《水处理工程》课程教学资源（讲义）第一章 概述

第一章概 1.1生物处理的意义 1.1.1生物处理的目的和重要性 废水生物处理的目的 1)絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物: 2)稳定和去除废水中的有机物 3)去除营养元素氮和磷。 废水生物处理的重要性 1)城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济 2)废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法 3)目前世界上己建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法 4)大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。 1.12微生物在废水生物处理中的作用 微生物在废水生物处理中主要有三个作用 1)去除有机物(以COD或BO表示),去除其它无机营养元素如MP等 2)絮凝沉淀和降解胶体状固体物: 3)稳定有机物 1.1.3微生物代谢过程简介 ACO2、H2O 有机劲微生物/分解 内源呼吸 成 新的细胞物质 生物残渣 微生物代谢所需要的几个基本要素 能源:光营养型、化能型 碳源:自养型、异养型 无机营养元素——M、P、S、五、G、嵯等 有时还需要一些特殊的有机营养物(也称生长因子,如维生素、生物素等) 废水生物处理涉及的微生物代谢过程: 化能异养型代谢 化能自养型代i ·光合自养型代谢 压原态无机纷 内源呼 内源呼吸 机碳上

第一章 概 述 1.1 生物处理的意义 1.1.1 生物处理的目的和重要性 ⚫ 废水生物处理的目的： 1) 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物； 2) 稳定和去除废水中的有机物； 3) 去除营养元素氮和磷。 ⚫ 废水生物处理的重要性： 1)城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济； 2)废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法； 3)目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法； 4)大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。 1.1.2 微生物在废水生物处理中的作用 ⚫ 微生物在废水生物处理中主要有三个作用： 1)去除有机物（以COD或BOD5表示），去除其它无机营养元素如N、P等； 2)絮凝沉淀和降解胶体状固体物； 3)稳定有机物。 1.1.3 微生物代谢过程简介 微生物代谢所需要的几个基本要素： • 能源：光营养型、化能型； • 碳源：自养型、异养型； • 无机营养元素——N、P、S、K、Ca、Mg等 • 有时还需要一些特殊的有机营养物（也称生长因子，如维生素、生物素等） 废水生物处理涉及的微生物代谢过程： • 化能异养型代谢； • 化能自养型代谢； • 光合自养型代谢； 有机物 微生物 新的细胞物质 CO2、H2O 生物残渣 内源呼吸 分解 合成 无机碳 营养 物质 细胞 合成 光合作用 能量 终产物 细胞 合成 内源呼吸 无机碳 终产物 营养物质 细胞 物质 能量 有机 残渣 内源呼吸 还原态无机物 氧化态无机物

内源呼吸 1.1.4生物处理中的重要傲生物 细菌 细菌一—包括了真细菌( eubacteria)和古细菌( archaebacteria) 是废水生物处理工程中最主要的微生物 ●根据需氧情况不同 好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌: ●根据能源碳源利用情况的不同: 光合细菌——光能自养菌、光能异养菌 非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌 ●根据生长温度的不同: 低温菌(-10°15°、中温菌(15°C~45°和高温菌(>45° 真菌: 真菌的三个主要特点 1)能在低温和低p值的条件生长 2)在生长过程中对氮的要求较低(是一般细菌的1/2) 3)能降解纤维素。 真菌在废水处理中的应用 1)处理某些特殊工业废水 2)固体废弃物的堆肥处理

1.1.4 生物处理中的重要微生物 细菌： ⚫ 细菌——包括了真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria) ——是废水生物处理工程中最主要的微生物； ⚫ 根据需氧情况不同： 好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌； ⚫ 根据能源碳源利用情况的不同： 光合细菌——光能自养菌、光能异养菌； 非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌 ⚫ 根据生长温度的不同： 低温菌(−10ºC~15 ºC)、中温菌(15 ºC ~45 ºC)和高温菌(>45 ºC) 真菌： ⚫ 真菌的三个主要特点： 1)能在低温和低pH值的条件生长； 2)在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）； 3)能降解纤维素。 ⚫ 真菌在废水处理中的应用： 1)处理某些特殊工业废水； 2)固体废弃物的堆肥处理 有机碳 终产物 营养物质 细胞 物质 能量 有机 残渣 内源呼吸

原生动物、后生动物: 原生动物主要以细菌为食: 其种属和数量随处理出水的水质而变化,可作为指示生物 后生动物以原生动物为食 也可作为指示生物。 1.2生物处理法在废水处理中的地位 1.2.1有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法 A、有机物在废水中的存在形式 颗粒状有机物(lμm):可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物 胶体状有机物( Colloids)(1mm100nm:不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物 溶解性有机物( Soluble orgnics)(1nm):以分散的分子状态存在于水中的有机物 B、废水中有机物含量的表示 ①BOD5:在20℃,5天培养期,可生物降解有机物被微生物氧化所需要的氧量 BOD:在20℃,废水中全部可生物氧化有机物需氧量 BOD4=BOD,(1-10-3 在有氧的条件下,可生物降解有机物的降解,可分为两个阶段(总生化需氧量、硝化需氧量)如图 第一阶段:碳氧化阶段,即在异氧菌的作用下,含碳有机物被氧化为CO2、H20 含氮有机物被氧化(或称氨化)为NH3,与此同时,合成新细胞 第二阶段:硝化阶段,即在亚硝化菌的作用下,NH被氧化为NO2、HO,再在硝化菌的作用下,NO2被氧化 图1-3两阶段生化需氧量曲线 生物氧化过程中的主要反应: 1)有机物质氧化(呼吸)反应 CHO2+O2→CO2+H0+能量 2)无机物质氧化(呼吸)反应:

原生动物、后生动物： ⚫ 原生动物主要以细菌为食； ⚫ 其种属和数量随处理出水的水质而变化，可作为指示生物。 ⚫ 后生动物以原生动物为食； ⚫ 也可作为指示生物。 1.2 生物处理法在废水处理中的地位 1.2.1 有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法 A、有机物在废水中的存在形式： ⚫ 颗粒状有机物(>1m)：可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物 ⚫ 胶体状有机物(Colloids)(1nm~100nm)：不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物 ⚫ 溶解性有机物(Soluble orgnics)(<1nm)：以分散的分子状态存在于水中的有机物 B、废水中有机物含量的表示： ① BOD5：在 20℃，5 天培养期，可生物降解有机物被微生物氧化所需要的氧量。 BODU：在 20℃，废水中全部可生物氧化有机物需氧量； (1 10 ) 5 5 k BOD BODu −  = − 在有氧的条件下，可生物降解有机物的降解，可分为两个阶段（总生化需氧量、硝化需氧量）如图 第一阶段：碳氧化阶段，即在异氧菌的作用下，含碳有机物被氧化为 CO2、H2O ，含氮有机物被氧化（或称氨化）为 NH3，与此同时，合成新细胞； 第二阶段：硝化阶段，即在亚硝化菌的作用下，NH3 被氧化为 NO2 -、H2O，再在硝化菌的作用下，NO2 -被氧化 为 NO3 - 生物氧化过程中的主要反应： 1 1）有机物质氧化（呼吸）反应： CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + 能量 2）无机物质氧化（呼吸）反应： NH4 + + 2O2 → NO3