【正文】 2）對(duì)環(huán)境條件（溫度、 pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。由于僅少量有機(jī)物用于合成，故相對(duì)于好氧生物處理法，其污泥增長(zhǎng)率小得多。在厭氧生物處理過(guò)程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。 在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。 處理過(guò)程中散發(fā)的臭氣較少。 ? 不同形式的有機(jī)物被生物降解的歷程也不同： ? 一方面：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 微生物利用廢水中存在的有機(jī)污染物（以溶解狀與膠體狀的為主），作為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。 24 [H]6COO6HOHC 226126 ??? O12H2N4NO24[H] 223 ??? ?? 175 22236126 ????? ?? 好氧呼吸、無(wú)氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同， 如下表所示。 在反硝化作用中，受氫體為 NO3，可用下式所示： 總反應(yīng)式： 在無(wú)氧呼吸過(guò)程中，供氫體和受氫體之間也需要細(xì)胞色素等中間電子傳遞體，并伴隨有磷酸化作用，底物可被徹底氧化，能量得以分級(jí)釋放，故無(wú)氧呼吸也產(chǎn)生較多的能量用于生命活動(dòng)。 這種生物氧化作用不徹底，最終形成的還原性產(chǎn)物，是比原來(lái)底物簡(jiǎn)單的有機(jī)物，在反應(yīng)過(guò)程中，釋放的自由能較少，故厭氧微生物在進(jìn)行生命活動(dòng)過(guò)程中，為了滿足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。 厭氧呼吸按反應(yīng)過(guò)程中的 最終受氫體的不同 ，可分為 發(fā)酵和無(wú)氧呼吸。在厭氧呼吸過(guò)程中，底物氧化不徹底， 最終產(chǎn)物 不是二氧化碳和水，而是一些較原來(lái)底物 簡(jiǎn)單的化合物 。在呼吸過(guò)程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物中脫下來(lái)的氫經(jīng)輔酶?jìng)鬟f給除氧以外的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，使其還原。 光 葉綠素 厭氧呼吸是在 無(wú)分子氧（ O2） 的情況下進(jìn)行的生物氧化。 能量SOH2OSH4222 ??? 能量OH2HNO2ONH 2324 ????? ???大型合流污水溝道和污水溝 道存在該式所示的生化反應(yīng) 生物脫氮工藝中的生物硝化過(guò)程 光能自養(yǎng)微生物：需要陽(yáng)光或燈光作能源，依靠體內(nèi)的光合作用色素合成有機(jī)物。如下式所示： 有機(jī)廢水的好氧生物處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等屬于這種類型的呼吸。好氧呼吸有 異養(yǎng)型微生物呼吸和 自養(yǎng)型 微生物呼吸兩種 。 有分子氧 參與的生物氧化， 反應(yīng)的 最終受氫體是分子氧。呼吸作用過(guò)程中吸收和同化各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 呼吸作用的生物現(xiàn)象： 呼吸作用中發(fā)生能量轉(zhuǎn)換：供細(xì)胞合成、其他生命活動(dòng)，多余的能量以熱量形式釋放。 2)對(duì)有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)； 3）合成量的大小，對(duì)后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費(fèi)用一般可以占整個(gè)城市污水處理廠的 40~50%）。 合成代謝： 通過(guò)一系列的生化反應(yīng)，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn) 化為復(fù)雜的細(xì)胞成分，機(jī)體制造自身。 第二節(jié) 污水生物處理的 基本原理 生 物 的 新 陳 代 謝 新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)生物酶催化的復(fù)雜生化反應(yīng)，在體內(nèi)不斷進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換的過(guò)程。 ?利用微生物的無(wú)窮潛力和反應(yīng)設(shè)備的發(fā)展及相關(guān)學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步，與其他工藝相交叉，利用協(xié)同作用。污水處理技術(shù)離盡善盡美還相差很遠(yuǎn) 主要缺點(diǎn) ： 生化環(huán)境不夠理想、微生物數(shù)量不夠多、反應(yīng)速率尚低、處理設(shè)施的基建投資和運(yùn)行費(fèi)用很高、運(yùn)行不夠穩(wěn)定、難降解有機(jī)物處理效果差等。 繁殖快、易變異、適應(yīng)性強(qiáng) ?大腸桿菌在條件適宜時(shí) 17min就分裂一次；有一種假單胞細(xì)菌在不到 10min就分裂一次； ?低溫、高溫、高壓、酸、堿、鹽、輻射等條件下可以快速適應(yīng)； ?對(duì)于進(jìn)入環(huán)境中的“陌生”污染物，微生物可通過(guò)突變而改變?cè)瓉?lái)的代謝類型而降解之 ?廢水生物處理技術(shù)經(jīng)歷了百余年的發(fā)展和應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用，取得了很大的進(jìn)步。 ?比表面積大 ：大腸桿菌與人相比，其比表面積約為人的 30萬(wàn)倍，為營(yíng)養(yǎng)物的吸收與代謝產(chǎn)物的排泄奠定了基礎(chǔ)； ?代謝速度快 ：發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在 1hr內(nèi)可分解其自重的 1000~10 000倍；假絲酵母（ Candida utilis）合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍，比食用公牛強(qiáng) 10萬(wàn)倍。第十一章 廢水生物處理的基本概念 和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) ?污水生物處理技術(shù)的起源和發(fā)展前景 ?污水生物處理的基本原理 ?微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境 ?反應(yīng)速率和反應(yīng)級(jí)數(shù) ?微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) ?微生物的特點(diǎn)和污水生物處理的概念 ?污水生物處理工藝的應(yīng)用歷史 ?污水生物處理技術(shù)的發(fā)展過(guò)程 ?前景展望 第一節(jié) 概述 環(huán)境生物技術(shù) Environmental Biotechnology Environmental Bioengineering ?現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境工程相結(jié)合的新興交叉學(xué)科在解決環(huán)境污染問(wèn)題中具有非常重要的作用。 ?環(huán)境生物技術(shù)的核心是微生物工程 why 微生物對(duì)污染物降解的巨大潛力 ?個(gè)體微小、比表面積大、代謝速率快 ? 較大的酵母菌，一般為橢圓形，寬 15um,長(zhǎng) 530um。 種類繁多、分布廣泛、代謝類型多樣 ?W. B. Whitman (U. Of Geia)細(xì)菌普查，地球上存在 5?1030個(gè)細(xì)菌 , 非?；钴S的群體在海、陸、空等一般環(huán)境和極端環(huán)境中的 極端環(huán)境微生物； ?Pseudomonas cepacia： 能降解 90種以上有機(jī)物 甲基汞、有毒氰、酚類化合物等都能被微生物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解利用。 ?然而，由于工業(yè)和城市的飛速發(fā)展，在世界范圍內(nèi)，特別是發(fā)展中國(guó)家，水污染至今還沒(méi)有得到有效的控制。 污水生物處理的歷程及前景展望 ?從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略觀點(diǎn)來(lái)衡量： 廢水生物處理還有消耗大量有機(jī)碳、剩余污泥量大、釋放較多二氧化碳等缺點(diǎn)。廢水生物處理工藝必將取得更大的發(fā)展，發(fā)揮更大的作用。 分解代謝： 分解復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降解高能化合物， 獲得能量。 新陳代謝 合成代謝 (同化作用 ) 分解代謝 (異化作用 ) 復(fù)雜物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單物質(zhì) 簡(jiǎn)單物質(zhì)合成為復(fù)雜物質(zhì) 吸收能量 釋放能量 能量代謝 物質(zhì)代謝 分解與合成的相互關(guān)系： 1）二者不可分，而是相互依賴的； a、分解過(guò)程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)； b、分解過(guò)程是一個(gè)產(chǎn)能過(guò)程，合成過(guò)程則是一個(gè)耗能過(guò)程。 微 生 物 的 呼 吸 一切生物時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，沒(méi)有呼吸就沒(méi) 有生命。 通過(guò)呼吸作用，復(fù)雜有機(jī)物逐步轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單物質(zhì)。 微 生 物 的 呼 吸 類 型 微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能 好氧呼吸 厭氧呼吸 根據(jù)氧化的底物、氧化產(chǎn)物的不同 按反應(yīng)過(guò)程中的最終受氫體的不同 自養(yǎng)型微生物 無(wú)氧呼吸 異養(yǎng)型微生物 發(fā) 酵 根據(jù)受氫體的不同分為 好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后，通過(guò)一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過(guò)程。 依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。 好 氧 呼 吸 異養(yǎng)型微生物以有機(jī)物為底物（電子供體），其終點(diǎn)產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無(wú)機(jī)物，同時(shí)放出能量。 281 JO6H6CO6OOHC 2226126 ???? 能量NHO13H11 COH14ONOH 422272911 ?????? ?? 自養(yǎng)型微生物以無(wú)機(jī)物為底物（電子供體），其終點(diǎn)產(chǎn)物也是無(wú)機(jī)物，同時(shí)放出能量。 CO2+H2O [CH2O]＋ O2 化能自養(yǎng)微生物：化能自養(yǎng)微生物不具備色素，不能進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物所需的能量來(lái)自氧化 NH H2S等無(wú)機(jī)物。 厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒(méi)有氧化酶系統(tǒng)。 厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。這種化合物還含有相當(dāng)?shù)哪芰?，故釋放能量較少。 厭 氧 呼 吸 指供氫體和受氫體都參與有機(jī)化合物的生物氧化作用， 最終受氫體無(wú)需外加，就是供氫體的分解產(chǎn)物（有機(jī)物）。 例如，葡萄糖的發(fā)酵過(guò)程： 總反應(yīng)式： 4[H]COCOO H2CHOHC 36126 ?? CHO2CH2COCOC OOH2CH 323 ?? OHCH2CHCHO2CH4[H] 233