文档介绍：第四章废水处理
废水中的微生物
微生物的作用
不同种类的微生物都具有分解有机物质的能力。微生物将胶体的和溶解性的含碳有机物转化成CO2并合成新的微生物菌体。微生物菌体的密度稍微大于水,可以利用重力沉降法将其从处理过的水中去除。
微生物菌体本身即为有机物,以BOD的形式存在于出水中。因此如果被处理过的水中微生物菌体未被去除,则未达到完全处理。
微生物的分类:
(1)以界划分:动物(轮虫、甲壳生物)、植物(苔藓、藻类)、真菌(蘑菇、酵母)、原生生物(阿米巴虫)和细菌(沙门氏杆菌)。
(2)以能源和碳源划分:异养型微生物(以有机物为碳源)、自养型微生物(仅以CO2为碳源)。光能型微生物(利用阳光作为能源)。化能型微生物(从有机物或无机物的氧化还原反应中获得能源)。有机营养型微生物利用有机物,而无机营养型微生物则氧化无机物质。
(3)以与氧的关系划分:专性好氧菌、专性厌氧菌、兼性厌氧菌和反硝化菌。
(4)以生长温度划分:嗜冷性微生物(<20C)、嗜温性微生物(25~40C)、嗜热性微生物(45~60C)以及兼性嗜热微生物。
废水中的重要微生物
细菌、真菌、藻类及轮虫与甲壳动物。
细菌的代谢
描述细胞内进行的化学反应过程:分为分解代谢和合成代谢。废水处理厂中,基质被氧化,释放出来的能量被传递并储存在能量载体中(如下图所示),供微生物利用。由分解代谢所产生的化学物质,部分被用于微生物的生存。
污染物的分解
(1)好氧分解
好氧分解过程中必须有分子氧作为最终电子受体。在天然水体中氧以DO形式存在。当氧是唯一的电子受体时,有机物的最终代谢产物主要为CO2、水及新的细胞物质。
在正常的天然水体中,好氧分解是水体自净的主要途径。由于好氧氧化过程中有大量的能量释放出来,大部分好氧微生物有很高的生长速率,比其它氧化系统中产生的新细胞多,因此污泥的产生量就多。
好氧分解速度快、效率高,产生的臭味少,因此废水浓度较低(BOD5小于500mg/L)时可选用此法。当废水浓度过高时( BOD5大于1000mg/L),采用好氧处理不能得到足够的溶解氧,且有大量的生物污泥产生,因此一般不适合于采用该法处理。
(2)缺氧分解
在缺少分子氧时,一些微生物能够利用硝酸盐作为最终受体,此时的氧化过程称为反硝化过程。最终产物为氮气、二氧化碳、水及新细胞物质。反硝化产生的能量约等于好氧分解产生的能量。
(3)厌氧分解
为进行厌氧分解,分子氧与硝酸盐不可作为电子受体。硫酸盐、二氧化碳及有机物在厌氧分解中作为最终电子受体而被还原。有机物的厌氧分解通常分为两个步骤:首先复杂的有机物发酵生成低分子量的脂肪酸(挥发性酸);第二步这些有机酸转化成甲烷,二氧化碳作为电子受体。
厌氧氧化时仅能释放出少量的能量,因此细胞的产生量即污泥的量很少。可利用此特性将好氧和缺氧过程产生的污泥通过厌氧分解加以稳定。目前,很多工厂利用此法处理污泥产生沼气,发电。如北京高碑店污水处理厂。
废水浓度较低时,不适合于利用厌氧分解直接处理。为提高厌氧分解的效率,必须提高废水温度。
微生物生长动力学
(1)细菌生长的需要
最终电子受体
大量营养物:合成细胞所需的碳源、氮源;ATP(能量载体)和DNA所需的磷;
微量营养物:微量金属;某些细胞所需的维生素。
适宜的环境:温度;湿度;pH。
(2)纯培养物的生长
细菌的生长首先经历一个延迟期。在延迟期的末端,细菌开始分裂,使数目逐渐增加,此阶段为加速生长期。对数生长期:细菌数目P经过n个世代周期后可用下式表示:
P = P02n
(3)混合培养物的生长
废水或天然水体微生物的存在不是唯一的。生长动力学描述的是不同微生物在相互竞争中其质量或浓度随时间的变化。
不同菌种对同一基质竞争的能力取决于菌种对基质的代谢能力。由于细菌的体积较小,单位质量的表面积较大,可迅速的将基质去除,比真菌占优势,同样真菌又比原生动物占优势。
当溶解性有机物缺乏时,细菌繁殖将减少,而扑食者则增加。在密闭系统中,最初添加混合微生物和基质后,细菌种群数量达到最大值后,因基质缺乏,微生物进入内源呼吸状态后而逐渐死亡。随后被其它种类的细菌分解。这个过程不断循环进行。
开放系统中(如废水处理厂或河流中)由于基质连续流进,优势种群数量和种类在处理厂的反应器长度方向上随位置改变。不同的微生物种群对进水特性很敏感,进水特性需保持稳定,以达到适宜的菌种平衡。