污废水深处理中的微生物学原理
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缺氧：无O2，有化合态氧，NO3、SO4-等，DO <
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
RCOOH + CO2 + NH3
在好氧情况下，95%的蛋白质可氨化。
（２）硝化反应（分ห้องสมุดไป่ตู้个阶段进行）
甚至8h（SBR法）。
⑤ 保持一定的碱度
在硝化过程中，消耗了碱性物质NH3，生成 HNO3，水中pH下降，对硝化细菌生长不利。 如水中碱度不够，需适当投加NaHCO3维持 碱度，中和HNO3，使pH维持在偏碱性 （pH=7.5~8.0），满足硝化菌对pH的需 求。
氧化1mg/L NH3所产生的酸度需要 10mg/L碱度中和。
厌氧放磷
好氧吸磷 BOD去除
沉淀池
处理水
回流污泥（含高磷）
剩余污泥（含高磷）
（２）同步脱氮除磷工艺（A2/O工艺）
本工艺称为：厌氧－缺氧－好氧法
原污水
厌氧反应器
内循环（NOx-N）
N2
缺氧反应器
好氧反应器
沉淀池 处理水
（释放磷、氨化） （脱氮） （硝化、吸收磷、去除BOD）
回流污泥（含磷）
剩余污泥（含高磷）
若有机物浓度过高，会使增殖速度较高的异养菌迅速增殖，发生 氨化反应，而自养型的硝化菌得不到优势，不发生硝化反应。
传统活性污泥法Ns为0.3kgBOD5/kgMLVSS.d，出水以氨氮 为主。
② 污泥龄－生物固体平均停留时间SRT
为了使硝化菌群能够在连续流反应器中存活， 微生物在反应器内的停留时间必须大于自养型硝 化菌最小的世代时间，否则硝化菌的流失率将大 于净增殖率，将使硝化菌从系统中流失殆尽。
可见，一个有极低溶解氧，有NO3-和有机
物存在的环境，pH和温度适合就能产生反硝
化反应。公认的反硝化生物化学反应过程如下：
+2e
+e
+e
+e
NO3- → NO2 → NO → N2O → N2↑
4 微生物脱氮工艺
A/O法：缺氧－好氧活性污泥法 A2/O法：厌氧－缺氧－好氧法（同步脱氮除磷工艺） A2/O2法：厌氧－缺氧－好氧－好氧法 SBR法：序批式活性污泥法或间歇式活性污泥法 概念含义： 好氧：有分子态氧O2，DO>2mg/l
福斯特利帕（Phostrip）除磷工艺
这是一种生物除磷和化学除磷相结合的一种工艺。
一般对污泥龄的取值应为硝化菌最小世代时 间的2倍以上，即安全系数应大于2。硝化菌的 最小世代时间在适宜温度条件下为3天，因此污 泥龄为6天。
污泥龄值与温度密切相关，温度低，污泥龄 取值应明显提高。
③ 要供给足够氧
硝化菌是好氧菌，氧是硝化反应过程中的电子受体， 反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进 程，在进行硝化反应的曝气池内，据试验结果证实， 溶解氧含量不能低于1mg/L。溶解氧小于0.5mg/L 硝化作用停止。
时间（1d）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量 （BOD）。
单位：kgBOD/kgMLSS.d 硝化菌是自养型细菌，在氧化氨的过程中获得能量，供合成细胞
和固定CO2，有机物浓度并不是它的生长限制因素。 在硝化反应过程中，混合液中的含碳有机物浓度不应过高，一般
BOD值应在20mg/L以下。Ns<0.15kgBOD5/kgMLVSS.d。 必须在低负荷下才能出现硝化过程。
2. 氮的危害
（１）引起水体富营养化 （２）HN3-N对鱼有毒 （３）有机氮转化为硝酸盐氮要好氧 （４）氨氮对金属有腐蚀作用 （５）NH3与Cl产生NH4Cl，减弱氯的消毒作
用。 （６）亚硝酸盐与氨作用产生胺－致癌物质。
3 生物脱氮原理
三个阶段：
氨化菌
硝化菌
反硝化菌
O-N
NH3
Nox-N
N2
氨化阶段
1/2N2+H2O+OH-
NO3-+5H（电子供给体－有机物）
1/2N2+2H2O+OH-
反硝化作用影响因素讨论
① 有机碳源 反硝化菌是异养菌，其碳源来自有机物，反硝化所需能源
从氧化有机物获得。它的最终电子受体是NO3-和NO2-。碳源 的来源有以下三类： a外. 加原。污水有机物作碳源：当BOD5/TN>3~5，碳充足，不需 b. 外加碳源：当原污水中BOD5/TN<5时，需另投加有机碳源。 现多采用甲醇（CH3OH），因其分解后的产物为CO2和H2O， 不留任何难降解的中间产物，而且反硝化速率高。
pH小于6.5硝化速率降低。
⑥ 温度
硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以 下时，硝化速度下降，5℃时完全停止。
（３）反硝化作用
生物反硝化是指污水中的硝态氮（NO3－－N）和亚 硝态氮（NO2-－N），在无分子氧（缺氧）的条件下， 被反硝化细菌还原转化为氮气N2的过程。
NO2-+3H（电子供给体－有机物）
氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚 硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸，这称 为硝化作用，由氨转化为硝酸分两步进行：
亚硝化菌
2NH3+ 3O2
2NO2+2H2O +619kJ
硝化菌
2NO2+O2
2HNO3+201kJ
硝化反应影响因素讨论：
① BOD－污泥负荷（Ns） 含义：表示的是曝气池内单位重量（kg）活性污泥，在单位
聚磷菌：多为细菌，聚磷能力强。 数量占优势的聚磷菌是不动杆菌－莫拉 氏菌群、假单孢菌属、气单孢菌属、黄 杆菌属等60多种。
聚磷活性污泥由好氧异养菌、厌氧 异养菌、兼性厌氧菌组成。实质是产酸 菌和聚磷菌的混合群体。
除磷的生物化学机制
（１）厌氧释放磷的过程 在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进
行水解，放出H3PO4和能量，形成ATP， 即： ATP + H2O → ADP + H3PO4 + 能
③ 溶解氧
反硝化菌是异养兼性厌氧菌。 在缺氧条件下：即无分子态氧O2存在时，利用化 合态氧，即硝酸和亚硝酸离子中的氧进行呼吸，氧化 有机物，使硝酸盐还原。 在溶解氧较高条件下：反硝化菌利用O2进行有氧 呼吸，抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或者 氧成为电子受体，阻碍硝酸氮的还原。
④ 温度
适宜温度为20~40 ℃，低于15 ℃时， 反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率也行降低， 从而降低了反硝化速率。
处理生活污水时，溶解氧一般控制在1.2~2.0mg/L 为宜。
工业废水则要看废水的有机物浓度（COD和BOD）和 NH3含量的高低，适当提高溶解氧。如味精废水COD 和NH3都高，溶解氧应维持在4.5mg/L左右为宜。
④ 曝气时间（水力停留时间T停）
T停>8h 普通的活性污泥法的曝气时间为4~6h，
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
RCOOH + CO2 + NH3
在好氧情况下，95%的蛋白质可氨化。
（２）硝化反应（分ห้องสมุดไป่ตู้个阶段进行）
甚至8h（SBR法）。
⑤ 保持一定的碱度
在硝化过程中，消耗了碱性物质NH3，生成 HNO3，水中pH下降，对硝化细菌生长不利。 如水中碱度不够，需适当投加NaHCO3维持 碱度，中和HNO3，使pH维持在偏碱性 （pH=7.5~8.0），满足硝化菌对pH的需 求。
氧化1mg/L NH3所产生的酸度需要 10mg/L碱度中和。
厌氧放磷
好氧吸磷 BOD去除
沉淀池
处理水
回流污泥（含高磷）
剩余污泥（含高磷）
（２）同步脱氮除磷工艺（A2/O工艺）
本工艺称为：厌氧－缺氧－好氧法
原污水
厌氧反应器
内循环（NOx-N）
N2
缺氧反应器
好氧反应器
沉淀池 处理水
（释放磷、氨化） （脱氮） （硝化、吸收磷、去除BOD）
回流污泥（含磷）
剩余污泥（含高磷）
若有机物浓度过高，会使增殖速度较高的异养菌迅速增殖，发生 氨化反应，而自养型的硝化菌得不到优势，不发生硝化反应。
传统活性污泥法Ns为0.3kgBOD5/kgMLVSS.d，出水以氨氮 为主。
② 污泥龄－生物固体平均停留时间SRT
为了使硝化菌群能够在连续流反应器中存活， 微生物在反应器内的停留时间必须大于自养型硝 化菌最小的世代时间，否则硝化菌的流失率将大 于净增殖率，将使硝化菌从系统中流失殆尽。
可见，一个有极低溶解氧，有NO3-和有机
物存在的环境，pH和温度适合就能产生反硝
化反应。公认的反硝化生物化学反应过程如下：
+2e
+e
+e
+e
NO3- → NO2 → NO → N2O → N2↑
4 微生物脱氮工艺
A/O法：缺氧－好氧活性污泥法 A2/O法：厌氧－缺氧－好氧法（同步脱氮除磷工艺） A2/O2法：厌氧－缺氧－好氧－好氧法 SBR法：序批式活性污泥法或间歇式活性污泥法 概念含义： 好氧：有分子态氧O2，DO>2mg/l
福斯特利帕（Phostrip）除磷工艺
这是一种生物除磷和化学除磷相结合的一种工艺。
一般对污泥龄的取值应为硝化菌最小世代时 间的2倍以上，即安全系数应大于2。硝化菌的 最小世代时间在适宜温度条件下为3天，因此污 泥龄为6天。
污泥龄值与温度密切相关，温度低，污泥龄 取值应明显提高。
③ 要供给足够氧
硝化菌是好氧菌，氧是硝化反应过程中的电子受体， 反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进 程，在进行硝化反应的曝气池内，据试验结果证实， 溶解氧含量不能低于1mg/L。溶解氧小于0.5mg/L 硝化作用停止。
时间（1d）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量 （BOD）。
单位：kgBOD/kgMLSS.d 硝化菌是自养型细菌，在氧化氨的过程中获得能量，供合成细胞
和固定CO2，有机物浓度并不是它的生长限制因素。 在硝化反应过程中，混合液中的含碳有机物浓度不应过高，一般
BOD值应在20mg/L以下。Ns<0.15kgBOD5/kgMLVSS.d。 必须在低负荷下才能出现硝化过程。
2. 氮的危害
（１）引起水体富营养化 （２）HN3-N对鱼有毒 （３）有机氮转化为硝酸盐氮要好氧 （４）氨氮对金属有腐蚀作用 （５）NH3与Cl产生NH4Cl，减弱氯的消毒作
用。 （６）亚硝酸盐与氨作用产生胺－致癌物质。
3 生物脱氮原理
三个阶段：
氨化菌
硝化菌
反硝化菌
O-N
NH3
Nox-N
N2
氨化阶段
1/2N2+H2O+OH-
NO3-+5H（电子供给体－有机物）
1/2N2+2H2O+OH-
反硝化作用影响因素讨论
① 有机碳源 反硝化菌是异养菌，其碳源来自有机物，反硝化所需能源
从氧化有机物获得。它的最终电子受体是NO3-和NO2-。碳源 的来源有以下三类： a外. 加原。污水有机物作碳源：当BOD5/TN>3~5，碳充足，不需 b. 外加碳源：当原污水中BOD5/TN<5时，需另投加有机碳源。 现多采用甲醇（CH3OH），因其分解后的产物为CO2和H2O， 不留任何难降解的中间产物，而且反硝化速率高。
pH小于6.5硝化速率降低。
⑥ 温度
硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以 下时，硝化速度下降，5℃时完全停止。
（３）反硝化作用
生物反硝化是指污水中的硝态氮（NO3－－N）和亚 硝态氮（NO2-－N），在无分子氧（缺氧）的条件下， 被反硝化细菌还原转化为氮气N2的过程。
NO2-+3H（电子供给体－有机物）
氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚 硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸，这称 为硝化作用，由氨转化为硝酸分两步进行：
亚硝化菌
2NH3+ 3O2
2NO2+2H2O +619kJ
硝化菌
2NO2+O2
2HNO3+201kJ
硝化反应影响因素讨论：
① BOD－污泥负荷（Ns） 含义：表示的是曝气池内单位重量（kg）活性污泥，在单位
聚磷菌：多为细菌，聚磷能力强。 数量占优势的聚磷菌是不动杆菌－莫拉 氏菌群、假单孢菌属、气单孢菌属、黄 杆菌属等60多种。
聚磷活性污泥由好氧异养菌、厌氧 异养菌、兼性厌氧菌组成。实质是产酸 菌和聚磷菌的混合群体。
除磷的生物化学机制
（１）厌氧释放磷的过程 在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进
行水解，放出H3PO4和能量，形成ATP， 即： ATP + H2O → ADP + H3PO4 + 能
③ 溶解氧
反硝化菌是异养兼性厌氧菌。 在缺氧条件下：即无分子态氧O2存在时，利用化 合态氧，即硝酸和亚硝酸离子中的氧进行呼吸，氧化 有机物，使硝酸盐还原。 在溶解氧较高条件下：反硝化菌利用O2进行有氧 呼吸，抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或者 氧成为电子受体，阻碍硝酸氮的还原。
④ 温度
适宜温度为20~40 ℃，低于15 ℃时， 反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率也行降低， 从而降低了反硝化速率。
处理生活污水时，溶解氧一般控制在1.2~2.0mg/L 为宜。
工业废水则要看废水的有机物浓度（COD和BOD）和 NH3含量的高低，适当提高溶解氧。如味精废水COD 和NH3都高，溶解氧应维持在4.5mg/L左右为宜。
④ 曝气时间（水力停留时间T停）
T停>8h 普通的活性污泥法的曝气时间为4~6h，