第十章：污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理4环境生物工程课件.ppt

第十章：污、废水深度处理和微污染源第十章：污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理水预处理中的微生物学原理第一节 污、废水深度处理-脱氮、除磷与微生物学原理第二节 微污染水源预处理中的微生物学问题第三节 饮用水消毒及其微生物学效应第一节 污、废水深度处理-脱氮、除磷与微生物学原理l一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义l一级处理，除去大的悬浮固体，去除COD30%左右，二级处理COD70%-90%，在这个过程中25%的氮和19%的磷被吸收合成细胞并排泥得到去除。l氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。消除富营养化，消除富营养化，保证水源安全。保证水源安全。l上海氨氮排放标准15mg/Ll二、天然水体中氮、磷的来源l1 城市生活废水l2 农业施肥（氮），喷洒农药（磷）l3 工业废水。（化肥、焦化、制药、农药等）太湖的富营养化l三、微生物脱氮工艺、原理及其微生物l（一）微生物脱氮工艺（a）三段生物脱氮工艺：将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。（c）缺氧好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。缺氧-好氧生物脱氮工艺1.生物法脱氮(1)生物脱氮机理 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果微生物细胞中氮含量以12.5%计算，同化氮去除占原污水BOD的2%5%，氮去除率在8%20%。硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。硝化反应：硝化过程的影响因素：（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。（c）硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。硝化过程的影响因素：（d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。SRTn值与温度密切相关，温度低，SRTn取值应相应明显提高。（e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。总反应式为：反硝化反应：在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约96的NO3-N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。反硝化过程的影响因素：（a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN35时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。总凯氏氮的意思TKN，以凯氏(Kjeldahl)法测定氮含量。它包括了氨氮和在此条件下能被转化为铵盐的有机氨化合物。此类有机氮化合物主要是指蛋白质、月示、胨、氨基酸、核酸、尿素及其他合成的氮为负三价态的有机氮化合物。它不包括叠氮化合物、连氮、偶氮、腙、硝酸盐、亚硝基、硝基、亚硝酸盐、腈、肟和半卡巴腙类的含氮化合物。总磷，tp英文 total phosphorous 的第一个字母缩写 类似的还有：溶解性总固体 TDS：total dissolved solid 总有机碳 TOC：total organic carbon （b）pH：对反硝化反应，最适宜的pH是6.57.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物（三）硝化、脱氮微生物（三）硝化、脱氮微生物l氧化氨的细菌 亚消化细菌：亚硝化单胞菌属，亚硝化球菌属，亚硝化螺菌属。l氧化亚硝酸的细菌 硝化细菌：硝化杆菌，硝化刺菌属，硝化球菌属。l反硝化细菌：假单胞菌属，脱氮副球菌属，产碱菌属，色杆菌属。磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74)、三磷酸盐(P3O105-)、三磷酸氢盐(HP3O92-)四、微生物除磷原理、工艺及其微生物四、微生物除磷原理、工艺及其微生物生物强化除磷工艺 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：（1）厌氧环境条件：（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；（c）NOx-浓度：产酸菌利用NOx-作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。生物除磷影响因素：（2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性质，ASM模型对其进一步划分为：（a）1987年发展的ASM1:CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年发展的ASM2:溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XSXI S表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S溶解性，I惰性，A发酵产物，F可发酵的易生物降解的。BOD5:TP 大于20，除磷效果较好生物除磷影响因素：（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低。Rensink和Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结果表明：SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。生物除磷影响因素：（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。生物除磷影响因素：（5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFAVFA既是废水水解酸化的产物。（6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。(1)A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程五、五、生物除磷及生物脱氮除磷工艺生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺2.Phostrip去除磷工艺流程：3.A2/O工艺A2/O工艺基本流程进水进水沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池剩余污泥剩余污泥出水出水内回流内回流污泥回流污泥回流进进气气管管4.改进的Bardenpho工艺5.UCT工艺6.SBR工艺 SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称 第二节第二节 微污染水源预处理中的微生物学问题微污染水源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 -受到有机物、氨氮、磷及有毒污染物较低程度污染的水源水。意义：氨氮含量高亚硝化细菌增生NO2-浓度提高二 水源水污染源和污染物 污染源：污染源：未经处理的工业废水，生活污水，农业灌溉和养殖业排放水。包括未达标的处理水。污染物：污染物：有机物，氨氮，藻类分泌物，挥发酚，氰化物，重金属，农药等三 微污染水源水微生物预处理及微生物群落 1 微生物预处理工艺 膜法生物处理：生物滤池 生物转盘 生物接触氧化法 生物流化床种类和性能的选择：对微生物的附着能力和耐腐蚀性 如，颗粒活性炭-沙滤 脱氮技术的发展：硝化和反硝化工艺处理。外加碳源：乙醇 甲醇 2 水源水预处理的运行条件 1）微生物 贫营养生态环境下的微生物生态系。适于生物膜法截留。2）供氢体 甲醇，乙醇，糖，H2 3）溶解氧 满足有机物和硝化作用需要，反硝化难以维持 4）水温和pH COD和氨氮去除率随水温升高而提高。20度以上效果好。5）该系统的处理效率 COD去除10-30%，氨氮去除75%以上。第三节第三节 饮用水的消毒及其微生物学效应饮用水的消毒及其微生物学效应 一 水消毒的重要性 防止疾病的传播 二 水的消毒方法 （一）煮沸法 直接快速破坏病原菌的蛋白质，蛋白凝固发生不可逆变性 （二）加氯消毒 消毒剂的种类：液氯，漂白粉，氯胺，二氧化氯等 消毒剂剂量：考虑微生物种类和生理特性，水源有机物的污染程度。3-10mg/L杀死阿米巴。消毒剂的效果：游离余氯量适当（三）臭氧消毒 臭氧发生器 （四）过氧化氢消毒 3%消毒饮用水和桶装水。如果水中具有过氧化氢酶的好氧和兼性厌氧微生物作用效果不高。（五）紫外辐射消毒 小规模的水厂饮用水，游泳池循环水 紫外杀菌机理：（六）微电解消毒 微电解H2O产生活性氧O2-,OH-,和H+,其强氧化能力，与氯离子作用生成HOCl,均可杀菌。l标准中对可能致癌物质溴酸盐首次作出明确限定，限值为0.01mg/L。l正常情况下水中不含溴酸盐，但含有微量溴化物。使用臭氧对水进行消毒，水中的溴化物与臭氧反应，氧化生成溴酸盐，其中主要成分是溴酸钾。