第十章 污、废水深度处理和微污染水

• 厌氧时：正相反——不繁殖，释放磷酸盐于体外（产生能量供 大部分 （P）去除
部分回流 做种
水中P
聚P 聚P 聚P 聚P
乙酸 P 聚P 聚磷菌 PHB 聚磷菌 O2 PHB 聚磷菌
聚P 聚磷菌
2．工艺简介
• 常见的脱磷工艺如下图所示 进 水 出 水
部分污泥回流接种 厌氧 放磷 好氧 聚磷 沉淀 脱磷
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
二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物
• (一)微生物脱氮工艺
• 活性污泥法典型工艺——A/O工艺（缺氧、好氧工艺）
？
回流 废 水
缺 氧 反 硝 化
沉淀池1
好 氧 脱 碳
好 氧 硝 化
沉淀池 出水
缺氧活性污泥回流
好氧活性污泥回流
A/O脱氮工艺
(二)脱氮原理
• 缺氧反硝化 • 细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌）
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
三、微污染水源水微生物预处理及微生物群落 1、 处理工艺：均采用膜法生物处理
生物转盘——适于处理污染严重的源水、接触
氧化法、生物滤池、生物流化床、生物陶粒反应 器。工艺的选取要根据水质和处理目的，填料的 选择要根据填料对微生物的附着力和耐腐蚀性。 处理目的：去除有机物、氨氮 —— 反硝化工
艺，要外加碳源，
• 反应：NO3-—N反硝化还原为N2，溢出水面 释放到大气
• 碳源：原水中BOD
硝酸盐来源：回流出水中的硝化 产物
• 好氧脱碳硝化 • 脱碳——氧化去除COD • 脱碳菌——好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为碳源 • 硝化菌——好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳源 • （NH4+→NO2-→NO3-) • 提问：为什么先脱碳、后脱氮？ • 硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物； • 有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速 ，硝化 菌氧利用不足，生长缓慢；
•
1．微生物除磷原理
• 依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些 细菌。
• 好氧时：大量繁殖（消耗好氧状态能源——聚β-羟基丁二酸
（PHB）），
• 逆浓度梯度过量吸磷（贮备厌氧状态能源——多聚磷酸盐颗 粒(即异染颗粒) ）； 其储备消耗好氧状态能源——PHB）。
有机基质 厌氧区 产酸菌 好氧区
硝酸盐还原酶 亚硝酸盐还原酶
NO3-
NO2-
NO
氧化氮还原酶
氧化亚氮还原酶
N2
N2O
最适pH7-8，最适温度10-35℃，溶解氧< 0.2mg/L，反 应的能量来源于有机物的氧化
①碳源： a、废水中有机基质 一般认为BOD5：N > 3：1时，无须外加碳源 b、外加碳源 BOD5：N < 3：1时，需外加碳源，常用甲醇。外源 反硝化细胞合成的经典反应式： NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3 → 0.06 C5H7NO2 + 0.47N2↑ + 1.68H2O + CO2 + OH每利用1g NO3-反硝化，消耗2.47g甲醇，产生0.45g 新细胞和3.57g碱度。
• 一、污、废水脱氮、除磷的具体指标

一级标准 废水磷含量在≤0．5mg/L

氨氮
≤15mg／L
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。 （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。
②温度
最适宜的温度是15-35℃。
③ pH 影响反硝化速率和反硝化最终产物。最适pH范围 7.0-8.0 之间。对终产物的影响： pH < 6.0-6.5 时， N2O 占优势； pH>8 ， NO2- 积累。 PH 越高， NO2- 积 累越多。高pH抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。
④溶解氧 只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高 ，当溶解氧达到1mg/L时，反硝化速率接近零。主要 机制是氧抑制了硝酸盐还原酶的形成。此外，氧可作 为电子受体，竞争性阻碍硝酸盐的还原。 ⑤毒物 NH3、NO2、O2、pH。NH3分子（非离子）浓度过 高抑制反硝化反应。
பைடு நூலகம்
（3）硝化段的操作： ① 泥龄：悬浮固体停留时间SRT。可通过排泥控制 泥龄一般在 5d 以上，要大于硝化细菌的比生长速率 。SRT= 1/（μN-KNd）。μN——硝化菌比生长速率， KNd—— 硝化菌衰减速率， gNVSS/gNVSS· d （ NVSS 硝化细菌细胞物质） 硝 化 作 用 所 需 最 小 固 体 停 留 时 间 为 SRTmin=1/μN max，15℃时硝化细菌μN max 0.45d-1。由 于污水的水质和负荷逐日有波动，为了在已知氨氮和 溶解氧条件下运行能达到稳定的硝化，须对理论SRT 增加一个安全系数得出设计SRT。
剩余污 泥处理
（1） Bardenpho工艺：四个完全混合活性污泥反应 池串联而成，1、3不曝气，2、4曝气，污水在第2池停 留时间较长，完全硝化后进入第3池（缺氧），发生反 硝化，进入第4池曝气驱走氮气，并除磷。
（2） Phoredox工艺：在缺氧1池前增设一个厌氧发酵 区，从二沉池回流的污泥在此与进水混合，好氧池中 污泥混合液回流仅入缺氧区，厌氧区中的厌氧环境较 易达到。 （3） UCT工艺：University of cape town process
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。
厌氧 反硝 化 滤池
出水
两级滤池法工艺流程
补充反硝化菌的碳源！
三、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。
（4） VIP工艺：Verginla polytechnic Insitute and state university，与（3）类似。
厌氧：既不存在溶解氧，也不存在NO 3 -、SO4 2-等结合氧 缺氧：不存在溶解氧，但存在结合氧。
5、运行条件：根据水质选用 （ 1） 注意控制硝酸盐：是提高除磷效果的关键之一 。硝酸盐浓度提高，放磷量下降，反硝化细菌与积磷 菌争夺碳源，会竞争性抑制放磷。 （2） 基质： A——乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸；
植物净化污（废）水的作用
一、人工湿地生态系统
• 人工湿地是指人工建造的类似于沼泽的湿地内，
放置一定高度的填料，其上种植特定的水生植
物，在水生植物根系周围生长着丰富多样的微 生物群落，基质、水生植物与微生物构成一个 类似于天然沼泽地的特殊生态系统
二、人工湿地净化污（废）水的基本原理
人工湿地生态系统净化污水的原理是利用
到污泥絮体中；pH7-8最佳。
（4） 温度：温度上升，放磷速度增加，10-
30℃可提高5倍。
四、用生物法处理废水对水质的要求
• 由于生物法中的各种微生物生长与水质关系密切，因而必须控制适宜的 水质指标以保证微生物能够正常的生长和工作。
• 生物处理的水质要求表
好氧生物处理 氧气 温度℃ pH BOD5 BOD：N：P 需 10~40 6~9 厌氧生物处理 不需 30~40 6.5~7.5 只代表常用的中 温细菌特点 备注
感，亚硝酸细菌、硝酸细菌分别在 7.0~7.8、 7.7~8.1活性
最强。可投加碳酸氢钠、碳酸钙维持碱度。需要量：碱 度=7.14（N被氧化）mg/L ⑤温度：两类硝化细菌的最宜温度为 30℃左右，在不同 工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大小不同，硝
酸盐负荷越低，影响越小。
2、反硝化作用段细菌 （ 1 ）反硝化作用细菌：能以 NO3- 为最终电子受体， 将硝酸还原为氮气的细菌，种类很多。 （2）反硝化段运行操作 反硝化生物过程如下：
3、生物脱氮工艺： 反硝化有单级、多级反硝化。根据不同水质，通常
有三种碳氧化、硝化、反硝化的组合工艺。选择工艺
时应根据水质而定，主要看 COD负荷和NH3-N负荷， 负荷低级数少较好，负荷高级数多较好。原因是硝化
过程产酸pH下降，及时转入反硝化提高碱度，可满足
自身要求，降低生产成本。 （1）多级悬浮污泥法：传统工艺 （2）A/O工艺
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
•
（二）湿地水生植物
• 分为浮水性、挺水性和沉水性。挺水性为主。 • 浮水性和挺水性主要吸收氨氮，沉水性吸收磷
水葱
水美人蕉
作用： • 发达的根系直接吸收水中有机污染物 • 将氧气运送到根系，提供根系微生物需要 • 根系分泌物为微生物提供营养和能源
B——乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄糖； C——丁酸、乳酸、琥珀酸。 A类存在时放磷速度较大，所诱导的厌氧放磷量呈 线性关系；B类必须在厌氧条件下转化为A类物质后才 能被积磷菌利用； C 类能否引起放磷与污泥微生物组 成有关。
（3） pH：pH < 5.2，磷大量而快速释放，由细 胞自溶和磷酸盐在酸性条件下溶解引起的，因 此无效；pH > 9.5，先出现磷净吸收而后释放。 碱性条件下生成一些磷酸镁、钙的沉淀，吸附
• 提问：硝化脱氮时有时需要补碱（Na2CO3或NaOH)? • 硝化作用消耗碱（NH4+、CO3-），水pH下降；补充碳 源、升高pH • 提问：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
进水 好氧 脱碳 硝化 滤池
利用进水 中的BOD
甲醇
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
第三节 人工湿地中微生物与水生
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
c、内源碳
指微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二 次性基质。要利用内源碳要求反应器的泥龄长，污泥 负荷低，使微生物处于生长曲线静止期的后部或衰亡 期。 C5H7NO2 + 4.6 NO3- → 2.8N2↑ + 1.2H2O + 5CO2 + 4.6OH速率低，仅为外加碳源的1/10，优点是在C：N低时 无须外加外来碳源也能达到脱氮目的而且污泥产量低 。