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
周群英《环境工程微生物学》(第3版)课后习题(第十章 污(废)水深度处理和微污染源水预处理中的微生物
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1．污（废）水为什么要脱氮除磷？答：污（废）水需要脱氮除磷的原因如下：（1）在好氧生物处理中，生活污水经生物降解，大部分的可溶性含碳有机物被去除，同时会产生NH3-N、NO3--N和PO43-、SO42-，其中，只有25％的氮和19％左右的磷被微生物吸收合成细胞，通过排泥得到去除，出水中的氮和磷含量仍未达到排放标准。
（2）氮和磷是生物的重要营养源。
但水体中氮磷过多，危害极大。
最大的危害是引起水体富营养化，蓝藻、绿藻等大量繁殖后引起水体缺氧，产生毒素，进而毒死鱼虾等水生生物和危害人体健康，使水源水质恶化。
不但影响人类生活，还严重影响工农业生产。
2．微生物脱氮工艺有哪些？答：微生物脱氮工艺有A/O、A2/O、A2/O2、SBR等工艺。
反硝化有单级反硝化和多级反硝化。
根据不同水质，通常有以下3种组合工艺，即碳氧化、硝化和反硝化三者的不同组合方式。
（1）碳氧化、硝化、反硝化分级（2）碳氧化和硝化结合，反硝化分级（3）碳氧化、硝化、反硝化结合3．叙述污（废）水脱氮原理。
答：污（废）水脱氮原理如下：（1）概述脱氮是先利用好氧段经硝化作用，由亚硝化细菌和硝化细菌的协同作用，将NH3转化为NO2--N和NO3--N。
再利用缺氧段经反硝化细菌将NO2--N（经反亚硝化）和NO3--N （经反硝化）还原为氮气（N2），溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环。
（2）具体反应机理①硝化短程硝化：全程硝化（亚硝化＋硝化）：②反硝化反硝化脱氮：厌氧氨氧化脱氮：厌氧氨氧化脱氮：厌氧氨反硫化脱氮：4．参与脱氮的微生物有哪些？它们有什么生理特征？答：参与脱氮的微生物及其生理特征如下：（1）硝化作用段及微生物①好氧氨氧化细菌好氧氨氧化细菌即好氧的亚硝化细菌，以NH3为供氢体，O2作为最终电子受体，产生HNO2。
其中的亚硝化叶菌属在低氧压下能生长，化能无机营养，氧化NH3为HNO2，从中获得能量供合成细胞和固定CO2。
废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理
1（24分）名词解释（1）好氧反硝化NO3、O2均可作为电子最终受体：即电子可从被还原的有机物基质传递给O2，也可传递给NO3-、NO2-和N2O，并分别将它们还原。
（2）短程硝化-反硝化短程硝化反硝化是利用硝酸菌和亚硝酸菌在动力学特性上存在的固有差异，控制硝化反应只进行到NO2--N阶段，造成大量的NO2--N累积，然后就进行反硝化反应。
（3）同步硝化反硝化根据传统生物脱氮理论，脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段，硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行，或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中；实际上，较早的时期，在一些没有明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们就层多次观察到氮的非同化损失现象，在曝气系统中也曾多次观察到氮的消失。
在这些处理系统中，硝化和反硝化反应往往发生在同样的处理条件及同一处理空间内，因此，这些现象被称为同步硝化/反硝化（SND）。
（4）聚磷菌又称聚磷菌。
指能过量吸磷并能储存磷的微生物，如不动杆菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、微丝菌等，具有厌氧释磷，好氧（或缺氧）超量吸磷的特性。
常被用于活性污泥法中的生物除磷（5）微污染水源水指受到有机物、氨氮、磷、藻类及有毒污染物较低程度污染的水.（6）人工湿地人工湿地是人工建造和监督控制的类似自然湿地的系统，通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水的处理。
2（8分）简述微生物脱氮除磷的原理。
脱氮原理：1）好氧段：脱碳硝化脱碳——氧化去除BOD、COD●硝化——NH3/NH4+→NO2-→NO3-●硝化反应消耗碱度，因此要加碱，防止pH值下降2）缺氧段—反硝化●反硝化：NO3--N还原为N2，溢出水面释放到大气●碳源：既可以投加CH3OH，也可引入原水中BOD除磷原理：依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）厌氧时释放磷，好氧时聚磷，再通过排泥从污水中除去细菌（磷）。
3（16分）简述污水处理过程中硝化过程和反硝化过程的运行操作条件。
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-李宁
废水生物处理的基本过程
第一节 污（废）水深度处理 -----脱氮、除磷与微生物学原理
4
一、废水脱氮除磷的目的意义
氮磷物质进入水体，就会造成很大的危害， 其中最大的问题就是引起水体富营养化。因 此，废水的除磷脱氮十分重要，尤其是当废 水处理后被排入一些湖泊、海湾等敏感水体 时。
（3）Denitrification
• 反硝化反应是指在无氧的条件下,反硝化菌将硝酸 盐或亚硝酸盐再被还原为气态氮（N2）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。
• 它们是革兰氏阴性的好氧菌，营化能无机营养。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。
（2）Nitrification
• 硝化细菌同化合成细胞的反应式： • NH4++1.86O2+0.99CaCO3→0.98NO3-
+0.02C5H7NO2+0.89CO2+1.93H2O+0.99Ca2+ • 每 氧 化 1gNH4+-N 为 NO3--N ， 要 消 耗 4.25gO2 、
第二篇 微生物生态与环境生态 工程中的微生物应用
李宁
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
第一节 污（废）水深度处理-----脱氮、除磷与微生物学原理 第二节 微污染水源水预处理中的微生物学原理(略) 第三节 人工湿地中微生物与水生植物净化污（废）水的作用(略) 第四节 饮用水的消毒与其微生物学效应(略)
污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理
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第一节污、废水深度处理——脱氮、除磷与微生物学原理一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义污、废水一级处理只是除去废水中的砂砾及大的悬浮固体。
去除COD约30％左右。
二级生物处理则是去除废水中的可溶性有机物。
在好氧生物处理中，生活污水经生物降解，大部分的可溶性含碳有机物被去除。
去除COD 70％～90％，BOD5去除90％以上。
同时产生NH3-N、N03--N和P043-、S042-。
其中有25％的氮和19％左右的磷被微生物吸收合成细胞，通过排泥得到去除。
但出水中的氮和磷含量仍未达到排放标准。
有的工业废水如味精(谷氨酸)废水和赖氨酸废水含氨氮(NH3-N)非常高，味精浓废水含氨氮6 000 mg／L左右。
COD更高，60 000～80 000 mg／L，BOD5约为COD的一半。
氮和磷是生物的重要营养源。
但水体中氮、磷量过多，危害极大。
最大的危害是引起水体富营养化。
蓝藻、绿藻等大量繁殖后引起水体缺氧，产生毒素，进而毒死鱼、虾等水生生物和危害人体健康。
使水源水质恶化。
不但影响人类生活，还严重影响工、农业生产。
鉴于以上原因，脱氮除磷非常重要。
若水体中磷含量低于0．02 mg／L可限制藻类过度生长。
上海地方标准规定，氨氮排放标准在15 mg／L以下。
二、天然水体中氮、磷的来源主要来自城市生活污水，来自农业施肥(氮)和喷洒农药(磷等)，来自工业废水，如化肥、石油炼厂、焦化、制药、农药、印染、腈纶及洗涤剂等生产废水，食品加工、罐头食品加工及被服洗涤服务行业的洗涤剂废水，以及禽、畜粪便水。
城市生活污水含氮量见表2．4-1。
三、微生物脱氮工艺、原理及其微生物(一)微生物脱氮工艺可采用A／0、A2／0、A2／02、SBR等，工艺均可取得较好脱氮效果。
经厌氧-好氧或缺氧-好氧等的合理组合处理，既可去除COD和BOD，又可去除氨氮，脱氮工艺也可除磷。
(二)脱氮原理脱氮首先利用设施内好氧段，由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，将NH3转化为NO3--N。
环境工程微生物学：第十章 污废水深度处理和微污染水源水
城市集中饮用水供水的水源 地表水环境质量标准（GB3838-2002）三级以上幻灯片 21
• 现状
污染、不洁净 主要污染物： 有机物、氨、藻类分泌物、挥发酚、有毒 物（重金属、氰化物、农药、藻毒素）
• 问题
传统给水处理工艺： 混凝－沉淀－过滤（砂）－消毒 不能有效去除上述污染物！
• 对策
预处理，去除水中有机物和氨
氨化细菌
有机氮化物脱氨成 NH3
亚硝化、硝化细菌 NH3
NO2-
NO3-
生成NO3- ，pH下降，
对硝化菌不利，需加 Na2CO3。
反硝化细菌
NO3-
NO2-
N2
厌氧，结果耗NO3-
产OH-，pH升高。
大多数属于异养兼性厌氧微生物，需有一定量有机化合物的存
在，反硝化作用才能进行，所以一般反硝化池中要投入一定量 的有机碳源。
第十章 污废水深度处理和微污染水源 水预处理中的微生物学问题
• 生物脱氮、除磷原理 • 微污染水源水预处理中的微生物学问题 • 饮用水的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
一、污废水脱氮除磷意义
• 污废水处理系统常分为三级：一级处理、二级处理、三级处理 • 一级处理：除去废水中砂砾及大的悬浮固体，去处COD 30%左
• 根据去C、硝化和脱N组合方式不同，可把活性污泥系统分
成单级活性污泥法系统和多级活性污泥法系统。
• 根据反硝化过程中所利用的有机C来源不同分成内C源系统 和外加C源系统。
1.单级活性污泥内C源系统
进水
N2
去 C 硝化池
反硝化池
二沉池
出水
（好氧）
（缺氧）
第十章 污、废水深度处理和微污染水
② 溶 解 氧 ： 一 般 维 持 在 1.2~2.0mg/L 。 溶 解 氧 小 于 0.5mg/L，硝化作用停止。 需氧量的计算： O2=4.33 （ N 被氧化 ） mg/L 。每氧化 1g
NH3需消耗4.33g 氧。
③水力停留时间：普通活性污泥法曝气时间4-6h ④pH：硝化反应导致 pH下降，而硝化细菌对 pH十分敏
第十章 污、废水深度处理和微 污染水源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
一、污、废水脱氮除磷的目的意义 氮、磷污染的危害性：
水体富营养化 造成水体黑臭
对人及生物有毒害作用
二、水体中氮、磷的来源
城市生活污水和工业废水、农田肥料和动物
粪尿
第四节 生物脱氮和生物除磷
系统中的物理、化学、生物的协同作用，通过
土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收
和微生物分解来实现对污水的高效净化。即污 水在沿一定方向流动的过程中，在湿地土壤、 植物和微生物共同作用下得到了高效的净化。
三、人工湿地各组成的功能
基本要素：基质、湿生植物和微生物
（一）基质 目前广泛应用的人工湿地主要由沙粒、沙土、土壤、 石块为基质 作用： 为微生物生长提供基质 为湿地植物提供载体和营养物质 吸附和过滤作用
500~1500mg/L 之 间 ， 不 低 于 1500 mg/L 以上 50~100mg/L 100：5：1 （350~500） ：5：1 工业废水常需要 额外补充氮磷源
有关污废水中的毒物种类及浓度限制可参阅课本127、128表6-11、表6-12内容。
第二节 微污染水源水预处理 中的微生物原理
• 反应：NO3-—N反硝化还原为N2，溢出水面 释放到大气
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
P 253 ! 环境工程微生物学
(1) 传统生物脱氮工艺
进水 预处 理 曝气池 回流污泥 出水 终沉池 污泥回流 脱氮池 二沉池 甲醇 剩余 污泥 硝 化池 剩余污泥
图10-1-1 传统的三级生物处理脱氮工艺 传统工艺流程较长、构筑物多、基建费用高、运行 费用高、有的需外加碳源或碱度不足，所以在管理上 不具竞争性。
污泥 回 流 (0.5Q)
图10-1-3
A/O生物除磷工艺流程图
这里的A/O除磷工艺与A/O生物脱氮工艺类似，但也有很大不同：一是其 A段为严格的厌氧(anaerobic)段，而非缺氧(anoxic)段，二是该工艺只有 污泥回流，而没硝化液回流。是美国的Spector于1975年研究活性污泥膨 胀与控制问题时，发现它不仅可预防污泥丝状膨胀，还具有优良的除磷效 果而开发的。
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
环境工程微生物学
§10-1 污、废水深度处理—— 脱氮、除磷与微生物学原理
环境工程微生物学
一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义 二、天然水体中氮、磷的来源
主要来自于：
城市生活污水；
农业施(氮)肥和喷洒农药(磷等)； 工业废水，如化肥、石油炼厂、焦化、制药、 农药、印染、腈纶及洗涤剂等生产废水； 食品加工、罐头食品加工及被服洗涤服务 行业的洗涤剂废水； 禽、畜粪便水。
反硝化反应需要充足的碳源。一般认为，当废水中 的BOD5/TKN值大于4~6时，可认为碳源充足，不需另 外投加碳源，反之则要加甲醇或其他易降解的有机物 作碳源。
环境工程微生物学
5、泥龄
为了使硝化菌能存活并维持一定数量，微生物 在反应器的停留时间即泥龄应大于硝化菌的最小 世代期，一般取其2倍，在5天以上； 较长的污泥龄可增强硝化反应的能力，并可减 轻有毒物质的抑制作用。
微生物学方法在废水处理中的应用
微生物学方法在废水处理中的应用近几十年来，随着人类生产生活水平的提高和经济的发展，废水的排放量呈现出增长的趋势。
这些废水中含有各类有害物质，对水体环境以及人类健康构成了严重威胁。
因此，废水处理一直是环境保护中的重要问题之一，也是一个充满挑战和机会的领域。
现代微生物学的发展为废水处理提供了新的思路和方法，因此，微生物学方法在废水处理中的应用，具有重要的意义和深远的影响。
一、微生物学方法的基本原理微生物是指那些生物体积小、功能简单、生长繁殖快速的生物体。
微生物学是研究微生物结构、生长、代谢和与生物体、环境的相互关系的学科。
现代生物技术的快速发展，使得我们可以利用微生物的代谢功能和生命活动，来处理废水中的有害物质。
微生物学方法的最基本原理，就是利用好氧或厌氧微生物的功效，将废水中的有机物质、氮、磷等需要处理的成分分解为水和二氧化碳等无害物质。
在微生物活动的过程中，有机物质和氮磷等元素会被微生物生物降解，并合成新细胞质，从而达到废水处理的目的。
微生物处理废水的过程，一般可以分为生化处理和再生处理两个过程。
生化处理主要是针对有机物质进行分解，包括好氧生化和厌氧生化两种处理方式。
好氧生化会在废水处理过程中增加废水中的溶氧量，从而促进废水中的细菌有利于降解有机物质。
而厌氧生化则不需要氧气，完全利用细菌的代谢功能，对污染物进行降解。
再生处理则是指利用微生物的生物反应，把处理后的有机物质和氮磷等元素合成新的细胞质，净化受污染的水体。
再生处理通常采用好氧杂交处理法，通过好氧和厌氧处理相结合的方法处理废水。
二、微生物学方法在废水处理中的应用微生物学方法在废水处理中具有广泛的应用，例如植物园林废水处理、家庭污水处理、工业污水处理等。
在工业废水处理方面，利用微生物学方法处理废水已经成为一种主流的技术。
1. 生物处理池生物处理池是一种采用微生物的自然生物反应功能，处理各类有机废水的装置。
生物处理池分为好氧处理池和厌氧处理池两种，其中好氧处理池主要用于降解有机物质和氮磷等成分，厌氧处理池则主要用于缺氧条件下对有机物质的处理。
《环境工程微生物学》课程教学大纲
《环境工程微生物学》课程教学大纲英文名称：Microbiology of Environmental Engineering课程类型：学科基础课课程要求：必修学时/学分：56/3.5适用专业：环境工程一、课程性质与任务环境工程微生物学是环境工程专业学生学习和掌握“三废”生物法处理技术的基本知识和基本理论的学科基础课。
本课程在教学内容方面着重微生物学方面的基础理论，微生物在环境中所处的地位以及利用微生物进行生化处理的技术技能的讲解；在培养实践能力方面着重实验方案设计和操作技能的基本训练，使学生对微生物学在环境工程中的具体应用有一定的了解，从而进一步利用微生物为环境治理工程服务。
二、课程与其他课程的联系先修课程包括分析化学、有机化学和环境化学，为本门课程提供理论支持，后续课程包括环保设备基础、大气污染控制工程、水污染控制工程、化工废物处理处置工程等专业课程，该课程为把前述的后续课程有机联系在一起，实现工程化。
三、课程教学目标1．学习环境工程微生物学基础知识及其在三废治理中的基本理论，掌握微生物的概念、分类、命名、特点等基本知识，了解各种微生物的特性，具有设计微生物法三废处理方案的能力；2．掌握基本的基于微生物学的三废治理创新方法，培养学生追求创新的态度和意识；3．培养学生树立正确的实验设计思想，了解微生物学在三废治理过程中国家有关的经济、环境、法律、安全、健康、伦理等政策和制约因素；4．培养学生把环境工程微生物学的基本理论应用到具体实践中的能力，使学生掌握环境工程微生物的驯化、培养、分离等实验方法，获得实验技能的基本训练，具有运用标准、规范、手册和查阅有关技术资料的能力；5．了解环境工程微生物学的前沿和新发展动向。
四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）无六、教学方法本课程是一门实践性较强的课程，以案例教学为主，结合平时作业、课堂表现、实验和期末考试等教学手段和形式完成课程教学任务。
水处理微生物学第六章 废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物-文档资料
4、参与的微生物
细菌 食酚假单胞菌、解酚假单胞菌 甲苯杆菌 放线菌 诺卡氏菌属
五、烃类化合物的分解
1、来源:石油废水
2、分解：好氧 1）烷烃 2）烯烃
六、蛋白质的转化
1、氨化作用
1）蛋白质水解 蛋白质 蛋白酶 肽 肽酶 氨基酸
H2O H2O
2）氨基酸的脱氨基作用
3）产甲烷阶段 两种主要途径 乙酸 H2+ CO2 CH4+ CO2 （72%） CH4+H2O （28%）
参与细菌：产甲烷细菌 （严格厌氧，生长缓慢，对温度和pH值 敏感）
4）同型产乙酸阶段
H2+ CO2
乙酸
参与细菌：同型产乙酸细菌
2、处理构筑物
消化池、上流式厌氧污泥床反应器、厌 氧生物滤池等
3、活性污泥运行中微生物造成的问题
1）不凝聚
2）微小絮体 3）起泡 丝状菌过量生长或反硝化引起
4）丝状菌污泥膨胀及控制
正常污泥：菌胶团细菌和丝状菌，保 持平衡。
丝状菌污泥膨胀：由于丝状微生物过 量生长造成的活性污泥沉降速度慢和结合 不紧的现象。
控制：
a、溶解氧的控制 菌胶团细菌：绝大多数严格好氧。 丝状微生物：微好氧条件也可生长。 所以要保持较高溶解氧，以防丝状菌过量生 长。 b、污泥负荷率的控制 应保持在正常运行范围，过高会带来溶解 氧减少，丝状菌大量繁殖。
自 行 分 解 2NH +CO +H O 3 2 2
参与细菌：总称尿素细菌
第四节 无机元素的转化
一、硫的转化
1、硫化作用
H2S
S
SO42-
参与细菌：硫磺细菌、硫化细菌
2、反硫化作用
微生物污废水深度处理和微污染水源水的微生物处理
2020/4/15
2
第三节 人工湿地中微生物与水生植物的净 化作用
• 人工湿地生态系统 • 人工湿地净化污水的基本原理 • 人工湿地各组成的功能 • 人工湿地处理污水的效果 第四节 饮用水消毒 • 消毒的重要性 • 消毒方法
2020/4/15
3
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
第一节 微生物脱氮、脱磷原理
一、脱氮，脱磷的目的和意义
• 水体中氮磷的主要来源 ？
污水经过一级处理 COD去除率30％ 污水生物二级处理 COD去除率70-90％
NO3—N，NO2—N，NH3-N，PO43-，SO42-
其中吸收25％的N和19％的P 剩余的N、P？
2020/4/15
4
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
一级标准污水综合排放标准GB8978-1996中 规定：
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
第四章 污废水深度处理和微污 染水源水的微生物处理
2020/4/15
1
环境微生物基础教学课件
本章内容
天津工业大学
第一节 微生物脱氮、脱磷原理
1. 脱氮脱磷的意义
2. 微生物脱氮原理及微生物
3. 微生物脱磷原理及微生物
第二节 微污染水源水的预处理 1. 微污染水源水的概念和存在形式 2. 微污染水的生物处理目的 3. 微污染水源水微生物处理方法 4. 微污染水源水处理中微生物群落
• 大多数的硝化菌属细胞质内都含有贮存物，如肝 糖，多聚磷酸盐，聚β-羟基丁酸盐（PHB）；
• 含有淡黄至淡红的细胞色素。
2020/4/15
10
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
主要的亚硝化和硝化细菌有：
水处理生物学教案15废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物3
被污染的水体都是自净水体！但自净恢复的程度不同，或称污染现状不同。
6.6.2衡量水体污染与自净的指标
用什么指标可以衡量河段水体污染与自净所处的阶段?——水体外观、化学指标、生物种类、数量及比例关系、溶解氧等等
A．水体外观
●外观特征：混浊程度、颜色及气味等
●原因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量
污染前污染净化开始持续结束
外观
无色暗灰色灰色继续变清无色澄清透明
很混浊、臭、
水面有泡沫
混浊
浊度下降、
泡沫减少
澄清透明
B．化学指标
●BOD5
●COD
●DO
●其它各种有机物（酚）等
C．P／H指数与BIP指数
●P代表光合自养型微生物（如藻类）
●H代表异养型微生物（如细菌等），两者的比即P／H指数。
●P/H =（有叶绿素的微生物数量）/（异养微生物数量）
●BIP =（无叶绿素的微生物数量）/（全部微生物数量）≈H/（P+H）×100%
污染前污染净化开始持续结束
P/H外观高下降最低点上升高BIP0~8上升60~100下降0~8
通常使用的是BIP指数
D．氧浓度昼夜变化幅度
河流污染中氧浓度昼夜变化示意图
为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？
氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，因此与P/H或BIP有关。