废水的生物处理

废水的生物处理

废水是环境污染“三废”之一，利用微生物的代谢作用可除去废水中的有机污染物，其方法简单、科学，常分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种，现对其机制简述如下：

一、需氧生物处理废水

生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为C H O N S。

　生物体系中这些反应有赖于生物体系中的酶来加速。酶按其催化反应分为：1）氧化还原酶在细胞内催化有机物的氧化还原反应，促进电子转移，使其与氧化合成脱氢。可分为氧化酶和还原酶。氧化酶可活化分子氧，形成水或过氧化氢。还原酶包括各种脱氢酶，可活化基质上的氢，并由输酶将氢传给被还原的物质，使基质氧化，受氢体还原；2）水解酶对有机物的加水分解反应起催化作用。水解反应是在细胞外产生的最基本的反应，能将复杂的高分子有机物分解为小分子，使之易于透过细胞壁。如将蛋白质分解为氨基酸，将脂肪分解为甘油和脂肪酸，将复杂的多糖分解为单糖等。此外还有脱氨基、脱羧基、磷酸化和脱磷酸等酶。

在需氧生物处理过程中，污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分3个阶段：第1阶段，大的有机物分子降解成为构成单元——单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第2阶段中，第1阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种：二氧化碳、水、乙酰基辅酶A，酮戊二酸和草醋酸。第3阶段（即三羧酸循环）是乙酰基辅酶A、酮戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段，都释放出一定的能量。

在有机物降解的同时，还发生微生物原生质的合成反应。在第1阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，再进一步合成细胞原生质。合成能量是微生物在有机物的氧化过程

中获得的。

二、厌氧生物处理废水

此法主要用于处理污水中的沉淀污泥，又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池（农村）就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水，所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。

城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为3个阶段（见图），在第1阶段，污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第2阶段是在产酸菌的作用下将第1阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等；同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。

第1、2阶段又称为液化过程。第3阶段是在甲烷菌的作用下将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳，因此又称为气化过程。

为了使厌氧消化过程正常进行，必须将温度、pH值、氧化还原电势等保持在一定的范围内，以维持甲烷菌的正常活动，保证及时地和完全地将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷。

进行厌氧消化的微生物有两类：中温消化酶和高温消化菌。前者的适应温度范围为17～43℃最佳温度为32～35℃；后者则在50～55℃具有最佳反应速度。

近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。