1、第十章第十章 污水深度处理污水深度处理和微污染源水预处理中的和微污染源水预处理中的微生物学原理微生物学原理 10.1 生物生物脱氮除磷及其原理脱氮除磷及其原理 n水体中氮、磷浓度过高会导致水体的富营养化。n二级处理主要以去除废水中的可溶性有机物为主，对于氮、磷的去除效率很低，难以达到严格的排放标准。10.1.1 生物脱氮原理、工艺及微生物生物脱氮原理、工艺及微生物 1.生物脱氮原理v生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。NH3NNO3-NN2 好氧条件好氧条件亚硝化细菌亚硝化细菌硝化细菌硝化细菌缺氧条件缺氧条件反硝化细菌反硝化细菌生物脱氮硝化作用阶段v硝化作用是指NH3被氧化成NO2，再
2、被氧化成NO3的过程。v反应：第一步：亚硝化反应 NH41.5O2NO22HH2O 第二步：硝化反应NO20.5O2NO3生物脱氮硝化作用阶段v微生物：亚硝化细菌和硝化细菌，两者为化能自养菌，G，专性好氧，要求中性、弱碱性环境，pH值范围7.58.0，以CO2为唯一碳源，最适温度2530。生物脱氮硝化作用阶段运行操作关键：v 泥龄SRT（悬浮固体停留时间）较长v 要供给足够的DO，生活污水一般为1.22.0mg/Lv 要控制适度的曝气时间(水力停留时间)v 控制pH值在7.58.0v 温度：2530v 有机物含量不应过高微生物脱氮反硝化作用阶段v反硝化作用是指兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原
3、为N2的过程。v反应：HNO3 HNO2 NO N2O N2v微生物：反硝化细菌v运行操作关键：碳源、NO3、NO2、pH值、DO、温度等微生物脱氮反硝化作用阶段v 微生物：反硝化细菌 兼性厌氧菌，在缺氧条件下利用NO3氧化有机物获得能量，碳源来自有机物，最终电子受体为NO3 和NO2，要求中性、弱碱性环境，pH7.08.0，最适温度1035。微生物脱氮反硝化作用阶段v运行操作关键碳源 废水中所含的有机碳源：BOD5:TN3:1时，无需外加碳源，即可达到脱氮目的。外加碳源：BOD5:TN3:1时，需外加碳源，多采用甲醇。内碳源：内碳源指活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二次性基质
4、。微生物脱氮反硝化作用阶段v运行操作关键碳源 外源反硝化：利用外来碳源，以NO3为最终电子受体，氧化有机物合成细胞物质。内源反硝化(硝化细菌内源呼吸)：以机体内的有机物为碳源，以NO3为最终电子受体。33235722221.08CH OH+NO0.240.060.47NH OCOOHH COC H NO1.685723222C H NO+4.6NO2.8N1.2H O5CO6OH4.微生物脱氮反硝化作用阶段运行操作关键v最终电子受体最终电子受体是NO3和NO2v最适最适pH为78v温度温度T1035vDO 0.2mg/L2.2.脱氮工艺脱氮工艺碳氧化硝化反硝化进水出水反硝化进水出水碳氧化硝化进
5、水出水碳氧化硝化反硝化n三级生物脱氮工艺nA/O(Anoxic-Oxic)脱氮工艺nBardenpho工艺n同步硝化和反硝化工艺(1)三级生物脱氮工艺传统活性污泥法脱氮工艺 硝化池污泥回流剩余污泥曝气池去除BOD进水沉淀池剩余污泥剩余污泥污泥回流污泥回流碱沉淀池N2CH3OH反硝化沉淀池出水两级生物脱氮工艺 去除BOD氨化硝化进水剩余污泥剩余污泥污泥回流污泥回流碱沉淀池CH3OHN2反硝化沉淀池出水(2)A/O(Anoxic-Oxic)脱氮工艺脱氮工艺 a.后置反硝化A/O脱氮系统 进水剩余污泥回流污泥好氧缺氧沉淀池出水后曝气N2(2)A/O(Anoxic-Oxic)脱氮工艺脱氮工艺 b.前置
6、反硝化A/O脱氮系统 进水剩余污泥回流污泥缺氧N2好氧沉淀池出水硝化液回流(3)Bardenpho工艺工艺 前两段同A/O法工艺，好氧池1流出的硝酸盐导入缺氧池2，反硝化细菌可利用细菌衰亡后释放的基质作为碳源进行反硝化，污泥最后进入好氧池2，以吹脱氮气，提高污泥沉降性能。污泥回流剩余污泥混合液回流进水沉淀池出水缺氧1好氧1缺氧2好氧2(4)同步硝化同步硝化(N)N)和反硝化和反硝化(D)D)工艺工艺 进水D污泥回流剩余污泥NO2二沉池出水3.3.脱氮组合工艺的顺序排列原则脱氮组合工艺的顺序排列原则 n 负荷低，级数少；负荷高，级数多。n 合理调整硝化和反硝化过程，以节省碱的用量。n 采用“捷径
7、反硝化”以缩短曝气时间。即硝化作用产生HNO2后就转入反硝化阶段。n 废水中BOD5:TN2.8610.1.2 生物除磷原理、工艺及微生物生物除磷原理、工艺及微生物 1.微生物除磷原理微生物除磷原理 厌氧放磷：厌氧放磷：好氧吸磷：好氧吸磷：厌氧条件下，厌氧条件下，聚磷菌聚磷菌将体内的聚将体内的聚磷分解产生能量，释放磷分解产生能量，释放PO43一部分能量用于吸收外界可一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成溶性脂肪酸，形成PHB另一部分能量用于生理活动需要好氧条件下，好氧条件下，PHB分解产生分解产生能量能量一部分能量用于主动过量吸收环一部分能量用于主动过量吸收环境中的境中的PO43，并合成聚磷
8、，并合成聚磷另一部分能量用于细胞正常生长繁殖另一部分能量用于生理活动需要另一部分能量用于生理活动需要除磷微生物聚磷菌：聚磷菌：是一类生长缓慢的细菌(包括好氧异养菌、厌氧异养菌和兼性异养菌)，在厌氧条件下，分解体内的聚磷来获得能量生长繁殖，在好氧条件和外界营养基质少的情况下，分解体内的PHB获得能量而生长繁殖。发酵产酸菌和聚磷菌的关系：发酵产酸菌和聚磷菌的关系：聚磷菌只能利用低级的脂肪酸，不能直接利用大分子有机基质，而发酵产酸菌可将大分子物质降解为小分子，故在除磷过程中这两类菌是互不可分、密切相关的。2.除磷工艺流程除磷工艺流程(1)A/O（Anaerobic/Oxic）法法 回流进水厌氧池剩余
9、污泥好氧池沉淀池出水A/O除磷除磷工艺流程工艺流程(2)Phostrip工艺工艺 旁流除磷旁流除磷-Phostrip工艺流程工艺流程 除磷后厌氧污泥回流沉淀污泥剩余污泥 高磷上清夜厌氧除磷池化学反应池上清夜药剂直接回流进水污泥回流碳氧化吸磷 好氧池出水二沉池3.除磷工艺运行条件除磷工艺运行条件(1)碳源的浓度和种类 诱导聚磷菌放磷的有机基质分为三类：nA类：乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸，该类物质存在时放磷速度最快；nB类：乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄糖等需在厌氧条件下转化成A类基质后才能被聚磷菌利用nC类：丁酸、乳酸和琥珀酸等，该类能否引发放磷与污泥的微生物有关 (2)溶解氧 厌氧区DO存在对聚
10、磷菌的放磷不利，DO应小于0.2 mg/L；好氧区的DO应大于2.0 mg/L，以保证聚磷菌利用好氧代谢中释放的大量能量充分地吸磷。(3)硝酸盐和亚硝酸盐 厌氧区两者的存在会抑制厌氧发酵而不产生挥发性脂肪酸。(4)温度 30左右(5)pH 中性或弱碱性环境(pH78)10.1.3 同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺 1.A2/O（Anaerobic/Anoxic/Oxic）法法 回流污泥缺氧池进水厌氧池剩余污泥出水好氧池二沉池回流A2/O工艺流程工艺流程 2.氧化沟脱氮除磷工艺氧化沟脱氮除磷工艺氧化沟脱氮除磷工艺流程回流污泥二沉池曝气转刷沉砂池粗细格栅进水曝气转刷(3)SBR法脱氮除磷工艺法脱氮
11、除磷工艺 10.2 微污染水源水的生物预处理微污染水源水的生物预处理 10.2.1 微污染水源水预处理的目的和意义微污染水源水预处理的目的和意义 v微污染水源水是受到有机物、氨氮、磷及有毒污染物较低程度污染的水源水。v经传统工艺处理后，未能有效去除污染物。v饮用水中存在的有机污染物对人体具有一定的危害作用。10.2.2 生物预处理的特点生物预处理的特点 v生物预处理生物预处理是指在常规净水工艺之前增设生物是指在常规净水工艺之前增设生物处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁
12、、锰等无机污染物进行初步去除的过程锰等无机污染物进行初步去除的过程。特点：特点：(1)能有效去除原水中可生物降解的有机物；能有效去除原水中可生物降解的有机物；(2)使出水更安全可靠使出水更安全可靠；(3)能较好地去除低浓度有机物；能较好地去除低浓度有机物；(4)能去除氨氮、铁、锰等污染物；能去除氨氮、铁、锰等污染物；(5)具有经济、有效的特点具有经济、有效的特点。10.2.3 生物预处理工艺生物预处理工艺生物膜法生物膜法 1.曝气生物过滤法曝气生物过滤法(Biological Aerated(Biological Aerated Filtration,BAF)Filtration,BAF)配水
13、系统反冲洗排水槽生物填料承托层布气管进气反冲洗进水原水滤后水反冲洗水2.生物接触氧化法生物接触氧化法(Biological Contact Oxidation,BCO)进水空气排泥进水装置布气装置稳定水层填料出水出水渠3.生物活性炭技术生物活性炭技术(Biological Activated Biological Activated Carbon,BAC)Carbon,BAC)管式混合器原水O3配水板活性炭接触消毒池出水O3或Cl210.2.4 水源水预处理的运行条件水源水预处理的运行条件1.微生物：微生物：适应贫营养环境的微生物适应贫营养环境的微生物2.供氢体：供氢体：甲醇、乙醇和糖甲醇、乙
14、醇和糖3.DO4.水温和水温和pH10.3 饮用水的消毒饮用水的消毒1.加氯消毒加氯消毒 v液氯消毒的机理 主要是次氯酸起作用。次氯酸进入细菌内部，与菌体蛋白和酶蛋白的NH2和SH反应从而氧化和破坏细菌菌体蛋白和酶蛋白，达到杀菌作用。氯消毒效果的影响因素：pH 22ClH OHClOHClHClOHClOv消毒剂的用量 饮用水通常以消毒剂与水接触后30min后游离余氯量不低于0.3mg/L，管网末梢的游离余氯量不低于0.05mg/L为标准。v游离性余氯指HClO、ClO、Cl游离氯的剩余氯。v化合性余氯指氯胺的剩余氯。2.2.二氧化氯消毒二氧化氯消毒机理：机理：破坏微生物体内的酶和蛋白质。独特
15、性:ClO2对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，在同等条件下灭活微生物的机会增加；ClO2有较强的氧化能力，其理论氧化能力是自由氯的2.6倍；ClO2通过两种机理灭活微生物，一是ClO2与微生物体内的生物分子反应，二是ClO2影响微生物的生理功能。3.臭氧消毒臭氧消毒v臭氧既是消毒剂，又是氧化能力很强的氧化剂 v作氧化剂:OH是一种非选择性的强氧化剂，可使许多有机物彻底降解。v作消毒剂：由于O具有极强的氧化作用，对具有很强抵抗力的微生物的病毒、芽孢等均具有强大的杀伤力；O还具有很强的溶入细胞壁的能力，从而破坏细菌机体链状结构，导致细菌死亡。4.过氧化氢消毒过氧化氢消毒 5.紫外辐射消毒紫外辐射消毒 6.微电解消毒微电解消毒7.7.超声波消毒超声波消毒8.8.煮沸法煮沸法
