微生物对污染物的分解与转化
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微生物对污染物的分 解与转化
10.1 微生物对有机物的分解作用
污水
曝气池
沉淀池
出水
回流污泥
剩余污泥
活性污泥的基本概念 1. 组成：主要为微生物 2. 性质：含水率99%、密度1.002～1.006，具生
物活性
一、生物分解的一般特点与分类 （一）有机物生物分解的一般特点
三羧酸循环的生理意义 ①为细胞合成和维持生命活动提供大量能量 ②为细胞合成提供原料 ③作为各种有机底物彻底氧化的共同途径
增加的细胞物质的量 ＝ 新合成细胞物质量 － 内源呼吸耗去的量
➢ 新合成细胞物质量与食料量(BOD去除量)成正相关 ➢ 内源呼吸耗去的量与现有生物量成正相关
ΔX＝ a·ΔS － b·X
ΔX：新生长的细胞物质（kg/d）
a：合成系数（Kg MLVSS/Kg BOD5）,生活污水一般为0.5～0.7
第三阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的 产甲烷菌群。一组将H2 和CO2 或CO合成CH4 ； 另一组将乙酸脱羧生成CH4和CO2 ；
第四阶段：为同型产乙酸阶段，同型产乙酸细菌 将H2和CO2转化为乙酸。
10.2 有机物的生物分解性 一、有机物的生物分解性评价方法
生物分解潜能试验 (是否具有生物分解 的潜在性)
生物分解模拟试验 （在特定环境下的 生物分解性）
易生物分解试验
本质性生物分解试验
污水生物处理系统 河流、湖泊 河口 海洋 土壤……
有机物的生物分解性评价步骤
受试 有机 化合物
易生物分解试验
分解性
良好
不良
本质性生物分解试验
在环境中易 生物分解
分解性
不良
良好
生物分解模拟试验
在环境中难 生物分解
二、有机物的生物分解性与分子结构的关系
2、根据氧的需求分类：
（1）好氧分解 （2）厌氧分解
厌氧处理与好氧处理的比较
好氧法处理有机物所需的时间一般比用厌氧法处 理短，基本上没有臭气，但需要有氧的供应和比 较复杂的供氧设备，运行费用高，且当废水中有 机物浓度太高时，一般不可能供应好氧分解所需 要的充足的氧。
处理普通废水一般都用好氧法
用厌氧法处理废水，所产生的甲烷气体可以利用；但由于有 硫化氢等气体产生，所以臭气大；同时，由于存在硫化铁等 黑色物质，使处理后的废水颜色深，并且所含有机物也较多， 如果要使有机物完全稳定，需时甚长，当废水量大时，所需 设备的容量也将很大。但厌氧法适合处理高浓度有机废水。
处理污泥则用厌氧法。 若处理高浓度有机废水，则往往先采用厌氧生物处理，将有
机污染降至一定浓度后，再采用好氧法处理至达到排放标准。 厌氧处理还有可能使难以好氧生物降解的有机物转化为较易 好氧降解的物质。
二、污水中有机物的好氧分解
污水
曝气池 污泥回流
二沉池
排水
剩余污泥
微生物的增殖与剩余污泥量的计算
ΔS：所利用的食料（基质），即去除的BOD量（kg/d） X：构筑物内原有的细胞物质（kg） b：细胞自身氧化率或衰减系数（1/d）,生活污水一般为0.05~0.1
ΔX＝ a·ΔS － b·X
ΔX＝ a·Sr·Q － b·Xv·V
ΔX：新生长的细胞物质（kg/d）
a：合成系数（Kg MLVSS/Kg BOD5）, 生活污水一般为0.5～0.7
20%
（2）产氢产乙酸菌
（4）同型产乙酸菌
乙酸
70年代以后又提出了三 阶段、四阶段理论。
（3）产甲烷菌 CH4
厌氧消化三阶段、四阶段过程
三阶段、四阶段理论
第一阶段：水解、发酵性细菌群将复杂有机物分 解为各种低级脂肪酸、醇类、氨等；
第二阶段：产氢产乙酸细菌将第一阶段产物进一 步分解为乙酸和氢气；
解：
有机物氧化的需氧量计算
有机物氧化需氧量 ＝
去除BOD需氧量 + 自身氧化需氧量
➢ 第一项与去除的BOD量成正相关
➢ 第二项与现有的生物量成正相关
O2 ＝ a’ · ΔS + b’ ·X
(Kg O2 / d)
ΔS ：去除的BOD量， Kg BOD5 /d X ：生物量，Kg MLVSS a’ ：BOD氧化需氧率，Kg O2 /Kg BOD5 b’ ：自身氧化需氧率， Kg O2 / (Kg MLVSS ·d)
Sr：去除的BOD5浓度(kg/m3)，S0 – Se Q：进水流量(m3/h) b: 细胞自身氧化率或衰减系数（1/d）, 生活污水一般为0.05~0.1 Xv：池内 MLVSS 浓度(kg/m3) （ Xv ＝ f ·MLSS） V：池容积(m3)
计算例题
某城市混合废水用活性污泥法处理，其曝气池的有 效容积为340m3，进水流量为150m3/h，进水BOD5 为200mg/L，出水BOD5为20mg/L，曝气池内污泥浓 度为4g/L（其中挥发份占75%），①计算剩余污泥 量；②若剩余污泥含水率为99.2%，剩余污泥体积 是多少？（取a=0.6 b=0.075）
关于需氧量的计算(简介)
O2 = 0.001aQ(So - Se)
- c △Xv + b [0.001Q(Nk - Nke) - 0.12△Xv] - 0.62b [0.001Q(Nt – Nke - Noe) - 0.12 △Xv]
O2 = 去除含碳污染物的需氧量 - 剩余污泥排出节省下的氧当量 + 去除的凯氏氮硝化所需氧量 - 去除的总氮反硝化时所回收的氧量
三大有机物有氧呼吸代谢途径示意图
污水中有机物生物分解的过程
CO2 SO42NO3……
H2S、CH4、乙醇、 低级脂肪酸……
微生物体
有机物的生物分解：通过一系列的生化反应，最 终将有机物分解成小分子有机物或简单无机物的 过程。
（二）生ຫໍສະໝຸດ Baidu分解的分类
1、根据分解程度与最终产物分类
（1）生物去除(表观生物分解) （2）初级分解 （3）环境可接收的分解 （4）完全分解
若处理系统仅为去除碳源污染物则b为零，只计 第一项和第二项。
三、有机物的厌氧生物分解
主要用于高浓度的有机 废水与剩余污泥的处理
有机物的厌氧分解过程 4% 早期认为分为两个阶段：
酸性发酵阶段和碱性发
酵或产甲烷阶段——两 阶段理论
H2 + CO2
有机物
（多糖、脂肪、 蛋白质）
（1）发酵细菌
丙酸、丁酸等脂肪 酸及乳酸、芳香酸 等有机酸、醇类等
（一般规律，但例外较多）
10.1 微生物对有机物的分解作用
污水
曝气池
沉淀池
出水
回流污泥
剩余污泥
活性污泥的基本概念 1. 组成：主要为微生物 2. 性质：含水率99%、密度1.002～1.006，具生
物活性
一、生物分解的一般特点与分类 （一）有机物生物分解的一般特点
三羧酸循环的生理意义 ①为细胞合成和维持生命活动提供大量能量 ②为细胞合成提供原料 ③作为各种有机底物彻底氧化的共同途径
增加的细胞物质的量 ＝ 新合成细胞物质量 － 内源呼吸耗去的量
➢ 新合成细胞物质量与食料量(BOD去除量)成正相关 ➢ 内源呼吸耗去的量与现有生物量成正相关
ΔX＝ a·ΔS － b·X
ΔX：新生长的细胞物质（kg/d）
a：合成系数（Kg MLVSS/Kg BOD5）,生活污水一般为0.5～0.7
第三阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的 产甲烷菌群。一组将H2 和CO2 或CO合成CH4 ； 另一组将乙酸脱羧生成CH4和CO2 ；
第四阶段：为同型产乙酸阶段，同型产乙酸细菌 将H2和CO2转化为乙酸。
10.2 有机物的生物分解性 一、有机物的生物分解性评价方法
生物分解潜能试验 (是否具有生物分解 的潜在性)
生物分解模拟试验 （在特定环境下的 生物分解性）
易生物分解试验
本质性生物分解试验
污水生物处理系统 河流、湖泊 河口 海洋 土壤……
有机物的生物分解性评价步骤
受试 有机 化合物
易生物分解试验
分解性
良好
不良
本质性生物分解试验
在环境中易 生物分解
分解性
不良
良好
生物分解模拟试验
在环境中难 生物分解
二、有机物的生物分解性与分子结构的关系
2、根据氧的需求分类：
（1）好氧分解 （2）厌氧分解
厌氧处理与好氧处理的比较
好氧法处理有机物所需的时间一般比用厌氧法处 理短，基本上没有臭气，但需要有氧的供应和比 较复杂的供氧设备，运行费用高，且当废水中有 机物浓度太高时，一般不可能供应好氧分解所需 要的充足的氧。
处理普通废水一般都用好氧法
用厌氧法处理废水，所产生的甲烷气体可以利用；但由于有 硫化氢等气体产生，所以臭气大；同时，由于存在硫化铁等 黑色物质，使处理后的废水颜色深，并且所含有机物也较多， 如果要使有机物完全稳定，需时甚长，当废水量大时，所需 设备的容量也将很大。但厌氧法适合处理高浓度有机废水。
处理污泥则用厌氧法。 若处理高浓度有机废水，则往往先采用厌氧生物处理，将有
机污染降至一定浓度后，再采用好氧法处理至达到排放标准。 厌氧处理还有可能使难以好氧生物降解的有机物转化为较易 好氧降解的物质。
二、污水中有机物的好氧分解
污水
曝气池 污泥回流
二沉池
排水
剩余污泥
微生物的增殖与剩余污泥量的计算
ΔS：所利用的食料（基质），即去除的BOD量（kg/d） X：构筑物内原有的细胞物质（kg） b：细胞自身氧化率或衰减系数（1/d）,生活污水一般为0.05~0.1
ΔX＝ a·ΔS － b·X
ΔX＝ a·Sr·Q － b·Xv·V
ΔX：新生长的细胞物质（kg/d）
a：合成系数（Kg MLVSS/Kg BOD5）, 生活污水一般为0.5～0.7
20%
（2）产氢产乙酸菌
（4）同型产乙酸菌
乙酸
70年代以后又提出了三 阶段、四阶段理论。
（3）产甲烷菌 CH4
厌氧消化三阶段、四阶段过程
三阶段、四阶段理论
第一阶段：水解、发酵性细菌群将复杂有机物分 解为各种低级脂肪酸、醇类、氨等；
第二阶段：产氢产乙酸细菌将第一阶段产物进一 步分解为乙酸和氢气；
解：
有机物氧化的需氧量计算
有机物氧化需氧量 ＝
去除BOD需氧量 + 自身氧化需氧量
➢ 第一项与去除的BOD量成正相关
➢ 第二项与现有的生物量成正相关
O2 ＝ a’ · ΔS + b’ ·X
(Kg O2 / d)
ΔS ：去除的BOD量， Kg BOD5 /d X ：生物量，Kg MLVSS a’ ：BOD氧化需氧率，Kg O2 /Kg BOD5 b’ ：自身氧化需氧率， Kg O2 / (Kg MLVSS ·d)
Sr：去除的BOD5浓度(kg/m3)，S0 – Se Q：进水流量(m3/h) b: 细胞自身氧化率或衰减系数（1/d）, 生活污水一般为0.05~0.1 Xv：池内 MLVSS 浓度(kg/m3) （ Xv ＝ f ·MLSS） V：池容积(m3)
计算例题
某城市混合废水用活性污泥法处理，其曝气池的有 效容积为340m3，进水流量为150m3/h，进水BOD5 为200mg/L，出水BOD5为20mg/L，曝气池内污泥浓 度为4g/L（其中挥发份占75%），①计算剩余污泥 量；②若剩余污泥含水率为99.2%，剩余污泥体积 是多少？（取a=0.6 b=0.075）
关于需氧量的计算(简介)
O2 = 0.001aQ(So - Se)
- c △Xv + b [0.001Q(Nk - Nke) - 0.12△Xv] - 0.62b [0.001Q(Nt – Nke - Noe) - 0.12 △Xv]
O2 = 去除含碳污染物的需氧量 - 剩余污泥排出节省下的氧当量 + 去除的凯氏氮硝化所需氧量 - 去除的总氮反硝化时所回收的氧量
三大有机物有氧呼吸代谢途径示意图
污水中有机物生物分解的过程
CO2 SO42NO3……
H2S、CH4、乙醇、 低级脂肪酸……
微生物体
有机物的生物分解：通过一系列的生化反应，最 终将有机物分解成小分子有机物或简单无机物的 过程。
（二）生ຫໍສະໝຸດ Baidu分解的分类
1、根据分解程度与最终产物分类
（1）生物去除(表观生物分解) （2）初级分解 （3）环境可接收的分解 （4）完全分解
若处理系统仅为去除碳源污染物则b为零，只计 第一项和第二项。
三、有机物的厌氧生物分解
主要用于高浓度的有机 废水与剩余污泥的处理
有机物的厌氧分解过程 4% 早期认为分为两个阶段：
酸性发酵阶段和碱性发
酵或产甲烷阶段——两 阶段理论
H2 + CO2
有机物
（多糖、脂肪、 蛋白质）
（1）发酵细菌
丙酸、丁酸等脂肪 酸及乳酸、芳香酸 等有机酸、醇类等
（一般规律，但例外较多）