教學(xué)用-污廢水深度處理和微污染源水預(yù)處理中的微生物學(xué)原理

第四章污、廢水深度處理和微污染源水預(yù)處理中的微生物學(xué)原理內(nèi)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(lái)源理解微生物脫氮、除磷原理及相關(guān)微生物了解微污染水源水預(yù)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(yù)處理過(guò)程及微生物群落了解飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)重點(diǎn)、難點(diǎn)、授課學(xué)時(shí)重點(diǎn)廢水微生物脫氮除磷水源水微生物預(yù)處理工藝的微生物學(xué)原理水消毒的微生物學(xué)效應(yīng)。難點(diǎn)微生物脫氮除磷的原理和生物化學(xué)機(jī)制。授課學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)

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(guò)高會(huì)導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化。二級(jí)處理主要以去除廢水中的可溶性有機(jī)物為主，對(duì)于N、P的去除效率很低，難以達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

一、污、廢水脫氮、除磷的目的和意義污水一級(jí)處理：除去廢水中的砂礫及大的懸浮固體污水二級(jí)處理（生物處理）：去除COD70～90％、BOD590％以上。產(chǎn)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(xì)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(guò)硝化作用和反硝化作用來(lái)完成。NH3－NNO3―-NN2↑

好氧條件亞硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌缺氧條件反硝化細(xì)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(guò)程。反應(yīng)：

第一步：亞硝化反應(yīng)

NH4＋＋1.5O2→NO2－＋2H＋＋H2O

第二步：硝化反應(yīng)NO2－＋0.5O2→NO3－微生物：亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)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(yùn)行操作

硝化細(xì)菌的世代時(shí)間普遍比異養(yǎng)菌的世代時(shí)間長(zhǎng)泥齡（懸浮固體停留時(shí)間，SRT，SludgeRetainTime）

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

污泥齡不能短于活性污泥中微生物的世代時(shí)間，否則曝氣池中的污泥會(huì)都消失。硝化段的運(yùn)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(shí)間(水力停留時(shí)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(xì)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(guò)程。反應(yīng)：HNO3→HNO2→NO→

N2O→N2微生物：反硝化細(xì)菌運(yùn)行操作關(guān)鍵：碳源、NO3－、NO2－、pH值、DO、溫度等微生物：反硝化細(xì)菌

異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下利用NO3－氧化有機(jī)物獲得能量，碳源來(lái)自有機(jī)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(yùn)行操作關(guān)鍵——碳源外源反硝化：利用外來(lái)碳源，以NO3－為最終電子受體，氧化有機(jī)物合成細(xì)胞物質(zhì)。內(nèi)源反硝化(硝化細(xì)菌內(nèi)源呼吸)：以機(jī)體內(nèi)的有機(jī)物為碳源，以NO3－為最終電子受體。廢水中所含的有機(jī)碳源：BOD5:TN＞3:1時(shí)，無(wú)需外加碳源，即可達(dá)到脫氮目的。外加碳源：BOD5:TN＜3:1時(shí)，需外加碳源，多采用甲醇。內(nèi)碳源：內(nèi)碳源指活性污泥微生物死亡、自溶后釋放出來(lái)的有機(jī)碳，也稱二次性基質(zhì)。運(yùn)行操作關(guān)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(jí)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(jí)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(jìn)水出水沉淀池反硝化曝氣池沉淀池除BOD氨化、硝化進(jìn)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(jí)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)入缺氧池2，反硝化細(xì)菌可利用細(xì)菌衰亡后釋放的基質(zhì)作為碳源進(jìn)行反硝化，污泥最后進(jìn)入好氧池2，以吹脫氮?dú)?，提高污泥沉降性能。沉淀池進(jìn)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(fù)荷低，級(jí)數(shù)少；負(fù)荷高，級(jí)數(shù)多。②合理調(diào)整硝化和反硝化過(guò)程，以節(jié)省堿的用量。③采用“捷徑反硝化”以縮短曝氣時(shí)間（短程反硝化）。即硝化作用產(chǎn)生HNO2后就轉(zhuǎn)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(nèi)的聚磷分解產(chǎn)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(dòng)需要好氧條件下，PHB分解產(chǎn)生能量一部分能量用于主動(dòng)過(guò)量吸收環(huán)境中的PO43－，并合成聚磷另一部分能量用于細(xì)胞正常生長(zhǎng)繁殖另一部分能量用于生理活動(dòng)需要另一部分能量用于生理活動(dòng)需要2.聚磷細(xì)菌聚磷菌：是一類生長(zhǎng)緩慢的細(xì)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(nèi)的聚磷來(lái)獲得能量生長(zhǎng)繁殖，在好氧條件和外界營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)少的情況下，分解體內(nèi)的PHB獲得能量而生長(zhǎng)繁殖。發(fā)酵產(chǎn)酸菌和聚磷菌的關(guān)系：聚磷菌只能利用低級(jí)的脂肪酸，不能直接利用大分子有機(jī)基質(zhì)，而發(fā)酵產(chǎn)酸菌可將大分子物質(zhì)降解為小分子

，故在除磷過(guò)程中這兩類菌是互不可分、密切相關(guān)。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(yùn)行條件

(1)碳源的濃度和種類誘導(dǎo)聚磷菌放磷的有機(jī)基質(zhì)分為三類：A類：乙酸、甲酸、丙酸等低分子有機(jī)酸，該類物質(zhì)存在時(shí)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(zhuǎn)化成A類基質(zhì)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(guān)

(2)溶解氧厭氧區(qū)DO存在對(duì)聚磷菌的放磷不利，DO應(yīng)小于0.2mg/L；好氧區(qū)的DO應(yīng)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(huì)抑制厭氧發(fā)酵而不產(chǎn)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(jìn)水階段Ⅱ反應(yīng)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(yù)處理中的微生物學(xué)問(wèn)題

一、微污染水源水預(yù)處理的目的和意義

微污染水源水是受到有機(jī)物、氨氮、磷及有毒污染物較低程度污染的水源水。經(jīng)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(jī)污染物對(duì)人體具有一定的危害作用。

二、生物預(yù)處理的特點(diǎn)

生物預(yù)處理是指在常規(guī)凈水工藝之前增設(shè)生物處理工藝，借助于微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，對(duì)水中的有機(jī)污染物、氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無(wú)機(jī)污染物進(jìn)行初步去除的過(guò)程

。特點(diǎn)：(1)能有效去除原水中可生物降解的有機(jī)物；

(2)使出水更安全可靠；(3)能較好地去除低濃度有機(jī)物；

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

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

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

四、水源水預(yù)處理的運(yùn)行條件1.微生物：適應(yīng)貧營(yíng)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(xué)效應(yīng)消毒方法1.煮沸法

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

液氯消毒的機(jī)理

主要是次氯酸起作用。次氯酸進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，與菌體蛋白和酶蛋白的－NH2和－SH反應(yīng)從而氧化和破壞細(xì)菌菌體蛋白和酶蛋白，達(dá)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(wǎng)末梢的游離余氯量不低于0.05mg/L為標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)理：破壞微生物體內(nèi)的酶和蛋白質(zhì)。獨(dú)特性:①ClO2對(duì)細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，在同等條件下滅活微生物的機(jī)會(huì)增加；②ClO2有較強(qiáng)的氧化能力，其理論氧化能力是自由氯的2.6倍；③ClO2通過(guò)兩種機(jī)理滅活微生物，一是C