微生物污废水深度处理和微污染水源水的微生物处理

1、2022-1-41第四章 污废水深度处理和微污染水源水的微生物处理 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-42本章内容第一节第一节 微生物脱氮、脱磷原理微生物脱氮、脱磷原理脱氮脱磷的意义脱氮脱磷的意义微生物脱氮原理及微生物微生物脱氮原理及微生物微生物脱磷原理及微生物微生物脱磷原理及微生物第二节第二节 微污染水源水的预处理微污染水源水的预处理微污染水源水的概念和存在形式微污染水源水的概念和存在形式微污染水的生物处理目的微污染水的生物处理目的微污染水源水微生物处理方法微污染水源水微生物处理方法1.1.微污染水源水处理中微生物群落微污染水源水处理中微生物群落环境微生物基础教学课件 天津工

2、业大学2022-1-43第三节第三节 人工湿地中微生物与水生植物人工湿地中微生物与水生植物的净化作用的净化作用人工湿地生态系统人工湿地生态系统人工湿地净化污水的基本原理人工湿地净化污水的基本原理人工湿地各组成的功能人工湿地各组成的功能人工湿地处理污水的效果人工湿地处理污水的效果第四节第四节 饮用水消毒饮用水消毒消毒的重要性消毒的重要性消毒方法消毒方法2022-1-44第一节第一节 微生物脱氮、脱磷原理微生物脱氮、脱磷原理 水体中氮磷的主要来源水体中氮磷的主要来源 ？环境微生物基础教学课件 天津工业大学一、脱氮，脱磷的目的和意义一、脱氮，脱磷的目的和意义污水经过一级处理污水经过一级处理COD去除

3、率去除率30污水生物二级处理污水生物二级处理COD去除率去除率70-90NO3N，NO2N，NH3-N，PO43-，SO42-剩余的剩余的N、P？其中吸收其中吸收25的的N和和19的的P2022-1-45一级标准污水综合排放标准一级标准污水综合排放标准GB8978-1996中中规定：规定： 废水磷含量在废水磷含量在0.5mg/L 氨氮氨氮 15mgL环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-46二微生物脱氮的原理及微生物二微生物脱氮的原理及微生物 环境微生物基础教学课件 天津工业大学1生物脱氮原理生物脱氮原理NH3-N有机氮生物好氧氧化有机氮生物好氧氧化化除有机碳化除有机碳好氧氧好氧氧

4、NO2- , NO3-好氧硝化好氧硝化厌氧反硝化厌氧反硝化N22022-1-47环境微生物基础教学课件 天津工业大学硝化作用段及微生物硝化作用段及微生物短程硝化短程硝化OHHNO1.5ONH2223全程硝化全程硝化3222223HNOHNO0.5OOHHNO1.5ONH2022-1-48 氧化氨的细菌氧化氨的细菌 亚硝化菌亚硝化菌 氧化亚硝酸的细菌氧化亚硝酸的细菌 -硝化菌硝化菌微生物微生物2022-1-49氧化氨的细菌氧化氨的细菌 亚硝化菌亚硝化菌 专性好氧菌专性好氧菌,G,G- -； 低氧低氧下生长，高氧浓度和光照都会影响生长；下生长，高氧浓度和光照都会影响生长； 无机化能营养型无机化能营

5、养型； 最适合温度为最适合温度为25-3025-30，温度范围，温度范围5-305-30； 最适最适pHpH值为值为7.5-8.07.5-8.0，pHpH值范围值范围5.8-8.55.8-8.5； 世代时间长。在最适的条件下，亚硝化球菌的世世代时间长。在最适的条件下，亚硝化球菌的世代时间是代时间是8-128-12小时小时，亚硝化螺菌属的时代时间是，亚硝化螺菌属的时代时间是2424小时小时； 含淡黄至红色的细胞色素。含淡黄至红色的细胞色素。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-410氧化亚硝酸的细菌氧化亚硝酸的细菌 -硝化菌硝化菌 生长生长pHpH值范围值范围7.5-8.07.5-

6、8.0； 温度为温度为25-3025-30； 亚硝酸的浓度为亚硝酸的浓度为2-30mmoL/L2-30mmoL/L时，生长最好；时，生长最好； 世代时间随环境的变化改变，世代时间随环境的变化改变，8h-8h-几天几天； 硝化杆菌属既能硝化杆菌属既能无机化能营养又可以有机化能营无机化能营养又可以有机化能营养。养。在化能无机营养下比有机营养生长快。硝化在化能无机营养下比有机营养生长快。硝化螺菌属在有机营养下生长比无机营养下生长快；螺菌属在有机营养下生长比无机营养下生长快； 大多数的硝化菌属细胞质内都含有贮存物，如大多数的硝化菌属细胞质内都含有贮存物，如肝肝糖，多聚磷酸盐，聚糖，多聚磷酸盐，聚-羟基

7、丁酸盐（羟基丁酸盐（PHBPHB）； 含有淡黄至淡红的细胞色素。含有淡黄至淡红的细胞色素。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-411主要的亚硝化和硝化细菌有：主要的亚硝化和硝化细菌有： 亚硝化单胞菌属，球菌属，螺菌属，叶菌亚硝化单胞菌属，球菌属，螺菌属，叶菌属，弧菌属；属，弧菌属； 硝化杆菌属，刺菌属，球菌属，螺菌属。硝化杆菌属，刺菌属，球菌属，螺菌属。环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-412运行中的控制：运行中的控制： 充足的氧，充足的氧，1.2-2.0mg/L1.2-2.0mg/L，浓度小于，浓度小于0.5mg/L0.5mg/L，硝化，硝化作用停止；作用停止

8、； 碱度控制在碱度控制在7.5-8.07.5-8.0； 控制控制BODBOD5 5，20-30mg/L20-30mg/L； 温度温度-5-60-5-60； 控制泥龄，保证泥龄在控制泥龄，保证泥龄在5 5天天以上；以上； 硝化过程产生硝酸，硝化过程产生硝酸，pHpH下降，适当添加下降，适当添加NaHCONaHCO3 3。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-413反硝化作用段及微生物反硝化作用段及微生物O3H2H2CONOHCHCH2HNO222233HO3H1.5NHNO2NHO2HNHNONH22332223O4HSNSOH2NH22423环境微生物基础教学课件 天津工业大学反

9、硝化脱氮反硝化脱氮厌氧氨氧化厌氧氨氧化厌氧氨反硫化脱氮厌氧氨反硫化脱氮22N有机质NO短程反硝化类型短程反硝化类型2022-1-414 兼性厌氧，异养型，以有机碳源葡萄糖、甲醇、兼性厌氧，异养型，以有机碳源葡萄糖、甲醇、乳糖、丙酮酸为碳源；乳糖、丙酮酸为碳源； 氧浓度低于氧浓度低于0.2mg/L0.2mg/L时利于反硝化；时利于反硝化； 有电子受体即碳源；有电子受体即碳源； 温度温度10-3510-35； pH7-8pH7-8。 反硝化菌反硝化菌2022-1-415 常加入甲醇或者乙醇作为外源碳，或者以部分常加入甲醇或者乙醇作为外源碳，或者以部分污水作为外源碳污水作为外源碳（补充碳源）（补充碳

10、源）； 内源碳，细胞死亡溶解析出的有机物。内源碳，细胞死亡溶解析出的有机物。 6NO3-+5CH3OH5CO2+3N2+7H2O+6OH-环境微生物基础教学课件 天津工业大学外源反硝化及内源反硝化外源反硝化及内源反硝化3.6OHCaCO6H0.4NNOH0.2CCa(OH)HNOOH2CH32275233-222-32754.6OH5COO1.2H2.8N4.6NONOHC2022-1-416环境微生物基础教学课件 天津工业大学废废水水好好氧氧脱脱碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水出水回流回流2. 脱氮工艺脱氮工艺2022-1

11、-417环境微生物基础教学课件 天津工业大学三三.脱磷作用及其微生物脱磷作用及其微生物 微生物进行好氧反应中，吸收营养物比例为微生物进行好氧反应中，吸收营养物比例为BOD:N:P=100:5:1, 但只去除污水中约但只去除污水中约19左右的磷左右的磷，剩余剩余P可以通过生物脱磷方法去除。可以通过生物脱磷方法去除。 脱磷原理：脱磷原理：依靠依靠聚磷菌聚磷菌（兼性厌氧菌）（兼性厌氧菌）聚磷，聚磷，再从水中除去这些细菌再从水中除去这些细菌。聚磷菌聚磷菌在好氧时在好氧时大量吸收磷酸盐大量吸收磷酸盐合成自身核酸和合成自身核酸和ATP多聚磷酸盐颗粒（异染粒）多聚磷酸盐颗粒（异染粒）2022-1-418环境

12、微生物基础教学课件 天津工业大学聚聚P聚聚P聚聚P聚聚P部分回流部分回流做菌种做菌种大部分大部分（P）去除去除三种基质低级脂肪酸三种基质低级脂肪酸葡萄糖，甲醇乙醇葡萄糖，甲醇乙醇丁酸，乳酸，琥珀酸。丁酸，乳酸，琥珀酸。厌氧放磷厌氧放磷好氧吸磷好氧吸磷1除磷的微生物原除磷的微生物原理理2022-1-4192. 聚磷菌聚磷菌 不动杆菌不动杆菌莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属、黄杆菌属等。亚硝化杆菌属、亚硝化叶菌胞菌属、黄杆菌属等。亚硝化杆菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化球菌属、硝化杆菌属、硝化球菌属。属、亚硝化球菌属、硝化杆菌属、硝化球菌属。环境微生物基础教学课件 天津工业

13、大学2022-1-420环境微生物基础教学课件 天津工业大学A /O法除磷工艺法除磷工艺原废水原废水释放磷释放磷（厌氧）（厌氧）曝气池曝气池（去除（去除BOD5，吸收磷）吸收磷）（好氧）（好氧）沉淀池沉淀池处理水处理水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥（含磷污泥（含磷污泥）厌氧好氧除磷工艺流程厌氧好氧除磷工艺流程3. 除磷工艺除磷工艺2022-1-421 有机物、氨氮、藻类有机物、氨氮、藻类分泌物、挥发酚、氰化分泌物、挥发酚、氰化物、重金属、农药等物、重金属、农药等。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学第二节第二节 微污染水源水的预处理微污染水源水的预处理1微污染水源水的概念和存在形式微污染水

14、源水的概念和存在形式 微污染水源水是受到有机物、氨氮、磷及有毒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的水源水。污染物较低程度的水源水。 自自然然水水体体工业废水工业废水生活污水生活污水农业灌溉农业灌溉养殖业排放养殖业排放2022-1-4222微污染水的生物处理的目的微污染水的生物处理的目的 自来水厂传统的饮用水处理采用混凝自来水厂传统的饮用水处理采用混凝- -沉淀沉淀- -过滤过滤- -消毒的方法。水中的有机物的去除消毒的方法。水中的有机物的去除只达到只达到20-3020-30。 有机物还会使过滤效率下降，过滤池的使有机物还会使过滤效率下降，过滤池的使用周期缩短。用周期缩短。

15、用来消毒的氯等物质与烷烃等有机物反应，用来消毒的氯等物质与烷烃等有机物反应，产生卤代烃三氯甲烷和二氯乙酸等致癌前产生卤代烃三氯甲烷和二氯乙酸等致癌前体物。体物。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-4233. 微污染水源水微生物处理方法微污染水源水微生物处理方法 微生物细胞与有机物营养接触的机会少微生物细胞与有机物营养接触的机会少很多，而吸收有机营养的唯一途经就是接触。很多，而吸收有机营养的唯一途经就是接触。在这种水体中，微生物较少以游离态存在，在这种水体中，微生物较少以游离态存在，9999以上的微生物都固着在某种介质表面以上的微生物都固着在某种介质表面，形成贫营养生物膜。形成贫

16、营养生物膜。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学贫营养水中微生物的特性贫营养水中微生物的特性 2022-1-424处理微污染水源水的工艺常用处理微污染水源水的工艺常用生物膜法生物膜法。环境微生物基础教学课件 天津工业大学生物膜法生物膜法能够截留微生物和有机物，保证能够截留微生物和有机物，保证处理系统中有足够的高效降解有处理系统中有足够的高效降解有机物和去除氨氮的微生物群落。机物和去除氨氮的微生物群落。活性污泥法活性污泥法要求较高的有机浓度和营养物质要求较高的有机浓度和营养物质 生物膜法中有：生物膜法中有：生物滤池，生物转盘，生物流生物滤池，生物转盘，生物流化床，生物接触氧化法化床，生物接触氧

17、化法。 2022-1-425环境微生物基础教学课件 天津工业大学曝气出水进水填料生物接触氧化法国内的国内的蚌埠淮河、宁波姚江、嘉兴新滕塘蚌埠淮河、宁波姚江、嘉兴新滕塘应用了生应用了生物接触氧化法处理水源水。物接触氧化法处理水源水。同济大学设计的深圳水库水源水同济大学设计的深圳水库水源水生物接触氧化处理生物接触氧化处理渠工程规模为渠工程规模为40040010104 4m m3 3/d/d。 2022-1-4264. 微污染水源水处理中微生物群落微污染水源水处理中微生物群落 需要适应贫营养环境的异养生物，需要适应贫营养环境的异养生物，除碳菌，硝除碳菌，硝化细菌，反硝化细菌，藻类，原生动物，微型后生

18、化细菌，反硝化细菌，藻类，原生动物，微型后生动物动物组成的生态系统组成的生态系统。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-427诺卡氏菌属和假单胞菌是优势菌属诺卡氏菌属和假单胞菌是优势菌属 环境微生物基础教学课件 天津工业大学 诺卡氏菌属是丝状菌，适合在贫营养环境中生活。诺卡氏菌属是丝状菌，适合在贫营养环境中生活。丝状菌的菌丝织成生物膜的经纬，使生物膜具有稳丝状菌的菌丝织成生物膜的经纬，使生物膜具有稳定的结构。定的结构。 杆菌和球菌类微生物在生物膜上的生长主要是以丝杆菌和球菌类微生物在生物膜上的生长主要是以丝状菌为骨架。状菌为骨架。 在这种骨架上大量的微生物形成各种菌胶团。在这种骨

19、架上大量的微生物形成各种菌胶团。 菌胶团以外的荚膜物质增强了生物膜对环境的抵抗菌胶团以外的荚膜物质增强了生物膜对环境的抵抗力，减少了原生动物对细菌的吞噬作用。力，减少了原生动物对细菌的吞噬作用。 微型动物对有机物的去除和生物膜的更新起到了积微型动物对有机物的去除和生物膜的更新起到了积极的作用。极的作用。微型动物生长过于丰富，就会取食生物膜或者微型动物生长过于丰富，就会取食生物膜或者使生物膜与有机物接触减少，生物膜脱落，产使生物膜与有机物接触减少，生物膜脱落，产生负面的影响。生负面的影响。2022-1-4285. 预处理的运行条件预处理的运行条件供氢体。保证反硝化阶段的进行，必须保供氢体。保证反

20、硝化阶段的进行，必须保证有足够的证有足够的有机物作有机物作为碳源供氢体。为碳源供氢体。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学 一般加入一般加入甲醇甲醇作为供氢体，但这种方法增加作为供氢体，但这种方法增加运行费用，甲醇还有毒性。可以用运行费用，甲醇还有毒性。可以用乙醇和糖乙醇和糖代代替，还有人提出用微电解生物膜反应器中的微替，还有人提出用微电解生物膜反应器中的微电解水产生的电解水产生的H2作为供氢体。作为供氢体。 2022-1-429溶解氧。溶解氧一般在溶解氧。溶解氧一般在4mg/l4mg/l，能够满足好，能够满足好氧过程中的需要。反硝化过程中要求缺氧氧过程中的需要。反硝化过程中要求缺氧条件，条

21、件，生物膜较厚生物膜较厚能够达到局部的厌氧和能够达到局部的厌氧和亏氧。亏氧。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学 反硝化阶段放在好氧阶段之前，既可以添加反硝化阶段放在好氧阶段之前，既可以添加一定的碳源维持反硝化，又能够使水中多余有机一定的碳源维持反硝化，又能够使水中多余有机物在好氧阶段分解掉。物在好氧阶段分解掉。 2022-1-430 水温和水温和pH pH 。温度升高，对有机物和氨氮的。温度升高，对有机物和氨氮的去除有利，去除有利，2020以上处理效果好。以上处理效果好。环境微生物基础教学课件 天津工业大学深圳水库的年平均水温在深圳水库的年平均水温在23.6，pH值值7。2022-1-43

22、1第三节第三节 饮用水的消毒及其微生物学效应饮用水的消毒及其微生物学效应 水中的细菌只有很少的一部分是水中的细菌只有很少的一部分是病原菌（或称致病原菌（或称致病菌）；病菌）； 此类水中病原菌若此类水中病原菌若经水传播经水传播， 在消化道滋生导致在消化道滋生导致疾病疾病肠道传染病；肠道传染病； 肠道传染病如肠道传染病如伤寒，痢疾，霍乱；病毒性肝炎，伤寒，痢疾，霍乱；病毒性肝炎，脊髓灰质炎。脊髓灰质炎。 一些借水传播的寄生虫病，如血吸虫等。一些借水传播的寄生虫病，如血吸虫等。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学一、水消毒的重要一、水消毒的重要性性2022-1-432环境微生物基础教学课件 天津工

23、业大学 伤寒沙门氏菌伤寒沙门氏菌 通过通过内毒素内毒素致病致病( (内毒素是其细胞壁的成分，内毒素是其细胞壁的成分，化学成分为脂多糖，当细菌死亡分裂时会释放到化学成分为脂多糖，当细菌死亡分裂时会释放到环境中。环境中。) )在地面普通水中可生存在地面普通水中可生存13周周，井水中可生存，井水中可生存约约周周，在粪坑及污水，在粪坑及污水中可生存中可生存12个月个月。2022-1-433环境微生物基础教学课件 天津工业大学痢疾杆菌痢疾杆菌37 能耐能耐20天天，加热到，加热到60能耐能耐10min，对，对1的石炭酸，的石炭酸，可抵抗半小时。可抵抗半小时。传播方式：食物和饮用水传播方式：食物和饮用水内

24、毒素内毒素损害了人体肠道细胞，引起肠损害了人体肠道细胞，引起肠道痉挛、腹泻等症状。道痉挛、腹泻等症状。2022-1-434环境微生物基础教学课件 天津工业大学霍乱弧菌霍乱弧菌革兰氏革兰氏阴性，有鞭毛阴性，有鞭毛传播方式：水及食物，与传播方式：水及食物，与病人或带菌动物接触，主要病人或带菌动物接触，主要由病人带菌的粪便污染水体由病人带菌的粪便污染水体而传播。而传播。：霍乱弧菌由口进入人体霍乱弧菌由口进入人体小肠小肠中，大量繁殖中，大量繁殖释放出释放出毒素毒素破坏肠细胞膜，肠细胞破坏肠细胞膜，肠细胞大量脱水、电解质失衡。大量脱水、电解质失衡。2022-1-435环境微生物基础教学课件 天津工业大学

25、传播方式：传播方式：2022-1-436环境微生物基础教学课件 天津工业大学饮用水的消毒非常重要。饮用水的消毒非常重要。2022-1-437二、水的消毒方法二、水的消毒方法 水体的消毒方法有水体的消毒方法有煮沸法，加氯消毒，臭煮沸法，加氯消毒，臭氧消毒，过氧化氢消毒，紫外辐射消毒，微电氧消毒，过氧化氢消毒，紫外辐射消毒，微电解消毒解消毒等。等。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学 自来水厂自来水厂加氯消毒加氯消毒是最常用，最经济，简单的是最常用，最经济，简单的消毒方法。消毒方法。 2022-1-438 氯的消毒起源于氯的消毒起源于18501850年，年，19041904年英国正式年英国正式将

26、它用于公共给水的消毒。将它用于公共给水的消毒。 常用的化学药剂有常用的化学药剂有液氯，漂白粉液氯，漂白粉(Ca(OCl)(Ca(OCl)2 2, , CaClCaCl2 2, Ca(OH), Ca(OH)2 2混合物混合物) )，氯胺，氯胺。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2022-1-439 氯常温时气态呈黄绿色，液氯为琥珀色，有刺氯常温时气态呈黄绿色，液氯为琥珀色，有刺激性气味，有很强的氧化性。与水的反应：激性气味，有很强的氧化性。与水的反应： 环境微生物基础教学课件 天津工业大学1. 氯消毒的原理氯消毒的原理Cl2 + H2OHOCl +Cl- +H+HOClH+ +OCl-202

27、2-1-440环境微生物基础教学课件 天津工业大学 氯的水溶液中有氯的水溶液中有Cl2, HOCl, OCl- , Cl-, H+ ,这些这些分子和离子的浓度由水的分子和离子的浓度由水的pH值决定，有时受到水中值决定，有时受到水中的杂质的影响。的杂质的影响。 水温为水温为2020 pHpH值为值为6 6时，时，HOClHOCl，ClCl- -为主，为主，OClOCl- -为为HOClHOCl的的2.72.7； pHpH值为值为9 9时，时，OClOCl- -为主为主，HOClHOCl与与OClOCl- -比值约为比值约为0.270.27； pHpH值为值为7.677.67时，时，HOClHOC

28、l与与ClCl- -的浓度相等。的浓度相等。水温水温2525，ClCl- -1000mg/l10pH10时，时，OClOCl- -几乎占全部。几乎占全部。 2022-1-441环境微生物基础教学课件 天津工业大学杀菌的物质？杀菌的物质？水的水的pH值较低时，加氯的效果较好。值较低时，加氯的效果较好。HOCl-NH3-SH强氧化剂强氧化剂OCl-实际不起杀菌作用？实际不起杀菌作用？ 2022-1-442 污水中存在污水中存在氨氨，氨与氯很容易反应，随着加氯，氨与氯很容易反应，随着加氯量的增加，产物从量的增加，产物从一氯胺到三氯胺一氯胺到三氯胺。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学NH3 +HOClH2O +N