使处理效果提⾼，从⽽发现活性微⽣物菌胶团，这种微⽣物群体及它们所依附的有机物质和⽆机物质总称为活性污泥。
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表3-2 蛋白质的元素组成
组成元素
C
H
O
N
S
含量/%
53
7
23
16
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第三章 微生物生物化学
蛋白质的重要性质：蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能 透过半透膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。蛋白质的分子结构 和组成它们的氨基酸的性质是分不开的。
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第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
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第三章 微生物生物化学
能利用有机物作为电子供体的称为化能有机营养菌，或者化能异养菌， 它们包括各种需氧菌和厌氧菌。典型的化能有机营养型有反硝化菌，它在 缺氧时可将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨和氮气，即生物脱氮过程。
化能自养菌能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或氨等作为电子供体。 主要有需氧的硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌和绝对厌氧的产甲烷菌和产乙 酸菌。
➢ 1 细菌的元素组成 细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约
占10%）。 微生物细胞的化学组成随种类、培养条件和生长阶段的不同而有明显差
异。通常细菌的元素组成有：生物元素C、O、N、H、P、S、Fe等元素约 占90%～97%，另有次要生物元素Zn、Mn等在细菌代谢过程中仍然不可或 缺。
首先，蛋白质与氨基酸类似，也是一种两性电解质。组成蛋白质的天然 氨基酸主要有20种，所以蛋白质中所含氨基酸种类和数目众多，且有支链， 分子中离解基很多，是多价电解质。因此蛋白质在不同pH溶液中可为正离 子、负离子或两性离子。
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第三章 微生物生物化学
其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分 或者全部丧失的现象，称为蛋白质的变性。变性的蛋白质分子相互凝聚为 固体的现象称为凝固。
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
Hoover提出废水处理中，通常用实验式C5H7O2N来代表细菌的有机组成 部分。如果考虑磷，则通常为C60H87O23N12P。
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第三章 微生物生物化学
➢ 2 细菌的大分子组成 1）蛋白质（约占52.4%）：分为两种，一种是结合蛋白，如糖蛋白、脂
蛋白、核蛋白等；另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要分布于细胞质中。 各种蛋白质的氮含量都接近于16%，所以可以根据样品的总氮量估算蛋白质 含量，1g氮含量相当于6.25g 蛋白质含量。
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分 §3.2 细菌的营养与生长环境 §3.3 细菌的生物催化剂—酶 §3.4 分批培养物的生长规律 §3.5 细菌的呼吸与生物氧化 §3.6 微生物的需氧代谢 §3.7 微生物的厌氧代谢 §3.8 微生物的生物合成
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第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分
化能营养细菌的类型见表3-4。
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2）化能营养
类型 化能有机营养
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第三章 微生物生物化学
2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。Байду номын сангаас应中一 种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可 以是菌体内的氧、硝酸盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有 机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间 体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。
引起蛋白质变性的因素很多，热（60～70℃）、酸、碱、有机溶剂（如 乙醇、丙醇）、光（X射线、紫外线）、尿素、高压等均可引起蛋白质的变 性。
因此，当清洗带有血渍的衣服时，不宜用热水清洗。
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第三章 微生物生物化学
2）核酸和核苷酸（约占20%）：是构成微生物细胞核中染色体及细胞 质内核糖体和质粒的主要成分，在微生物遗传变异和蛋白质生物合成中具 有特殊重要功能。
核酸分为DNA和RNA，占RNA总量5%的mRNA起着传递遗传信息到蛋 白质合成基地的作用；约占RNA总量10% ～15%的tRNA在蛋白质合成时起 着运转氨基酸到核糖体和翻译的作用；核糖体（简称rRNA）约占80%，与 蛋白质特殊构象的聚合有关。
90%的RNA存在于细胞质内，10%在细胞核内。而DNA主要存在于细胞 核的染色体内。
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第三章 微生物生物化学
§3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型 营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活
动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。 1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键，
分为光能自养型、光能异养型。
类型 光能自养型 光能异养型
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
代表细菌
H2O
CO2
H2S，S，H2
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蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
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第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。