废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理
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。
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)
10-污、废水深度处理与微污染源水预处理中的微生物学原理
中氨基和巯基反应而达到杀菌作用； 还能与细菌、病毒的核酸结合达到杀灭
效果。
氯化消毒时，为获得可靠而持久的消毒 效果，投氯量应满足部分的要求：（1） 杀灭细菌以达到指定的消毒指标及氧化 有机物等所消耗的"需氯量"；（2）抑制 水中残存致病菌的再度繁殖所需的"余氯 量"。
3.硝化菌世代周期长，容易从活性污泥 系统中被洗掉，如何解决？
挂生物膜或投加悬浮填料
定期投菌
传统三级脱氮工艺
各段有自己的沉淀池与污泥回流系统，反硝 化投加外加碳源。
10.1.4 微生物除磷原理、工艺及其微生物
（ BOD：N：P）100：5：1—— 微 生 物 除 碳 的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成 ATP等，但只去除污水中约19％左右的磷。 某些高含磷废水中残留的磷还相当高，故需 用除磷工艺处理。
10.3.2 臭氧消毒法
臭氧是仅仅次于氟的强氧化剂，它有很强 的消毒能力，除能杀死细菌外，对耐药性 较强的病毒、芽孢也有很强的杀灭能力。
即使在0.1mg/L的低浓度下，仍可在5s内 杀死一般水样中的大肠杆菌，而在相同条 件下氯气4h才能达到同样效果。
臭氧消毒基本上不受pH值和温度的影响。 臭氧易于分解，不产生永久性残留；能同 时除色、除臭、除味、降解各种有机毒物， 不致产生二次污染。
2.缺氧反硝化 细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌） 反应：NO3-—N反硝化还原为N2，溢出水
面释放到大气 碳源：补充投加易于降解的碳源有机物，
如甲醇（有毒），用乙醇代替
5CH3OH+ 6NO3- 3N2 +7H2O+5CO2+6OH -
污废水深度处置脱氮的微生物学原理
污废水深度处置脱氮的微生物学原理
第7页
2、生物脱氮工艺
（1）三段生物脱氮工艺
空气
空气
污废水深度处置脱氮的微生物学原理
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1）流程说明
有机物氧化、硝化及反硝化独立， 都有自己沉淀池和污泥回流系统
“一级”曝气池：去除 COD、BOD，BOD<15-20mg/l
有机氮转化为 NH3 、NH4+ ； “二级”硝化曝气池，NH3 、NH4+生成NO-3—N，碱度下降； “三级”反硝化池——NO-3—N转化为氮气。
（10-15）d。θC与温度相关，温度低θC高。
（f）水力停留时间（HRT）：3.5~6h
污废水深度处置脱氮的微生物学原理
第4页
+4H
+4H
2HNO3
2HNO2
-2H2O
-2H2O
2HNO
2NH2OH
-H2O NO
NO2-
反硝化过
NO3-
程简化式
NO2-
NH2OH N2O
2NH3 同化反硝化
N2 异化反硝化 有机体(同化反硝化) N2(异化反硝化)
• 缺点
脱氮效率不高，普通ηN=（70～80）%
好氧池出水含有一定浓度硝酸盐，如二沉池运行不妥，
则会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水水质恶
化。 污废水深度处置脱氮的微生物学原理
第14页
3）A1/O工艺影响原因
1. 水力停留时间t
t反硝化≤2h，t硝化≥6h，t硝化：t反硝化 =3：1，ηN到达（70-80）%，不然ηN↓
第3页
硝化过程影响原因
（a）好氧环境：硝化菌氧化NH3和NO2-取得能量，溶解氧含量高
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。
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。
废水深度处理和微污染水源预处理中的微生物学原理
第二节 微污染水源水预处理 中的微生物原理
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一、微污染水源预处理的目的意义 微污染水源水的危害：影响公众健康、增加投入，
提高水价
二、水源水污染源和污染物 污染源： 有机污染物： 天然有机物：腐殖质、藻类有机物、非溶解性有机
物（颗粒态） 人工合成有机物：有毒有机污染物，难于降解在环
境中有一定残留水平，具有生物富集性，三致和毒性 。石油污染物是典型污染物。
好氧 硝化
NO3-
N2
2
（一） 硝化、脱氮微生物 1、硝化作用微生物：包括亚硝化微生物、硝化微
生物，好氧，G-，无机化能营养，个别有机化能营养 （1）亚硝化细菌（氧化氨的细菌）：化能无机营
养 ， 专 性 好 氧 ， 最 适 温 度 25-30℃ （ 5-30℃ ） ， 最 适 pH7.5-8.0（5.8-8.5），常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝 化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶状菌。
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2、水源水预处理的运行条件 （1）微生物：贫营养菌，如土壤杆菌、嗜水气单胞 菌、黄杆菌、纤毛菌等，对可利用基质有较大的亲 和力，且呼吸速率低，因此可以充分利用水中的有 机物 （2）供氢体：若要去除有机物和氨氮，需外加供氢 体 （3）溶解氧：水流量大时，溶解氧需4mg/L以上 （4）水温和pH
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当细菌生活在营养丰富环境里开始大量繁殖即将
进入对数生长期时，从外界吸收大量可溶性磷酸盐，
在体内合成多聚磷酸盐并积累起来.
当细菌进入静止期时，大部分细胞已停止繁殖，
对磷的需要已经很低，若环境中磷有余，细胞又有一
定能量，便能从外界吸收磷，形成异染颗粒。
（2）生物诱导的化学沉淀作用：由于污泥微生物的
代谢作用，导致环境pH上升，使废水中的溶解性磷
污水处理中的微生物原理
污水处理中的微生物原理污水处理中的微生物原理概述污水处理是将含有有机污染物和其他杂质的废水经过一系列的物理、化学和生物处理过程，使其能够达到排放标准或者再利用的水处理过程。
而在污水处理过程中，微生物起着至关重要的作用。
本文将介绍污水处理中微生物的原理及其作用。
微生物的种类及特点在污水处理中，常见的微生物种类包括细菌、真菌和藻类等。
这些微生物有以下特点：- 细菌：是最常见的微生物，以其快速繁殖能力而闻名。
它们在分解有机物和去除氮、磷等污染物中起着重要作用。
- 真菌：特别擅长分解和降解含有木质素等难降解有机物的废水。
其中，最常见的是腐生真菌和脱氮真菌。
- 藻类：能够利用光合作用将废水中的有机物和营养元素转化为生物质，起到氧化、混凝和沉降的作用。
微生物在污水处理中的作用微生物在污水处理中起着至关重要的作用。
它们通过不同的代谢途径降解废水中的有机物并去除污染物。
下面将分别介绍微生物在污水处理中的几个关键作用：1. 分解有机物细菌是在废水中分解有机物的关键微生物。
它们通过产生外胞膜酶和内胞膜酶来分解废水中的有机物，将其转化为二氧化碳和水等简单无机物。
这样可以有效减少有机物对环境造成的污染。
2. 去除氮、磷等污染物在污水处理中，氮和磷是常见的污染物，它们对水体生态环境造成很大的威胁。
微生物在去除这些污染物方面起到了关键作用。
- 氮的去除：通过硝化和反硝化作用，微生物能够将废水中的氨氮转化为硝酸盐。
然后，反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气，进而将氮气释放到大气中。
- 磷的去除：通过微生物的吸附和沉淀作用，废水中的磷可以被微生物去除并沉淀到污泥中。
3. 氧化污染物通过细菌和藻类的作用，废水中的污染物可以被氧化为无害物质。
此过程中，微生物利用污染物中的能量和营养进行代谢，并释放出二氧化碳和水等无害物质。
4. 混凝和沉降藻类在废水处理中发挥着重要的作用。
它们通过光合作用将废水中的有机物转化为生物质，在废水中形成生物絮凝体。
微生物处理污水的原理
微生物处理污水的原理微生物处理污水是一种环保、高效的处理方式，通过微生物的作用，将污水中的有机物质、氮、磷等污染物质降解，达到净化水质的目的。
微生物处理污水的原理主要包括生物降解、生物吸附和生物膜过滤等过程。
首先，生物降解是微生物处理污水的核心原理之一。
微生物在污水中通过代谢作用，将有机物质降解为无机物质和生物质，从而使污水中的有机物质得到去除。
微生物种类繁多，不同种类的微生物对不同的有机物质具有不同的降解能力，因此在微生物处理污水过程中，需要合理选择和培养适合的微生物菌种，以提高处理效率。
其次，生物吸附也是微生物处理污水的重要原理之一。
微生物的细胞表面具有丰富的功能基团，能够与污水中的有机物质、重金属离子等污染物质发生吸附作用，从而使这些污染物质被固定在微生物细胞表面，达到净化水质的目的。
生物吸附具有高效、环保、经济的特点，是微生物处理污水过程中不可或缺的一环。
另外，生物膜过滤是微生物处理污水的又一重要原理。
在微生物处理污水的过程中，微生物会在固体表面形成一层生物膜，这种生物膜能够有效地过滤污水中的悬浮物、微生物、有机物质等，从而提高污水的透明度和净化效果。
生物膜过滤不仅能够有效去除污水中的有机物质，还能够减少对后续处理单元的负荷，是微生物处理污水过程中的重要环节。
总的来说，微生物处理污水的原理是通过微生物的生物降解、生物吸附和生物膜过滤等过程，将污水中的有机物质、氮、磷等污染物质降解、吸附和过滤，最终达到净化水质的目的。
微生物处理污水具有高效、环保、经济的特点，是目前污水处理领域的主要发展方向之一。
随着科技的不断进步和创新，相信微生物处理污水技术会更加完善，为人类创造更加清洁的生活环境。
污水处理中的微生物作用机理分析
污水处理中的微生物作用机理分析污水处理是一项关乎人类生存环境与卫生的重要工作。
污水处理的过程中，微生物生长、代谢、繁殖扮演着一个不可或缺的角色。
本文通过分析微生物对污水处理的作用机理，探讨微生物在污水处理中的重要作用。
第一部分：污水处理中的微生物污水处理主要的处理方法包括物理处理、化学处理和生物处理。
生物处理是现代污水处理中的主要方法，其主要原理是利用微生物的代谢能力来降低污水中的COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、NH3-N、NO2-N和NO3-N等有机、无机物质含量，使污水达到国家和地方的排放标准。
微生物所起到的作用主要包括污水中有机物的降解、污水中的氮的转化和去除、污水中的磷的去除以及微生物体形成的影响等。
第二部分：微生物在有机物降解中的作用有机物的降解是微生物处理污水的主要工作之一。
微生物通过分泌各种酶来进一步降解有机物，使其转化成简单化合物。
其中，产生的CO2和H2O等化学物质可通过空气自然排放，达到环保的目的。
具体来说，微生物在有机物降解中所起到的作用主要包括：1. 分解物质。
微生物能分泌多种酶，可将复杂的有机物质分解成简单分子和养分，养分可被微生物吸收利用。
2. 氧化还原。
微生物在有机物的降解中所产生的氢离子和电子可用于氧化还原反应，进而提供微生物的生长所需的能量。
3. 转化化合物。
微生物通过分解复杂有机物质，将其转化成可供自身利用的物质。
第三部分：微生物在氮的转化过程中的作用氮在污水中是一种重要的污染物，对人体有害，同时也严重影响环境。
氮的转化大致分为了四个步骤：氨生成、硝化、反硝化和脱氮。
微生物在氮转化过程中的作用主要表现在：1. 氨氮的生成。
微生物在生长过程中会释放氨氮，同时还会分解污水中的有机氮，生成更多的氨氮。
2. 硝化反应。
在此过程中，微生物利用铵盐并分泌氧化异硝酸盐酶，将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
3. 反硝化反应。
微生物可将硝酸盐还原为氮气，从而将氮释放到大气中。
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。
污废水深度处理和微污染水源预处理中微生物学原理(PPT28张)
蒸 馏 水
冰 醋 酸 2mL
0.75
克 碘 化 钾
0.05mol 硫代硫 酸钠滴 定至淡 黄
淀 粉 液 1mL
硫 代 硫 酸 钠 滴 定
继 续 的 定 至 无 色
0.71％漂白粉10mL
记录0.05mol硫 代硫酸钠用量mL
注意事项：
滴定时边滴边摇。
快到终点时，要非常慢滴定。
原理：邻联甲苯胺－甲土立丁 ｏ-Tolidine
HOCL
HCL· H2N
CH3 CH3 酸性
HCL+[O]
NH2· HCL+ [O]
→HCL· HN
CH3 CH3 (联苯胺化合物，黄色)
NH· HCL+H2O
取10mL比色管
加入甲土立丁0.5mL 加被测水样至10 mL处
余氯测定
摇匀立刻比色（游）
个人饮水消毒器材
消毒剂的要求
效能要高；
应该相当迅速地灭活病原微生物；
应该在使用的浓度范围无毒性；
消毒剂尽可能便宜。
一、饮用水氯化消毒
1774瑞典scheele发现氯元素。 1896年开始用于饮用水消毒，因效果好、 价廉在世界范围内普及。 1970年代发现DBPs,引起广泛争议，但无更
质较稳定。
氯消毒剂种类：
二氯异氰尿酸(C3O3N3NaCl2)
二氯异氰尿酸钠
商品名“优氯净”，含有效氯62%～64.5%。性质极稳定。
消毒效果好，但价格较贵，只能用于小量水消毒。
次氯酸钠(NaOCl)
将氯气通入氢氧化钠溶液或电解食盐溶液可产生，含有效
氯12%～15%。需消耗能源，适于无液氯供应地区。
第十章 污废水的深度处理和微污染源水的预处理
三 微生物脱氮工艺、原理及其微生物
（一）微生物脱氮工艺 （二）脱氮原理 （三）硝化、脱氮微生物 1 硝化作用段微生物 （1）氧化氨的细菌 （2）氧化亚硝酸细菌 （3）硝化段的运行操作 运行操作的关键：泥龄；要供给足够的氧；控制 适度的曝气时间；在硝化过程中，水中pH值下降， 对硝化细菌生长不利
2 反硝化作用段细菌 （1）反硝化细菌：反硝化细菌是所有能以NO3为最终
电子受体，将HNO3还原为N2的细菌总称。 有很多细菌只将HNO3还原为HNO2而积累，而不形 成N2 。在污水处理中不希望发生这种情况。因为含 HNO2的水排放到水体，会对水生动物产生毒害。
（2）反硝化段运行操作：反硝化段运行操作关键指
标有：碳源（即电子供体）、pH（由碱度控制）、最 终电子受体NO3和NO2、温度和溶解氧等。 反硝化细菌的碳源来自有机物，H2S和H2可作供氢 体，碳源为CO2。能源从氧化有机物获得。它的最终电 子受体是NO3和NO2。最适pH为7~8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沙砾 及大的悬浮固体。二级生物处理去除废水中的 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。 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。 二 天然水体中氮、磷的来源 主要来自城市生活污水，来自农业施肥和 喷洒农药，来自工业废水，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。
3 生物脱氮工艺选择
四 微生物除磷原理、工艺及其微生物
1 微生物除磷原理 2 聚磷细菌 3 除磷的生物化学机制 （1）厌氧释放磷的过程 （2）好氧吸磷过程 4 除磷工艺流程 5 运行条件
污废水深处理中的微生物学原理
0.5mg/l 厌氧：既无分子态氧，又无化合态氧，DO
<0.2mg/l
A/O法：缺氧－好氧活性污泥法
A2/O法：厌氧－缺氧－好氧法
第二节 生物除磷与微生物学原理
1. 微生物除磷原理 微生物除磷，是利用聚磷菌（菌体含
磷量10%）一类微生物，能够过量地， 在数量上超过其生理需要，从外部环境中 摄取磷，并将磷以聚合的形态储藏在菌体 内，形成高磷污泥，排除系统外，达到从 污水中除磷的效果。
（２）好氧吸磷过程
在好氧条件下，聚磷菌营有氧呼吸，不断 地从外部摄取有机物，加以氧化分解，并产生 能量，能量为ADP所获得，并结合H3PO4合 成ATP（三磷酸腺苷），即：
ADP + H3PO4 → ATP + H2O + 能
2. 除磷工艺流程
（１）厌氧－好氧除磷工艺A/O（Ahaerobic-Oxic)
5CH3OH+6NO3- → 3N2+7H2O+5CO2+6OHc. 内源呼吸碳源：以机体内的有机物作碳源。
C5H7NO2+4.6NO3- →2.8N2+1.2H2O+5CO2+4.6OH（细胞）
② pH值
最适pH为7~8，在这个pH值的条件下，反硝化 速率最高，当pH高于8或低于6时，反硝化速率将大 为下降。
硝化过程
反硝化过程
好氧或兼性
好氧
缺氧
（１）氨化反应
有机氮化合物，在氨化菌的脱氨基作用下， 分解、转化为氨态氮，这一过程称之为“氨化 反应”，以氨基酸为例，其反应式为：
氨化菌
RCHNH2COOH + O2
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工业废水
农肥(N)和农药(P) 动物粪便水
三、微生物脱氮原理、脱氮微生物及脱氮工艺
（一）脱氮原理 1. 硝化 短程硝化:NH3+1.5O2 全程硝化: NH3+1.5O2 0.5O2+HNO2 HNO2+H2O HNO2+H2O HNO3 N2+CO2+2[H]+3H2O N2+2H2O 1.5N2+3H2O+[H] N2+S+4H2O
化细菌生长(pH=7).
• 主要适用于处理污泥上清液和高氨氮、低碳源工业废水。
短程硝化
NH4+ + 0.75O2 0.5NH4+
只须氧化50%的NH4+ 0.5NO2- + 0.5H2O + H+ +
全程硝化
NH4+ + 2.0O2
NO3- +
供氧量节省62.5%
H2O +
2H+
耗碱量节省50%
6NO2 +
2. 厌氧氨氧化技术（ANAMMOX）
•
微生物直接以NH4+作为电子供体，以NO3-或NO2-作 为电子受体，将NH4+ 、NO3-或NO2-转变成N2。
5 NH4+ +3 NO2- →4 N2+ 9H2O + 2H+ NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O
• 环境条件苛刻：厌氧环境
温度：30-35℃ pH：7.5-8.3
A/O脱氮工艺（前置反硝化生物脱氮系统）
脱碳和脱氮：先脱碳—脱氮 脱碳菌的代谢产物是硝化菌的碳源；有机碳源丰富时，脱碳菌 世代周期短生长迅速 ，硝化菌时代时间长，生长缓慢；
反硝化作用利用废水中的有机物作为碳源，不需外加碳源。
硝化反应消耗碱度，可利用反硝化产生的碱度，防止pH值下 降
（A/O）2 工艺
2)亚硝酸型硝化反硝化脱氮技术的基本原理
——将硝化过程控制在HNO2阶段而终止，阻止NO2-的
进一步硝化，随后直接进行反硝化。
NH4+-N
硝化阶段
NO2--N
反硝化阶段
N2
总反应式：
2NH4++3O2→NO2-+2H2O + 4H+
2NO2-+3H(电子供体有机物) →1/2 N2 + H2O + OH-
（2）反硝化段运行操作关键指标
•碳源（电子供体）：葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等
•pH（由碱度控制）：7-8 •最终电子受体：NO3-和NO2-、 •温度：10-35℃内，逐渐增大，在65-70℃间达到最大值 •溶解氧：<0.2 mg/L（好氧反硝化除外）
反硝化类型：
① 传统的反硝化过程
硝酸盐还原酶
亚硝酸盐还原酶
NO3-
NO2氧化亚氮还原酶
NO
氧化氮还原酶
N2
N2O
•外源反硝化：利用外来碳源，NO3-为最终电子受体，合成自
身细胞物质 2CH3OH+HNO3+Ca(OH)2 1.03 1gNO30.2C5H7NO2+0.4N2+6[H]+CaCO3+3.6[OH] 0.37g新细胞 1.61
•内源反硝化：以机体内的有机物为碳源，以NO2-或NO3-为最终 电子受体 C5H7NO2+4.6NO3N2+1.2H2O+5CO2+4.6OH-
•厌氧氨反硫化脱氮:
供氢体
1.5N2+3H2O+[H]
2NH3+H2SO4
N2+S+4H2O
供氢体 最终电子受体
（2）硝化细菌： •最适温度25-30℃，最适pH7.5-8.0。NO2-浓度在2-30mmol/L 时化能无机营养最好， •常见菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。 •硝化杆菌：化能无机营养型 化能有机营养型（以丙酮酸、乙酸为碳源）
⑤ 温度：最适温度25-30℃，
其温度范围（-5-60℃）比较广泛，可被应用于各种
污水和废水的生物处理中 。
2、反硝化作用段及其细菌
（ 1 ）反硝化细菌：能以 NO3- 为最终电子受体，以低分子量
有机物作为供氢体，将NO3-还原为N2的细菌。
假单胞菌属内最多 好氧型：已分离15属32种 兼性厌氧型
3）典型工艺
①SHARON工艺（single reactor for high ammonium removal over nitrite，亚硝化脱氮） ——1975年 Voets等提出，短程硝化-反硝化 温度：30-35℃ 限制充氧量：0.5-1.0mg/L 缩短曝气时间 硝化：0.5NH4++0.75O2 捷径反硝化
NH3+1.5O2
HNO2+H2O
•以 NH3 为供氢体， O2 为最终电子受体，化能无机营养，专 性好氧，最适温度25-30℃（2-30℃），最适pH7.5-8.0（
5.8-8.5），世代时间长
•常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝 化叶状菌。
最终电 • 厌氧氨氧化细菌： 子受体 NH3+HNO2 N2+2H2O 2NH3+HNO3
中完成亚硝化和厌氧氨氧化。
• 适合处理高氨氮、低C/N比的废水垃圾渗滤液、污泥消 化液
单相CANON工艺
优点
1 自养型微生物 不需要碳源 2 • 硝化50%的氨氮 • 控制在亚硝化段 3 限氧条件下进行 节约供氧量 理论上节约供氧 62.5%
• 节约碱度50%
展
厌氧氨氧化菌倍增时间长
所需环境温度为中高温
动力消耗减少/%
构筑物空间减少/% 碱用量减少/%
60
50 50
荷兰鹿特丹污水处理厂
2002年
世界上第一个生产性SharonAnammox工艺在荷兰鹿特丹污水 处理厂正式运行，用于处理污泥消 化液。 设计处理流量为550m3/d SHARON反应器有效容积1650m3 （Φ=19.5m，H=5.75m） Anammox反应器容积70m3 （Φ=2.2m，H=18m）
1
4.25
7.07
0.98NO3-+0.02C5H7NO2+0.89CO2+1.93H2O+0.99Ca2+ 0.16g新细胞
每氧化1g NH4+-N为NO3--N，需消耗4.25gO2， 消耗7.07g碱度（以CaCO3计）， 合成0.16g新细胞
②溶解氧：
生活污水一般维持在1.2～2.0mg/L。 工业废水：有机物浓度（BOD和COD）和氨氮浓度 溶解氧小于 0.5mg/L，硝化作用停止。
整个反应式：NH4+ + 0.75O2 → 0.5N2+H++1.5H2O 关键：控制低溶解氧浓度 优点：耗时短，能耗低，脱氮效率高，占地面积小， 适合处理低COD，高氨氮的废水
④SHARON-ANAMMOX工艺
空气
NH4+
NO2-
NH4+ NO2-
N2
• 主要控制条件为温度、碱度和水力停留时间；Anammox 反应器中不得有DO的存在。 • 控制pH是关键，pH=8最适合亚硝化细菌生长，抑制硝
回流污泥
→ 二沉池 →
出水
剩余污泥
一级处理：物理处理 沙砾及大的SS COD去除30% 二级处理：生物处理 有机物 COD 70-90%，BOD5 >90% 25％氮和19％的磷 但出水中的氮和磷含量仍有未达到排放标准
氮、磷污染的危害性：水体富营养化
二、天然水体中氮、磷的来源
城市生活污水
⑤ CANON：completely autotrophic nitrogen removal over nitrite 基于亚硝酸盐的完全自养脱氮
• CANON工艺是一种在同一个反应器内实现亚硝化和厌
氧氨氧化的脱氮工艺。 由荷兰Delft大学2002年研发的。 • 亚硝化菌在有氧条件下把NH4+氧化成NO2-，厌氧氨氧 化菌则在无氧条件下把NH4+和NO2-转化为N2，即利用 亚硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，在同一个反应器
不需要O2和有机物
• 处理高氨氮焦化废水、垃圾渗滤液和消化污泥脱水液 有成功实例
③OLAND工艺（oxygen limited autotrophic nitrification denitrification，限制氧自养硝化反硝化）
倾出液 空气 NH4+ NO2NH4+ NO2N2
严格控制DO 0.1-0.3mg/L 50%NH4+被氧化为NO2-
1）传统硝化反硝化脱氮技术
NH4+-N
NO2--N
硝化阶段
NO3--N
反硝化阶段
N2
传统硝化反硝化脱氮技术的缺点：
COD氧化和硝化耗能巨大，且在COD氧化中，无形中失去 贮存在COD内的大量化学能(每kg COD约含1.4×107J代谢
热)；
反硝化需消耗COD； 剩余污泥量大； 耗能造成大量二氧化碳释放，并进入大气。
②厌氧氨氧化脱氮：
NH3+HNO2 N2+2H2O
③好氧反硝化：脱氮副球菌
（三）微生物脱氮工艺的选择：
COD：用化学氧化剂(如高锰酸钾、重铬酸钾)氧化水中
需氧污染物质时所消耗的氧化剂的量。是评定水质污染
程度的重要综合指标之一。 COD的数值越大，则水体污 染越严重。 CODCr BOD：指有溶解氧条件下，好氧微生物降解有机物所消 耗的DO的量。 BOD5:20 ℃，5天生物降解所消耗的DO量。