教學用-污廢水深度處理和微污染源水預處理中的微生物學原理

第四章污、廢水深度處理和微污染源水預處理中的微生物學原理內容提要了解脫氮、除磷的目的和意義及天然水體中氮、磷的來源理解微生物脫氮、除磷原理及相關微生物了解微污染水源水預處理的目的和意義、水源水污染源和污染物、微污染水源水微生物預處理過程及微生物群落了解飲用水的消毒及其微生物學效應重點、難點、授課學時重點廢水微生物脫氮除磷水源水微生物預處理工藝的微生物學原理水消毒的微生物學效應。難點微生物脫氮除磷的原理和生物化學機制。授課學時：3學時

第一節(jié)污、廢水深度處理

——微生物脫氮除磷工藝、原理水體中N、P濃度過高會導致水體的富營養(yǎng)化。二級處理主要以去除廢水中的可溶性有機物為主，對于N、P的去除效率很低，難以達到嚴格的排放標準。

一、污、廢水脫氮、除磷的目的和意義污水一級處理：除去廢水中的砂礫及大的懸浮固體污水二級處理（生物處理）：去除COD70～90％、BOD590％以上。產生NH3-N、NO3-－N、PO43-、SO42-，25％的N和19％左右的P被微生物吸收合成細胞A/O脫氮工藝廢水好氧脫碳缺氧反硝化沉淀池2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？二、微生物脫氮工藝、原理及其微生物（一）微生物脫氮工藝P253～254活性污泥法典型工藝——A/O工藝（缺氧、好氧工藝）（二）脫氮原理：硝化作用、反硝化作用生物脫氮主要通過硝化作用和反硝化作用來完成。NH3－NNO3―-NN2↑

好氧條件亞硝化細菌硝化細菌缺氧條件反硝化細菌1.硝化作用段微生物（三）硝化、脫氮微生物硝化作用是指NH3被氧化成NO2－，再被氧化成NO3－的過程。反應：

第一步：亞硝化反應

NH4＋＋1.5O2→NO2－＋2H＋＋H2O

第二步：硝化反應NO2－＋0.5O2→NO3－微生物：亞硝化細菌和硝化細菌 兩者為化能自養(yǎng)菌，G－，專性好氧，要求中性、弱堿性環(huán)境，pH值范圍7.5～8.0，以CO2為唯一碳源，最適溫度25～30℃。硝化段的運行操作

硝化細菌的世代時間普遍比異養(yǎng)菌的世代時間長泥齡（懸浮固體停留時間，SRT，SludgeRetainTime）

每日新增污泥平均停留在曝氣池中的天數，曝氣池全部活性污泥平均更新一次所需的時間

污泥齡不能短于活性污泥中微生物的世代時間，否則曝氣池中的污泥會都消失。硝化段的運行操作要供給足夠的DO：

O2=4.33（N被氧化），mg/L

控制適度的曝氣時間(水力停留時間

)

控制pH值在7.5～8.0：

每氧化1gNH3，消耗7.14g堿度（CaCO3）

溫度：25～30℃2.反硝化作用段細菌

反硝化作用是指兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸鹽還原為N2的過程。反應：HNO3→HNO2→NO→

N2O→N2微生物：反硝化細菌運行操作關鍵：碳源、NO3－、NO2－、pH值、DO、溫度等微生物：反硝化細菌

異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下利用NO3－氧化有機物獲得能量，碳源來自有機物，最終電子受體為NO3－和NO2－，要求中性、弱堿性環(huán)境，pH＝7.0～8.0，最適溫度10～35℃。運行操作關鍵——碳源外源反硝化：利用外來碳源，以NO3－為最終電子受體，氧化有機物合成細胞物質。內源反硝化(硝化細菌內源呼吸)：以機體內的有機物為碳源，以NO3－為最終電子受體。廢水中所含的有機碳源：BOD5:TN＞3:1時，無需外加碳源，即可達到脫氮目的。外加碳源：BOD5:TN＜3:1時，需外加碳源，多采用甲醇。內碳源：內碳源指活性污泥微生物死亡、自溶后釋放出來的有機碳，也稱二次性基質。運行操作關鍵最終電子受體是NO3－和NO2－最適pH為7～8溫度T＝10～35℃DO

＜0.2mg/L3.生物脫氮工藝選擇三級生物脫氮工藝A/O(Anoxic-Oxic)脫氮工藝Bardenpho工藝同步硝化和反硝化工藝(1)三級生物脫氮工藝傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝

沉淀池(除BOD)曝氣池曝氣池(硝化)沉淀池反硝化池沉淀池甲醇N2回流污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥進水出水沉淀池反硝化曝氣池沉淀池除BOD氨化、硝化進水出水回流污泥剩余污泥回流污泥剩余污泥甲醇N2堿兩級生物脫氮工藝(2)A/O(Anoxic-Oxic)脫氮工藝

a.后置反硝化A/O脫氮系統(tǒng)

后曝氣曝氣池沉淀池除BOD氨化、硝化進水出水回流污泥剩余污泥缺氧N2反硝化曝氣池沉淀池除BOD氨化、硝化進水出水回流污泥剩余污泥缺氧N2反硝化硝化液回流b.前置反硝化A/O脫氮系統(tǒng)(3)Bardenpho工藝

前兩段同A/O法工藝，好氧池1流出的硝酸鹽導入缺氧池2，反硝化細菌可利用細菌衰亡后釋放的基質作為碳源進行反硝化，污泥最后進入好氧池2，以吹脫氮氣，提高污泥沉降性能。沉淀池進水出水回流污泥剩余污泥缺氧1N2好氧1缺氧2好氧2混合液回流N2(4)同步硝化(N)和反硝化(D)工藝

4.脫氮組合工藝的順序排列原則

①負荷低，級數少；負荷高，級數多。②合理調整硝化和反硝化過程，以節(jié)省堿的用量。③采用“捷徑反硝化”以縮短曝氣時間（短程反硝化）。即硝化作用產生HNO2后就轉入反硝化階段。④廢水中BOD5:TN＞2.86四、生物除磷原理、工藝及微生物

1.微生物除磷原理

厭氧放磷：好氧吸磷：厭氧條件下，聚磷菌將體內的聚磷分解產生能量，釋放PO43－一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成PHB另一部分能量用于生理活動需要好氧條件下，PHB分解產生能量一部分能量用于主動過量吸收環(huán)境中的PO43－，并合成聚磷另一部分能量用于細胞正常生長繁殖另一部分能量用于生理活動需要另一部分能量用于生理活動需要2.聚磷細菌聚磷菌：是一類生長緩慢的細菌(包括好氧異養(yǎng)菌、厭氧異養(yǎng)菌和兼性異養(yǎng)菌)，在厭氧條件下，分解體內的聚磷來獲得能量生長繁殖，在好氧條件和外界營養(yǎng)基質少的情況下，分解體內的PHB獲得能量而生長繁殖。發(fā)酵產酸菌和聚磷菌的關系：聚磷菌只能利用低級的脂肪酸，不能直接利用大分子有機基質，而發(fā)酵產酸菌可將大分子物質降解為小分子

，故在除磷過程中這兩類菌是互不可分、密切相關。3.除磷工藝流程

(1)A/O（Anaerobic/Oxic）法

A/O除磷工藝流程(2)Phostrip工藝

旁流除磷-Phostrip工藝流程4.除磷工藝運行條件

(1)碳源的濃度和種類誘導聚磷菌放磷的有機基質分為三類：A類：乙酸、甲酸、丙酸等低分子有機酸，該類物質存在時放磷速度最快；B類：乙醇、甲醇、檸檬酸、葡萄糖等需在厭氧條件下轉化成A類基質后才能被聚磷菌利用C類：丁酸、乳酸和琥珀酸等，該類能否引發(fā)放磷與污泥的微生物有關

(2)溶解氧厭氧區(qū)DO存在對聚磷菌的放磷不利，DO應小于0.2mg/L；好氧區(qū)的DO應大于2.0mg/L，以保證聚磷菌利用好氧代謝中釋放的大量能量充分地吸磷。(3)硝酸鹽和亞硝酸鹽厭氧區(qū)兩者的存在會抑制厭氧發(fā)酵而不產生揮發(fā)性脂肪酸。(4)溫度

30℃左右(5)pH

中性或弱堿性環(huán)境(pH＝7～8)

五、同步脫氮除磷工藝

1.A2/O（Anaerobic/Anoxic/Oxic）法

A2/O工藝流程2.氧化溝脫氮除磷工藝氧化溝脫氮除磷工藝流程3.SBR法脫氮除磷工藝

Ⅰ進水階段Ⅱ反應階段Ⅲ沉淀階段Ⅳ排水階段Ⅴ閑置階段第二節(jié)

微污染水源水預處理中的微生物學問題

一、微污染水源水預處理的目的和意義

微污染水源水是受到有機物、氨氮、磷及有毒污染物較低程度污染的水源水。經傳統(tǒng)工藝處理后，未能有效去除污染物。飲用水中存在的有機污染物對人體具有一定的危害作用。

二、生物預處理的特點

生物預處理是指在常規(guī)凈水工藝之前增設生物處理工藝，借助于微生物群體的新陳代謝活動，對水中的有機污染物、氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無機污染物進行初步去除的過程

。特點：(1)能有效去除原水中可生物降解的有機物；

(2)使出水更安全可靠；(3)能較好地去除低濃度有機物；

(4)能去除氨氮、鐵、錳等污染物；(5)具有經濟、有效的特點。三、生物預處理工藝——生物膜法

1.曝氣生物過濾法(BiologicalAeratedFiltration,BAF)2.生物接觸氧化法(BiologicalContactOxidation,BCO)

3.生物活性碳技術(BiologicalActivatedCarbon,BAC)

四、水源水預處理的運行條件1.微生物：適應貧營養(yǎng)環(huán)境的微生物2.供氫體：甲醇、乙醇和糖3.DO4.水溫和pH第三節(jié)

飲用水的消毒及其微生物學效應消毒方法1.煮沸法

最原始的方法，簡單有效。機理：直接快速破壞病原菌的蛋白質，使其凝固發(fā)生不可逆變性。2.加氯消毒

液氯消毒的機理

主要是次氯酸起作用。次氯酸進入細菌內部，與菌體蛋白和酶蛋白的－NH2和－SH反應從而氧化和破壞細菌菌體蛋白和酶蛋白，達到殺菌作用。氯消毒效果的影響因素：pH消毒劑的用量飲用水通常以消毒劑與水接觸后30min后游離余氯量不低于0.3mg/L，管網末梢的游離余氯量不低于0.05mg/L為標準。游離性余氯指HClO、ClO－、Cl－游離氯的剩余氯?；闲杂嗦戎嘎劝返氖Ｓ嗦?。

3.二氧化氯消毒機理：破壞微生物體內的酶和蛋白質。獨特性:①ClO2對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，在同等條件下滅活微生物的機會增加；②ClO2有較強的氧化能力，其理論氧化能力是自由氯的2.6倍；③ClO2通過兩種機理滅活微生物，一是C