第二篇水污染控制工程水污染控制工程2021/6/161内容组成内容组成第一章第一章 水质与水体自净水质与水体自净第二章第二章 水的物理处理水的物理处理第三章第三章 污水的化学处理污水的化学处理第四章第四章 污水的物理化学处理污水的物理化学处理第五章第五章 污水的生物化学处理污水的生物化学处理2021/6/162废水生物处理的目的、重要性废水生物处理的目的、重要性主要目的：主要目的： 不可自然沉淀的胶体状固体物不可自然沉淀的胶体状固体物 有机物有机物 氮和磷氮和磷重要性：重要性： 60%60%以上的有机物只有用生物法去除最经济。以上的有机物只有用生物法去除最经济。 废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法。废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法。 城市污水处理厂有城市污水处理厂有90%90%以上是生物处理法。以上是生物处理法。 大多数工业废水处理厂以生物法为主体。大多数工业废水处理厂以生物法为主体。2021/6/163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的作用 溶解性有机物溶解性有机物溶解性有机物溶解性有机物COCOCOCO2 2 2 2和和和和H H H H2 2 2 2O O O O 溶解性无机营养元素：溶解性无机营养元素：溶解性无机营养元素：溶解性无机营养元素： NN NN NN NN2 2 2 2 P P P P富含磷的剩余污泥从水中分离出来富含磷的剩余污泥从水中分离出来富含磷的剩余污泥从水中分离出来富含磷的剩余污泥从水中分离出来 絮凝沉淀和降解胶体状固体物絮凝沉淀和降解胶体状固体物絮凝沉淀和降解胶体状固体物絮凝沉淀和降解胶体状固体物 稳定有机物稳定有机物稳定有机物稳定有机物2021/6/164目目 录录第一节第一节第一节第一节 废水处理微生物学基础废水处理微生物学基础废水处理微生物学基础废水处理微生物学基础第二节第二节第二节第二节 废水的好氧生物处理（一）废水的好氧生物处理（一）废水的好氧生物处理（一）废水的好氧生物处理（一） 稳定塘、土地处理稳定塘、土地处理稳定塘、土地处理稳定塘、土地处理 第三节第三节第三节第三节 废水的好氧生物处理（二）废水的好氧生物处理（二）废水的好氧生物处理（二）废水的好氧生物处理（二）-生物膜法生物膜法生物膜法生物膜法第四节第四节第四节第四节 废水的好氧生物处理（三）废水的好氧生物处理（三）废水的好氧生物处理（三）废水的好氧生物处理（三）-活性污泥法活性污泥法活性污泥法活性污泥法第五节第五节第五节第五节 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理第六节第六节第六节第六节 水处理厂污泥处理技术水处理厂污泥处理技术水处理厂污泥处理技术水处理厂污泥处理技术第七节第七节第七节第七节 生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷技术2021/6/165第一节第一节 废水处理微生物学基础废水处理微生物学基础微生物生理学特性及基本概念微生物生理学特性及基本概念微生物的生长规律和生长环境微生物的生长规律和生长环境微生物的生长规律和生长环境微生物的生长规律和生长环境生化反应动力学基础生化反应动力学基础2021/6/166一、微生物生理学特性及基本概念一、微生物生理学特性及基本概念 1 1 1 1、新陈代谢、新陈代谢、新陈代谢、新陈代谢F生物体在生命活动过程中从外界吸取营养物质并生物体在生命活动过程中从外界吸取营养物质并生物体在生命活动过程中从外界吸取营养物质并生物体在生命活动过程中从外界吸取营养物质并在体内进行物质转化地交换作用。在体内进行物质转化地交换作用。在体内进行物质转化地交换作用。在体内进行物质转化地交换作用。!底物或基质底物或基质底物或基质底物或基质n n污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质。化学变化的物质。化学变化的物质。化学变化的物质。n n可生物降解有机物量：有机物的降解转化可生物降解有机物量：有机物的降解转化可生物降解有机物量：有机物的降解转化可生物降解有机物量：有机物的降解转化n n可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物 利用物质。利用物质。利用物质。利用物质。2021/6/167一、微生物生理学特性及基本概念一、微生物生理学特性及基本概念新陈代谢新陈代谢 分解代谢分解代谢( (异化作用）异化作用）)复杂物质分解为简单物质复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质简单物质合成为复杂物质吸收能量吸收能量释放能量释放能量能量代谢能量代谢物质代谢物质代谢 合成代谢合成代谢( (同化作用同化作用) )2021/6/168一、微生物生理学特性及基本概念一、微生物生理学特性及基本概念 2 2 2 2、微生物的呼吸、微生物的呼吸、微生物的呼吸、微生物的呼吸n n 微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的 生理功能。生理功能。生理功能。生理功能。一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有 生命。生命。生命。生命。n n呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生命活动、多余以热量形式释放；命活动、多余以热量形式释放；命活动、多余以热量形式释放；命活动、多余以热量形式释放；n n通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质；通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质；通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质；通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质；n n呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。2021/6/1692 2、微生物的呼吸类型、微生物的呼吸类型微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能好氧呼吸好氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸根据氧化的底物、氧化产物的不同根据氧化的底物、氧化产物的不同 按反应过程中的最终受氢体的不同按反应过程中的最终受氢体的不同 自养型微生物自养型微生物（无机物）（无机物） 无氧呼吸无氧呼吸（无机物）（无机物）异养型微生物异养型微生物（有机物）（有机物） 发发 酵酵（有机物）（有机物）根据受氢体的不同分为根据受氢体的不同分为2021/6/1610二、微生物的生长规律和生长环境二、微生物的生长规律和生长环境n n 微生物的生长规律微生物的生长规律微生物的生长规律微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：按微生物的生长速度，其生长可分为四个期： 停滞期停滞期停滞期停滞期( ( ( (迟缓期）迟缓期）迟缓期）迟缓期） 对数期（对数增长期）对数期（对数增长期）对数期（对数增长期）对数期（对数增长期） 静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）静止期（减速增长期） 衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期）2021/6/1611停滞期停滞期( (迟缓期）迟缓期）F微生物的生长速度从微生物的生长速度从零逐渐开始增加，细菌零逐渐开始增加，细菌总数增加。总数增加。B出现于污泥培养驯化阶出现于污泥培养驯化阶段，或水质发生变化、段，或水质发生变化、停产后又生产阶段。停产后又生产阶段。2021/6/1612对数期：对数期：F微生物以最大速度增微生物以最大速度增长，细菌总数快速增加。长，细菌总数快速增加。B当废水中有机物浓度当废水中有机物浓度高，且培养条件宜，可高，且培养条件宜，可能处于对数期。能处于对数期。!处于对数期的微生物处于对数期的微生物降解有机物速度快，但降解有机物速度快，但沉降性能差。沉降性能差。2021/6/1613静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）F微生物生长速度开始下微生物生长速度开始下降，细菌总数达到平衡。降，细菌总数达到平衡。B当废水中有机物浓度降当废水中有机物浓度降低，污泥浓度较高时，微低，污泥浓度较高时，微生物可能处于静止期。生物可能处于静止期。!污泥絮凝性好，二沉池污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。出水水质最好。2021/6/1614衰老期（内源呼吸期）：衰老期（内源呼吸期）：F微生物生长速度变为负微生物生长速度变为负值，细菌总数下降。值，细菌总数下降。B当有机物浓度低，营养当有机物浓度低，营养物明显不足，则可能处于物明显不足，则可能处于衰老期。衰老期。!污泥较松散，沉降性能污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。好，出水中有细小泥花。2021/6/1615二、微生物的生长规律和生长环境二、微生物的生长规律和生长环境n n 微生物的生长规律微生物的生长规律微生物的生长规律微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：按微生物的生长速度，其生长可分为四个期： 停滞期停滞期停滞期停滞期 对数期对数期对数期对数期静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）静止期（减速增长期）!污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期） !污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。2021/6/1616 微生物要求的营养物质必须包微生物要求的营养物质必须包括组成细胞的各种原料和产生能括组成细胞的各种原料和产生能量的物质，主要有：水、碳素营量的物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生养源、氮素营养源、无机盐及生长因素。长因素。 微微 生生 物物 的的 生生 长长 环环 境境 影影响响微微生生物物生生长长的的环环境境因因素素微生物的营养微生物的营养 温温 度度 pH 值值 溶溶 解解 氧氧 有有 毒毒 物物 质质 2021/6/1617各类微生物所生长的温度范围不各类微生物所生长的温度范围不同，约为同，约为5 5 80 80 。 低温性（低温性（5-205-20） 中温性（中温性（20-4520-45） 高温性（高温性（45-80 45-80 ）好氧生物处理好氧生物处理 中温性微生物中温性微生物 适宜温度为适宜温度为25-40 25-40 。厌氧生物处理厌氧生物处理 甲烷菌为中温菌，在甲烷菌为中温菌，在33-38 33-38 发酵产酸温度控制在发酵产酸温度控制在52-57 52-57 微微 生生 物物 的的 生生 长长 环环 境境 影影响响微微生生物物生生长长的的环环境境因因素素微生物的营养微生物的营养 温温 度度 pH 值值 溶溶 解解 氧氧 有有 毒毒 物物 质质 2021/6/1618 微微 生生 物物 的的 生生 长长 环环 境境 影影响响微微生生物物生生长长的的环环境境因因素素微生物的营养微生物的营养 温温 度度 pH 值值 溶溶 解解 氧氧 有有 毒毒 物物 质质 不同的微生物有不同的不同的微生物有不同的pHpH值适应范值适应范围。围。细菌、放线菌、藻类和原生动物细菌、放线菌、藻类和原生动物 的的pHpH值适应范围是在值适应范围是在4 41010之间。之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性大多数细菌适宜中性和偏碱性 （pHpH6.56.57.57.5）的环境。）的环境。废水生物处理过程中应保持最适废水生物处理过程中应保持最适 pHpH范围。范围。当废水的当废水的pHpH值变化较大时，应设置值变化较大时，应设置 调节池，使进入反应器（如曝气调节池，使进入反应器（如曝气 池）的废水，保持在合适的池）的废水，保持在合适的pHpH值值范范 围。围。2021/6/1619 微微 生生 物物 的的 生生 长长 环环 境境 影影响响微微生生物物生生长长的的环环境境因因素素微生物的营养微生物的营养 温温 度度 pH 值值 溶溶 解解 氧氧 有有 毒毒 物物 质质 溶解氧是影响生物处理效果溶解氧是影响生物处理效果 的重要因素。的重要因素。好氧微生物处理的溶解氧一好氧微生物处理的溶解氧一般以般以2 24mg/L4mg/L为宜。为宜。2021/6/1620 微微 生生 物物 的的 生生 长长 环环 境境 影影响响微微生生物物生生长长的的环环境境因因素素微生物的营养微生物的营养 温温 度度 pH 值值 溶溶 解解 氧氧 有有 毒毒 物物 质质 在工业废水中，有时存在着对微生在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害的化学物质，这物具有抑制和杀害的化学物质，这类物质我们称之有毒物质。类物质我们称之有毒物质。其毒害作用主要表现在细胞的正常其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度的允许质应严加控制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。范围，需要具体分析。2021/6/1621三、生化反应动力学基础三、生化反应动力学基础任务：任务：任务：任务：1 1 1 1、研究各种因素对反应速度的影响。、研究各种因素对反应速度的影响。、研究各种因素对反应速度的影响。、研究各种因素对反应速度的影响。2 2 2 2、研究反应机理。、研究反应机理。、研究反应机理。、研究反应机理。内容：内容：内容：内容：1 1 1 1、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。的关系。的关系。的关系。2 2 2 2、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。2021/6/1622 反应速度反应速度F 在生化反应中，是指单位时间单位体积内在生化反应中，是指单位时间单位体积内底物的减少量、细胞质或产物的增加量。底物的减少量、细胞质或产物的增加量。例生化反应：例生化反应：SyX+z PSyX+z PB反应速度：反应速度：三、生化反应动力学基础三、生化反应动力学基础2021/6/1623三、生化反应动力学基础三、生化反应动力学基础任务：任务：任务：任务：1 1 1 1、研究各种因素对反应速度的影响。、研究各种因素对反应速度的影响。、研究各种因素对反应速度的影响。、研究各种因素对反应速度的影响。2 2 2 2、研究反应机理。、研究反应机理。、研究反应机理。、研究反应机理。内容：内容：内容：内容：1 1 1 1、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。的关系。的关系。的关系。 ( (米式方程式米式方程式) )2 2 2 2、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。 ( (莫式方程式）莫式方程式）2021/6/1624米式方程式米式方程式米歇里斯米歇里斯米歇里斯米歇里斯- - - -门坦（门坦（门坦（门坦（Michaelis-MentenMichaelis-MentenMichaelis-MentenMichaelis-Menten）F 米氏在一切生化反应都是在米氏在一切生化反应都是在米氏在一切生化反应都是在米氏在一切生化反应都是在酶催化酶催化酶催化酶催化进行的前提进行的前提进行的前提进行的前提下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式：下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式：下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式：下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式：B 米氏方程式：米氏方程式：米氏方程式：米氏方程式：式中式中式中式中酶反应速度酶反应速度酶反应速度酶反应速度 maxmaxmaxmax最大酶反应速度最大酶反应速度最大酶反应速度最大酶反应速度 SSSS底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度 K K K Km m m m米氏常数（半速度常数）米氏常数（半速度常数）米氏常数（半速度常数）米氏常数（半速度常数）2021/6/1625酶反应速度与底物浓度的关系酶反应速度与底物浓度的关系底物浓度底物浓度SKm酶反酶反应速应速度度01/2maxmax混合级反应区混合级反应区（0n1）零级反应区零级反应区（n=0）一级反应区一级反应区（n=1）2021/6/1626莫诺特（莫诺特（MonodMonod）方程式）方程式FMonodMonod于于19421942年以纯菌种对单一底物的分批培养实年以纯菌种对单一底物的分批培养实 验基础上提出了描述微生物增长的动力学方程。验基础上提出了描述微生物增长的动力学方程。式中：式中：微生物的比增长速度，微生物的比增长速度，微生物的比增长速度，微生物的比增长速度， maxmaxmaxmax微生物的最大比增长速度；微生物的最大比增长速度；微生物的最大比增长速度；微生物的最大比增长速度； SSSS底物浓度；底物浓度；底物浓度；底物浓度；XXXX微生物浓度微生物浓度微生物浓度微生物浓度 k k k kS S S S饱和系数（半增长速度常数）饱和系数（半增长速度常数）饱和系数（半增长速度常数）饱和系数（半增长速度常数） q q q q、q q q qmaxmaxmaxmax底物的比降解速度及最大值。底物的比降解速度及最大值。底物的比降解速度及最大值。底物的比降解速度及最大值。2021/6/1627SS2021/6/1628基质的降解速率和微生物的增长速率间关系基质的降解速率和微生物的增长速率间关系B微生物的增长速率遵循一级反应规律。微生物的增长速率遵循一级反应规律。B对于给定基质，转化为细菌的基质的比例是一定的。对于给定基质，转化为细菌的基质的比例是一定的。对于给定基质，转化为细菌的基质的比例是一定的。对于给定基质，转化为细菌的基质的比例是一定的。2021/6/1629基质的降解速率和微生物的增长速率间关系基质的降解速率和微生物的增长速率间关系产率系数产率系数比增长速率比增长速率内源代内源代谢系数谢系数2021/6/1630 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！