《水处理微生物过程》ppt课件

1、14.水处置微生物过程王 志 平Microbial process in wastewater treatment*2一、环境污染的生物效应一、环境污染的生物效应生物监生物监测测生物效应检测生物效应检测有机物有机物重金属重金属营养盐营养盐气态污染气态污染生物污染生物污染污染工程污染工程生态系统生态系统迁移转化迁移转化生物转化生物转化生物浓缩生物浓缩生物积累生物积累生物放大生物放大种群构造变化种群构造变化个体行为变化个体行为变化组织器官变化组织器官变化分子程度变化分子程度变化生物群体生物群体消费活动消费活动交通运输交通运输生活消费生活消费环境风险评价环境风险评价*

2、3微生物净化的本质微生物净化的本质v微生物需求从外界获得能量以维持本身生命活动及微生物需求从外界获得能量以维持本身生命活动及增殖，在此过程中经过本身生理代谢活动实现受污增殖，在此过程中经过本身生理代谢活动实现受污染环境中有机污染物、氮磷等营养盐及某些重金属染环境中有机污染物、氮磷等营养盐及某些重金属离子的迁移转化，实现污染物的无害化、稳定化化；离子的迁移转化，实现污染物的无害化、稳定化化；v微生物是自然环境生态系统的最终分解者，然而，微生物是自然环境生态系统的最终分解者，然而，由于微生物代谢是经过酶催化完成的，而酶催化有由于微生物代谢是经过酶催化完成的，而酶催化有专注性，因此根据污染物的特征需

3、求有不同的微生专注性，因此根据污染物的特征需求有不同的微生物参与其分解净化。物参与其分解净化。*4微生物催化降解的必要条件微生物催化降解的必要条件v存在含有某种降解酶的微生物；存在含有某种降解酶的微生物；v污染物必需是具有适宜酶的微生物可获得的污染物必需是具有适宜酶的微生物可获得的(胞内胞内酶对应小分子，胞外酶对应大分子酶对应小分子，胞外酶对应大分子)；v适宜的环境及营养条件。适宜的环境及营养条件。v *5v微生物代谢活性微生物代谢活性微生物种类、生长期微生物种类、生长期v目的污染物特征目的污染物特征空间构造、分子量大小、元空间构造、分子量大小、元素组成、毒性素组成、毒性v环境要素环境要素营养

4、、温度、营养、温度、pH、氧化复原电位、氧化复原电位影响微生物催化降解的要素影响微生物催化降解的要素*6生物净化的进展生物净化的进展v经过现代分子生物学技术加深对微生物的经过现代分子生物学技术加深对微生物的认识；认识；v以基因工程手段改动或强化微生物有效功以基因工程手段改动或强化微生物有效功能的表达，获得高效工程菌株；能的表达，获得高效工程菌株；v构建微生物功能菌群；构建微生物功能菌群；v营造适宜作用的代谢环境；营造适宜作用的代谢环境；v工程技术方法的开展促进相关微生物工艺。工程技术方法的开展促进相关微生物工艺。*7二、有机污染物的降解二、有机污染物的降解v有机污染物的生物净化普通被称为生物降

5、解；有机污染物的生物净化普通被称为生物降解；v微生物分解有机物的才干是宏大的；微生物分解有机物的才干是宏大的；v根据微生物对有机物的降解才干大小可分为易生根据微生物对有机物的降解才干大小可分为易生物降解的、难生物降解的和不可生物降解的；物降解的、难生物降解的和不可生物降解的；v生物降解过程是以微生物的代谢为中心，污染物生物降解过程是以微生物的代谢为中心，污染物在分解过程中那么遵照物理化学原理，其危害和在分解过程中那么遵照物理化学原理，其危害和暴露过程对环境的影响是环境毒理学关怀的内容。暴露过程对环境的影响是环境毒理学关怀的内容。*81.生物降解的普通概念生物降解的普通概念v矿化矿化(miner

6、alization)v 矿化是将有机物完全无机化并获取能源矿化是将有机物完全无机化并获取能源和小分子营养质的过程，是与微生物生长相和小分子营养质的过程，是与微生物生长相关的过程。关的过程。v共代谢共代谢(co-metabolism)v 共代谢是需求有另一种基质的代谢提供共代谢是需求有另一种基质的代谢提供能源和营养质，由非专注性酶促反响完成的能源和营养质，由非专注性酶促反响完成的复杂污染物降解过程，普通仅使有机物分子复杂污染物降解过程，普通仅使有机物分子得到修饰或转化，但不能使其完全分解。得到修饰或转化，但不能使其完全分解。*9v内源呼吸内源呼吸v 微生物在利用外部基质进展生理代谢获微生物在利用

7、外部基质进展生理代谢获取能量及营养质同时，细胞物质同时也在进取能量及营养质同时，细胞物质同时也在进展本身的氧化分解，即内源代谢或内源呼吸。展本身的氧化分解，即内源代谢或内源呼吸。v 外源有机物充足时，耗费的细胞组分会外源有机物充足时，耗费的细胞组分会被继续更新，微生物本身的氧化分解并不明被继续更新，微生物本身的氧化分解并不明显；而在外源基质缺乏时，微生物的内源呼显；而在外源基质缺乏时，微生物的内源呼吸作用那么成为向微生物提供能量、维持其吸作用那么成为向微生物提供能量、维持其生命活动的主要方式。生命活动的主要方式。*102.好氧生物降解好氧生物降解v有机物的好氧分解过程中，有机物的降解、有机物的

8、好氧分解过程中，有机物的降解、微生物的增殖及溶解氧的耗费这三个过程微生物的增殖及溶解氧的耗费这三个过程是同步进展的，也是控制好氧生物处置胜是同步进展的，也是控制好氧生物处置胜利与否的关键过程；利与否的关键过程；v不同的生物处置工艺中，有机物的分解速不同的生物处置工艺中，有机物的分解速率、微生物的生存方式、增殖规律，溶解率、微生物的生存方式、增殖规律，溶解氧的提供方式与分布规律均有差别，而关氧的提供方式与分布规律均有差别，而关于好氧生物处置过程的研讨及改良也是针于好氧生物处置过程的研讨及改良也是针对这三个关键过程开展的。对这三个关键过程开展的。*11好氧有机物分解过程好氧有机物分解过程*12生物

9、氧化的普经过程生物氧化的普经过程 糖糖三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP *13在温度适宜、溶解氧充在温度适宜、溶解氧充足的条件下，微生物的足的条件下，微生物的增殖速率主要与微生物增殖速率主要与微生物(M)与基质与基质(F)的相对数的相对数量，即量，即FM相关；相关；在静态培育条件下，随在静态培育条件下，随着时间的延伸，基质浓着时间的延伸，基质浓度逐渐降低，微生物的度逐渐降低，微生物的增殖阅历顺应期、对数增殖阅历顺应期、对数增殖期、衰减期及内源增殖期、衰减期及内源呼吸期。呼吸期。*143.厌氧生

10、物降解厌氧生物降解v厌氧生物处置是在无氧条件下，利用多种厌氧生物处置是在无氧条件下，利用多种专性厌氧微生物专性厌氧微生物(水解、发酵及产氢产甲烷水解、发酵及产氢产甲烷细菌细菌)的代谢活动，将有机物转化为无机物的代谢活动，将有机物转化为无机物(沼气和水沼气和水)和少量细胞物质的过程。和少量细胞物质的过程。v发酵过程产生的发酵过程产生的H2很少，主要由丙酮酸脱很少，主要由丙酮酸脱水构成，与专性厌氧氧化产氢的机理不同。水构成，与专性厌氧氧化产氢的机理不同。*15厌氧有机物分解过程厌氧有机物分解过程*16(1)水解阶段v复杂有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶作用复杂有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶作

11、用下分解为溶解性小分子有机物；下分解为溶解性小分子有机物；v如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽及氨基酸等；蛋白质被蛋白酶水解为短肽及氨基酸等；v水解过程通常比较缓慢，是复杂有机物厌氧降解水解过程通常比较缓慢，是复杂有机物厌氧降解的限速阶段。的限速阶段。*17 (2)发酵(酸化)阶段v溶解性小分子有机物进入发酵菌溶解性小分子有机物进入发酵菌(酸化菌酸化菌)细胞内，细胞内，在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸(VFA)，如乙，如乙酸、丙酸、丁酸以及乳酸、醇类、二氧化碳、氨、酸、丙酸、丁酸以及乳酸、

12、醇类、二氧化碳、氨、硫化氢等，同时合成细胞物质。硫化氢等，同时合成细胞物质。v在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化，肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化，酸化过程是由许多种类的发酵细菌完成的。酸化过程是由许多种类的发酵细菌完成的。v其中重要的类群有梭状芽孢杆菌其中重要的类群有梭状芽孢杆菌(Clostridium)和和拟杆菌拟杆菌(Bacteriodes)。*18 (3)产乙酸阶段v产酸阶段绝大多数是严厉厌氧菌，但通常产酸阶段绝大多数是严厉厌氧菌，但通常有约有约1的兼性厌氧菌生存于厌氧环境中，的兼性厌

13、氧菌生存于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌可以起到维护严厉厌氧菌，这些兼性厌氧菌可以起到维护严厉厌氧菌，如产甲烷菌免受氧的损害与抑制的作用。如产甲烷菌免受氧的损害与抑制的作用。v发酵酸化阶段的产物丙酸、丁酸、乙醇等，发酵酸化阶段的产物丙酸、丁酸、乙醇等，在此阶段经产氢产乙酸菌作用转化为乙酸、在此阶段经产氢产乙酸菌作用转化为乙酸、氢气和二氧化碳。氢气和二氧化碳。*19(4)产甲烷阶段v在此阶段，产甲烷菌在二氧化碳存在时，利在此阶段，产甲烷菌在二氧化碳存在时，利用氢气生成甲烷；也可以直接利用乙酸生成用氢气生成甲烷；也可以直接利用乙酸生成甲烷，二者的比例普通为甲烷，二者的比例普通为3/7。v利用乙酸产甲烷

14、的菌有索氏甲烷丝菌利用乙酸产甲烷的菌有索氏甲烷丝菌(Methanothrix soehngenii)和巴氏甲烷八叠和巴氏甲烷八叠球菌球菌(Methanosarcina barkeri)v产甲烷菌都是严厉厌氧菌，要求生活环境的产甲烷菌都是严厉厌氧菌，要求生活环境的氧化复原电位在氧化复原电位在-150-400mV范围内。范围内。*20 4缺氧缺氧(anoxic)处置处置v在没有分子氧存在的条件下，一些特殊的在没有分子氧存在的条件下，一些特殊的微生物类群可以利用含有化合态氧的物质，微生物类群可以利用含有化合态氧的物质，如硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐等作为电子如硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐等作为电子受体，进展

15、代谢活动。受体，进展代谢活动。*21(1)硫酸盐复原v在特定条件下，硫酸盐或亚硫酸盐会被硫在特定条件下，硫酸盐或亚硫酸盐会被硫酸盐复原菌酸盐复原菌(sulfate reduction bacteria，SRB)在其氧化有机污染物的过程中作为电在其氧化有机污染物的过程中作为电子受体而加以利用，并将它们复原为硫化子受体而加以利用，并将它们复原为硫化氢。氢。vSRB的生长需求与产酸菌和产甲烷菌同样的生长需求与产酸菌和产甲烷菌同样的底物，因此硫酸盐复原过程的出现会使的底物，因此硫酸盐复原过程的出现会使甲烷的产量减少。甲烷的产量减少。 *22根据利用底物的不同，根据利用底物的不同，SRB分为：分为：氧化

16、氢的硫酸盐复原菌氧化氢的硫酸盐复原菌(HSRB)；氧化乙酸的硫酸盐复原菌氧化乙酸的硫酸盐复原菌(ASRB)；氧化较高级脂肪酸的硫酸盐复原菌氧化较高级脂肪酸的硫酸盐复原菌(FASRB)。SRB分类硫酸盐复原需求有足够的有机质，其质量比应超硫酸盐复原需求有足够的有机质，其质量比应超过过167；与甲烷相比，硫化氢的溶解度要高很多，；与甲烷相比，硫化氢的溶解度要高很多，容易呵斥处置出水容易呵斥处置出水COD偏高。偏高。*23(2)反硝化v反硝化脱氮反响由脱氮微生物进展。反硝化脱氮反响由脱氮微生物进展。v通常脱氮微生物优先选择氧而不是亚硝酸盐作为通常脱氮微生物优先选择氧而不是亚硝酸盐作为电子受体。电子受

17、体。v但假设分子氧被耗尽，那么脱氮微生物开场利用但假设分子氧被耗尽，那么脱氮微生物开场利用硝酸盐，即脱氮作用在缺氧条件下进展。硝酸盐，即脱氮作用在缺氧条件下进展。v有关问题将在后面讨论。有关问题将在后面讨论。*24v在实践生物处置过程中，好氧、兼性、厌在实践生物处置过程中，好氧、兼性、厌氧分解分别担任着各自的角色；氧分解分别担任着各自的角色；v在人工处置构筑物中，由于具备良好的工在人工处置构筑物中，由于具备良好的工程措施，可以选择微生物的种类并控制相程措施，可以选择微生物的种类并控制相应的分解过程；应的分解过程；v在活性污泥曝气池中具有选择优势的是好在活性污泥曝气池中具有选择优势的是好氧及兼性

18、细菌，发生的主要分解反响是好氧及兼性细菌，发生的主要分解反响是好氧分解，但在部分微环境下仍能够有厌氧氧分解，但在部分微环境下仍能够有厌氧/缺氧反响发生。缺氧反响发生。5. 工程实践中的运用工程实践中的运用*25v由于微生物个体微小，每个微生物所处的环境也由于微生物个体微小，每个微生物所处的环境也是微小的；是微小的；v从空间角度看，影响微生物生存形状的环境是微从空间角度看，影响微生物生存形状的环境是微小的；小的；v微环境直接影响微生物的活动形状；微环境直接影响微生物的活动形状；v由于微生物种群构造、物质分布和化学反响的不由于微生物种群构造、物质分布和化学反响的不均匀性，菌胶团内部及生物膜内部存在

19、多种多样均匀性，菌胶团内部及生物膜内部存在多种多样的微环境；的微环境；v各种微环境下生存着适生种类的微生物，可以发各种微环境下生存着适生种类的微生物，可以发生相应的生物化学反响。生相应的生物化学反响。微环境的意义*26v在微生物絮体、颗粒或生物膜内在微生物絮体、颗粒或生物膜内会构成不同的微生态环境，呵斥会构成不同的微生态环境，呵斥适宜不同生物反响过程的宏观环适宜不同生物反响过程的宏观环境境( (好氧区、缺氧区好氧区、缺氧区) )；v生物群体并不在好氧及缺氧区之生物群体并不在好氧及缺氧区之间循环，而在固定位置处构成不间循环，而在固定位置处构成不同的微环境；同的微环境；v精细地控制溶解氧浓度即可保

20、证精细地控制溶解氧浓度即可保证微环境缺氧环境，使得好氧区产微环境缺氧环境，使得好氧区产生的生的N03-N03-得以复原。得以复原。微环境典型-同步硝化反硝化*27v难降解有机物的降解历程相对要复杂得多；难降解有机物的降解历程相对要复杂得多；v普通而言，难降解有机物构造稳定或对微生物活普通而言，难降解有机物构造稳定或对微生物活动有抑制造用，适生的微生物种类很少；动有抑制造用，适生的微生物种类很少；v不同类型难降解有机物的降解历程也不尽一样；不同类型难降解有机物的降解历程也不尽一样；v许多难降解有机物的降解与质粒有关，降解质粒许多难降解有机物的降解与质粒有关，降解质粒编码生物降解过程中的一些关键酶

21、类；编码生物降解过程中的一些关键酶类；v质粒是菌体内的环状质粒是菌体内的环状DNA分子，是染色体之外的分子，是染色体之外的遗传物质，可以经过克隆质粒表达功能基因。遗传物质，可以经过克隆质粒表达功能基因。6. 难降解有机物难降解有机物*28优先控制污染物黑名单优先控制污染物黑名单v挥发性卤代烃挥发性卤代烃 v苯系物苯系物v氯代苯氯代苯v酚类酚类v多氯联苯多氯联苯v硝基苯硝基苯v苯胺类苯胺类v多环芳烃类多环芳烃类v酞酸酯类酞酸酯类v农药农药v丙烯腈丙烯腈v亚硝胺亚硝胺v氰化物氰化物v重金属重金属*29aerobicanaerobicabioticFEMS Microbiol Rev 34 (202

22、1) 445475(1)氯代烃的降解途径*30VC,DEC assimilating bacteria; aerobic ; anaerobic degrading microbes氯烃降解的典型细菌Alkene monooxygenase/EaCoMT*31氯烃降解的典型放线菌FEMS Microbiol Rev 34 (2021) 445475*32VC、cDEC好氧降解途径FEMS Microbiol Rev 34 (2021) 445475*33(2) PCB好氧降解途径Stuart E Strand*34PCB好氧降解途径Stuart E Strand*35(3) 酚类的典型降解途径

23、*36v粪产碱杆菌粪产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis) v醋酸不动杆菌醋酸不动杆菌(Acinetobactercalcoaceticus)v假单胞菌假单胞菌(Pseudomonassp.)v隐球菌隐球菌(Cryptococcussp.) v醋酸不动杆菌醋酸不动杆菌(Acinetobactercalcoaceticus) v假丝酵母菌假丝酵母菌(Candidasp.) v皮状丝孢酵母菌皮状丝孢酵母菌(Trichosporoncutaneum) 酚类降解的典型微生物*37(4)常见含氮芳香族化合物FEMS Microbiol Rev 32 (2021) 474500*38含氮芳香族

24、化合物降解途径FEMS Microbiol Rev 32 (2021) 474500*39含氮芳香族化合物的典型降解微生物FEMS Microbiol Rev 32 (2021) 474500*40(5)多环芳烃的典型降解途径FEMS Microbiol Rev 32 (2021) 927955萘*41多环芳烃的典型降解途径NADH oxidoreductase, a ferredoxinand an oxygenase componentFEMS Microbiol Rev 32 (2021) 927955菲*42多环芳烃的典型降解途径FEMS Microbiol Rev 32 (2021)

25、 927955芴*43多环芳烃的典型降解途径FEMS Microbiol Rev 32 (2021) 927955芘*44v粪产碱杆菌粪产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis) v假单胞菌假单胞菌(Pseudomonas sp.)v青枯菌青枯菌(Ralstonia sp.) v丛毛单胞菌丛毛单胞菌(Comamonas sp.) v鞘氨醇单孢菌鞘氨醇单孢菌(Sphingomonas sp.) v红球菌属红球菌属(Rhodococcus sp.)v节杆菌属节杆菌属(Arthrobacter sp.) v结核分支杆菌结核分支杆菌(Mycobacterium sp.) PAHs降解的典型微生

26、物FEMS Microbiol Rev 32 (2021) 927955*45苯系物的苯甲酰辅酶A降解途径FEMS Microbiology Reviews 22 (1999) 439458*46苯系物的苯甲酰辅酶A降解途径FEMS Microbiology Reviews 22 (1999) 439458*47 针对目的污染物的特性，以目的物为主要针对目的污染物的特性，以目的物为主要营养基质从受污染环境或具有类似污染特性营养基质从受污染环境或具有类似污染特性的环境中富集挑选所需的微生物菌属。的环境中富集挑选所需的微生物菌属。7. 功能性微生物的挑选分别功能性微生物的挑选分别*48v选择简便有

27、效的诱变剂选择简便有效的诱变剂v挑选优良的出发菌株挑选优良的出发菌株v处置单细胞悬液均匀态处置单细胞悬液均匀态v选用最适剂量选用最适剂量v充分利用协同效应充分利用协同效应v设计或采用高效挑选方案或方法设计或采用高效挑选方案或方法功能微生物的挑选原那么*49v确定目的确定目的v选择分别源选择分别源v挑选的设定：培育条件、选择培育基、对毒物和抗菌挑选的设定：培育条件、选择培育基、对毒物和抗菌素的抗性素的抗性v种类微生物的分别种类微生物的分别v特定微生物的分别培育特定微生物的分别培育功能微生物的挑选方法*50三、生物脱氮三、生物脱氮v进入进入20世纪世纪70年代和年代和80年代以来，随着水体富营年代

28、以来，随着水体富营养化问题的日渐突现，水质目的体系不断严厉化养化问题的日渐突现，水质目的体系不断严厉化的趋势使废水脱氮除磷问题成为水污染控制中广的趋势使废水脱氮除磷问题成为水污染控制中广泛关注的热点泛关注的热点;v随着研讨任务的深化开展，对脱氮除磷的生物学随着研讨任务的深化开展，对脱氮除磷的生物学原理的认识不断更新，由此诞生了多种生物脱氮原理的认识不断更新，由此诞生了多种生物脱氮除磷新工艺，推进了废水生物脱氮除磷技术的开除磷新工艺，推进了废水生物脱氮除磷技术的开展，促进了废水生物处置技术的革新与改良。展，促进了废水生物处置技术的革新与改良。*511.生物脱氮的根本原理生物脱氮的根本原理v废水中

29、氮的主要方式是有机氮化合物如蛋废水中氮的主要方式是有机氮化合物如蛋白质、氨基酸和无机氮如氨氮。白质、氨基酸和无机氮如氨氮。v有机氮很容易经过氨化作用转化为氨氮。有机氮很容易经过氨化作用转化为氨氮。v许多细菌、放线菌和真菌都具有氨化才干，许多细菌、放线菌和真菌都具有氨化才干，称为氨化菌。称为氨化菌。v生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成，生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成，即经过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮，即经过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮，再经过反硝化反响将硝酸盐氮转化为气态再经过反硝化反响将硝酸盐氮转化为气态氮从水中逸出。氮从水中逸出。 *52v缺氧条件下，经过水解反响脱氨缺氧条件下，经过水

30、解反响脱氨v好氧条件下，经过氧化反响脱氨好氧条件下，经过氧化反响脱氨v厌氧条件下，经过复原反响脱氨厌氧条件下，经过复原反响脱氨氨化反响*53v硝化反响主要由一群自养好氧微生物完成；硝化反响主要由一群自养好氧微生物完成；v硝化作用是指由亚硝化细菌硝化作用是指由亚硝化细菌(Nitrosomonas)将氨氮氧化为亚硝酸盐，进而由硝化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐，进而由硝化菌(Nitrobacter)将亚硝氮氧化成硝酸盐氮的过将亚硝氮氧化成硝酸盐氮的过程；程；v硝化菌为自养菌，它们以硝化菌为自养菌，它们以CO2为碳源，经过为碳源，经过氧化氧化NH4+获得能量。获得能量。硝化反响*54v亚硝化菌包括亚硝化单胞

31、菌属亚硝化菌包括亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas sp.)、亚硝化球菌属、亚硝化球菌属(Nitrosococcus sp.) 、亚硝、亚硝化弧菌属化弧菌属(Nitrosovibrio sp.)和亚硝化叶菌属和亚硝化叶菌属(Nitrosolobus sp.)。v硝化菌包括硝酸盐杆菌属硝化菌包括硝酸盐杆菌属(Nitrobacter sp.)、螺、螺旋菌属旋菌属(Nitrospira sp.)、硝化刺菌属、硝化刺菌属(Nitrospina sp.)和球菌属和球菌属(Nitrococcus sp.)。亚硝化细菌和硝化细菌 自养型硝化细菌都为G-菌，世代周期超越10h，拥有较高的硝化速率；而一些

32、异养细菌如产碱杆菌、节杆菌等虽然硝化速率低 ，但世代周期短，增殖快，其硝化奉献不可忽视。*55亚硝化细菌和硝化细菌的特征*56v自养型硝化菌利用无机碳化合物如自养型硝化菌利用无机碳化合物如C032-、HCO3-和和CO2作碳源，从氨氮及亚硝氮的作碳源，从氨氮及亚硝氮的氧化反响中获得能量，反响均需在有氧条氧化反响中获得能量，反响均需在有氧条件下进展。件下进展。v反响式可表示为：反响式可表示为： 硝化菌根本反响式反响要耗费碱度，反响要耗费碱度，7.14gCaCO3/gNH3-N *57氨氧化呼吸链*58亚硝氮氧化呼吸链*59v温度温度v溶解氧溶解氧vpHv有机物有机物v抑制剂抑制剂影响硝化作用的要

33、素*60 2反硝化反硝化v反硝化主要由一群异氧微生物完成，可将硝酸盐反硝化主要由一群异氧微生物完成，可将硝酸盐氮或亚硝酸盐氮复原成气态氮或氮氧化物，反响氮或亚硝酸盐氮复原成气态氮或氮氧化物，反响在无分子氧形状下进展。在无分子氧形状下进展。v反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋菌属和无色杆菌属等。旋菌属和无色杆菌属等。v它们多数是兼性的，在溶解氧浓度极低的环境中它们多数是兼性的，在溶解氧浓度极低的环境中可以利用硝酸盐中的氧作电子受体，有机物那么可以利用硝酸盐中的氧作电子受体，有机物那么作为电子供体提供能量并得到稳定化。作为电子供体提供能量并得到稳

34、定化。*61以甲醇为碳源时反响式如下：以甲醇为碳源时反响式如下：反硝化过程产生部分碱度，为反硝化过程产生部分碱度，为3.47g CaCO3/gNO3-N。反硝化菌根本反响式*62反硝化途径*63v碳源碳源(降解性降解性)v溶解氧溶解氧(兼性微生物，不需严厉厌氧兼性微生物，不需严厉厌氧)vpH(68)v温度温度影响反硝化作用的要素*64*65v反响器内溶解氧时空分布不均反响器内溶解氧时空分布不均v 时时硝化硝化/反硝化循环反硝化循环v 空空反响器部分厌反响器部分厌/好氧形状好氧形状v微生物聚集体内的微环境微生物聚集体内的微环境v微生物代谢多样性微生物代谢多样性v 好氧硝化好氧硝化+好氧反硝化好氧

35、反硝化 v 缺氧硝化缺氧硝化+缺氧反硝化缺氧反硝化 同步硝化反硝化*66v氨氮仅需氧化到亚硝氮便可进展反硝化，进程加快，氨氮仅需氧化到亚硝氮便可进展反硝化，进程加快，水力停留时间缩短，反响器减少水力停留时间缩短，反响器减少3040%；v减少减少25%的氧耗费，节省能耗和有机营养物的氧耗费，节省能耗和有机营养物40%；v污泥产量降低污泥产量降低(硝化阶段硝化阶段33%；反硝化阶段；反硝化阶段55%)；v实现亚硝氮氧化的阻截比较难实现亚硝氮氧化的阻截比较难(高温，高温，SHARON)。短程硝化反硝化*67实践上主要是实现亚硝酸盐的积累：实践上主要是实现亚硝酸盐的积累：控制温度控制温度30控制溶解氧

36、浓度控制溶解氧浓度0.6mg/L控制污泥龄，使控制污泥龄，使SRT7.2v温度温度 10影响生物除磷的要素*81五、重金属离子五、重金属离子v重金属指的是原子序数在钙重金属指的是原子序数在钙(20)以后的金属以后的金属元素；元素；v重金属离子具有物质不灭性和生物富积性；重金属离子具有物质不灭性和生物富积性；v全球每年释放到环境中的有毒重金属高达全球每年释放到环境中的有毒重金属高达数百万吨：其中砷为数百万吨：其中砷为12.5万吨、镉为万吨、镉为3.9万万吨、铜为吨、铜为14.7万吨、汞为万吨、汞为1.2万吨、铅为万吨、铅为34.6万吨、镍为万吨、镍为38.1万吨万吨*82v根据金属离子与根据金属

37、离子与F-F-和和I-I-离子结合强弱来分类金属离子结合强弱来分类金属“硬度硬度：能与：能与F-F-构成很强化学键的金属离子称构成很强化学键的金属离子称为为“硬金属硬金属，如，如Na+Na+、Mg2+Mg2+和和Ca2+Ca2+等；与等；与F-F-构成构成弱化学键的金属离子被称为弱化学键的金属离子被称为“软金属软金属，如，如Hg2+Hg2+、Cd2+Cd2+和和Pb2+Pb2+等，普通都是有毒的重金属。等，普通都是有毒的重金属。v在生物体内，硬金属离子普通与在生物体内，硬金属离子普通与OH-OH-、HPO4-HPO4-、CO32-CO32-、R-COO-R-COO-和和C CO O等含氧官能团

38、构成稳定化等含氧官能团构成稳定化学键，而软金属离子普通与学键，而软金属离子普通与CN-CN-、R-S-R-S-、-SH-SH-、- -NH2NH2和咪唑等含氮和含硫基团成键。和咪唑等含氮和含硫基团成键。重金属离子的分类*83v重金属与微生物细胞壁的大分子发生络合反响重金属与微生物细胞壁的大分子发生络合反响v微生物对重金属的沉淀作用微生物对重金属的沉淀作用v微生物对重金属的氧化复原作用微生物对重金属的氧化复原作用v重金属与微生物中的离子发生离子交换重金属与微生物中的离子发生离子交换微生物去除重金属离子的原理*84v络协作用是金属离子与几个配基以配位键相结合构成的复杂络协作用是金属离子与几个配基以配位键相结合构成的复杂离子或分子的过程；离子或分子的过程；v螯协作用是一个配基上同时有两个以上的配位原子