第三章第四节 生物法水处理技术

4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
五、好氧生物处理与厌氧生物处理的比较
3）反应速率不同： 好氧生物处理要求速率快，处理单位废水所需处理设备较小；厌
氧生物处理反应速率慢，处理单位废水所需设备大。 4）对环境条件要求不同：
好氧生物处理要求充分供氧，对其它环境条件要求不太严格；厌 氧生物处理要求绝对厌氧环境，对其它环境条件（如pH值，温度等） 要求甚严。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
六、生物脱氮除磷基础理论
生物脱氮 3）反硝化反应
在缺氧条件下，亚硝酸盐和硝
酸盐在反硝化菌的作用下被还原成
氮气的过程。
4）同化作用
污水中一部分氮（氨氮或有机
氮）被同化成微生物细胞的组成成
（
分，并以剩余污泥的形式得以从污
水中排除。
第三章 水污染及其防治
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
普 通 活 性 污 泥 法 通 过 同 化 作 用 可 去 除 磷 12 －20％。而具生物除磷功能的处理系统排放的 剩余污泥中含磷量可以占到干重5％－6％，去 除率基本可满足排放要求。
第三章 水污染及其防治
PHB(聚β羟基丁酸)
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
七、废水生物处理技术的发展
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 NH4+ +2O2－NO3－ +2H+ +H2O + 能量
第三章 水污染及其防治
PHB(聚β羟基丁酸)
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
六、生物脱氮除磷基础理论
生物除磷
好氧环境中：进入好氧状态后，聚磷菌将 储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量 供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收 污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内， 这就是好氧吸磷。
六、生物脱氮除磷基础理论
生物除磷
利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对 污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀 分离而除磷。
厌氧环境中：污水中的有机物在厌氧发酵 产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中 的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的 聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生 存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转 化为PHB(聚β羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚 磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌 氧释磷。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
一、概述
几个第一
世界上公认的第一座生物反应器：法国人发明的Moris池（封闭的地 下水池，利用微生物在厌氧下进行工作），也是第一座厌氧池；
世界上第一座生物滤池：英国人1893年首次采用； 世界上第一座活性污泥法处理池：英国人1914年首次采用。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景 五、好氧生物处理与厌氧生物处理的比较
第三章 水污染及其防治
5）实际应用： 好氧生物处理和厌氧生物处理都能完成对有机污染物的稳定化，
但在实际中究竟采用哪种方法，视具体情况而定。一般废水中有机 物浓度若低于1000mg/l，比较适于好氧生物处理；浓度更高时，可 考虑采用厌氧生物处理。
②无氧呼吸：是指以无机氧化物，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 —— 6CO2 + 24H
总反应式：
24H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O
C6H12O6 + 4NO3-——6 CO2 + 6H2O + 2N2 + 1755.6 kJ
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
生物法处理的基本要素 1）作用者：微生物（以细菌为主）－好氧菌、兼性菌、厌氧菌。 2）作用对象：大多数情况下为废水中可生化降解的有机污染物，个 别情况下为无机物（氨、硝酸盐等）。 3）环境条件：废水中的溶解氧、pH、温度、有机物浓度、有毒有害 物等。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
生化处理的基本类型 根据微生物新陈代谢对溶解氧需求的不同划分
1）好氧生物处理：水中存在溶解氧的条件下（即水中存在分子氧） 进行的生物处理过程。 2）无氧生物处理：水中无分子氧存在，但存在如硝酸盐等化合态 氧的条件下进行的生物处理过程。 3）厌氧生物处理：水中即无分子氧存在又无化合态氧存在的条件 下进行的生物处理过程。
异化作用就是生物的分解代谢。是生物体将 体内的大分子转化为小分子并释放出能量的 过程。呼吸作用是异化作用中重要的过程。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
三、污水的好氧生物处理
结论： 当废水中营养物质充足，即微生物既能获得足够的能量，又能
大量合成新的原生质时，微生物就不断增长；当废水中营养缺乏时，
第三章 水污染及其防治
五、好氧生物处理与厌氧生物处理的比较
1）起作用的微生物群不同： 好氧生物处理是由一大类群好氧微生物一次完成的，而厌氧生物处 理是由两大类群的厌氧微生物接替完成的。 2）产物不同： 好氧生物处理中，有机物被转化成CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-等无 机物，且基本无害。厌氧生物处理中，有机物依次被转化为为数众多的 中间有机物，以及CO2、H2、H2S、NH3等，产物复杂，有异臭，一些气态 产物可作燃料。
C6H12O6 —— 2CH3CH2OH + 2 CO2 + 92.0kJ
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
三、污水的好氧生物处理
原生质是细胞内生命物质的总称。它的主要成分是糖 类、蛋白质、核酸、脂质等。
同化作用是新陈代谢当中的一个重要过程， 作用是把消化后的营养重新组合，形成有机 物和贮存能量的过程。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
微生物的呼吸
2）厌氧呼吸 厌氧呼吸是在无分子氧的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有
脱氢酶系统，没有氧化酶系统。 ①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（有机物）。 C6H12O6 —— 2CH3COCOOH + 4H
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
一、概述
生物处理技术在世界发达国家的应用
美国：18000座，其中84%为二级生物处理厂； 英国：3000座，几乎100%为二级生物处理厂； 日本：城市污水处理厂703座，村镇污水处理厂2000座，二级生物处理
厂和三级污水处理厂99%； 瑞典：1540座， 91%为生物污水处理厂。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
生物法处理的定义
利用微生物自身新陈代谢的生理功能，并采取一定的人工技术措 施，创造有利于微生物生长、繁殖的良好环境，加速微生物的增殖及 其新陈代谢生理功能，从而使污水中的有机性污染物质得以降解、去 除的污水处理技术。
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
微生物的呼吸
第三章 水污染及其防治
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
微生物的呼吸
1）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。 异氧型微生物：以有机物为底物（电子供体），终点产物为二氧化碳、
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
生化处理的基本类型 根据生物处理工艺划分
1）悬浮生长工艺：通过适当的搅拌作用使承担处理作用的微生 物悬浮在液体中。
2）附着生长工艺：承担处理作用的微生物附着生长在一种惰性 填料上。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
4.1 废水生物处理技术的发展与前景 二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
三种呼吸方式获得的能量水平比较
第三章 水污染及其防治
呼吸方式 受氢体
好氧呼吸 分子氧
无氧呼吸 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
2 CH3COCOOH —— 2 CO2 + 2CH3CHO 4H + 2CH3CHO —— 2CH3CH2OH
总反应式：C6H12O6 —— 2CH3CH2OH + 2 CO2 + 92.0kJ
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
微生物的呼吸
微生物只能依靠分解细胞内贮藏的物质，甚至把原生质也当成营养 物质利用，以获得生命活动所需的最低限度的能量。这种情况下， 微生物无论重量还是数量都是不断减少的。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景 四、污水的厌氧生物处理
第三章 水污染及其防治
厌氧的基本过程： 水解、产酸产氢、 产气阶段。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
第四节 水处理的生物化学处理技术
4.1废水生物处理技术的发展与前景
一、概述 二、废水生物处理技术的原理及其功能分析 三、污水的好氧生物处理 四、污水的厌氧生物处理 五、好氧生物处理与厌氧生物处理的比较 六、生物脱氮除磷基础理论 七、废水生物处理技术的发展 八、废水生物处理技术的前景
厌氧生物处理：从传统的低率消化池逐步发展出了高率消化池、 二级消化池、两相消化池等新工艺。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
七、废水生物处理技术的发展
工艺上的发展 3）第三阶段（1961-今）：生物处理技术发展的新时期 ① 在好氧处理方面，出现了氧化沟、A-B法、SBR反应器、高浓度活性
工艺上的发展 2）第二阶段（1915-1960年）：废水生物处理的普及阶段。此
阶段生物处理技术大量应用，先后有化粪池、生物滤池、活性污泥 法和处理污泥的消化池等。
对活性污泥法的改良：阶段曝气法、生物接触稳定法、完全混 合曝气法、延时曝气法、高率曝气法、纯氧曝气法等新工艺。
普通生物滤池的发展：高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物 转盘、生物接触氧化法等新工艺。
二、废水生物处理技术的原理及其功能分析
微生物的新陈代谢和呼吸类型 1）微生物的新陈代谢 新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢
第三章 水污染及其防治
பைடு நூலகம்
2）微生物的能量代谢 微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能（即分解代谢过程）。
根据与氧气的关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
工艺上的发展
废水生物处理技术问世一百多年以来的发展，大致可以分为三个 阶段：
1）第一阶段（1881-1915年）：早期阶段。此阶段的主要发明为 Moris池（1881年）、生物滤池（1893年）和活性污泥法（1914年）。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
七、废水生物处理技术的发展
污泥法、深井曝气法、好氧生物流化床等新工艺；出现了高效曝气 器、新型填料等；发展了复合式反应器（将悬浮生长和附着生长的 生物系统放在一个反应器中），如投加载体的活性污泥法；出现了 新型生物处理系统的固液分离装置，如膜-生物反应器。
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
七、废水生物处理技术的发展
4.1 废水生物处理技术的发展与前景
第三章 水污染及其防治
六、生物脱氮除磷基础理论
硝化反应是向有机物分子中引入硝基 （-NO2）的反应过程。
生物脱氮
1）氨化反应 微生物分解有机氮化合物
产生氨的过程，即可在好氧下进行， 也可在厌氧下进行。 2）硝化反应
在亚硝化菌和硝化菌的作 用下，将氨态氮转化成亚硝酸盐和 硝酸盐的过程。在好氧条件下进行。
工艺上的发展 ② 在厌氧处理方面，出现了厌氧接触法、厌氧生物滤池、厌氧附着
膜膨胀床、升流式厌氧污泥层反应器、厌氧生物流化床、厌氧生 物转盘等。 ③ 由于发现了厌氧生物处理技术的巨大潜力，出现了一系列的厌氧 与好氧相结合的生物处理系统，扩大了生物处理的范围。 ④ 在自然生物净化系统方面也有了巨大的发展，出现了废水稳定塘 系统、废水土地处理系统、湿地净化系统。