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1、第十二章 废水生化处理理论基础第一节第一节 废水处理微生物基础废水处理微生物基础 第二节 第二节 酶及酶反应酶及酶反应 第三节第三节 微生物生长动力学微生物生长动力学 第四节第四节 废水的可生化性废水的可生化性 第五节第五节 废水生化处理方法总论废水生化处理方法总论o海新河在河道中设置取水口，经由机械格栅去除水中大宗的 悬浮物后，经由泵站提升进入混合分配井，在泵后设置加药装 置，向污水中投加絮凝剂，使污水进入混合分配井时与絮凝剂 在水力搅拌作用下充分混合，同时混合分配井把污水均匀分配 至后续的沉淀池中，沉淀池出水通过明渠进入湿地，湿地采用 进水堰槽布水，均匀布水、减缓流速，避免对湿地水生植物生
2、 长造成冲击，湿地占地面积约7公顷，四周采用毛石护坡，底部 作防渗处理，湿地内栽种芦苇、茭白等水生植物，形成一定的 生态景观，湿地出口处仍采用堰槽溢流进入明渠，然后由明渠 重新汇入到海新河中。沉淀池中的污泥沉积到一定程度后排入 污泥浓缩池浓缩，浓缩过程中投加絮凝剂，以增强泥水分离效 果，浓缩后的污泥通过污泥泵输送至脱水机房进行机械脱水， 脱水后的污泥外运处理。o抚顺三宝屯污水处理厂原污水由厂外进水方涵进入厂区的 粗格栅井，经粗格栅进入进水泵房。经过进水泵房提升后，污 水进入两组沉砂池及计量槽。经过沉砂池处理后的污水，进入 配水闸井，配水到反应池，污水通过三条d1200钢筋砼管进入 设于厂区中部
3、的三组DAT-IAT池，进行二级处理。SBR池出水进 入接触池进行消毒处理，消毒后的污水排到厂外的李石河。另 外为了节省自来水用量，降低运行费用，加氯用水采用处理后 的二级出水，同时在水射器的进水管上串联了两组Y型过滤器 ，以防止管道堵塞。 oSBR池的剩余污泥由潜水排污泵提升，经管道流入污泥浓缩 池。污泥浓缩后，由剩余污泥泵房中的螺杆泵抽升到脱水机房 的混合池，然后进入离心脱水机进行脱水，脱水后的泥饼运到 污水厂附近的垃圾填埋场进行卫生填埋。 第一节 废水处理微生物基础一、微生物的新陈代谢一、微生物的新陈代谢1 1分解代谢分解代谢高能化合物分解为低能化合物高能化合物分解为低能化合物，物质由繁
4、到简并逐级释放能量的，物质由繁到简并逐级释放能量的 过程叫分解代谢或异化作用。过程叫分解代谢或异化作用。 2 2合成代谢合成代谢微生物从外界获得能量，将低微生物从外界获得能量，将低能化合物合成生物体的过程叫合成能化合物合成生物体的过程叫合成 代谢，或称同化作用。代谢，或称同化作用。 从参与对象、环境条件、分解产 物、受氢体以及整个代谢过程等 角度思考好氧分解代谢和厌氧分 解代谢的区别？ 二、微生物生长的营养及影响因素二、微生物生长的营养及影响因素 营养物对微生物的作用是：（营养物对微生物的作用是：（1 1）提供合成细胞物质时所）提供合成细胞物质时所需要的物质；（需要的物质；（2 2）作为产能反
5、应的反应物，为细胞增长的）作为产能反应的反应物，为细胞增长的生物合成反应提供能源；（生物合成反应提供能源；（3 3）充当产能反应所释放电子的）充当产能反应所释放电子的受氢体。所以微生物所需要的营养物质必须包括组成细胞的受氢体。所以微生物所需要的营养物质必须包括组成细胞的 各种元素和产生能量的物质。各种元素和产生能量的物质。根据所需碳的化学形式，可分为自养型和异养型微生物根据所需碳的化学形式，可分为自养型和异养型微生物根据所需能源不同，可分为光营养型和化能营养型。根据所需能源不同，可分为光营养型和化能营养型。影响微生物生长的因素最重要的是影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、营养条件、温
6、度、PHPH值、需氧量以及有毒物质值、需氧量以及有毒物质。1 1微生物的营养微生物的营养 对好氧生物处理，对好氧生物处理，BODBOD5 5:N:P=100:5:1:N:P=100:5:1，碳源以，碳源以BODBOD5 5值值表示，表示，N N以以NHNH3 3-N-N计，计，P P以以POPO4 43-3-中的中的P P计；对厌氧消化处理，计；对厌氧消化处理，C/NC/N比值在（比值在（1 12020）：）：1 1的范围内时，消化效率最佳。的范围内时，消化效率最佳。2 2反应温度反应温度微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性和微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性和低温性（嗜冷菌
7、）四类，如表低温性（嗜冷菌）四类，如表12-112-1所示。所示。表12-1 各类微生物生长的温度范围类别最低温度最适温度最高温度类别最低温度 最适温度 最高温度 高温性 中温性30 105060 30407080 50常温性 低温性5 O1030 51040 3O3 3pHpH值值一般好氧生化处理一般好氧生化处理pHpH值可在值可在6.56.58.58.5之间变化，厌氧生物之间变化，厌氧生物处理要求较严格，处理要求较严格，pHpH值在值在6.76.77.47.4之间。因此，当排出废水之间。因此，当排出废水pHpH值变化较大时，应设置调节池。值变化较大时，应设置调节池。4 4溶解氧溶解氧好氧微
8、生物在降解有机物的代谢过程中以分子氧作为受氢好氧微生物在降解有机物的代谢过程中以分子氧作为受氢体，如果分子氧不足，降解过程就会因为没有受氢体而不能进体，如果分子氧不足，降解过程就会因为没有受氢体而不能进 行，微生物的正常生长规律就会受到影响，甚至被破坏。行，微生物的正常生长规律就会受到影响，甚至被破坏。厌氧微生物对氧气很敏感，当有氧存在时，会形成厌氧微生物对氧气很敏感，当有氧存在时，会形成H H2 2O O2 2积累积累，对微生物细胞产生毒害作用，使其无法生长。，对微生物细胞产生毒害作用，使其无法生长。有毒物质对微生物的毒害作用，主要表现在使细菌细有毒物质对微生物的毒害作用，主要表现在使细菌细
9、胞的正常结构遭到破坏以及使菌体内的酶变质，并失去活胞的正常结构遭到破坏以及使菌体内的酶变质，并失去活 性。有毒物质可分为：性。有毒物质可分为：重金属离子（铅、铜、铬、砷、重金属离子（铅、铜、铬、砷、铜、铁、锌等）；铜、铁、锌等）；有机物类有机物类 （酚、甲醛甲醇、苯、氯苯等（酚、甲醛甲醇、苯、氯苯等 ）；）；无机物类（硫化物、氰无机物类（硫化物、氰 化钾、氯化钠、硫酸根、硝酸化钾、氯化钠、硫酸根、硝酸 根等）。根等）。returnreturn5.5.有毒物质有毒物质酶是由活细胞产生的能在生物体内和体外起催化作用酶是由活细胞产生的能在生物体内和体外起催化作用的个物催化剂。酶有单成分酶和双成分酶之
10、分。单成分酶的个物催化剂。酶有单成分酶和双成分酶之分。单成分酶 完全由蛋白质组成，双成分酶是由蛋白质和活性原子基团完全由蛋白质组成，双成分酶是由蛋白质和活性原子基团相结合而成，蛋白质部分为主酶，活性原子基团一般是非相结合而成，蛋白质部分为主酶，活性原子基团一般是非 蛋白质部分。此部分若与蛋白质部分结合较紧密时，称之蛋白质部分。此部分若与蛋白质部分结合较紧密时，称之为为辅基辅基，结合不牢固时，称之为，结合不牢固时，称之为辅酶辅酶。 酶所具有的独特性能：酶所具有的独特性能：催化效率高。催化效率高。 专属性。专属性。 对环境条件极为敏感。对环境条件极为敏感。 第二节 酶及酶反应一、酶及其特点一、酶及
11、其特点二、酶促反应速度二、酶促反应速度单底物、单产物反应酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物 的消耗量和产物的生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以 内）时的反应速度底物浓度远远大于酶浓度o在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一 级反应。SSV VVmaxVmax随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合 级反应。SSV VVmaxVmax当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零 级反应。SSV VVmaxVmax酶促反应分两步进行，首先酶与底物
12、形成中间络合物（酶促反应分两步进行，首先酶与底物形成中间络合物（中间产物），这个反应是可逆反应，然后结合物再分解为产中间产物），这个反应是可逆反应，然后结合物再分解为产 物和游离态酶。反应过程可用下式表示：物和游离态酶。反应过程可用下式表示： 米氏方程米氏方程米凯利斯和门坦提出了表示整个反应过程中底物浓度与米凯利斯和门坦提出了表示整个反应过程中底物浓度与酶促反应速度之间的关系式，称为米凯利斯酶促反应速度之间的关系式，称为米凯利斯- -门坦方程式，门坦方程式， 简称米氏方程，即简称米氏方程，即米 氏 方 程 的 推 导令：将（4）代入（3），则：ES生成速度：，ES分解速度：即：则：(1)经整理
13、得：由于酶促反应速度由ES决定，即，所以(2)将（2）代入（1）得：(3)当酶反应体系处于稳态时：当Et=ES时，(4)所以 1 1米氏常数的意义米氏常数的意义K Km m值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关如果一种酶有几种底物，则对每一种底物各有一个如果一种酶有几种底物，则对每一种底物各有一个K Km m值值 . . 同一种酶有几种底物相应有几个同一种酶有几种底物相应有几个K Km m值，其中值，其中K Km m值最小的值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。底物称为该酶的最适底物或天然底物。 关于米氏方程的几点说明关于米氏方程的几点说明Linewe
14、averLineweaverBurkBurk的作图法的作图法 双倒数作图法双倒数作图法。1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax取米氏方程式的倒数形式：取米氏方程式的倒数形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km2. K Km m与与V Vmaxmax的测定的测定三、酶制剂三、酶制剂对酶制剂用于废水生物处理进行了大量研究，并得以对酶制剂用于废水生物处理进行了大量研究，并得以应用。如日本研究将具有分解氰能力的产减杆菌和无色杆应用。如日本研究将具有分解氰能力的产减杆菌和无色杆 菌制成氰分解酶，使氰分解成氨和碳酸，对处理电镀含氰菌制成氰分解酶，使氰分解成氨和碳酸，对处理电镀含氰 废
15、水和丙烯腈废水很有效；利用脂肪酸、蛋白酶、淀粉酶废水和丙烯腈废水很有效；利用脂肪酸、蛋白酶、淀粉酶 、纤维素酶等混合酶处理生活污水等。目前还正寻找能分、纤维素酶等混合酶处理生活污水等。目前还正寻找能分 解有机汞、多氯联苯、塑料和环状有机化合物的酶。解有机汞、多氯联苯、塑料和环状有机化合物的酶。固相酶用于废水处理，主要是将固相酶置于反应器内固相酶用于废水处理，主要是将固相酶置于反应器内，作为滤床，让废水通过滤床，污染物质被滤料上的酶催，作为滤床，让废水通过滤床，污染物质被滤料上的酶催 化分解。化分解。 PyrolasePyrolase 酶酶四、适应酶四、适应酶微生物具有变异的特性，即遗传的变异性
16、。人们根据微生物具有变异的特性，即遗传的变异性。人们根据这一特点，人为地改变微生物的环境条件，使微生物在受这一特点，人为地改变微生物的环境条件，使微生物在受 到各种物理、化学等因素的影响后，发生变异，并在机体到各种物理、化学等因素的影响后，发生变异，并在机体内产生适应新环境的酶，即适应酶。人们就利用这个特性内产生适应新环境的酶，即适应酶。人们就利用这个特性 为生产服务。如活性污泥的培养驯化就是利用了这一特性为生产服务。如活性污泥的培养驯化就是利用了这一特性 ，即在活性污泥的培养驯化过程中，不适应废水的微生物，即在活性污泥的培养驯化过程中，不适应废水的微生物 逐渐死亡，适应该废水的微生物逐渐增加，并在该种废水逐渐死亡，适应该废水的微
