污水处理微生物反应原理及影响因素！

所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类；所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。好氧生物处理过程的生化反应方程式：

①分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢） CHONS +O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +¼+能量（有机物的组成元素）

②合成反应（也称合成代谢、同化作用） C、H、O、N、S +能量 C5H7NO2

③内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化） C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +¼+能量

在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3分解与合成的相互关系：

1）二者不可分，而是相互依赖的；

a、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；

b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。

2）对有机物的去除，二者都有重要贡献；

3）合成量的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的40~50%）。

不同形式的有机物被生物降解的历程也不同：

一方面：结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。

另一方面：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同，如：糖类；脂类；蛋白质。

①溶解氧（DO）：约1~2mg/l；

②水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度 15~30°C；>40°C或< 10°C后，会有不利影响。

③营养物质：细胞组成中，C、H、O、N约占90~97%；其余3~10%为无机元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加营养物质；而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD : N : P = 100 : 5 : 1投加N和P；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；

④pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.5~8.5之间；pH < 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。

⑤有毒物质（抑制物质）：重金属；氰化物；H2S；卤族元素及其化合物；酚、醇、醛等；

⑥有机负荷率：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物；

⑦氧化还原电位：好氧细菌：+300 ~ 400 mV， 至少要求大于+100 mV；厌氧细菌：要求小于+100 mV，对于严格厌氧细菌，则<-100 mV，甚至<-300 mV。

产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；主要影响因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。

1、温度：温度对厌氧微生物的影响尤为显著；厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌氧消化分为：高温消化（55°C左右）和中温消化（35°C左右）；高温消化的反应速率约为中温消化的1.5~1.9倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低；当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下（20~25°C）进行，以节省能量和运行费用。

2、pH值和碱度：pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.8~7.2，在<6.5或>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化；厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗 ，使pH下降；但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生 ，使系统的pH值回升。碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素，但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持合适的pH值；厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。

3、氧化还原电位：严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件；非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100~ -100mv的环境正常生长和活动；产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv；

4、营养要求：厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；

多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：

①K、Na、Ca等金属盐类；

②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；

③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。

5、F/M比：厌氧生物处理的有机物负荷较好氧生物处理更高，一般可达5~10kgCOD/m3.d，甚至可达50~80 kgCOD/m3.d；无传氧的限制；可以积聚更高的生物量。产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，因此必须十分谨慎地选择有机负荷；高的有机容积负荷的前提是高的生物量，而相应较低的污泥负荷；高的有机容积负荷可以缩短HRT，减少反应器容积。

6、有毒物质：——常见的抑制性物质有：硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物；

①硫化物和硫酸盐：硫酸盐和其它硫的氧化物很容易在厌氧消化过程中被还原成硫化物；可溶的硫化物达到一定浓度时，会对厌氧消化过程主要是产甲烷过程产生抑制作用；投加某些金属如Fe可以去除S2-，或从系统中吹脱H2S可以减轻硫化物的抑制作用。

②氨氮：氨氮是厌氧消化的缓冲剂；但浓度过高，则会对厌氧消化过程产生毒害作用；抑制浓度为50~200mg/l，但驯化后，适应能力会得到加强。

③重金属：——使厌氧细菌的酶系统受到破坏。

④氰化物

⑤有毒有机物

1、厌氧生物处理过程的主要优点：

①能耗大大降低，而且还可以回收生物能（沼气）；

②污泥产量很低；——厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25~0.6kgVSS/kgCOD。

③厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解；

④反应过程较为复杂——厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程。

2、厌氧生物处理过程的主要缺点：

①对温度、pH等环境因素较敏感；

②处理出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；

③气味较大；

④对氨氮的去除效果不好；等等

文章来源：环保水处理