廢水生物脫氮除磷工藝上課用課堂PPT

1、1第六章第六章 廢水生物脫氮除磷廢水生物脫氮除磷2012-2013學年1學期吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院2生活污水農(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈、畜禽糞便）工業(yè)廢水（制革、毛皮、印染）食品加工廢水地表徑流和某些地表徑流和某些工業(yè)廢水（煉焦、工業(yè)廢水（煉焦、化肥廠等）化肥廠等）施用氮肥的農(nóng)田施用氮肥的農(nóng)田排水排水有機氮的降解有機氮的降解廢水中氮的來源廢水中氮的來源有有 機機 氮氮無無 機機 氮氮nh4-n 50-60%nox-n 0-5%3污（廢）水脫氮、除磷的目的和意義污（廢）水脫氮、除磷的目的和意義n一級處理：去除一級處理：去除codcod約約3030左右左右n二級生物處理：去除二

2、級生物處理：去除codcr70codcr709090，bod5bod5去除去除9090以上。以上。l產(chǎn)生產(chǎn)生nhnh3 3-n-n、nono3 3- -n-n和和popo4 43-3-、soso4 42-2-。l2525氮和氮和1919的磷被吸收合成微生物細胞，通過排泥得的磷被吸收合成微生物細胞，通過排泥得到去除。到去除。如味精廢水和賴氨酸廢水：含氨氮（如味精廢水和賴氨酸廢水：含氨氮（nhnh3 3-n-n）6000mg/l6000mg/l左右。左右。codcodcrcr更高，更高，60 00060 00080 000mg/l,bod80 000mg/l,bod5 5約為約為codcodcrc

3、r的一半。的一半。4氮污染的危害氮污染的危害1.2.3.4.5水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化61.2.廢水生物脫氮的微廢水生物脫氮的微生物學原理生物學原理 廢水生物除磷的微廢水生物除磷的微生物學原理生物學原理 7第一節(jié)第一節(jié)廢水生物脫氮的微生物學原理廢水生物脫氮的微生物學原理8n素循環(huán)素循環(huán)9一、生物脫氮的基本原理一、生物脫氮的基本原理n生物脫氮過程主要由生物脫氮過程主要由兩段工藝共同完成：兩段工藝共同完成：好氧硝化好氧硝化厭氧反硝化厭氧反硝化10（一）硝化反應(yīng)（一）硝化反應(yīng)n1 1、硝化作用、硝化作用l是指由硝化菌將氨氮氧化成硝酸鹽氮的過程。n2 2、硝化反應(yīng)由兩組自養(yǎng)好氧微生物完成：、硝化反應(yīng)由

4、兩組自養(yǎng)好氧微生物完成：l亞硝酸鹽細菌（nitrosomonas）l硝酸鹽細菌（nitrobacter）11（1）亞硝酸鹽細菌（）亞硝酸鹽細菌（nitrosomonas）n化能無機營養(yǎng)化能無機營養(yǎng)l有些自養(yǎng)型硝化細菌能混合營養(yǎng)生長有些自養(yǎng)型硝化細菌能混合營養(yǎng)生長, , 少數(shù)可異養(yǎng)少數(shù)可異養(yǎng)生長。生長。n專性好氧；專性好氧；n最適溫度最適溫度25-3025-30（5-305-30）；）；n最適最適ph7.5-8.0ph7.5-8.0（5.8-8.55.8-8.5）；）；12亞硝酸細菌（亞硝酸細菌（5個屬）個屬）l亞硝化單胞菌亞硝化單胞菌 nitrosomonas自養(yǎng)、混養(yǎng)；自養(yǎng)、混養(yǎng)；l亞硝化球

5、菌亞硝化球菌 nitrosococcus 自養(yǎng)、混養(yǎng)自養(yǎng)、混養(yǎng)；l亞硝化螺菌亞硝化螺菌 nitrosospira 嚴格自養(yǎng)；嚴格自養(yǎng)；l亞硝化弧菌屬亞硝化弧菌屬 nitrosovibrio 自養(yǎng)、混養(yǎng)；自養(yǎng)、混養(yǎng)；l亞硝化葉菌屬亞硝化葉菌屬 nitrosolobus 自養(yǎng)、混養(yǎng)；自養(yǎng)、混養(yǎng)；13（2）硝酸鹽細菌（）硝酸鹽細菌（nitrobacter）n化能無機營養(yǎng)：化能無機營養(yǎng)：l有些自養(yǎng)型硝化細菌能有些自養(yǎng)型硝化細菌能混合營養(yǎng)生長混合營養(yǎng)生長, , 少數(shù)可少數(shù)可異養(yǎng)生長。異養(yǎng)生長。lnono2-2-濃度在濃度在2-30mmol/l2-30mmol/l時化能無機營養(yǎng)最好。時化能無機營養(yǎng)最好。n

6、最適溫度最適溫度25-3025-30n最適最適ph7.5-8.0ph7.5-8.0。14硝酸細菌（硝酸細菌（4個屬）個屬）l硝化桿菌屬硝化桿菌屬nitrobacternitrobacter 自養(yǎng)、可異養(yǎng)，自養(yǎng)快自養(yǎng)、可異養(yǎng)，自養(yǎng)快于異養(yǎng)于異養(yǎng)l硝化球菌屬硝化球菌屬 nitrococcusnitrococcus 嚴格自養(yǎng)嚴格自養(yǎng)l硝化刺菌屬硝化刺菌屬 nitrospinanitrospina 嚴格自養(yǎng)嚴格自養(yǎng)l硝化螺菌屬硝化螺菌屬 nitrospiranitrospira 自養(yǎng)、混養(yǎng)自養(yǎng)、混養(yǎng)153、硝化過程分為兩個階段：、硝化過程分為兩個階段：nnh3 nh2oh no no2-nno2- n

7、o3-n氨單加氧酶氨單加氧酶n羥胺氧還酶羥胺氧還酶n羥胺氧還酶羥胺氧還酶n亞硝酸鹽氧還酶亞硝酸鹽氧還酶16總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：nnh4+ + 1.86 o2 + 1.982 hco3- 0.982no3- + 1.044 h2o + 1.881h2co3 + .021c5h7o2n （1）n由（1）可知：l 硝化反應(yīng)消耗堿度和氧氣每氧化1mg nh4+ - n 為 no3- - n 需消耗7.14mg caco3, 需氧 4.57 mg174、硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：、硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：n好氧好氧條件，并保持一定的條件，并保持一定的堿度堿度。n有機物含量不應(yīng)過高有機物含量不應(yīng)過高，151520m

8、g/l20mg/l以下。以下。n溫度溫度20203030，1515時速度下降，時速度下降，55時完全停止。時完全停止。n污泥齡必須大于污泥齡必須大于其最小的世代時間。其最小的世代時間。n重金屬、高濃度的重金屬、高濃度的nhnh4 4+ +-n-n和和nonox x- -n-n對硝化反應(yīng)有抑對硝化反應(yīng)有抑制作用。制作用。185、硝化段的操作、硝化段的操作n泥齡：懸浮固體停留時間泥齡：懸浮固體停留時間srtsrt。l可通過排泥控制泥齡一般在可通過排泥控制泥齡一般在5d5d以上，要大于以上，要大于硝化細菌的硝化細菌的比生長速率比生長速率。n溶解氧溶解氧：一般維持在：一般維持在1.2-2.0mg/l1

9、.2-2.0mg/l。l溶解氧小于溶解氧小于 0.5mg/l0.5mg/l，硝化作用停止。，硝化作用停止。l需氧量的計算：需氧量的計算：o o2 2=4.33=4.33（n n被氧化）被氧化）mg/lmg/l。每氧化每氧化1g nh1g nh3 3需消耗需消耗4.33g 4.33g 氧。氧。195、硝化段的操作、硝化段的操作n水力停留時間水力停留時間：l普通活性污泥法曝氣時間普通活性污泥法曝氣時間 446h6hnphph：硝化反應(yīng)導致：硝化反應(yīng)導致phph下降，亞硝酸、硝酸細菌下降，亞硝酸、硝酸細菌分別在分別在7.0-7.87.0-7.8、7.7-8.17.7-8.1活性最強。活性最強。l需要

10、量：堿度需要量：堿度=7.14=7.14（n n被氧化）被氧化）mg/lmg/ln溫度溫度：兩類硝化細菌的最宜溫度為：兩類硝化細菌的最宜溫度為3030左右，左右，l在不同工藝和不同硝酸鹽負荷率下，溫度的影響大在不同工藝和不同硝酸鹽負荷率下，溫度的影響大小不同，硝酸鹽負荷越低，影響越小。小不同，硝酸鹽負荷越低，影響越小。20（二）反硝化作用（二）反硝化作用n1 1、反硝化作用的原理：、反硝化作用的原理：l生物反硝化生物反硝化是指污水中的硝態(tài)氮是指污水中的硝態(tài)氮nono3 3- -和亞硝態(tài)和亞硝態(tài)氮氮nono2 2- -，在無氧或低氧條件下被反硝化細菌還，在無氧或低氧條件下被反硝化細菌還原成氮氣的

11、過程。原成氮氣的過程。新細胞ohohconbodno2223有機物為供氫體有機物為供氫體212、反硝化代謝途徑、反硝化代謝途徑n異化反硝化：異化反硝化：將將nono2 2- -和和nono3 3- -還原成還原成n n2 2。n同化反硝化：同化反硝化：是是nono2 2- -和和nono3 3- -被還原成被還原成nhnh3 3n n，用于，用于 新細胞的合成。新細胞的合成。( (也叫也叫亞硝酸氨化作用亞硝酸氨化作用) )223、參與反硝化代謝的酶、參與反硝化代謝的酶n硝酸鹽還原酶：硝酸鹽還原酶：nono3 3- - no no2 2- -n亞硝酸鹽還原酶：亞硝酸鹽還原酶：nono2 2- -

12、 nononnono還原酶：還原酶：no nno n2 2o onn n2 2o o還原酶：還原酶：n n2 2o no n2 2234、反硝化菌（、反硝化菌（denitrifying bacteria）n反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌u反硝化菌的能源反硝化菌的能源（1 1）化能型：）化能型：（2 2）光能型（光合細菌）：）光能型（光合細菌）：24反硝化菌的能源反硝化菌的能源化能型：化能型：l多為化能異養(yǎng)：多為化能異養(yǎng)：以有機物作為能源和碳源以有機物作為能源和碳源l少數(shù)化能自養(yǎng)：少數(shù)化能自養(yǎng)：以氫、氨、硫、硫化氫等無機以氫、氨、硫、硫化氫等無機物為能源物為能源；s +nos

13、+no3 3- -+h+h2 2o soo so4 42-2-+n+n2 2+h+h+ +光能型（光合細菌）：光能型（光合細菌）： l有光時，光能異養(yǎng)生長。有光時，光能異養(yǎng)生長。l黑暗條件，化能異養(yǎng)生長。黑暗條件，化能異養(yǎng)生長。255、反硝化段運行操作、反硝化段運行操作n反硝化生物過程如圖：反硝化生物過程如圖：n 最適最適ph6.5-7.5ph6.5-7.5；n 最適溫度最適溫度10-3510-35；n 溶解氧溶解氧 0.2mg/l 3:1時，無須外加碳源時，無須外加碳源lb、外加碳源、外加碳源bod5:n 3:1時，需外加碳源，常用時，需外加碳源，常用甲醇甲醇。27外加碳源外加碳源n外源反硝

14、化細胞合成的經(jīng)典反應(yīng)式：外源反硝化細胞合成的經(jīng)典反應(yīng)式：lnono3 3- - + 1.08 ch + 1.08 ch3 3oh + 0.24 hoh + 0.24 h2 2coco3 3 0.06 c 0.06 c5 5h h7 7nono2 2 + 0.47n + 0.47n2 2 + + 1.68h1.68h2 2o + coo + co2 2 + oh + oh- -l每利用每利用1g no1g no3 3- -反硝化，消耗反硝化，消耗2.47g2.47g甲醇，產(chǎn)生甲醇，產(chǎn)生0.45g0.45g新細胞和新細胞和3.57g3.57g堿度。堿度。28c、內(nèi)源碳、內(nèi)源碳n指微生物死亡、自溶后

15、釋放出來的有機碳，指微生物死亡、自溶后釋放出來的有機碳，也稱也稱二次性基質(zhì)二次性基質(zhì)。l要利用內(nèi)源碳要求反應(yīng)器的要利用內(nèi)源碳要求反應(yīng)器的泥齡長泥齡長，污泥，污泥負荷負荷低低，使微生物處于，使微生物處于內(nèi)源呼吸階段內(nèi)源呼吸階段。nc c5 5h h7 7nono2 2 + 4.6 no3 + 4.6 no3- - 2.8n 2.8n2 2 + 1.2h + 1.2h2 2o + 5coo + 5co2 2 + 4.6oh + 4.6oh- -速率低，僅為外加碳源的速率低，僅為外加碳源的1/101/10，優(yōu)點是在優(yōu)點是在c:nc:n低低時時無須外加外來碳源無須外加外來碳源也能達到脫氮目也能達到脫氮

16、目的而且的而且污泥產(chǎn)量低污泥產(chǎn)量低。295、反硝化段運行操作、反硝化段運行操作（2 2）溫度：）溫度：最適宜的溫度是最適宜的溫度是15-3515-35。（3 3）phphp影響反硝化速率和反硝化最終產(chǎn)物。影響反硝化速率和反硝化最終產(chǎn)物。p最適最適phph范圍范圍6.5-7.56.5-7.5之間。之間。p對終產(chǎn)物的影響：對終產(chǎn)物的影響：ph 6.0-6.5ph 8ph8，nono2 2- -積累。積累。phph越高，越高，nono2 2- -積累越多。積累越多。高高phph抑制了亞硝酸鹽還原酶的活性。抑制了亞硝酸鹽還原酶的活性。305、反硝化段運行操作、反硝化段運行操作（4 4）溶解氧）溶解氧n

17、只有在溶解氧為零的時候，反硝化速率才達到最高；只有在溶解氧為零的時候，反硝化速率才達到最高；n當溶解氧達到當溶解氧達到1mg/l1mg/l時，反硝化速率接近零。時，反硝化速率接近零。n主要機制主要機制l氧抑制了硝酸鹽還原酶的形成；氧抑制了硝酸鹽還原酶的形成；l氧可作為電子受體，競爭性阻礙硝酸鹽的還原。氧可作為電子受體，競爭性阻礙硝酸鹽的還原。315、反硝化段運行操作、反硝化段運行操作（5 5）毒物）毒物nnhnh3 3、nono2 2、o o2 2、phph。lnhnh3 3分子（非離子）濃度過高抑制反硝化反應(yīng)。分子（非離子）濃度過高抑制反硝化反應(yīng)。32二、生物脫氮工藝、原理及微生物二、生物脫

18、氮工藝、原理及微生物n（一）活性污泥法典型工藝（一）活性污泥法典型工藝l a/oa/o工藝（缺氧工藝（缺氧/ /好氧工藝）好氧工藝）33廢廢水水好好氧氧脫脫碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1 1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水出水回流回流34（1）基本原理 na/o是anoxic/oxic的縮寫，它的優(yōu)越性是除了使有機污染物得到降解之外，還具有一定的脫氮除磷功能，是將厭氧水解技術(shù)用為活性污泥的前處理，所以a/o法是改進的活性污泥法。na/o工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，a段do不大于0.2mg/l，o段do=24mg/l。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀

19、粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉(zhuǎn)化成可溶性有機物，當這些經(jīng)缺氧水解的產(chǎn)物進入好氧池進行好氧處理時，提高污水的可生化性，提高氧的效率；n在缺氧段異養(yǎng)菌將蛋白質(zhì)、脂肪等污染物進行氨化（有機鏈上的n或氨基酸中的氨基）游離出氨（nh3、nh4+），在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將nh3-n（nh4+）氧化為no3-，通過回流控制返回至a池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將no3-還原為分子態(tài)氮（n2）完成c、n、o在生態(tài)中的循環(huán)，實現(xiàn)污水無害化處理。 35a/oa/o工藝工藝缺氧反硝化缺氧反硝化反硝化細菌（兼性厭氧菌）

20、反硝化細菌（兼性厭氧菌）nono3 3- -nn反硝化反硝化還原為還原為n n2 2，溢出水面釋放到，溢出水面釋放到大氣大氣原水中原水中bodbod回流出水中的硝化產(chǎn)物回流出水中的硝化產(chǎn)物36a/oa/o工藝工藝好氧脫碳硝化好氧脫碳硝化氧化去除氧化去除codcod好氧有機物呼吸的細菌，以有機物為好氧有機物呼吸的細菌，以有機物為碳源碳源好氧氨鹽呼吸的細菌，以碳酸鹽為碳好氧氨鹽呼吸的細菌，以碳酸鹽為碳源（源（nhnh4 4+ +nono2 2- -nono3 3- -) )37a/o工藝的影響因素工藝的影響因素 nmlss一般應(yīng)在一般應(yīng)在3000mg/l以上，低于此值以上，低于此值a/o系統(tǒng)脫氮效

21、果明顯降低。系統(tǒng)脫氮效果明顯降低。ntkn/mlss負荷率（負荷率（tkn凱式氮，指水中凱式氮，指水中氨氮與有機氮之和）：在硝化反應(yīng)中該負荷率氨氮與有機氮之和）：在硝化反應(yīng)中該負荷率應(yīng)在應(yīng)在0.05gtkn/(gmlssd)之下。之下。 38a/o工藝的影響因素工藝的影響因素 nbod5/mlss負荷率：負荷率：n自氧型硝化菌最小比增長速度為自氧型硝化菌最小比增長速度為0.21/d；異養(yǎng)型；異養(yǎng)型好氧菌為好氧菌為1.2/d。n要使硝化菌存活并占優(yōu)勢，要求污泥齡大于要使硝化菌存活并占優(yōu)勢，要求污泥齡大于4.76d；但對于異養(yǎng)型好氧菌，則污泥齡只需但對于異養(yǎng)型好氧菌，則污泥齡只需0.8d。39a/

22、o工藝的影響因素工藝的影響因素 nbodbod5 5/mlss/mlss負荷率：負荷率：l傳統(tǒng)活性污泥法中，污泥齡只有傳統(tǒng)活性污泥法中，污泥齡只有2 24d4d，所以硝，所以硝化菌不能存活并占有優(yōu)勢，不能完成硝化任務(wù)?；荒艽婊畈⒄加袃?yōu)勢，不能完成硝化任務(wù)。l要使硝化菌良好繁殖就要增大要使硝化菌良好繁殖就要增大mlssmlss濃度或增大曝濃度或增大曝氣池容積，以降低有機負荷，從而增大污泥齡。氣池容積，以降低有機負荷，從而增大污泥齡。其污泥負荷率（其污泥負荷率（bod5/mlssbod5/mlss）應(yīng)小于）應(yīng)小于0.18kgbod5/kgmlssd 0.18kgbod5/kgmlssd 40a

23、/o工藝的影響因素工藝的影響因素n污泥齡污泥齡 tsts：n為了使硝化池內(nèi)保持足夠數(shù)量的硝化菌以保證硝為了使硝化池內(nèi)保持足夠數(shù)量的硝化菌以保證硝化的順利進行，確定的污泥齡應(yīng)為硝化菌世代時化的順利進行，確定的污泥齡應(yīng)為硝化菌世代時間的間的3 3倍，硝化菌的平均世代時間約倍，硝化菌的平均世代時間約3.5d3.5d（2020）硝化菌世代時間與污水溫度的關(guān)系硝化菌世代時間與污水溫度的關(guān)系41a/o工藝的影響因素工藝的影響因素n污水進水總氮濃度：污水進水總氮濃度：ltn應(yīng)小于應(yīng)小于30mg/l，nh3-n濃度過高會抑制硝化菌濃度過高會抑制硝化菌的生長，使脫氮率下降至的生長，使脫氮率下降至50%以下。以下

24、。n混合液回流比：混合液回流比：lr的大小直接影響反硝化脫氮效果，的大小直接影響反硝化脫氮效果，r增大，脫氮增大，脫氮率提高，但率提高，但r增大增加電能消耗增加運行費。增大增加電能消耗增加運行費。 a/o工藝脫氮率與混合液回流比關(guān)系工藝脫氮率與混合液回流比關(guān)系 42a/o工藝的影響因素工藝的影響因素n缺氧池缺氧池bodbod5 5/nox-n/nox-n比值：比值：lh4h4以保證足夠的碳以保證足夠的碳/ /氮比，否則反硝化速率迅氮比，否則反硝化速率迅速下降；速下降；但當進入硝化池但當進入硝化池bodbod5 5值又應(yīng)控制在值又應(yīng)控制在80mg/l80mg/l以以下，當下，當bodbod5 5

25、濃度過高，異養(yǎng)菌迅速繁殖，抑濃度過高，異養(yǎng)菌迅速繁殖，抑制自養(yǎng)菌生長使硝化反應(yīng)停滯。制自養(yǎng)菌生長使硝化反應(yīng)停滯。 43a/o工藝的影響因素工藝的影響因素n硝化池溶解氧：硝化池溶解氧：ldo2mg/l，一般充足供氧，一般充足供氧do應(yīng)保持應(yīng)保持24mg/l，滿足硝化需氧量要求。滿足硝化需氧量要求。n水力停留時間：水力停留時間：l硝化反應(yīng)水力停留時間硝化反應(yīng)水力停留時間6h；而反硝化水力停留時；而反硝化水力停留時間間2h，兩者之比為，兩者之比為3:1，否則脫氮效率迅速下降。，否則脫氮效率迅速下降。44a/o工藝的影響因素工藝的影響因素nphph：l硝化反應(yīng)過程生成硝化反應(yīng)過程生成hnohno3 3

26、使混合液使混合液phph下降，而硝下降，而硝化菌對化菌對phph很敏感，硝化最佳很敏感，硝化最佳ph =8.0ph =8.08.48.4，為，為了保持適宜的了保持適宜的phph就應(yīng)采取相應(yīng)措施，就應(yīng)采取相應(yīng)措施，l反硝化過程產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)消耗堿反硝化過程產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)消耗堿度的一半左右。度的一半左右。 l反硝化反應(yīng)的最適宜反硝化反應(yīng)的最適宜phph值為值為6.56.57.57.5，大于，大于8 8、小于小于7 7均不利。均不利。 45a/o工藝的影響因素工藝的影響因素n溫度：溫度：l硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)20203030，低于，低于55硝化反應(yīng)幾乎停止；硝化反應(yīng)幾乎停止；反硝化反

27、應(yīng)反硝化反應(yīng)20204040，低于，低于1515反硝化速率迅反硝化速率迅速下降。速下降。 因此，在冬季應(yīng)提高反硝化的污泥齡因此，在冬季應(yīng)提高反硝化的污泥齡tsts，降，降低負荷率，提高水力停留時間等措施保持反低負荷率，提高水力停留時間等措施保持反硝化速率。硝化速率。46提問：為什么先脫碳、后脫氮？提問：為什么先脫碳、后脫氮？n脫碳菌的代謝產(chǎn)物是硝化菌的碳源；脫碳菌的代謝產(chǎn)物是硝化菌的碳源；n有機碳源豐富時，脫碳菌世代周期短生長迅有機碳源豐富時，脫碳菌世代周期短生長迅速速 ，硝化菌氧利用不足，生長緩慢；硝化菌氧利用不足，生長緩慢；47提問：硝化脫氮時有時需要補堿提問：硝化脫氮時有時需要補堿（na

28、2co3或或naoh)?n硝化作用消耗堿（nh4+、co32-），水ph下降；n補充碳源、升高ph48提問：硝化菌世代周期長，容易從活提問：硝化菌世代周期長，容易從活性污泥系統(tǒng)中被洗掉，如何解決？性污泥系統(tǒng)中被洗掉，如何解決？n掛生物膜或投加懸浮填料掛生物膜或投加懸浮填料n定期投菌定期投菌49（二）兩級濾池法工藝流程（二）兩級濾池法工藝流程兩級濾池法工藝流程兩級濾池法工藝流程好氧脫好氧脫碳硝化碳硝化濾池濾池進水進水厭氧反厭氧反硝化硝化 濾池濾池 利用進水中的bod50（三）亞硝化（三）亞硝化-厭氧氨氧化工藝厭氧氨氧化工藝 （sharon）n是一種新型的氨去除工藝是一種新型的氨去除工藝n原理是原

29、理是利用硝化菌和亞硝化菌在利用硝化菌和亞硝化菌在不同溫度條件下最小停留時間的不同溫度條件下最小停留時間的差異差異n即在即在較高溫度下較高溫度下，通過，通過控制水力控制水力停留時間停留時間，使氨氧化菌保留在反，使氨氧化菌保留在反應(yīng)器中，應(yīng)器中，淘汰硝化細菌淘汰硝化細菌，從而將，從而將硝化過程控制在亞硝化階段，從硝化過程控制在亞硝化階段，從而而實現(xiàn)直接利用亞硝酸鹽氮反硝實現(xiàn)直接利用亞硝酸鹽氮反硝化脫氮化脫氮。圖圖1 1 氮的轉(zhuǎn)化過程氮的轉(zhuǎn)化過程51sharon生物脫氮工藝具有以下特點生物脫氮工藝具有以下特點:n(1) (1) 與活性污泥法相比，節(jié)省氧供應(yīng)量約與活性污泥法相比，節(jié)省氧供應(yīng)量約25%2

30、5%；n(2) (2) 節(jié)省反硝化所需碳源節(jié)省反硝化所需碳源40%40%；n(3) (3) 減少污泥生成量減少污泥生成量50%50%；n(4) (4) 減少投堿量；減少投堿量；n(5) (5) 縮短反應(yīng)時間縮短反應(yīng)時間, ,反應(yīng)器的容積相應(yīng)減小。反應(yīng)器的容積相應(yīng)減小。52( (四四) )厭氧氨氧化工藝（厭氧氨氧化工藝（anammoxanammox）n在厭氧條件下通過微在厭氧條件下通過微生物的作用，以生物的作用，以亞硝亞硝酸鹽為電子受體酸鹽為電子受體，氨氨氮為電子供體氮為電子供體，將亞，將亞硝態(tài)氮和氨態(tài)氮同時硝態(tài)氮和氨態(tài)氮同時轉(zhuǎn)化為氮氣的過程。轉(zhuǎn)化為氮氣的過程。53厭氧氨氧化的細胞反應(yīng)模型厭氧氨

31、氧化的細胞反應(yīng)模型圖32 anammox工藝的細胞反應(yīng)模型n根據(jù)化學反應(yīng)模型根據(jù)化學反應(yīng)模型和細胞結(jié)構(gòu)模型，和細胞結(jié)構(gòu)模型，jetten等人提出的等人提出的n認為亞硝酸鹽在細認為亞硝酸鹽在細胞質(zhì)中被還原成羥胞質(zhì)中被還原成羥胺，并與氨反應(yīng)生胺，并與氨反應(yīng)生成聯(lián)氨；聯(lián)氨在厭成聯(lián)氨；聯(lián)氨在厭氧氨氧化體中被氧氧氨氧化體中被氧化成氮氣?；傻獨狻2h4n2nh4+nh2oh4eno2- -厭氧氨氧化體厭氧氨氧化體細胞質(zhì)細胞質(zhì)54（五）（五）sharon與與anammox組合工藝組合工藝nhnh4 4+ + nono2 2- -空氣空氣nhnh4 4+ + no no2 2- - n n2 2傾出液傾出

32、液上清液上清液sharon-anammox sharon-anammox 工藝工藝55供氧量節(jié)省供氧量節(jié)省62.5%nh4+ + 0.75o2 0.5no2- + 0.5h2o + h+ + 0.5nh4+nh4+ + 2.0o2 no3- + h2o + 2h+短程硝化短程硝化全程硝化全程硝化耗堿量節(jié)省耗堿量節(jié)省50%6no2- - + 6nh4+ 6n2 + 12h2o6no3- + 5ch3oh +co2 3n2 + 6hco3- -+ 7h2o甲醇消耗量節(jié)省甲醇消耗量節(jié)省100%厭氧氨氧化厭氧氨氧化全程反硝化全程反硝化只須氧化只須氧化50%的的nh4+ +（五）（五）sharon與與a

33、nammox組合工藝組合工藝561molno3-1molnh4+1molno2-1molnh4+0.45molnh4+1.9molo20.8molo2(40%)co2co23.4gcod生生物物1.6gcod生物生物57gcod碳源碳源17gcod生物生物co21.5gcod生物生物0.5n2+20gcod生物生物0.45n2+0.1molno3-+3gcod生物生物（a)全程硝化-反硝化過程（b）短程硝化-厭氧氨氧化過程厭氧氨氧化菌的細胞產(chǎn)率遠低于反硝化細菌，短程硝化厭氧氨氧化菌的細胞產(chǎn)率遠低于反硝化細菌，短程硝化厭氧氨氧化過程的污泥產(chǎn)量只有傳統(tǒng)生物脫氮過程的厭氧氨氧化過程的污泥產(chǎn)量只有傳統(tǒng)

34、生物脫氮過程的15%sharon與與anammox組合工藝組合工藝57第二節(jié)第二節(jié)廢水生物除磷的微生物學原理廢水生物除磷的微生物學原理58n（bod：n：p）100：5：1微生物除碳的同時吸收磷元素用以合成細胞物質(zhì)和合成atp等，但只去除污水中約19左右的磷。n某些高含磷廢水中殘留的磷還相當高，故需用除磷工藝處理。59一、微生物除磷原理一、微生物除磷原理n依靠依靠聚磷菌聚磷菌（兼性厭氧菌）（兼性厭氧菌）聚磷；聚磷；n再從水中除去這些細菌。再從水中除去這些細菌。n什么是聚磷菌？什么是聚磷菌？l聚磷菌：聚磷菌：在某些環(huán)境條件下，有過量積聚磷在某些環(huán)境條件下，有過量積聚磷酸鹽作用的微生物，這些細菌稱

35、為酸鹽作用的微生物，這些細菌稱為聚磷菌聚磷菌. .60除磷原理除磷原理n（1 1）生物積磷作用生物積磷作用：l當細菌生活在營養(yǎng)豐富環(huán)境里開始大量繁殖即當細菌生活在營養(yǎng)豐富環(huán)境里開始大量繁殖即將進入對數(shù)生長期時，從外界吸收大量可溶性將進入對數(shù)生長期時，從外界吸收大量可溶性磷酸鹽，在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽并積累起來。磷酸鹽，在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽并積累起來。 l當細菌進入靜止期時，大部分細胞已停止繁殖，當細菌進入靜止期時，大部分細胞已停止繁殖，對磷的需要已經(jīng)很低，若環(huán)境中磷有余，細胞對磷的需要已經(jīng)很低，若環(huán)境中磷有余，細胞又有一定能量，便能從外界吸收磷，形成又有一定能量，便能從外界吸收磷，形成異染異染顆

36、粒顆粒。61除磷原理除磷原理n（2 2）生物誘導的化學沉淀作用生物誘導的化學沉淀作用：l由于污泥微生物的代謝作用，導致環(huán)由于污泥微生物的代謝作用，導致環(huán)境境phph上升，使廢水中的溶解性磷酸鹽上升，使廢水中的溶解性磷酸鹽化學性地沉積于污泥上從而隨污泥的化學性地沉積于污泥上從而隨污泥的排放而去除。排放而去除。62除磷的生物化學機制：n除磷細菌特別適宜在除磷細菌特別適宜在好氧好氧- -厭氧交替循環(huán)厭氧交替循環(huán)的系的系統(tǒng)中大量繁殖和過量積聚磷。統(tǒng)中大量繁殖和過量積聚磷。l除磷細菌首先在厭氧條件下釋放磷，合成聚除磷細菌首先在厭氧條件下釋放磷，合成聚-羥基丁酸（羥基丁酸（phbphb），），l而后在好氧

37、條件下，以而后在好氧條件下，以phbphb為碳源，吸收磷為碳源，吸收磷酸鹽合成多聚磷酸鹽。酸鹽合成多聚磷酸鹽。63厭氧釋放磷厭氧釋放磷：n除磷細菌只能在除磷細菌只能在低級脂肪酸類低級脂肪酸類小分子有機基質(zhì)小分子有機基質(zhì)上生長，在厭氧區(qū)中能大量吸收產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的上生長，在厭氧區(qū)中能大量吸收產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸（揮發(fā)性脂肪酸（vhavha），但混合），但混合液中液中vhavha僅僅5mg/l5mg/l，而大多數(shù)污泥微生物的生長，而大多數(shù)污泥微生物的生長速度都比除磷細菌快。速度都比除磷細菌快。n如何競爭？如何競爭？64atp由多聚磷酸鹽分解產(chǎn)生由多聚磷酸鹽分解產(chǎn)生n因此積磷細菌在厭

38、氧時與其他污泥微生物競爭中因此積磷細菌在厭氧時與其他污泥微生物競爭中具有具有雙重優(yōu)勢雙重優(yōu)勢：l一方面產(chǎn)生的一方面產(chǎn)生的atpatp可使它在厭氧不利條件下比其可使它在厭氧不利條件下比其他好氧性異養(yǎng)菌更易存活，他好氧性異養(yǎng)菌更易存活，l另一方面使供給其他微生物的基質(zhì)不斷減少，另一方面使供給其他微生物的基質(zhì)不斷減少，使其他菌無法很好的生長。使其他菌無法很好的生長。65好氧吸磷：好氧吸磷：n除磷細菌將積累的除磷細菌將積累的phbphb好氧分解，釋放出好氧分解，釋放出大量能量，供其生長。大量能量，供其生長。n當環(huán)境中有溶解磷存在時，一部分能量可當環(huán)境中有溶解磷存在時，一部分能量可供聚磷菌主動吸收磷酸鹽

39、，并以多聚形式供聚磷菌主動吸收磷酸鹽，并以多聚形式存在。存在。6667除磷工藝流程除磷工藝流程有有 機機 基基 質(zhì)質(zhì) 厭厭 氧氧 區(qū)區(qū) 好好 氧氧 區(qū)區(qū) 乙乙 酸酸 p 聚 磷 菌 聚 磷 菌 o2 聚 磷 菌 聚 磷 菌產(chǎn)產(chǎn) 酸酸 菌菌聚聚 pp h bp h b聚聚 p聚聚p聚聚p聚聚p聚聚p部分回流部分回流做種做種大部分大部分（p）去除）去除68bardenpho脫氮除磷工藝脫氮除磷工藝69弗斯特利普除磷工藝流程弗斯特利普除磷工藝流程70序列間歇式反應(yīng)器序列間歇式反應(yīng)器 (sbr)-工藝工藝iv 排水階段i 進水階段ii 反應(yīng)階段iii 沉淀階段v 待機階段71進水回流污泥剩余污泥 出水

40、第一單元第二單元第三單元第四單元biolak工藝流程72運行條件：根據(jù)水質(zhì)選用運行條件：根據(jù)水質(zhì)選用（1 1）注意控制硝酸鹽：）注意控制硝酸鹽：n是提高除磷效果的關(guān)鍵之一。是提高除磷效果的關(guān)鍵之一。n硝酸鹽濃度提高，放磷量下降，反硝化細硝酸鹽濃度提高，放磷量下降，反硝化細菌與積磷菌爭奪碳源，會競爭性抑制放磷菌與積磷菌爭奪碳源，會競爭性抑制放磷。73（2） 基質(zhì)基質(zhì)naa乙酸、甲酸、丙酸等低分子有機酸；乙酸、甲酸、丙酸等低分子有機酸；nbb乙醇、甲醇、檸檬酸、葡萄糖；乙醇、甲醇、檸檬酸、葡萄糖；ncc丁酸、乳酸、琥珀酸。丁酸、乳酸、琥珀酸。la a類存在時放磷速度較大，所誘導的厭氧放磷類存在時放

41、磷速度較大，所誘導的厭氧放磷量呈線性關(guān)系；量呈線性關(guān)系；lb b類必須在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為類必須在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為a a類物質(zhì)后才能類物質(zhì)后才能被聚磷菌利用；被聚磷菌利用；lc c類能否引起放磷與污泥微生物組成有關(guān)。類能否引起放磷與污泥微生物組成有關(guān)。74（3） phnph 9.5，先出現(xiàn)磷凈吸收而后釋放。堿性條件下生成一些磷酸鎂、鈣的沉淀，吸附到污泥絮體中；nph7-8最佳。75（4） 溫度溫度n溫度上升，放磷速度增加，10-30可提高5倍。76n好氧時：l大量繁殖（消耗好氧狀態(tài)能源聚-羥基丁二酸（phb）,l逆濃度梯度過量吸磷（貯備厭氧狀態(tài)能源多聚磷酸鹽顆粒(異染顆粒) ）；n厭氧時：l正相

42、反不繁殖，釋放磷酸鹽于體外（產(chǎn)生能量供其儲備消耗好氧狀態(tài)能源phb）。7778常見的脫磷工藝如下圖所示79第三節(jié)第三節(jié)人工濕地中微生物與水生植物人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢）水的作用凈化污（廢）水的作用80人工濕地人工濕地 濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)。它處于陸地濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)。它處于陸地生態(tài)系統(tǒng)（如森林和草地）與水生生態(tài)系統(tǒng)（如深水生態(tài)系統(tǒng)（如森林和草地）與水生生態(tài)系統(tǒng)（如深水湖和海洋）之間。濕地是陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系湖和海洋）之間。濕地是陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡帶。統(tǒng)之間的過渡帶。 人工濕地人工濕地是一種為了達到環(huán)保處理效果，模仿自是一種為了達到環(huán)

43、保處理效果，模仿自然濕地而人工設(shè)計的復雜的具有滲透性能的地層生態(tài)然濕地而人工設(shè)計的復雜的具有滲透性能的地層生態(tài)結(jié)構(gòu)，包括有浮現(xiàn)性、浸沒式植物、動物和水體等不結(jié)構(gòu)，包括有浮現(xiàn)性、浸沒式植物、動物和水體等不同的組成部分。同的組成部分。 人工濕地分類：人工濕地分類：表面流濕地、潛流表面流濕地、潛流濕地、垂直流濕地三大類，是一個獨特濕地、垂直流濕地三大類，是一個獨特的土壤、植物、微生物綜合生態(tài)系統(tǒng)。的土壤、植物、微生物綜合生態(tài)系統(tǒng)。81濕地的類型濕地的類型1.從人類干擾的角度從人類干擾的角度n自然濕地自然濕地n人工濕地人工濕地2.從水分含鹽量的角度從水分含鹽量的角度n淡水濕地淡水濕地n半咸水濕地半咸水

44、濕地n咸水濕地咸水濕地3.從系統(tǒng)的分類角度從系統(tǒng)的分類角度n沼澤濕地沼澤濕地n湖泊濕地湖泊濕地n河流濕地河流濕地n淺海灘涂濕地淺海灘涂濕地n人工濕地人工濕地82濕地的生態(tài)、經(jīng)濟及社會效益濕地的生態(tài)、經(jīng)濟及社會效益n維持生物多樣性維持生物多樣性n調(diào)蓄水量和調(diào)節(jié)氣候調(diào)蓄水量和調(diào)節(jié)氣候n降解有毒物質(zhì)降解有毒物質(zhì)n保護堤岸，防止鹽水入侵保護堤岸，防止鹽水入侵 n提供豐富的動植物產(chǎn)品提供豐富的動植物產(chǎn)品n在輸、儲和供水等方面發(fā)揮在輸、儲和供水等方面發(fā)揮巨大作用巨大作用 n提供礦物資源提供礦物資源n可為人們提供旅游、娛樂可為人們提供旅游、娛樂的場所的場所n為教育和科學研究提供了為教育和科學研究提供了對象、

45、材料和試驗基地對象、材料和試驗基地l1公頃濕地生態(tài)系統(tǒng)每年公頃濕地生態(tài)系統(tǒng)每年創(chuàng)造的價值高達創(chuàng)造的價值高達1萬多美萬多美元，是熱帶雨林的元，是熱帶雨林的7倍，倍，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的160倍倍83二、人工濕地凈化污（廢）水的基本原理二、人工濕地凈化污（廢）水的基本原理n人工濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化污水的原理是利用系統(tǒng)中的物理、化學、生物的協(xié)同作用，通過土壤過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污水的高效凈化。n即污水在沿一定方向流動的過程中，在濕地土壤、植物和微生物共同作用下得到了高效的凈化。 84人工濕地凈化廢水的原理人工濕地凈化廢水的原理n物理作用n過濾和沉淀n能除去

46、含有c、n、p的有機及無機顆粒物和懸浮固體。n化學作用n吸附和絮凝n可溶性的有機化合物n陰離子（ po43- ）和陽離子（重金屬陽離子）n揮發(fā)作用n揮發(fā)性有機物(voc)85人工濕地凈化廢水的原理人工濕地凈化廢水的原理n微生物作用微生物作用n氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)n吸收降解吸收降解n植物作用植物作用n氣體運輸作用氣體運輸作用n植物吸收植物吸收n根系有利于微生物根系有利于微生物繁殖繁殖86人工濕地的分類n人工濕地（人工濕地（constructed wetlands) constructed wetlands) ，它分為：，它分為：l表面流濕地(surface flow wetlands縮寫為s

47、fw)l潛流濕地(subsurface flow wetlands縮寫為ssfw) l垂直流濕地(vertica1 flow wetlands縮寫為vfw)87三種濕地的示意圖三種濕地的示意圖88表層流人工濕地表層流人工濕地n廢水從它表面流過，一般廢水從它表面流過，一般有一個或幾個填料床組成，有一個或幾個填料床組成，床底填有基質(zhì)，床底填有基質(zhì)，n有防漏層來阻止廢水滲入有防漏層來阻止廢水滲入地下而污染地下水地下而污染地下水n在系統(tǒng)中種植一些水生植在系統(tǒng)中種植一些水生植物如水葫蘆、蘆葦、菹草物如水葫蘆、蘆葦、菹草等，廢水經(jīng)常同表層水流等，廢水經(jīng)常同表層水流相混合，在濕地內(nèi)流動，相混合，在濕地內(nèi)流動

48、，持續(xù)時間一般為持續(xù)時間一般為10天左右。天左右。89表層流人工濕地表層流人工濕地n這種類型的濕地，對這種類型的濕地，對生化需氧量（生化需氧量（bod）、）、化學需氧量（化學需氧量（cod）、）、懸浮物等指標的去除懸浮物等指標的去除率高于滲漏人工濕地。率高于滲漏人工濕地。90潛流式人工濕地潛流式人工濕地n人工濕地的核心技術(shù)人工濕地的核心技術(shù)是潛流式濕地。是潛流式濕地。n一般由兩級濕地串聯(lián)，一般由兩級濕地串聯(lián)，處理單元并聯(lián)組成。處理單元并聯(lián)組成。n濕地中根據(jù)處理污染濕地中根據(jù)處理污染物的不同而填有不同物的不同而填有不同介質(zhì)，種植不同種類介質(zhì)，種植不同種類的凈化植物。的凈化植物。91潛流式人工濕地潛流式人工濕地n水通過基質(zhì)、植物和水通過基質(zhì)、植物和微生物的物理、化學微生物的物理、化學和生物的途徑共同完和生物的途徑共同完成系統(tǒng)的凈化成系統(tǒng)的凈化.n對對bod、cod、tss、tp、tn、藻類、石油、石油類等有顯著的去除效類等有顯著的去除效率；率；92潛流式人工濕地潛流式人工濕地n該工藝獨有的流態(tài)和該工藝獨有的流態(tài)和結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)形成的良好的硝良好的硝化與反硝化化與反硝化功能區(qū)對功能區(qū)對tn、tp、石油類的去、石油類的去除明