教学用_污废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理

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1、第四章 污、废水深度处理和微污染源 水预处理中的微生物学原理内容提要内容提要n n了解脱氮、除磷的目的和意义及天然水体了解脱氮、除磷的目的和意义及天然水体 中氮、磷的来源中氮、磷的来源n n理解微生物脱氮、除磷原理及相关微生物理解微生物脱氮、除磷原理及相关微生物n n了解微污染水源水预处理的目的和意义、了解微污染水源水预处理的目的和意义、 水源水污染源和污染物、微污染水源水微水源水污染源和污染物、微污染水源水微 生物预处理过程及微生物群落生物预处理过程及微生物群落n n了解饮用水的消毒及其微生物学效应了解饮用水的消毒及其微生物学效应重点、难点、授课学时重点、难点、授课学时重重 点点n n废水微

2、生物脱氮除磷废水微生物脱氮除磷n n水源水微生物预处理工艺的微生物学原理水源水微生物预处理工艺的微生物学原理n n水消毒的微生物学效应。水消毒的微生物学效应。 难难 点点n n微生物脱氮除磷的原理和生物化学机制。微生物脱氮除磷的原理和生物化学机制。 授课学时：授课学时：3 3学时学时 第一节 污、废水深度处理 微生物脱氮除磷工艺、原理n水体中N、P浓度过高会导致水体的富 营养化。n二级处理主要以去除废水中的可溶性 有机物为主，对于N、P的去除效率很低， 难以达到严格的排放标准。 一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义 污水一级处理：污水一级处理：除去废水中的砂砾及

3、大的悬浮固体除去废水中的砂砾及大的悬浮固体污水二级处理（生物处理）：污水二级处理（生物处理）：去除去除COD70COD709090、BODBOD5 59090以上。以上。产生产生NHNH3 3-N-N、NONO3 3- -N N、POPO4 43-3-、SOSO4 42-2-，2525的的N N和和1919左右的左右的P P被微生物吸收合成细胞被微生物吸收合成细胞A/OA/O脱氮工艺脱氮工艺废 水好 氧 脱 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、微生物脱氮工艺、原理及其微生物 （一）微生物脱氮工艺 P253254n活性污泥法典型工艺A/

4、O工艺（缺氧、好氧工 艺）（二）脱氮原理： 硝化作用、反硝化作用 生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作 用来完成。NH3NNO3-NN2 好氧条件亚硝化细菌 硝化细菌缺氧条件反硝化细菌1.硝化作用段微生物（三）硝化、脱氮微生物n硝化作用是指NH3被氧化成NO2，再 被氧化成NO3的过程。n反应： 第一步：亚硝化反应NH41.5O2NO22HH2O第二步：硝化反应 NO20.5O2NO3v微生物：亚硝化细菌和硝化细菌两者为化能自养菌，G，专性好氧，要求中性、弱碱性环境， pH值范围7.58.0 ，以CO2为唯一碳源，最适温度2530 。硝化段的运行操作硝化细菌的世代时间普遍比异养菌的 世代时间长n

5、泥龄（悬浮固体停留时间，SRT， Sludge Retain Time）每日新增污泥平均停留在曝气池中的天数 ，曝气池全部活性污泥平均更新一次所需的 时间污泥龄不能短于活性污泥中微生物的世代 时间，否则曝气池中的污泥会都消失。硝化段的运行操作v要供给足够的DO：O2=4.33（N被氧化），mg/Lv 控制适度的曝气时间(水力停留时间 )v 控制pH值在7.58.0：每氧化1gNH3，消耗7.14g碱度（CaCO3 ）v 温度：25302.反硝化作用段细菌反硝化作用是指兼性厌氧的硝酸 盐还原菌将硝酸盐还原为N2的过程。v反应：HNO3 HNO2 NO N2O N2v微生物：反硝化细菌v运行操作关

6、键：碳源、 NO3 、NO2 、pH值、 DO、温度等v 微生物：反硝化细菌异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下利用NO3氧化有机物获得能量，碳源来自有机物，最终电子受体为NO3 和NO2 ，要求中性、弱碱性环境，pH7.08.0，最适温度1035。v运行操作关键碳源n外源反硝化：利用外来碳源，以NO3为最终电 子受体，氧化有机物合成细胞物质。n内源反硝化(硝化细菌内源呼吸)：以机体内的有 机物为碳源，以NO3为最终电子受体。n废水中所含的有机碳源：BOD5:TN3:1时，无需 外加碳源，即可达到脱氮目的。n外加碳源： BOD5:TN3:1时，需外加碳源，多 采用甲醇。n内碳源：内碳源指活性污泥微生

7、物死亡、自溶后 释放出来的有机碳，也称二次性基质。运行操作关键v最终电子受体是NO3和NO2v最适pH为78v温度T1035vDO 0.2mg/L3.生物脱氮工艺选择n三级生物脱氮工艺nA/O(Anoxic-Oxic)脱氮工艺nBardenpho工艺n同步硝化和反硝化工艺(1) 三级生物脱氮工艺传统活性污泥法脱氮工艺 沉淀池(除BOD)曝气池曝气池(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进水 出水沉淀池反硝化曝气池沉淀池 除BOD 氨化、硝化进水出水回流污泥剩余污泥回流污泥剩余污泥甲醇N2 碱两级生物脱氮工艺两级生物脱氮工艺 (2) A/O(Anox

8、ic-Oxic)脱氮工艺 a. 后置反硝化A/O脱氮 系统 后曝气曝气池沉淀池 除BOD 氨化、硝化进水出水回流污泥剩余污泥缺氧N2反硝化曝气池沉淀池除BOD 氨化、硝化进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脱氮 系统 (3) Bardenpho工艺 前两段同A/O法工艺，好氧池1流 出的硝酸盐导入缺氧池2，反硝化细菌可利用细菌 衰亡后释放的基质作为碳源进行反硝化，污泥最后 进入好氧池2，以吹脱氮气，提高污泥沉降性能。沉淀池进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)工艺 4. 脱氮组合工艺的顺序排列原则

9、 负荷低，级数少；负荷高，级数多 。 合理调整硝化和反硝化过程，以节 省碱的用量。 采用“捷径反硝化”以缩短曝气时 间（短程反硝化）。即硝化作用产生HNO2 后就转入反硝化阶段。 废水中BOD5:TN2.86四、生物除磷原理、工艺及微生物 1. 微生物除磷原理 厌氧放磷：好氧吸磷：厌氧条件下，聚磷菌将体内的聚 磷分解产生能量，释放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 理活动需要好氧条件下，PHB分解产生 能量一部分能量用于主动过量吸收环 境中的PO43 ，并合成聚磷另一部分能量用于细 胞正常生长繁殖另一部分能量用于生 理活动需要另一部分能量用于生 理活动需

10、要2.聚磷细菌聚磷菌：是一类生长缓慢的细菌(包括好氧异养 菌、厌氧异养菌和兼性异养菌)，在厌氧条件下，分 解体内的聚磷来获得能量生长繁殖，在好氧条件和外 界营养基质少的情况下，分解体内的PHB获得能量而 生长繁殖。发酵产酸菌和聚磷菌的关系：聚磷菌只能利 用低级的脂肪酸，不能直接利用大分子有机基质，而 发酵产酸菌可将大分子物质降解为小分子 ，故在除 磷过程中这两类菌是互不可分、密切相关。3. 除磷工艺流程 (1) A/O（Anaerobic/Oxic）法 A/OA/O除磷工艺流程除磷工艺流程 (2) Phostrip工艺 旁流除磷-Phostrip工艺流程 4. 除磷工艺运行条件 (1) 碳源的

11、浓度和种类n诱导聚磷菌放磷的有机基质分为三 类：nA类：乙酸、甲酸、丙酸等低分子 有机酸，该类物质存在时放磷速度最快；nB类：乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄 糖等需在厌氧条件下转化成A类基质后才能 被聚磷菌利用nC类：丁酸、乳酸和琥珀酸等，该 类能否引发放磷与污泥的微生物有关(2) 溶解氧n厌氧区DO存在对聚磷菌的放磷不 利，DO应小于0.2 mg/L；n好氧区的DO应大于2.0 mg/L，以 保证聚磷菌利用好氧代谢中释放的大量 能量充分地吸磷。 (3) 硝酸盐和亚硝酸盐厌氧区两者的存在会抑制厌氧发 酵而不产生挥发性脂肪酸。 (4) 温度 30左右 (5) pH 中性或弱碱性环境(pH7 8) 五、

12、同步脱氮除磷工艺 1. A2/O（Anaerobic/Anoxic /Oxic）法 A A2 2/O/O工艺流程工艺流程 2. 氧化沟脱氮除磷工艺氧化沟脱氮除磷工艺流程3. SBR法脱氮除磷工艺 进水阶段进水阶段反应阶段反应阶段沉淀阶段沉淀阶段排水阶段排水阶段闲置阶段闲置阶段第二节节 微污染水源水预处理中的微生物学问题 一、微污染水源水预处理的目的和意 义 v微污染水源水是受到有机物、氨氮、 磷及有毒污染物较低程度污染的水源水。v经传统工艺处理后，未能有效去除污 染物。v饮用水中存在的有机污染物对人体具 有一定的危害作用。 二、生物预处理的特点 v生物预处理是指在常规净水工艺之前增设生 物处理

13、工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动 ，对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、 锰等无机污染物进行初步去除的过程 。 特点： (1) 能有效去除原水中可生物降解的有机物 ； (2) 使出水更安全可靠 ； (3) 能较好地去除低浓度有机物； (4) 能去除氨氮、铁、锰等污染物； (5) 具有经济、有效的特点 。三、生物预处理工艺生物膜法 1. 曝气生物过滤法(Biological Aerated Filtration, BAF)2. 生物接触氧化法(Biological Contact Oxidation, BCO) 3. 生物活性碳技术(Biological Activated Carbon

14、, BAC) 四、水源水预处理的运行条件1. 微生物：适应贫营养环境的微生 物2. 供氢体：甲醇、乙醇和糖3. DO4. 水温和pH第三节节 饮用水的消毒及其微生物学效应n消毒方法 1.煮沸法最原始的方法，简单有效。机理：直接快速破坏病原菌的蛋白质， 使其凝固发生不可逆变性。2. 加氯消毒 v液氯消毒的机理主要是次氯酸起作用。次氯酸进入细菌内 部，与菌体蛋白和酶蛋白的NH2和SH反应从而 氧化和破坏细菌菌体蛋白和酶蛋白，达到杀菌作用。氯消毒效果的影响因素：pH v消毒剂的用量饮用水通常以消毒剂与水接触后 30min后游离余氯量不低于0.3mg/L，管网 末梢的游离余氯量不低于0.05mg/L为

15、标准 。游离性余氯指HClO、ClO、Cl 游离氯的剩余氯。化合性余氯指氯胺的剩余氯。 3.二氧化氯消毒 机理：破坏微生物体内的酶和蛋白质。 独特性: ClO2对细胞壁有较强的吸附和穿透能 力，在同等条件下灭活微生物的机会增加； ClO2有较强的氧化能力，其理论氧化 能力是自由氯的2.6倍； ClO2通过两种机理灭活微生物，一是 ClO2与微生物体内的生物分子反应，二是 ClO2影响微生物的生理功能。 4. 臭氧消毒v臭氧既是消毒剂，又是氧化能力很强 的氧化剂 v作氧化剂:O3是一种非选择性的强氧 化剂，可使许多有机物彻底降解。v作消毒剂：由于O3具有极强的氧化作 用，对具有很强抵抗力的微生物的病毒、 芽孢等均具有强大的杀伤力； O3还具有很 强的溶入细胞壁的能力，从而破坏细菌机 体链状结构，导致细菌死亡。 5. 过氧化氢消毒 6. 紫外辐射消毒 7. 微电解消毒8.超声波消毒