环境工程技术与应用课件：第08章 生物氧化技术

1、第八章 生物氧化技术第一节 生物氧化原理第二节 先进高效的废水厌氧处理反应器第三节 废水好氧处理技术1有机物生物氧化:生物氧化是指有机污染物在微生物作用下所进行的氧化（降解）过程，也称细胞呼吸。微生物在有氧和无氧条件下均能进行氧化作用。根据生物氧化是否有分子氧参加，可将其分为两种方式：一是有氧氧化，也称有氧呼吸；二是无氧氧化，亦称无氧呼吸。第一节 生物氧化原理(1)有氧氧化也称有氧呼吸，许多好气和兼性厌气微生物能利用空气中的分子氧进行呼吸，称为好气微生物；(2)无氧氧化亦称无氧呼吸，指以非分子氧(其他氧化性物质)氧化其代谢物，它又分为两种情况：一种是兼性厌气微生物，它们能利用体内的有机物来氧化

2、代谢物，最终生成氧化不完全的产物，这种无氧氧化常称为“发酵作用”，氧化不彻底，释放的能量少；另一种是厌气微生物，以无机物氧化代谢物，氧化较为彻底，但释放的能量不如有氧氧化方式多。2 自养微生物和异养微生物(1)自养微生物分为化能自养和光能自养：1)化能自养微生物以氧化无机物获取能量来固定CO2制造有机物而生活；2)光能自养微生物含有光合色素，通过获取光能来固定CO2制造有机物而生活。(2)异养微生物亦分为两类：1)一类为寄生微生物，它们生活在活的生物机体内，数量不多，且多为致病菌；2)另一类为腐生微生物，它们从死的有机物中获得营养物质而生长和繁殖，是细菌的大部分，在自然界物质转化中起决定作用。

3、与有机污染物降解有关的主要是腐生微生物，即异养微生物。3微生物对废水的净化过程微生物对污水中有机污染物质的净化过程，实质上是一种类似于微生物培养的过程，有机污染物质作为培养基被消耗，微生物则依赖分解有机污染物质而得以生存与繁殖:首先，微生物在细胞体外将大分子有机物如碳水化合物、蛋白质和脂肪等进行水解，使它们转化为小分子的简单化合物；其次，把它们吸人细胞体内进行氧化分解，从中获取能量，并将分解代谢产生的废物如C02、甲烷等排出体外。摄取的能量被用于高能磷酸化合物的生成，即由ADP(二磷酸腺苷)磷酸化为ATP(三磷酸腺苷)，并作为其键能储存起来。微生物从事各种生理活动所需的能量，则由水解ATP分子

4、中的高能磷酸键获得。4生物氧化与化学氧化的异同氧化本质：从氧化作用的基本概念出发，生物氧化与微生物体外的化学氧化实质是相同的，它们的本质均是电子的转移：一物质失电子被氧化，一物质得电子被还原。不同之处：生物氧化过程是在活细胞体中进行的，而且必须要有酶这样一种特殊的生物催化剂参与，另外还需适宜的物理、化学环境条件，释放的能量主要以ATP的形式储存起来，供需要时使用。第二节 先进高效的 废水厌氧处理反应器一 概述1 厌氧生物处理厌氧生物处理是废水生物处理技术的一种，亦称厌氧消化，是在厌氧条件下，利用厌氧微生物的生命活动，使有机物分解并生成甲烷和二氧化碳的过程，细胞合成及产生的能量很少。由于其主要产

5、物是甲烷，故亦称为甲烷发酵或沼气发酵。2 厌氧生物处理的发展厌氧生物处理技术已有百年以上的历史；最早的厌氧生物处理就是化粪池，最早在欧美国家使用，并沿用至今。属于自然放置厌氧过程；后来为提高厌氧效果，增强化污水和微生物之间混合接触效果，逐渐发展了一些其它形式的厌氧反应器。根据厌氧反应器的发展，分为三代：最初是沼气池，其次是上流式反应器，然后是厌氧颗粒污泥膨胀床反应器等。3 厌氧生物反应器的特点(1)具有相当高的有机负荷和水力负荷，因而反应器的容器比传统装置减少90以上；(2)在低温、冲击负荷、存在抑制物等不利条件下仍具有很高的稳定性；(3)反应器建造简单，结构紧凑，从而投资小，占地面积少，适合

6、于各种规模，井可作为运行单元被结合在整体的处理技术中；(4)处理低浓度废水的效率较高，具有与好氧处理竞争的能力；(5)通常几乎不需操作和管理费用，是能源净生产过程。二 厌氧生物滤池（AF）厌氧生物滤池是一种内部装填有微生物载体(即滤料)的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在滤料上，形成厌氧生物膜，部分在滤料空隙间悬浮生长。废水流经挂有生物膜的滤料时，其中的有机物扩散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解转化为沼气，净化后的水通过排水设备排至池外，所产生的沼气被收集利用。滤料、结构特征、运行特征、应用二 厌氧生物滤池（AF）1滤料2结构特征目前运行的大多是升流式厌氧滤池，平面形状为圆形，直径

7、626m,高度313m。4 优点(1)处理能力比一般消化池高；(2)生物量浓度高，可获得较高的有机负荷；(3)不需要专门的搅拌设备，装置简单，工艺本身能耗小；(4)微生物菌体停留时间长，可缩短水的停留时间，耐冲击负荷能力也较强；(5)不需回流污泥，运行管理方便；(6)在处理水量和负荷有较大变化的情况下，运行能保持较大的稳定性。5 缺点厌氧生物滤池的主要缺点是：滤池容易堵塞，尤其是底部，故主要适用于含悬浮物较低的溶解性有机废水；对布水装置要求较高，否则易发生短流，影响处理效果；另外滤池的清洗至今还没有找到简单有效的方法。三 上升式厌氧污泥床反应器(UASB)1 工作原理其主体部分是一个无填料的空

8、容器，分为反应区和沉降区两部分。反应区根据污泥的分布情况又可分为污泥悬浮层区和污泥床区。污泥床主要由沉淀和凝聚性能良好的厌氧污泥组成，浓度可达50100gSSL或更高。污泥悬浮层主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成，污泥浓度较低，一般在540gSSL范围内。UASB装置的最大特点在于其上部设置了一个专用的气(沼气)液(废水)固(污泥)三相分离器。其主体为反应区和沉降区：反应区根据污泥的分布情况又可分为污泥悬浮层区和污泥床区。污泥床主要由沉淀和凝聚性能良好的厌氧污泥组成，浓度可达50100gSSL或更高。污泥悬浮层主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成，污泥浓度较低，一般在540g

9、SSL范围内。UASB装置的最大特点在于其上部设置了一个专用的气(沼气)液(废水)固(污泥)三相分离器。2 厌氧污泥颗粒该反应器具有高效的处理能力，原因在于反应器内，产甲烷均为主的厌氧微生物形成了15mm的颗粒污泥。提供了较大的污水与微生物接触的界面积，加快会有机物的降解速度。3 UASB反应器具有的主要优点有机负荷高，水力负荷能满足要求，处理效果好；污泥颗粒化后增强了反应器对不利条件的抗性；不需搅拌和回流污泥的设备，节省投资和能耗；三相分离器的设置避免了附设沉淀分离装置和辅助脱气装置等，简化了工艺，节约了运行费用；反应器内无需投加填料和载体，提高了容积利用率，避免了堵塞。4 UASB反应器的缺点（1）是需要36个月来培养驯化颗粒污泥，依靠器内增殖积累厌氧污泥甚至需12年，故启动运行时间较长。（2）污泥床内有短流现象发生，最大可达7080，影响设备处理能力；（3）对水质和负荷较敏感，缓冲能力小，要求进水和负荷要相对稳定，管理要相对更为细致。（4）UASB反应器一般不能去除废水中的氮和磷，故在处理高、中等浓度的废水时，宜采用厌氧好氧串联工艺，即用UASB反应器去除废水中大部分含碳有机物作为预处理，而用好氧处理设备去除残余的含碳有机物和氮、磷等物质。第三节 废水好氧处理技术1 活性污泥法2 氧化沟3 生物膜1 活性污泥法活性污泥：向污水中