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廢水厭氧缺氧好氧生化處理中的生化反應(yīng)過(guò)程分析
2024-3-20 閱讀(609)
廢水生化處理是指利用微生物對(duì)廢水中的COD、氮、磷等污染物去除的過(guò)程。那么整個(gè)過(guò)程主要涉及哪些生化反應(yīng)呢？
以下將針對(duì)COD、氮、磷三種污染物、細(xì)菌的合成及裂解分別整理生化反應(yīng)的過(guò)程及其結(jié)果。
1、COD降解
降解COD可以通過(guò)厭氧、缺氧、好氧條件下實(shí)現(xiàn)，以下分別對(duì)以上三個(gè)條件整理COD的降解過(guò)程。
1.1 厭氧條件（無(wú)化合態(tài)氧條件）
嚴(yán)格厭氧條件下，廢水中的有機(jī)物經(jīng)過(guò)大量微生物的共同作用，最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨等。
具體有以下4個(gè)反應(yīng)：
①水解反應(yīng)：由于大分子有機(jī)物因分子質(zhì)量較大，無(wú)法通過(guò)細(xì)胞膜，被細(xì)菌胞外酶分解為小分子，小分子的水解產(chǎn)物可以透過(guò)細(xì)胞膜被細(xì)菌利用。本反應(yīng)的結(jié)果：大分子變?yōu)樾》肿?，毒性降低，COD不一定降低，氨氮會(huì)升高，pH值變化不確定。
②酸化反應(yīng)：上一步的小分子有機(jī)物進(jìn)一步分解為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞膜外部。本反應(yīng)的結(jié)果：產(chǎn)生VFA、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，COD降低，氨氮會(huì)升高，pH值一般為降低。
③產(chǎn)乙酸反應(yīng)：上一步的VFA、乳酸等進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸等，并同時(shí)合成菌體本身。本反應(yīng)的結(jié)果：COD降低，pH值一般為降低。
④產(chǎn)甲烷反應(yīng)：乙酸、氫氣、碳酸、甲酸等轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳，其中乙酸產(chǎn)甲烷占比70%。本反應(yīng)的結(jié)果：COD大幅度降低，pH值會(huì)升高一部分。
1.2缺氧條件（無(wú)分子氧，但有化合態(tài)氧）
在缺氧狀態(tài)下，廢水中存在硝酸根、亞硝酸根、硫酸根等化合態(tài)氧。因此主要發(fā)生硫酸鹽還原反應(yīng)和脫氮反應(yīng)（反硝化反應(yīng)）。
①硫酸鹽還原反應(yīng)：由硫酸鹽還原菌在氧化有機(jī)物過(guò)程中以硫酸鹽作為電子受體完成，形成硫化氫。其中還原1g硫酸根消耗1.5gCOD，整個(gè)過(guò)程COD會(huì)降低。
②反硝化反應(yīng)：反硝化細(xì)菌一般優(yōu)先選擇氧氣作為電子受體，其次是硝酸鹽類。本反應(yīng)以有機(jī)物作為電子供體，以硝酸鹽類作為電子受體生成氮?dú)?，從而降解一部分COD。過(guò)程中脫氮1g硝酸鹽氮消耗3gCOD，產(chǎn)生0.5gMLVSS，整個(gè)過(guò)程COD會(huì)降低，產(chǎn)堿pH值升高。
1.3好氧條件（有分子態(tài)氧）
好氧條件下對(duì)于COD有影響的過(guò)程主要有呼吸代謝和內(nèi)源呼吸代謝，具體如下：
①好氧呼吸代謝：此過(guò)程是細(xì)菌在利用氧氣降解COD的過(guò)程，把COD分解為二氧化碳、水、氨氮等。過(guò)程中COD會(huì)降低；不考慮氨氮對(duì)pH值的影響時(shí)，本過(guò)程中pH值一般為降低（分解有機(jī)酸時(shí)，pH值升高）。
②好氧內(nèi)源呼吸過(guò)程：是細(xì)菌在氧氣存在時(shí)對(duì)細(xì)菌的裂解過(guò)程，過(guò)程中COD會(huì)先升高在降低，pH值變化不確定，但過(guò)程中氨氮會(huì)升高。
2、氮的轉(zhuǎn)化
①氨化反應(yīng)：此過(guò)程可以在任意條件下發(fā)生，主要是有機(jī)氮化合物在微生物的作用下分解，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的過(guò)程。此過(guò)程中COD會(huì)下降，氨氮會(huì)升高，pH值一般會(huì)升高。
②硝化反應(yīng)：此過(guò)程中必須要在氧氣充足條件下進(jìn)行，是指硝化細(xì)菌把氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的過(guò)程，過(guò)程中需要利用無(wú)機(jī)碳源，氨氮下降，pH值會(huì)降低。
③反硝化反應(yīng)：以上已經(jīng)涉及，過(guò)程中COD會(huì)降低，生成氮?dú)?，TN會(huì)下降，pH值會(huì)升高。
④厭氧氨氧化：厭氧條件下以亞硝酸根為電子受體，將氨氮氧化為氮?dú)夂拖跛岣倪^(guò)程，過(guò)程中pH值升高。TN會(huì)下降，氨氮會(huì)下降。此過(guò)程由厭氧氨氧化菌完成，亦被稱為“紅菌”，這個(gè)過(guò)程中亞硝酸根濃度累積是難點(diǎn)，運(yùn)行難度較高。
3、磷的生物轉(zhuǎn)化
①厭氧釋磷：聚磷菌在厭氧條件下將VFA吸入細(xì)胞，以聚羥基丁酸存在細(xì)胞內(nèi)，細(xì)菌將體內(nèi)儲(chǔ)存的聚磷酸鹽氧化作為能源合成ATP，過(guò)程中會(huì)把磷酸鹽釋放到廢水中。過(guò)程中需要有COD的存在。
②好氧吸磷：聚磷菌進(jìn)入好氧條件時(shí)，體內(nèi)儲(chǔ)存的聚羥基丁酸被用于細(xì)胞生長(zhǎng)，并提供能源合成聚磷酸鹽，過(guò)程中需要吸收大量磷酸鹽，可以大量富集廢水磷到細(xì)菌體內(nèi)。
4、細(xì)菌合成代謝
細(xì)菌合成代謝存在于各種條件，是指細(xì)菌利用廢水中的COD合成細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程，過(guò)程中COD轉(zhuǎn)化為細(xì)菌體，COD會(huì)降低，氨氮會(huì)降低。
5、細(xì)菌裂解過(guò)程
細(xì)菌裂解包含好氧條件下的內(nèi)源呼吸，亦包含了厭氧條件下的污泥消化過(guò)程，過(guò)程中COD會(huì)先升高在降低，pH值變化不確定，但過(guò)程中氨氮會(huì)升高。
