水污染控制工程11.pdf

No free lunch for the bugs, No
free lunch for us either.
Let us serve the bugs before
bugs serve us better.
第十一章
废水生物处理的基本概念
和生化反应动力学基础
1
第一节
废水的好氧生物处理和厌氧生物处理
微生物的新陈代谢
新陈代谢:微生物不断从外界环境中摄取营养物质,
通过生物酶催化的复杂生化反应,在体内不断进行物
质转化和交换的过程。
分解代谢:分解复杂营养物质,降解高能化合物,获
得能量;
合成代谢:通过一系列的生化反应,将营养物质转化
为复杂的细胞成分,机体制造自身。
2
底物降解:
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
质称为底物或基质。
可生物降解有机物量:有机物的降解转化
可生物降解底物量:包括有机的和无机的可生物利用物质
复杂物质分解为简单物质
分解代谢
(异化作用)
释放能量
新陈代谢能量代谢物质代谢
吸收能量
合成代谢
(同化作用)
简单物质合成为复杂物质
能量循环:三磷酸腺苷ATP(Adenosine Triphosphate)
AMP+‾P→ADP+ ‾P →ATP
ADP磷酸化生成ATP:
ATP水解产生能量
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
ADP磷酸化电子传递磷酸化
光合磷酸化
细胞合成
低能化合物 ATP
磷酸根能量生理需要
高能化合物 ADP 热能释放
3
微生物的呼吸
一切生物时刻都在进行着呼吸,没有呼吸就没有生命
呼吸作用的生物现象:
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;
通过呼吸作用,复杂有机物逐步转化为简单物质;
呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质
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
根据受氢体的不同分为
好氧呼吸厌氧呼吸
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
异养型微生物自养型微生物发酵无氧呼吸
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好氧呼吸
好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后,通过一系列
氧化还原反应获得能量的过程。
有分子氧参与的生物氧化, 反应的最终受氢体是分子氧。
底物中的氢被脱氢酶活化,并从底物中脱出交给辅酶(递
氢体),同时放出电子,氧化酶利用底物放出的电子激活游
离氧,活化氧和从底物中脱出的氢结合成水。
+ 2H
NAD(P) ⇔ NAD(P)H + H +
− 2H
NAD(P)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)
好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这
过程中,同时放出能量。
依好氧微生物的类型不同,被其氧化的底物不同,氧化产
物也不同。好氧呼吸有异养型微生物和自养型微生物两种。

异养型微生物以有机物为底物(电子供体),其终点产物为二氧化
碳、氨和水等无机物,同时放出能量。如下式所示:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H 2O +
+ +
C11H 29O7 N +14O2 + H → 11CO2 +13H 2O + NH 4 + 能量
异氧微生物又可分为化能异氧微生物和光能异氧微生物:
化能异氧微生物:氧化有机物产生化学能而获得能量的微生物。
光能异氧微生物:以光为能源,以有机物为供氢体还原CO2,合成
有机物的一类厌氧微生物。
有机废水的好氧生物处理,如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧
消化等属于这种类型的呼吸。
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自养型微生物以无机物为底物(电子供体),其终点产物也是无机
物,同时放出能量。
光能自养微生物
需要阳光或灯光作能源,依靠体内的光合作用色素合成有机物。
光
CO +H O [CH O]+O
2 2 叶绿素 2 2
化能自养微生物
化能自养微生物不具备色素,不能进行光合作用,合成有机物所需
的能量来自氧化NH3、H2S等无机物。
大型合流污水沟道和污水沟
H S + 2O → H SO + 能量
2 2 2 4 道存在该式所示的生化反应
+ −+
NH 4 + 2O2 → NO3 + 2H + H 2O + 能量生物脱氮工艺中的生物硝化过程
厌氧呼吸
厌氧呼吸是在无分子氧(O2)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。在呼吸过
程中,底物中的氢被脱氢酶活化,从底物中脱下来的氢经辅
酶传递给除氧