廢水深度處理和微污染水源預(yù)處理中的微生物學(xué)原理ppt課件

1、第十章 污、廢水深度處置和微污染水源預(yù)處置中的微生物學(xué)原理 第一節(jié) 污、廢水深度處置脫氮除磷與微生物學(xué)原理 .一、污、廢水脫氮除磷的目的意義 氮、磷污染的危害性：水體富營養(yǎng)化呵斥水體黑臭對人及生物有毒害作用二、水體中氮、磷的來源城市生活污水和工業(yè)廢水、農(nóng)田肥料和動物糞尿 .有機(jī)氮NH3-NNO2-NO3-N2二脫氮原理： 氨化 好氧 好氧 亞硝化 硝化三、微生物脫氮工藝、原理及微生物一脫氮工藝：A/O、A2/O、A2O2、SBR.一 硝化、脫氮微生物 1、硝化作用微生物：包括亞硝化微生物、硝化微生物，好氧，G-，無機(jī)化能營養(yǎng)，個別有機(jī)化能營養(yǎng) 1亞硝化細(xì)菌氧化氨的細(xì)菌：化能無機(jī)營養(yǎng)，專性好氧，

2、最適溫度25-305-30，最適pH7.5-8.05.8-8.5，常見菌：亞硝化單胞菌、亞硝化螺菌、亞硝化球菌、亞硝化葉狀菌。 2硝化細(xì)菌：最適溫度25-30，最適pH7.5-8.0。NO2-濃度在2-30mmol/L時化能無機(jī)營養(yǎng)最好，常見菌有硝化桿菌、硝化螺菌、硝化球菌。. 3硝化段的操作： 泥齡：懸浮固體停留時間SRT。可經(jīng)過排泥控制泥齡普通在5d以上，要大于硝化細(xì)菌的比生長速率。SRT= 1/N-KNd。N硝化菌比生長速率，KNd硝化菌衰減速率，gNVSS/gNVSSdNVSS 硝化細(xì)菌細(xì)胞物質(zhì) 硝化作用所需最小固體停留時間為SRTmin=1/N max，15時硝化細(xì)菌N max 0.

3、45d-1。由于污水的水質(zhì)和負(fù)荷逐日有動搖，為了在知氨氮和溶解氧條件下運轉(zhuǎn)能到達(dá)穩(wěn)定的硝化，須對實際SRT添加一個平安系數(shù)得出設(shè)計SRT。.溶解氧：普通維持在1.22.0mg/L。溶解氧小于 0.5mg/L，硝化作用停頓。 需氧量的計算：O2=4.33N被氧化mg/L。每氧化1g NH3需耗費4.33g 氧。水力停留時間：普通活性污泥法曝氣時間4-6hpH：硝化反響導(dǎo)致pH下降，而硝化細(xì)菌對pH非常敏感，亞硝酸細(xì)菌、硝酸細(xì)菌分別在7.07.8、7.78.1活性最強(qiáng)。可投加碳酸氫鈉、碳酸鈣維持堿度。需求量：堿度=7.14N被氧化mg/L溫度：兩類硝化細(xì)菌的最宜溫度為30左右，在不同工藝和不同硝酸

4、鹽負(fù)荷率下，溫度的影響大小不同，硝酸鹽負(fù)荷越低，影響越小。.2、反硝化作用段細(xì)菌1反硝化作用細(xì)菌：能以NO3-為最終電子受體，將硝酸復(fù)原為氮氣的細(xì)菌，種類很多。2反硝化段運轉(zhuǎn)操作 反硝化生物過程如下：NO3-NO2-NON2ON2 硝酸鹽復(fù)原酶 亞硝酸鹽復(fù)原酶氧化亞氮復(fù)原酶氧化氮復(fù)原酶 最適pH7-8，最適溫度10-35，溶解氧 3：1時，無須外加碳源b、外加碳源 BOD5：N 3：1時，需外加碳源，常用甲醇。外源反硝化細(xì)胞合成的經(jīng)典反響式：NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3 0.06 C5H7NO2 + 0.47N2 + 1.68H2O + CO2 + OH- 每利

5、用1g NO3-反硝化，耗費2.47g甲醇，產(chǎn)生0.45g新細(xì)胞和3.57g堿度。.c、內(nèi)源碳 指微生物死亡、自溶后釋放出來的有機(jī)碳，也稱二次性基質(zhì)。要利用內(nèi)源碳要求反響器的泥齡長，污泥負(fù)荷低，使微生物處于生長曲線靜止期的后部或衰亡期。C5H7NO2 + 4.6 NO3- 2.8N2 + 1.2H2O + 5CO2 + 4.6OH- 速率低，僅為外加碳源的1/10，優(yōu)點是在C：N低時無須外加外來碳源也能到達(dá)脫氮目的而且污泥產(chǎn)量低。.溫度 最適宜的溫度是15-35。 pH 影響反硝化速率和反硝化最終產(chǎn)物。最適pH范圍7.0-8.0之間。對終產(chǎn)物的影響：pH 8，NO2-積累。PH越高，NO2-積

6、累越多。高pH抑制了亞硝酸鹽復(fù)原酶的活性。.溶解氧 只需在溶解氧為零的時候，反硝化速率才到達(dá)最高，當(dāng)溶解氧到達(dá)1mg/L時，反硝化速率接近零。主要機(jī)制是氧抑制了硝酸鹽復(fù)原酶的構(gòu)成。此外，氧可作為電子受體，競爭性妨礙硝酸鹽的復(fù)原。毒物 NH3、NO2、O2、pH。NH3分子非離子濃度過高抑制反硝化反響。.3、生物脫氮工藝： 反硝化有單級、多級反硝化。根據(jù)不同水質(zhì)，通常有三種碳氧化、硝化、反硝化的組合工藝。選擇工藝時應(yīng)根據(jù)水質(zhì)而定，主要看COD負(fù)荷和NH3-N負(fù)荷，負(fù)荷低級數(shù)少較好，負(fù)荷高級數(shù)多較好。緣由是硝化過程產(chǎn)酸pH下降，及時轉(zhuǎn)入反硝化提高堿度，可滿足本身要求，降低消費本錢。1多級懸浮污泥法

7、：傳統(tǒng)工藝2A/O工藝.兩級濾池法工藝流程好氧脫碳硝化濾池進(jìn)水厭氧反硝化 濾池 出水甲醇利用進(jìn)水中的BOD.A/O脫氮工藝廢水好氧脫碳缺氧反硝化沉淀池好氧硝化沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水回流.四、微生物除磷原理、工藝及微生物1、除磷原理1生物積磷作用：某些微生物在某些環(huán)境條件下，有過量積聚磷酸鹽的作用，這些細(xì)菌稱為聚磷菌. 當(dāng)細(xì)菌生活在營養(yǎng)豐富環(huán)境里開場大量繁衍即將進(jìn)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. 當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入靜止期時，大部分細(xì)胞已停頓繁衍，對磷的需求曾經(jīng)很低，假設(shè)環(huán)境中磷有余，細(xì)胞又有一定能量，便能從外界吸收磷，構(gòu)成異染顆粒。2生物

8、誘導(dǎo)的化學(xué)沉淀作用：由于污泥微生物的代謝作用，導(dǎo)致環(huán)境pH上升，使廢水中的溶解性磷酸鹽化學(xué)性地堆積于污泥上從而隨污泥的排放而去除。.2、聚磷細(xì)菌：種類較多，其中聚磷才干強(qiáng)的優(yōu)勢菌有不動桿菌莫拉氏菌群、假單胞菌屬、氣單胞菌屬、黃桿菌屬等。 3、除磷的生物化學(xué)機(jī)制： 除磷細(xì)菌特別適宜在好氧-厭氧交替循環(huán)的系統(tǒng)中大量繁衍和過量積聚磷。除磷細(xì)菌首先在厭氧條件下釋放磷合成聚-羥基丁酸PHB，而后在好氧條件下，以PHB為碳源，吸收磷酸鹽合成多聚磷酸鹽。.1厭氧釋放磷： 除磷細(xì)菌只能在低級脂肪酸類小分子有機(jī)基質(zhì)上生長，在厭氧區(qū)中能大量吸收產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸VHA，但混合液中VHA僅5mg/L，

9、而大多數(shù)污泥微生物的生長速度都比除磷細(xì)菌快，如何競爭？.Comeau的乙酸吸收實際：乙酸合成PHB的反響式： C6H12O6 2CH3COOH + 4H+ + 4e- CH3COOH +2ATP +CoASH CH3COSCoA + 2ADP + 2Pi 2CH3COSCoA CH3COCH2COSCoA + CoASH CH3CHOHCH2COSCoA PHB + CoASH ATP由多聚磷酸鹽分解產(chǎn)生。 因此積磷細(xì)菌在厭氧時與其他污泥微生物競爭中具有雙重優(yōu)勢：一方面產(chǎn)生的ATP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，另一方面使供應(yīng)其他微生物的基質(zhì)不斷減少，使其他菌無法很好的生長。

10、.2好氧吸磷： 除磷細(xì)菌將積累的PHB好氧分解，釋放出大量能量，供其生長。當(dāng)環(huán)境中有溶解磷存在時，一部分能量可供積磷菌自動吸收磷酸鹽，并以多聚方式存在。.聚P聚P聚P聚P部分回流做種大部分P去除水中P4、除磷工藝流程. 1 Bardenpho工藝：四個完全混合活性污泥反響池串聯(lián)而成，1、3不曝氣，2、4曝氣，污水在第2池停留時間較長，完全硝化后進(jìn)入第3池缺氧，發(fā)生反硝化，進(jìn)入第4池曝氣驅(qū)走氮氣，并除磷。.2 Phoredox工藝：在缺氧1池前增設(shè)一個厭氧發(fā)酵區(qū)，從二沉池回流的污泥在此與進(jìn)水混合，好氧池中污泥混合液回流僅入缺氧區(qū)，厭氧區(qū)中的厭氧環(huán)境較易到達(dá)。3 UCT工藝：University

11、of cape town process4 VIP工藝：Verginla polytechnic Insitute and state university，與3類似。厭氧：既不存在溶解氧，也不存在NO 3 -、SO4 2-等結(jié)合氧缺氧：不存在溶解氧，但存在結(jié)合氧。.5、運轉(zhuǎn)條件：根據(jù)水質(zhì)選用1 留意控制硝酸鹽：是提高除磷效果的關(guān)鍵之一。硝酸鹽濃度提高，放磷量下降，反硝化細(xì)菌與積磷菌爭奪碳源，會競爭性抑制放磷。2 基質(zhì)：A乙酸、甲酸、丙酸等低分子有機(jī)酸；B乙醇、甲醇、檸檬酸、葡萄糖；C丁酸、乳酸、琥珀酸。 A類存在時放磷速度較大，所誘導(dǎo)的厭氧放磷量呈線性關(guān)系；B類必需在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為A類物質(zhì)

12、后才干被積磷菌利用；C類能否引起放磷與污泥微生物組成有關(guān)。.3 pH：pH 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；pH7-8最正確。4 溫度：溫度上升，放磷速度添加，10-30可提高5倍。.第二節(jié) 微污染水源水預(yù)處置中的微生物原理 .一、微污染水源預(yù)處置的目的意義 微污染水源水的危害：影響公眾安康、添加投入，提高水價二、水源水污染源和污染物 污染源： 有機(jī)污染物： 天然有機(jī)物：腐殖質(zhì)、藻類有機(jī)物、非溶解性有機(jī)物顆粒態(tài) 人工合成有機(jī)物：有毒有機(jī)污染物，難于降解在環(huán)境中有一定殘留程度，具有生物富集性，三致和毒性。石油污染物是典型污染物。.三、微污染水

13、源水微生物預(yù)處置及微生物群落1、 處置工藝：均采用膜法生物處置 生物轉(zhuǎn)盤適于處置污染嚴(yán)重的源水、接觸氧化法、生物濾池、生物流化床、生物陶粒反響器。工藝的選取要根據(jù)水質(zhì)和處置目的，填料的選擇要根據(jù)填料對微生物的附著力和耐腐蝕性。 處置目的：去除有機(jī)物、氨氮反硝化工藝，要外加碳源，. 2、水源水預(yù)處置的運轉(zhuǎn)條件1微生物：貧營養(yǎng)菌，如土壤桿菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、纖毛菌等，對可利用基質(zhì)有較大的親和力，且呼吸速率低，因此可以充分利用水中的有機(jī)物2供氫體：假設(shè)要去除有機(jī)物和氨氮，需外加供氫體3溶解氧：水流量大時，溶解氧需4mg/L以上4水溫暖pH.第三節(jié) 人工濕地中微生物與水生植物凈化污廢水的作用.一

14、、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)人工濕地是指人工建造的類似于沼澤的濕地內(nèi)， 放置一定高度的填料，其上種植特定的水生植物，在水生植物根系周圍生長著豐富多樣的微生物群落，基質(zhì)、水生植物與微生物構(gòu)成一個類似于天然沼澤地的特殊生態(tài)系統(tǒng).二、人工濕地凈化污廢水的根本原理 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(xué)、生物的協(xié)同作用，經(jīng)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。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。 .三、人工濕地各組成的功能一基質(zhì) 目前廣泛運用的人工濕地主要由沙粒、沙土、土壤、石塊為基質(zhì) 作用：為微生物生長提供

15、基質(zhì)為濕地植物提供載體和營養(yǎng)物質(zhì)吸附和過濾作用根本要素：基質(zhì)、濕生植物和微生物.二濕地水生植物分為浮水性、挺水性和沉水性。挺水性為主。浮水性和挺水性主要吸收氨氮，沉水性吸收磷 水蔥 水美人蕉.作用：興隆的根系直接吸收水中有機(jī)污染物將氧氣運送到根系，提供根系微生物需求根系分泌物為微生物提供營養(yǎng)和能源水菖蒲燈芯草.三根際和根面微生物種類和數(shù)量由以下要素決議：濕地植物根系分泌物的種類和數(shù)量；污廢水的種類；水中溶解氧的含量。微生物種類有：細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、反硫化細(xì)菌、磷細(xì)菌、纖維素分解菌、固氮菌、真菌、放線菌、原生動物、藻類等.四、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)處置污廢水的效果主要運用類型:表層

16、流濕地廢水程度流動，經(jīng)過濕地而沉淀地表濕地滲漏濕地廢水垂直流入，經(jīng)浸透堆積后排水去除垂直流濕地潛流濕地.優(yōu)點造價和運轉(zhuǎn)費用低，易于維護(hù)可進(jìn)展有效可靠的廢水處置可緩沖對水力和污染負(fù)荷的沖擊可產(chǎn)生綜合效益問題與展望占地面積大氮磷除去率較低受氣候條件限制較大污水對植物影響研討缺乏加強(qiáng)對特殊廢水處置的研討.第四節(jié) 飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng).一、水消毒的重要性：水是疾病傳播的媒介之一二、水的消毒方法一煮沸法：最原始但簡單有效二加氯消毒：液氯、漂白粉CaCl2、氯胺是常用的消毒劑。用量依水源有機(jī)物污染程度而定，飲用水通常以消毒劑與水接觸30min后游離余氯量不低于0.3mg/L ，管網(wǎng)末梢游離余氯量不

17、低于0.05mg/L為規(guī)范。 折點加氯法：2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl，折點371/287.6倍。含NH4+加氯產(chǎn)生NH2Cl、NHCl2，轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨猓狗错懴蛴也粩噙M(jìn)展，此時余氯含量最少折點，加氯比例：mCl2/ mNH3-N = 8：110：1，控制pH6-8。.氯氣殺菌機(jī)制：Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- HOCl H+ + OCl-有效的殺菌物是HOCl，OCl-與細(xì)菌相排斥不能進(jìn)入體內(nèi)，HOCl可破壞細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜，與蛋白質(zhì)、酶中的-NH2、-SH反響使之失活。pH低時，HOCl、Cl-為主，pH高時OCl-為主，pH 6-6.7時HOCl和 Cl-相等，因此pH值較低時加氯消毒較好。效果檢驗：大腸桿菌數(shù)，余氯。缺陷：加氯后可與水中烷烴、芳香烴反響產(chǎn)生三鹵甲烷包括CHCl3、CHBrCl2、CBrCl3、CHBr3等致癌物。對策：改換消毒劑，如ClO2、O3、NaClO2、NH3Cl等；活性碳吸附去除三鹵甲烷；預(yù)處置。.三臭氧消毒 制備：通電