污水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理

2NH3 +H2SO4 N2 +S+4H2O 厌氧氨反硫化脱氮
厌氧氨氧化的发现
1977年奥地利理论化学家Broda根据化学反应热力学，预言 自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应，因 为与以氧为氧化剂的氨氧化反应相比，以亚硝酸盐和硝酸盐 为氧化剂的氨氧化反应所释放的自由能一点也不逊色。既然 自然界存在自养型亚硝酸细菌能够催化反应1，那么理论上 也应该存在另一种自养型细菌，能够催化厌氧氨氧化反应。
重要知识点回顾
水环境污染生物处理的主要方法包括？
第九章介绍的水污染生物处理方法主要针对的污 染物是什么？
水处理如何更进一步？
污水的深度处理—脱氮除磷 微污染水源水该如何处理？ 人工湿地也能处理污水吗？ 从水源到饮用，饮用水如何消毒？
内容提要
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问题 第三节 人工湿地中微生物与水生植物净化污水的作用 第四节 饮用水的消毒及其微生物学效应
（25~30 ℃,7.5~8.0，亚硝化球菌代时：8~12h，亚硝化 螺菌属代时24h）
另有厌氧氨氧化细菌及厌氧反硫化细菌。
氧化亚硝酸细菌：即硝化细菌。 （25~30℃, 7.5~8.0，
亚硝酸2~30mmol/L，代时8h~几天）
（3）硝化段的运行操作 硝化细菌世代时间普遍比异氧菌的世代时间长，为
污、废水脱氮、除磷的具体指标
一级标准: n 废水磷含量在≤0．5mg/L n 氨氮 ≤15mg／L
二、天然水体中氮、磷的来源
提问：有哪些？ 城市生活污水 农肥（氮）和喷洒农药 工业废水 禽畜粪便水
三、微生物脱氮原理、脱氮微生物及其工艺
（一）脱氮原理：
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； 缺氧段，经反硝化细菌将NO3—N反硝化还原为氮气，溢出水面释放到 大气，N2参与自然界物质循环，水中含氮物质大量减少。
外源反硝化：
硝 化
NH3 +1.5O2 HNO2 +H2O 短程硝化、亚硝化
0.5O2 +HNO2 HNO3 全程硝化、亚硝化+硝化
2HNO3 +CH3CH2OH N2 2CO2 2[H] 3H2O
反硝化
NH3 +HNO2 N2 +2H2O 厌氧氨氧化脱氮 2NH3 +HNO3 1.5N2 3H2O [H] 厌氧氨氧化脱氮
第一节 污水深度处理—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 二、天然水体中氮、磷的来源 三、微生物脱氮原理、脱氮微生物及脱氮工艺 四、微生物除磷原理、除磷微生物及其工艺
Hale Waihona Puke Baidu
一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义
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。
反映了活性污泥吸附有机物以后，进行稳定氧化的 时间长短。
污泥龄越长，有机物氧化稳定得越彻底，处理效果 越好，剩余污泥量越少。
但是污泥龄也不能太长，否则污泥会老化，影响沉 淀效果。
污泥龄不能短于活性污泥中微生物的世代时间，否 则曝气池中的污泥会都消失。
2. 反硝化作用段及其细菌
反硝化细菌是所有能以NO3-为最终电子受体，将 HNO3还原成N2的细菌总称。它包括许多种类的细 菌。
（二）硝化、脱氮微生物
1. 硝化作用段及微生物 （1）氧化氨的细菌 （2）氧化亚硝酸细菌 （3）硝化过程的运行操作
1. 硝化作用段及微生物
亚硝化细菌和硝化细菌在自然界广泛分布，在土壤、 淡水、海水和污水处理系统中均有发现。是革兰氏 阴性的好氧菌，绝大多数营化能无机营养。
氧化氨的细菌：①好氧氨氧化细菌，氧化NH3为 HNO2，从中获得能量供合成细胞和固定CO2。
废水或污水中的营养元素（N、P）对水体和人类的危害
(1) 使水味变得腥臭难闻； (2) 降低水体的透明度； (3) 消耗水体的溶解氧； (4) 向水体释放有毒物质；例如：NO3−和NO2−可
被转化为亚硝胺(三致物质) ；水中NO2−高，可导 致婴儿患变性血色蛋白症 “Bluebaby”；
污、废水脱氮、除磷的具体指标
十多年后，Mulder等人在生物脱氮流化床反应器内发现了厌 氧氨氧化菌的存在。接着，van de Graaf等人又以多种方法 证明，厌氧氨氧化是一个生物反应。经过长期努力，Strous 等人采用梯度离心技术，成功的分离了厌氧氨氧化菌。谱系 分 析 证 明 ， 被 分 离 的 两 种 厌 氧 氨 氧 化 菌 (Brocadia anammoxidans和Kuenenstuttgartiensis)都属于分支横生的 浮霉细菌。
运行阶段 运行操作
反应
氧气
pH 温度 曝气时间
硝化阶段
NH3→NO3－ 供给足够的氧
7.5～8.0 20～30℃
30h
反硝化阶段
NO3－→N2 低溶解氧
7～8 60～75℃
——
反硝化类型 传统的反硝化生物化学反应
NO3- 硝酸还2e原酶NO2 亚硝酸还e 原酶NO 氧化氮还e 原酶N2O 氧化亚+氮e还原酶N2
保证硝化彻底，需注意： 泥龄（悬浮固体停留时间SRT）：一般为5天以上 足够DO（1.2~2.0mg/L，＜0.5mg/L硝化作用停止）
适度曝气时间（水力停留时间）：味精废水，30h 适当维持碱度：酸性对硝化细菌不利，投NaHCO3 温度：25-30
泥龄
定义：每日新增污泥平均停留在曝气池中的天数。即 曝气池全部活性污泥平均更新一次所需的时间。
其中的假单胞菌属内能进行反硝化的种最多。
有很多细菌只将HNO3还原到HNO2而积累，不形 成N2。含HNO2的水排入水体，会对水生动物产生 毒害。
反硝化段运行操作
关键指标： 碳源：有机物（葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇、乙醇） pH：7～8 最终电子受体：NO3-和NO2溶解氧＜0.2mg/L