第十一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

第十一章污（廢）水深度處理和微污染源水預(yù)處理中的微生物學(xué)原理污（廢）水深度處理——脫氮除磷與微生物學(xué)原理微污染水源水預(yù)處理中的微生物學(xué)問題人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢）水的作用飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理一、污、廢水脫氮、除磷的目的和意義氮磷物質(zhì)進(jìn)入水體，就會(huì)造成很大的危害，其中最大的問題就是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此，廢水的除磷脫氮十分重要，尤其是當(dāng)廢水處理后被排入一些湖泊、海灣等敏感水體時(shí)。11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理污、廢水脫氮、除磷的具體指標(biāo)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)廢水磷含量在≤0．5mg/L氨氮≤15mg／L11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理二、天然水體中氮、磷的來源城市生活污水農(nóng)肥（氮）和噴灑農(nóng)藥工業(yè)廢水禽畜糞便水11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理

硝化三、微生物脫氮原理、脫氮微生物及脫氮工藝1、脫氮原理：反硝化11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌在自然界廣泛分布，在土壤、淡水、海水和污水處理系統(tǒng)中均有發(fā)現(xiàn)。它們是革蘭氏陰性的好氧菌，營(yíng)化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)。氧化氨的細(xì)菌：專性好氧，氧化NH3為HNO2，從中獲得能量供合成細(xì)胞和固定CO2。另有厭氧氨氧化細(xì)菌及厭氧反硫化細(xì)菌。氧化亞硝酸細(xì)菌：即硝化細(xì)菌。2、硝化作用段微生物11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理硝化段運(yùn)行（硝化細(xì)菌世代時(shí)間普遍比異氧菌的世代時(shí)間長(zhǎng)）泥齡（懸浮固體停留時(shí)間SRT）泥齡大于硝化細(xì)菌的比生長(zhǎng)速率。足夠DODO＜0.5mg/L硝化作用停止。適度曝氣時(shí)間適當(dāng)維持堿度溫度硝化段的運(yùn)行操作泥齡定義為每日新增污泥平均停留在曝氣池中的天數(shù),也就是曝氣池全部活性污泥平均更新一次所需的時(shí)間。反映了活性污泥吸附有機(jī)物以后，進(jìn)行穩(wěn)定氧化的時(shí)間長(zhǎng)短。污泥齡越長(zhǎng)，有機(jī)物氧化穩(wěn)定得越徹底，處理效果越好，剩余污泥量越少。但是污泥齡也不能太長(zhǎng)，否則污泥會(huì)老化，影響沉淀效果。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。11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理

反硝化細(xì)菌是所有能以NO3-為最終電子受體，將HNO3還原成N2的細(xì)菌總稱。它包括許多種類的細(xì)菌。其中的假單胞菌屬內(nèi)能進(jìn)行反硝化的種最多。有很多細(xì)菌只將HNO3還原到HNO2而積累，不形成N2。含HNO2的水排入水體，會(huì)對(duì)水生動(dòng)物產(chǎn)生毒害。3、反硝化作用段微生物11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理反硝化生物化學(xué)反應(yīng)機(jī)制：外源反硝化：利用外來碳源，以NO3-為最終電子受體，氧化有機(jī)物合成細(xì)胞。內(nèi)源反硝化：以機(jī)體內(nèi)的有機(jī)物為碳源，以NO3-為最終電子受體。11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理關(guān)鍵指標(biāo)：碳源：有機(jī)物pH：7～8最終電子受體：NO3-和NO2-溶解氧＜0.2mg/L反硝化段運(yùn)行操作11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理4、生物脫氮工藝

工藝選擇主要看COD負(fù)荷和NH3-N負(fù)荷。11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理圖A、B兩種排列的A/O系統(tǒng)示意圖N-硝化，DN-反硝化，S-沉淀池缺氧（Anoxic）厭氧（Anaerobic）好氧（Oxic）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11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理活性污泥法典型工藝——A/O工藝[缺氧（anoxic）、好氧（oxic）工藝]11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理SBR（序列間歇式活性污泥法）工藝操作過程兩級(jí)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

出水甲醇補(bǔ)充反硝化菌的碳源！利用進(jìn)水中的BOD11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理捷徑反硝化(短程硝化-反硝化)：硝化作用產(chǎn)生HNO2后就轉(zhuǎn)入反硝化階段，可縮短曝氣時(shí)間，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理

某些微生物在好氧時(shí)能大量吸收磷酸鹽合成自身核酸和ATP，并且能逆濃度過量吸磷合成貯能的多聚磷酸鹽顆粒（異染粒）在體內(nèi)，供其內(nèi)源呼吸用。這些細(xì)菌稱為聚磷菌(PAO)。在厭氧條件下，聚磷菌又能釋放磷酸鹽于體外。一般來說，微生物在增殖過程中，好氧攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多。四、微生物除磷原理、工藝及其微生物1、微生物除磷原理：11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理

具有聚磷能力的微生物目前所知絕大多數(shù)是細(xì)菌。聚磷的活性污泥是由許多好氧異養(yǎng)菌、厭氧異養(yǎng)菌和兼性厭氧菌組成。實(shí)質(zhì)上是產(chǎn)酸菌（統(tǒng)稱）和聚磷菌的混合群體。從種類上來看，聚磷能力強(qiáng)、數(shù)量占優(yōu)勢(shì)的有不動(dòng)桿菌屬（莫拉氏菌群）、假單胞菌屬、氣單胞菌屬和黃桿菌屬等60多種。硝化桿菌中的亞硝化桿菌屬、亞硝化球菌屬、亞硝化葉菌屬和硝化桿菌屬、硝化球菌屬等也具有聚磷能力。2、聚磷細(xì)菌：聚P聚P聚P聚P部分回流做種大部分（P）去除水中P3、除磷的生物化學(xué)機(jī)制：11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理4、除磷工藝流程：人們開發(fā)研究出多種廢水生物除磷工藝，這些工藝在去除廢水中磷的同時(shí)，還能有效去除水中的有機(jī)物和進(jìn)行硝化或脫氮作用。按照運(yùn)行方式，可分為連續(xù)式和間歇式（序批式）兩類。常見的生物除磷工藝有：Bardenpho生物除磷工藝、Phoredox工藝、A/O及A2/O、UCT工藝、VIP工藝、旁硫除磷的Phostrip工藝、SBR等。11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理圖A/O工藝流程示意圖（除磷）11.1污廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學(xué)原理圖A2/O工藝流程示意圖11.3人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢)水的作用一、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)模擬自然濕地的人工生態(tài)系統(tǒng)。4要素：水體、基質(zhì)、水生植物和微生物11.3人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢)水的作用人工濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化廢水過程11.3人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢)水的作用二、人工濕地凈化污（廢）水的基本原理基質(zhì)-微生物-植物的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的協(xié)調(diào)作用11.3人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢)水的作用三、人工濕地各組成的功能（一）基質(zhì)土壤或其上鋪沙、礫石、煤渣、礦渣等作用：為微生物的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的附著基質(zhì)為濕地植物提供載體、扎根的溫床和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)污染物具有吸附和過濾作用11.3人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢)水的作用三、人工濕地各組成的功能（二）濕地水生植物浮水、挺水和沉水（多）特點(diǎn)：發(fā)達(dá)的根系作用：富集污染物維持濕地水力運(yùn)輸產(chǎn)氧供給微生物所需根系分泌物為微生物提供營(yíng)養(yǎng)和能源11.3人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢)水的作用三、人工濕地各組成的功能（三）微生物多種微生物種類和植物共棲作用：降解污染物為植物提供養(yǎng)分11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)水中的細(xì)菌只有很少的一部分是病原菌（或稱致病菌）其中只有更少的病原菌能經(jīng)食道進(jìn)入腸道引起疾病?？谥腥芫福徽Ｎ杆醦H3.2。此類水中病原菌若經(jīng)水傳播，在消化道滋生導(dǎo)致疾病—腸道傳染病。一、水消毒的重要性水相關(guān)的流行病學(xué)資料WHO：80%的疾病,50%兒童死亡與飲用水相關(guān)。WHO指出飲用水中對(duì)人體兩類主要的威脅：細(xì)菌和病毒；有機(jī)污染物。11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)二、水的消毒方法1、煮沸法最原始的方法，簡(jiǎn)便、有效。高溫快速破壞病原菌的蛋白質(zhì)，使其凝固發(fā)生不可逆變性。物理方法：煮沸、紫外輻射化學(xué)方法：投加消毒劑（氯、臭氧、過氧化氫等）11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)2、加氯消毒最為方便、有效和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的消毒方法。液氯：特異臭味的黃綠色氣體，很強(qiáng)的氧化能力。氯加壓液化，便于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。漂白粉：含Ca(OCl)2、CaCl2、Ca(OH)2混合物。氯胺：NH2Cl和NHCl2。二氧化氯：ClO2。2、加氯消毒有效氯：含氯化合物中具有殺菌能力的有效成分。

次氯酸：強(qiáng)氧化劑，具有較強(qiáng)的滲透進(jìn)入微生物細(xì)胞的能力，與菌體蛋白與酶蛋白中－NH2和－SH反應(yīng)而達(dá)到殺菌作用。11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)影響加氯消毒的因素

pH：較低時(shí)加氯消毒效果較好。次氯酸的電離pH3～7，HOCl占大部分，中性的HOCl進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)殺死細(xì)菌。pH>10,細(xì)菌表面帶負(fù)電荷，OCl-無法進(jìn)入菌體內(nèi)。水的渾濁度：高時(shí)，降低了殺菌效果，消毒前要進(jìn)行混凝沉淀和過濾處理。水溫：水溫高殺菌作用快。加氯量和接觸時(shí)間11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)需氯量與余氯

需氯量：氯不僅與微生物作用，還要氧化水中的有機(jī)物和還原性物質(zhì)，其需要的氯的總量。

余氯：為保證消毒效果，加氯量必須超過水的需氯量，使在氧化和殺菌后還能剩余一些有效氯。游離性余氯：HOCl、OCl-、Cl2，殺菌力強(qiáng)；結(jié)合性余氯：NH2Cl、NHCl2，殺菌力較弱；加氯生成的“三致”物

三致：致癌、致畸、致突變含鹵素有機(jī)物：三鹵甲烷類（THMS）有機(jī)物等，如氯仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、三溴甲烷等。水源水中含有多種有機(jī)物如腐殖酸、乙醛、乙醇、丙酮等作為前體物，可與水中的氯反應(yīng)生成THMS

。11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)加氯消毒已經(jīng)應(yīng)用數(shù)十年，在防止水介傳染病的發(fā)生與流行上起了很大的作用。它帶來了飲水的微生物學(xué)安全，但帶來了化學(xué)上的不安全。解決的途徑有三方面：消毒前盡量消減水中的有機(jī)物（“三致”前體物）改用其它適宜的消毒劑通過理、化、生物等方法吸附或破壞飲水中已生成的含鹵素有機(jī)物11.4飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)3、臭氧（O3）消毒臭氧是強(qiáng)氧化劑，由空氣中的氧在高壓電流作用下制取。臭氧加入水中放出新生氧（O），有很強(qiáng)的氧化能力，能氧化水中的有機(jī)物并殺死細(xì)菌及其芽孢。投加量超過某一數(shù)量，才有殺菌消毒作用。優(yōu)點(diǎn)：殺菌、殺病毒的速率高于氯氣。與氨不起作用，也不會(huì)產(chǎn)生用氯消毒經(jīng)常產(chǎn)生的氯酚