废水厌氧缺氧好氧生化处理中的生化反应过程分析

废水生化处理是指利用微生物对废水中的COD、氮、磷等污染物去除的过程。那么整个过程主要涉及哪些生化反应呢？

以下将针对COD、氮、磷三种污染物、细菌的合成及裂解分别整理生化反应的过程及其结果。

1、COD降解

降解COD可以通过厌氧、缺氧、好氧条件下实现，以下分别对以上三个条件整理COD的降解过程。

1.1 厌氧条件（无化合态氧条件）

严格厌氧条件下，废水中的有机物经过大量微生物的共同作用，最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等。

具体有以下4个反应：

①水解反应：由于大分子有机物因分子质量较大，无法通过细胞膜，被细菌胞外酶分解为小分子，小分子的水解产物可以透过细胞膜被细菌利用。本反应的结果：大分子变为小分子，毒性降低，COD不一定降低，氨氮会升高，pH值变化不确定。

②酸化反应：上一步的小分子有机物进一步分解为简单的化合物并分泌到细胞膜外部。本反应的结果：产生VFA、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，COD降低，氨氮会升高，pH值一般为降低。

③产乙酸反应：上一步的VFA、乳酸等进一步转化为乙酸、氢气、碳酸等，并同时合成菌体本身。本反应的结果：COD降低，pH值一般为降低。

④产甲烷反应：乙酸、氢气、碳酸、甲酸等转化为甲烷、二氧化碳，其中乙酸产甲烷占比70%。本反应的结果：COD大幅度降低，pH值会升高一部分。

1.2缺氧条件（无分子氧，但有化合态氧）

在缺氧状态下，废水中存在硝酸根、亚硝酸根、硫酸根等化合态氧。因此主要发生硫酸盐还原反应和脱氮反应（反硝化反应）。

①硫酸盐还原反应：由硫酸盐还原菌在氧化有机物过程中以硫酸盐作为电子受体完成，形成硫化氢。其中还原1g硫酸根消耗1.5gCOD，整个过程COD会降低。

②反硝化反应：反硝化细菌一般优先选择氧气作为电子受体，其次是硝酸盐类。本反应以有机物作为电子供体，以硝酸盐类作为电子受体生成氮气，从而降解一部分COD。过程中脱氮1g硝酸盐氮消耗3gCOD，产生0.5gMLVSS，整个过程COD会降低，产碱pH值升高。

1.3好氧条件（有分子态氧）

好氧条件下对于COD有影响的过程主要有呼吸代谢和内源呼吸代谢，具体如下：

①好氧呼吸代谢：此过程是细菌在利用氧气降解COD的过程，把COD分解为二氧化碳、水、氨氮等。过程中COD会降低；不考虑氨氮对pH值的影响时，本过程中pH值一般为降低（分解有机酸时，pH值升高）。

②好氧内源呼吸过程：是细菌在氧气存在时对细菌的裂解过程，过程中COD会先升高在降低，pH值变化不确定，但过程中氨氮会升高。

2、氮的转化

①氨化反应：此过程可以在任意条件下发生，主要是有机氮化合物在微生物的作用下分解，有机氮转化为氨氮的过程。此过程中COD会下降，氨氮会升高，pH值一般会升高。

②硝化反应：此过程中必须要在氧气充足条件下进行，是指硝化细菌把氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮的过程，过程中需要利用无机碳源，氨氮下降，pH值会降低。

③反硝化反应：以上已经涉及，过程中COD会降低，生成氮气，TN会下降，pH值会升高。

④厌氧氨氧化：厌氧条件下以亚硝酸根为电子受体，将氨氮氧化为氮气和硝酸根的过程，过程中pH值升高。TN会下降，氨氮会下降。此过程由厌氧氨氧化菌完成，亦被称为“红菌”，这个过程中亚硝酸根浓度累积是难点，运行难度较高。

3、磷的生物转化

①厌氧释磷：聚磷菌在厌氧条件下将VFA吸入细胞，以聚羟基丁酸存在细胞内，细菌将体内储存的聚磷酸盐氧化作为能源合成ATP，过程中会把磷酸盐释放到废水中。过程中需要有COD的存在。

②好氧吸磷：聚磷菌进入好氧条件时，体内储存的聚羟基丁酸被用于细胞生长，并提供能源合成聚磷酸盐，过程中需要吸收大量磷酸盐，可以大量富集废水磷到细菌体内。

4、细菌合成代谢

细菌合成代谢存在于各种条件，是指细菌利用废水中的COD合成细胞物质的过程，过程中COD转化为细菌体，COD会降低，氨氮会降低。

5、细菌裂解过程

细菌裂解包含好氧条件下的内源呼吸，亦包含了厌氧条件下的污泥消化过程，过程中COD会先升高在降低，pH值变化不确定，但过程中氨氮会升高。