第二篇污废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理

1、第四章第四章 污、废水深度处理和污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理微污染源水预处理中的微生物学原理第一节第一节 污、废水深度处理污、废水深度处理脱氮、除脱氮、除 磷与微生物学原理磷与微生物学原理 氮在废水中以有机氮化物和氨氮为主，用传统的活性氮在废水中以有机氮化物和氨氮为主，用传统的活性污泥法能将有机氮转化为氨氮，却不能有效地从废水中去污泥法能将有机氮转化为氨氮，却不能有效地从废水中去除氮。废水生物脱氮的基本原理即在生物处理过程中使废除氮。废水生物脱氮的基本原理即在生物处理过程中使废水中含氮有机物被微生物分解，转化为水中含氮有机物被微生物分解，转化为N N2 2 、N N2 2

2、O O而从液相而从液相中释放出来。中释放出来。一一 生物脱氮工艺、原理及微生物生物脱氮工艺、原理及微生物 硝化反应包括两个步骤，第一步由亚硝酸细菌将氨氮硝化反应包括两个步骤，第一步由亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸盐（转化为亚硝酸盐（NONO2 2- -），第二步由硝酸细菌进一步将亚），第二步由硝酸细菌进一步将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（硝酸盐氧化成硝酸盐（NONO3 3- -）。这两类细菌统称为硝化细）。这两类细菌统称为硝化细菌，它们利用无机碳化物如菌，它们利用无机碳化物如COCO3 32-2-、HCOHCO3 3- -和和COCO2 2作为碳源，作为碳源，从从NHNH3 3、或、或NONO2 2-

3、-的氧化反应中获取能量。的氧化反应中获取能量。全程硝化反硝化工艺全程硝化反硝化工艺 反硝化作用是指在无氧或低氧条件下，硝酸态氮、亚反硝化作用是指在无氧或低氧条件下，硝酸态氮、亚硝酸态氮被微生物还原转化为分子态氮（硝酸态氮被微生物还原转化为分子态氮（N2）的过程。参）的过程。参与这一作用的微生物是反硝化细菌，这是一类异养分型的与这一作用的微生物是反硝化细菌，这是一类异养分型的兼性厌氧细菌，如变形杆菌（兼性厌氧细菌，如变形杆菌（Protens）、假单胞菌）、假单胞菌（Pseudomonas）、小球菌（）、小球菌（Micrococcus）。它们在缺氧）。它们在缺氧的条件下，利用有机碳源为电子供体，的

4、条件下，利用有机碳源为电子供体，NO3-作为电子受体，作为电子受体，在降解有机物的同时进行反硝化作用，其反应过程可表式在降解有机物的同时进行反硝化作用，其反应过程可表式为：为：全程硝化反硝化工艺全程硝化反硝化工艺 SHARON工艺工艺 亚硝酸细菌是格兰氏阴性微生物，亚硝酸细菌是格兰氏阴性微生物，生长极为缓慢。在适宜的条件下需生长极为缓慢。在适宜的条件下需24h才能完成一次分裂周期。在进行固体才能完成一次分裂周期。在进行固体培养的过程中一般需数月才能见到菌培养的过程中一般需数月才能见到菌落生长。亚硝酸细菌喜欢微偏碱性的落生长。亚硝酸细菌喜欢微偏碱性的环境环境,生长的最适生长的最适pH值为值为7.

5、08.5。生。生长的最适温度为长的最适温度为2428。亚硝酸细。亚硝酸细菌是严格的专性化异养菌，以氨盐的菌是严格的专性化异养菌，以氨盐的氧化满足其能量的需要。氧化满足其能量的需要。与传统的生物脱氮工艺相比，与传统的生物脱氮工艺相比，SHARON生物脱氮生物脱氮工艺具有以下特点工艺具有以下特点:(1) 与活性污泥法相比，节省氧供应量约与活性污泥法相比，节省氧供应量约25%；(2) 节省反硝化所需碳源节省反硝化所需碳源40%；(3) 减少污泥生成量减少污泥生成量50%；(4) 减少投碱量；减少投碱量；(5) 缩短反应时间缩短反应时间,反应器的容积相应减小。反应器的容积相应减小。 SHARON工艺工

6、艺u1975年，年，Voets等就进行了经历等就进行了经历NO- -2途径处理高浓度氨氮废水的研究，发现了途径处理高浓度氨氮废水的研究，发现了硝化过程中硝化过程中NO- -2的累积现象，并首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮的概念；的累积现象，并首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮的概念；u1997年，年，Mulder提出了用提出了用SHARON来处理城市污水二级处理系统中污泥消化来处理城市污水二级处理系统中污泥消化上清液和垃圾滤出液等高氨废水上清液和垃圾滤出液等高氨废水,可使硝化系统中可使硝化系统中 HNO2 的积累达到的积累达到100%；u1998年，年，Helling等采用一个容积为等采用一个容

7、积为1 5L的无污泥回流的完全混合反应器进行废的无污泥回流的完全混合反应器进行废水生物脱氮处理，氨氮平均去除率为水生物脱氮处理，氨氮平均去除率为80%85%。同时也表明，。同时也表明，SHARON这种好这种好氧氧/缺氧的运行方式不可能保证出水氨氮浓度较低，该工艺更适合于处理氨氮质量缺氧的运行方式不可能保证出水氨氮浓度较低，该工艺更适合于处理氨氮质量浓度高于浓度高于500mg/L的废水；的废水；u1998年初第年初第1个生产规模的个生产规模的SHARON工程在荷兰鹿特丹的工程在荷兰鹿特丹的 Dokhaven 废水处理废水处理场建成并投入运行。该场建成并投入运行。该SHARON的进水氨氮质量浓度为

8、的进水氨氮质量浓度为1g/L，进水氨氮的总量为，进水氨氮的总量为1200kg/d，氨氮的去除率为，氨氮的去除率为 85%。 SHARON工艺工艺 ANAMMOX工艺简介工艺简介 ANAMMOX生物脱氮技术也是荷兰生物脱氮技术也是荷兰 Delft 技术大学技术大学提出的一种新型生物脱氮技术。该技术的基本原理是提出的一种新型生物脱氮技术。该技术的基本原理是:在在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮直接氧化生成氮气。如果说氮直接氧化生成氮气。如果说SHARON技术只是将传统技术只是将传统的硝化反硝化工艺通过运行控制缩短了生物脱氮的途径，的

9、硝化反硝化工艺通过运行控制缩短了生物脱氮的途径，而而ANAMMOX生物脱氮技术则是一种全新的生物脱氮技生物脱氮技术则是一种全新的生物脱氮技术，完全突破了传统生物脱氮技术中的基本概念。术，完全突破了传统生物脱氮技术中的基本概念。ANAMMOX是指在厌是指在厌氧条件下，微生物直接以氧条件下，微生物直接以NH4+ +为电子供体，以为电子供体，以NO2- -或或NO3- -为电子受体，将为电子受体，将NH4+ +、NO2- -或或NO3- -直接直接转变为转变为N2的生物化学过程。的生物化学过程。ANAMMOX、传统的硝化、传统的硝化反硝化与亚硝化生物脱氮反硝化与亚硝化生物脱氮途径见图途径见图1。图1

10、 氮的转化过程Anammox ANAMMOX工艺简介工艺简介 Strous用用SBR工艺对厌氧氨氧化菌进行了定量研究，确定了几个重要的工艺对厌氧氨氧化菌进行了定量研究，确定了几个重要的生理学参数：生理学参数：形态学特征形态学特征：球状菌，具蛋白质的S层，细胞壁上存在漏斗状结构，无肽聚糖，内部有一细胞器Anammoxosome；反应式：反应式：NH4+ + NO2-N N2+2H2O；中间产物：中间产物：联胺，羟胺；酶：酶：羟胺氧化还原酶(HAO)；好氧速率：好氧速率：0 nmol/(mg.min)；厌氧速率：厌氧速率：60 nmol/(mg.min)；比生长速率：比生长速率：0.003/h；世

11、代时间：世代时间：10.6d；氧：氧：可逆抑制。 ANAMMOX工艺简介工艺简介Graaf通过同位素通过同位素15 N示踪的研究结果证明，示踪的研究结果证明，ANAMMOX是通过生物氧化的途径实现的。其中羟胺是通过生物氧化的途径实现的。其中羟胺(NH2OH)最有可能作为电子受体，最有可能作为电子受体， NH2OH和和NO2- -生成生成N2O，而，而N2O可以进一步转化为氮气。可以进一步转化为氮气。Jetten等通过同位素等通过同位素15N示踪的研究结果表明，示踪的研究结果表明，羟胺羟胺和和联氨（联氨（N2H4 ）是）是ANAMMOX反应的重要中间产物。氨和反应的重要中间产物。氨和羟胺反应生成

12、联氨，联氨被转化为氮气并生成羟胺反应生成联氨，联氨被转化为氮气并生成4个还原性个还原性H，还原性，还原性H被传递到被传递到NO- -2还原系统形成羟胺。还原系统形成羟胺。ANAMMOX的反应模型见图的反应模型见图2、图、图3-1、图、图3-2以及图以及图4。 ANAMMOX工艺简介工艺简介NH4+NH2OHN2H4N2H2N2NO2-NO3-2H2H图2 ANAMMOX工艺的化学反应模型 氨被羟胺氧化形成联氨 联氨产生N2和还原能量 亚硝酸盐被氧化成硝酸盐，产生还原当量用于细胞生长。 H被用于还原亚硝酸盐产生更多的羟胺电子汇，处置反应中产生的电子羟胺的前体能源 ANAMMOX工艺简介工艺简介厌

13、氧氨氧化涉及的化学反应为厌氧氨氧化涉及的化学反应为NH2OH+NH3N2H4+H20N2H4N2+4HHNO2+4H NH2OH+H2ONH3+HNO2N2+2H2OHNO2+H2O+NAD+HNO3+NADH2 ANAMMOX工艺简介工艺简介图3-1 厌氧氨氧化细菌的细胞结构模型图 厌氧氨氧化体厌氧氨氧化体拟核拟核外室细胞质外室细胞质 细胞可区分为内室和外室。细胞可区分为内室和外室。内室中间有一个由双层膜包围的内室中间有一个由双层膜包围的厌氧氨氧化体，含有羟胺氧还原厌氧氨氧化体，含有羟胺氧还原酶和少量酶和少量DNA，并具有未知功能，并具有未知功能的管状结构，它可能是厌氧氨氧的管状结构，它可能

14、是厌氧氨氧化发生的场所。另外，内室还含化发生的场所。另外，内室还含有拟核和核糖体等成分。外室包有拟核和核糖体等成分。外室包围着内室，内室与外室之间由细围着内室，内室与外室之间由细胞内膜隔开。细胞壁和细胞膜位胞内膜隔开。细胞壁和细胞膜位于外室外围。于外室外围。 ANAMMOX工艺简介工艺简介图32 ANAMMOX工艺的细胞反应模型 根据化学反应模型和根据化学反应模型和细胞结构模型，细胞结构模型，Jetten等等人提出了厌氧氨氧化的细人提出了厌氧氨氧化的细胞反应模型，认为亚硝酸胞反应模型，认为亚硝酸盐在细胞质中被还原成羟盐在细胞质中被还原成羟胺，并与氨反应生成联氨；胺，并与氨反应生成联氨；联氨在厌

15、氧氨氧化体中被联氨在厌氧氨氧化体中被氧化成氮气。氧化成氮气。N2H4N2NH4+NH2OH4eNO2- -厌氧氨氧化体厌氧氨氧化体细胞质细胞质 ANAMMOX工艺简介工艺简介图4 ANAMMOX工艺的生化反应模型亚硝酸盐还原酶（NR）催化NO2-还原成NH2OH跨膜的联氨水解酶（HH）催化羟胺和氨缩合成联氨联氨氧化酶（HAO）催化联氨转化为氮气 ANAMMOX工艺简介工艺简介与传统的硝化与传统的硝化/反硝化相比，厌氧氨氧化更具有明显的优势：反硝化相比，厌氧氨氧化更具有明显的优势： 无需外加有机物作电子供体，既节省费用又可防止二次污染；无需外加有机物作电子供体，既节省费用又可防止二次污染； 硝化

16、反应每氧化硝化反应每氧化1mol NH4十十耗氧耗氧2mol，而在厌氧氨氧化反应中，而在厌氧氨氧化反应中，每氧化每氧化 1mol NH4 +只需要只需要0.75mol氧，耗氧下降氧，耗氧下降62.5(不考虑细不考虑细胞合时胞合时)，使能耗大大降低；，使能耗大大降低； 传统的硝化反应氧化传统的硝化反应氧化lmol NH4+可产生可产生2mo1 H十十，反硝化还，反硝化还1mol NO3- -或或NO2- -将产生将产生1mol OH- -，而氨厌氧氧化的生物产酸，而氨厌氧氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可节省大量的中和剂；量大为下降，产碱量降至为零，可节省大量的中和剂； 污泥产量很低，

17、简化工艺也节省了设备投资。污泥产量很低，简化工艺也节省了设备投资。 ANAMMOX工艺简介工艺简介u1995年年Mulder等在反硝化流化床中发现并研究了等在反硝化流化床中发现并研究了ANAMMOX反应反应u1997年年Strous等分别采用流化床和固定床反应器对废水中的等分别采用流化床和固定床反应器对废水中的NH3-N进行了厌氧氨氧化研究。反应温度为进行了厌氧氨氧化研究。反应温度为36，水样，水样pH为为7,进水进水NH3-N和和NO2-N的质量浓度为的质量浓度为70840mg/L，总氮的去除负荷为，总氮的去除负荷为1.1kg/(m3d)；u1999年，年，Jetten等在等在3037试验温

18、度下及试验温度下及pH为为7.08.5进水情况进水情况下用流化床反应器对污泥消化出水进行了下用流化床反应器对污泥消化出水进行了ANAMMOX生物脱氮效果生物脱氮效果试验；试验；u2000年周少奇等从生化反应电子流守衡原理出发年周少奇等从生化反应电子流守衡原理出发,推导出推导出ANAMMOX需要一定量的需要一定量的CO2做碳源，从而说明做碳源，从而说明ANAMMOX过程是过程是在自养微生物作用下完成的，微生物可以利用在自养微生物作用下完成的，微生物可以利用NH4+或硝态氮或硝态氮2种氮源种氮源合成细胞物质。合成细胞物质。 ANAMMOX工艺简介工艺简介 亚硝酸细菌能够把氨氧化成亚硝酸盐，是厌氧氨

19、亚硝酸细菌能够把氨氧化成亚硝酸盐，是厌氧氨氧化菌理想的合作伙伴。长期以来，人们习惯上把亚硝氧化菌理想的合作伙伴。长期以来，人们习惯上把亚硝酸盐氧化和硝酸盐氧化看成是硝化作用酸盐氧化和硝酸盐氧化看成是硝化作用“不可分割不可分割”的的组成部分，把亚硝酸菌看成是硝化细菌组成部分，把亚硝酸菌看成是硝化细菌“理所当然理所当然”的的组成成员。事实上，氨氧化和亚硝酸盐氧化是两个独立组成成员。事实上，氨氧化和亚硝酸盐氧化是两个独立的生物反应，亚硝酸细菌和硝酸菌也是亲缘关系很远的的生物反应，亚硝酸细菌和硝酸菌也是亲缘关系很远的两个菌群。在自然或人工生境中，亚硝酸细菌和硝酸细两个菌群。在自然或人工生境中，亚硝酸细

20、菌和硝酸细菌常常彼此相伴，维系两者的纽带仅仅是基质。亚硝酸菌常常彼此相伴，维系两者的纽带仅仅是基质。亚硝酸细菌完全可以离开硝酸细菌而与厌氧氨氧化菌细菌完全可以离开硝酸细菌而与厌氧氨氧化菌“联姻联姻”。SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺 在在SHARAON工艺中亚硝酸细菌（如工艺中亚硝酸细菌（如Nitrosomonas europaea）能够在有氧条件下把氨氧化成亚硝酸盐（式能够在有氧条件下把氨氧化成亚硝酸盐（式5）；而在）；而在ANAMMOX工工艺中厌氧氨氧化菌（如艺中厌氧氨氧化菌（如Brocadia anmmoxidans）则能够在无氧条件）则能够在无氧条件下把氨和亚硝酸转化成氮

21、气（式下把氨和亚硝酸转化成氮气（式6）；利用亚硝酸细菌和厌氧氨氧化细）；利用亚硝酸细菌和厌氧氨氧化细菌的协同作用，可以把氨氧化成氮气（式菌的协同作用，可以把氨氧化成氮气（式7），达到脱氮的目的。亦即），达到脱氮的目的。亦即利用利用SHARON-ANAMMOX组合工艺实现高效脱氮的目的。组合工艺实现高效脱氮的目的。NH3 + 1.5O2 NO2- - + H2O + H+ （5）NH3 + 1.32 NO2- - + H+ + 1.02 N2 + 0.26 NO3- - + H2O （6）NH3 + 0.85O2 0.44 N2 + 0.11NO3- - + 1.43H2O + 0.14H+ +

22、 （7）SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺NH4+ NO2-空气NH4+ NO2- N2 NO3-倾出液上清液Sharon-Anammox 工艺工艺SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺供氧量节省62.5%NH4+ + 0.75O2 0.5NO2- + 0.5H2O + H+ + 0.5NH4+NH4+ + 2.0O2 NO3- + H2O + 2H+短程硝化全程硝化耗碱量节省50%6NO2- - + 6NH4+ 6N2 + 12H2O6NO3- + 5CH3OH +CO2 3N2 + 6HCO3- -+ 7H2O甲醇消耗量节省100%厌氧氨氧化全程反硝化只须氧化50%的N

23、H4+SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺1molNO3-1molNH4+1molNO2-1molNH4+0.45molNH4+1.9molO20.8molO2(40%)CO2CO23.4gCOD生物生物1.6gCOD生物生物57gCOD碳源碳源17gCOD生物生物CO21.5gCOD生物生物0.5N2+20gCOD生物生物0.45N2+0.1molNO3-+3gCOD生物生物（a)全程硝化-反硝化过程（b）短程硝化-厌氧氨氧化过程厌氧氨氧化菌的细胞产率远低于反硝化细菌，短程硝化厌氧氨氧化菌的细胞产率远低于反硝化细菌，短程硝化厌氧氨氧化过程的污泥产量只有传统生物脱氮过程的厌氧氨氧化过

24、程的污泥产量只有传统生物脱氮过程的15%SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺u1999年年Jetten等以污泥消化出水作为原水，利用等以污泥消化出水作为原水，利用SHARONANAMMOX组合工艺进行了生物脱氮试验研究，该工艺的总氮负荷组合工艺进行了生物脱氮试验研究，该工艺的总氮负荷为为0.8kg/(m3d)，pH不用控制。整个试验过程中，不用控制。整个试验过程中，NH4+去除率为去除率为83%；u2002年年Fux等也以该组合工艺进行了中试规模的试验研究，在半等也以该组合工艺进行了中试规模的试验研究，在半年的运行过程中，氮的去除负荷可达年的运行过程中，氮的去除负荷可达2.4kg /

25、(m3d)， NH4+去除率大去除率大于于90%； u2002年年6月荷兰鹿特丹的月荷兰鹿特丹的Dokhaven污水厂建成世界上第一座污水厂建成世界上第一座SHARONANAMMOX生物脱氮组合技术工业化生产装置，用于处生物脱氮组合技术工业化生产装置，用于处理其泥区的废水。理其泥区的废水。SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺生物除磷主要由一类统称为聚磷细菌的微生物完成。该生物除磷主要由一类统称为聚磷细菌的微生物完成。该类微生物均属异养型细菌，现已报道的种类包括：不动类微生物均属异养型细菌，现已报道的种类包括：不动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、肠杆菌杆菌属、假单胞菌属、气单

26、胞菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、着色菌属、脱氮微球菌属等。属、着色菌属、脱氮微球菌属等。 在厌氧条件下，聚磷菌把细菌中的聚磷水解为磷酸盐在厌氧条件下，聚磷菌把细菌中的聚磷水解为磷酸盐（PO3-4）释放胞外，并从中获胜能量，利用污水中易降）释放胞外，并从中获胜能量，利用污水中易降解的解的COD如挥发性脂肪酸（如挥发性脂肪酸（VFA），合成贮藏物聚），合成贮藏物聚 -羟羟丁酸（丁酸（PHB）等贮于胞内。）等贮于胞内。二二 生物除磷生物除磷在好氧条件下，聚磷菌以游离氧为电子受体，氧化胞内贮在好氧条件下，聚磷菌以游离氧为电子受体，氧化胞内贮存的存的PHB，并利用该反应产生的能量，过量地从污水中摄，并利用该

27、反应产生的能量，过量地从污水中摄取磷酸盐，合成高能物质取磷酸盐，合成高能物质ATP，其中一部分又转化为聚磷，其中一部分又转化为聚磷，作为能量贮于胞内，好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过剩作为能量贮于胞内，好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过剩余污泥排放可实现高效地除磷目的。余污泥排放可实现高效地除磷目的。一部分聚磷菌具有脱氮功能，在无游离氧条件下，可利用一部分聚磷菌具有脱氮功能，在无游离氧条件下，可利用硝酸盐中的氧进行呼吸，将硝酸盐还原为硝酸盐中的氧进行呼吸，将硝酸盐还原为N或或NO。同时，。同时，在一定条件下，还可大量释磷，当厌氧段混入硝酸盐时，在一定条件下，还可大量释磷，当厌氧段混入硝酸盐时，一部分

28、易降解碳源被反硝化利用，对聚磷菌释磷产生不利一部分易降解碳源被反硝化利用，对聚磷菌释磷产生不利影响。影响。聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，当基质聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，当基质为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释磷迅速而为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释磷迅速而彻底，基质为非挥发性脂肪酸时，释磷则十分缓慢，彻底，基质为非挥发性脂肪酸时，释磷则十分缓慢，且总释磷量也很小。有观点认为，聚磷菌一般可直接且总释磷量也很小。有观点认为，聚磷菌一般可直接利用的是第一类基质利用的是第一类基质挥发性脂肪酸，其它基质则挥发性脂肪酸，其它基质则需转化为第一类基质后才能被利用。需转化为第

29、一类基质后才能被利用。厌氧释磷：厌氧释磷：聚磷菌在厌氧的不利条件下（压抑条件），可聚磷菌在厌氧的不利条件下（压抑条件），可将贮积在菌体内的聚磷分解。在此过程中释放出的能量将贮积在菌体内的聚磷分解。在此过程中释放出的能量可供聚磷菌在厌氧压抑环境下存活之用；另一部分能量可供聚磷菌在厌氧压抑环境下存活之用；另一部分能量可供聚磷菌主动吸收乙酸、可供聚磷菌主动吸收乙酸、H+和和e-,使之以使之以PHB形式贮藏形式贮藏在菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。在菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。好氧吸磷好氧吸磷：进入好氧区后，聚磷菌即可将积贮的：进入好氧区后，聚磷菌即可将积贮的PHB的好的好氧分解，释放

30、出的大量能量可供聚磷菌的生长、繁殖。氧分解，释放出的大量能量可供聚磷菌的生长、繁殖。当环境中的有溶磷存在时，一部分能量可供聚磷菌主动当环境中的有溶磷存在时，一部分能量可供聚磷菌主动吸收磷酸盐，并以聚磷的形式贮积在体内。吸收磷酸盐，并以聚磷的形式贮积在体内。生化除磷模型生化除磷模型产酸菌产酸菌 PHB PHB 聚聚P 聚聚P乙乙 酸酸有机基质有机基质聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌厌氧区厌氧区好氧区好氧区PO3-3PO3-3O2生物除磷机理图解生物除磷机理图解H+NAD+TCANADH+H+ATP细胞质膜聚磷菌细胞Pi M+pH敏感载体 Pi M+葡萄糖 ACCoAPHB聚磷HA

31、CATPATPADPPi库SBSbsSAAC-H+ (pmf)H+聚磷菌无氧释磷的生化反应模式图聚磷菌无氧释磷的生化反应模式图H+SbsSBSAAC-SbpH+PHBHACACCoANAD+H+H+H2O(N2)O2(NO3-)NAD+葡萄糖 CO2 TCAATPATP酶聚磷ATPADP+PiH+(M+)H+(M+)Pi聚磷菌好氧吸磷的生化反应模式图聚磷菌好氧吸磷的生化反应模式图A/O除磷工艺流程厌氧（放磷） 好氧（吸磷）沉淀回流污泥剩余污泥出水进水A2/O除磷工艺流程除磷工艺流程厌氧（放磷）好氧（吸磷）沉淀缺氧（放磷）回流污泥混合液回流剩余污泥出水进水巴颠甫脱氮除磷工艺流程巴颠甫脱氮除磷工艺

32、流程弗斯特利普除磷工艺流程弗斯特利普除磷工艺流程氧化沟工艺流程氧化沟工艺流程序列间歇式反应器序列间歇式反应器 (SBR)-工艺工艺进水回流污泥剩余污泥 出水第一单元第二单元第三单元第四单元BIOLAK工艺流程 相关著作和文献相关著作和文献1 金相灿中国湖泊环境北京金相灿中国湖泊环境北京:海洋出版社，海洋出版社，19952 A2/O生物脱氮、除磷技术在污水处理中的应用，国家环境保护最佳生物脱氮、除磷技术在污水处理中的应用，国家环境保护最佳实用技术汇编，北京实用技术汇编，北京:国家环保局，国家环保局，1994 ，36403 郑平，冯孝善废物生物处理理论和技术杭州郑平，冯孝善废物生物处理理论和技术杭

33、州: 浙江教育出版社，浙江教育出版社，19974 徐亚同废水中氮磷的处理上海徐亚同废水中氮磷的处理上海:华东师范大学出版社，华东师范大学出版社，19945 Bremner J M. Nitrous oxide: emission from soils during nitrification of fertilizer nitrogen Science 1989. 199:1631666 施永生亚硝酸型生物脱氮技术给水排水，施永生亚硝酸型生物脱氮技术给水排水，2000, 26(11):21247 袁林江短程硝化袁林江短程硝化反硝化生物脱氮中国给水排水，反硝化生物脱氮中国给水排水，2000. 2

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36、耀城市污水生物脱氮除磷机理研究进展上海环境科学，高廷耀城市污水生物脱氮除磷机理研究进展上海环境科学，1999, 18(1)313514 周岳溪，钱易，顾夏声废水生物除磷机理研究环境科学学报，周岳溪，钱易，顾夏声废水生物除磷机理研究环境科学学报，1993, 13(2, 3):212315 王彩霞，城市污水处理新技术，北京王彩霞，城市污水处理新技术，北京:中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社， 199316 兰淑澄，司亚安污水兰淑澄，司亚安污水A2/O生物去除营养源系统的生物去除营养源系统的C/N及及C/P，给水与废水处理国际会议论文集，给水与废水处理国际会议论文集，1996:15015317

37、钱易，未祥友现代废水处理新技术，北京钱易，未祥友现代废水处理新技术，北京:中国科学技术出版中国科学技术出版社，社，199318 宁平宁平BIOLAR除磷除氮各级废水处理系统，环境工程，除磷除氮各级废水处理系统，环境工程，2000, 18(5):202219 王建龙生物脱氮新工艺及其技术原理，中国给水排水，王建龙生物脱氮新工艺及其技术原理，中国给水排水，2000, 2:161820 杨霞杨霞 城市生活垃圾填埋场渗滤液废水处理工艺环境工程城市生活垃圾填埋场渗滤液废水处理工艺环境工程2000，18(5):1517第二节第二节 微污染水源水微污染水源水预处理中的微生物学问题预处理中的微生物学问题一、一

38、、 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 微污染水源水在经过自来水厂的传统工艺处理之后未能微污染水源水在经过自来水厂的传统工艺处理之后未能有效的去除污染物，尤其是致癌物的前体物如烷烃类残留在有效的去除污染物，尤其是致癌物的前体物如烷烃类残留在水中，经过氯处理后产生卤代烃三氯甲烷和二氯乙酸等三致水中，经过氯处理后产生卤代烃三氯甲烷和二氯乙酸等三致物。此外微污染水源水中氨氮如果含量较高，会导致亚硝化物。此外微污染水源水中氨氮如果含量较高，会导致亚硝化细菌增生，促使细菌增生，促使NO2-浓度增高，还能滋生其他的异养菌，危浓度增高，还能滋生其他的异养菌，危害人体将康。重视微污染

39、水源水的预处理，对确保饮用水的害人体将康。重视微污染水源水的预处理，对确保饮用水的卫生和安全非常重要。卫生和安全非常重要。微污染水源水是指受到有机物、氨氮、磷及有机毒污染物较低程度污染的水源水。水源水污染源：未经处理的工业废水、生活污水、农业水源水污染源：未经处理的工业废水、生活污水、农业灌溉和养殖排放水，以及未达到排放标准的处理水等。灌溉和养殖排放水，以及未达到排放标准的处理水等。水源的污染物：有机物、氨氮、藻类分泌物、挥发酚、水源的污染物：有机物、氨氮、藻类分泌物、挥发酚、氰化物、重金属、农药等。氰化物、重金属、农药等。二、水源水污染源和污染物、水源水污染源和污染物三、微污染水源水微生物预

40、处理及微生物群落三、微污染水源水微生物预处理及微生物群落微生物预处理工艺微生物预处理工艺 膜法生物处理：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、膜法生物处理：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床等。生物流化床等。水源水预处理的目的：水源水预处理的目的：去除水源中的有机物和氨氮。去除水源中的有机物和氨氮。预处理的方式：预处理的方式：源水预处理源水预处理混凝混凝沉淀沉淀快砂滤快砂滤慢砂滤慢砂滤加氯消毒加氯消毒清水储藏清水储藏出水。出水。微生物微生物：微污染水源水是一个贫营养的生态环境，需要一个适应：微污染水源水是一个贫营养的生态环境，需要一个适应贫营养的异养除碳菌、硝化细菌和反硝化细菌、藻类

41、、贫营养的异养除碳菌、硝化细菌和反硝化细菌、藻类、原生动物和微型后生动物组成的生态系统。因此用生物原生动物和微型后生动物组成的生态系统。因此用生物膜法能够截留微生物和有机物，保证处理系统中有足够膜法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机物和去除氨氮能力的微生物群落。的高效降解有机物和去除氨氮能力的微生物群落。供氢体供氢体：在处理中一般需要外加有机物作为供氢体。可以加甲醇、：在处理中一般需要外加有机物作为供氢体。可以加甲醇、乙醇、糖等物质。乙醇、糖等物质。溶解氧溶解氧：溶解氧在：溶解氧在4mg/L以上时，能够满足氧化有机物和硝化作以上时，能够满足氧化有机物和硝化作用的需要。用

42、的需要。水温和水温和pHpH值值：COD和氨氮的去除率随水温升高而提高，和氨氮的去除率随水温升高而提高，20以上以上处理效果好。处理效果好。pH值一般为中性。值一般为中性。水源水预处理的运行条件：水源水预处理的运行条件：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体能够携带病原微生物并通过多种途径进入人体，水体能够携带病原微生物并通过多种途径进入人体，包括直接饮用、接触和吸入。饮用水不洁所造成的传染病包括直接饮用、接触和吸入。饮用水不洁所造成的传染病在发展中国家十分普遍。接触污染水体会引起皮肤、眼镜在发展中国家十分普遍。接触污染水体会引起皮肤、眼镜疾病；吸入带有病原

43、微生物的水珠会导致呼吸道传染疾病；疾病；吸入带有病原微生物的水珠会导致呼吸道传染疾病；直接饮用不洁净的水将会导致消化道的疾病。水传播的病直接饮用不洁净的水将会导致消化道的疾病。水传播的病原微生物及其引起的传染病如下表：原微生物及其引起的传染病如下表：病原微生物潜伏期临床症状空肠弯曲杆菌25天胃肠炎，伴有发热产肠道毒素大肠埃希氏菌636h胃肠炎沙门氏菌648h胃肠炎，伴有发热；伤寒或肠外感染伤寒沙门氏菌1014天伤寒，伴有发热、厌食、脾肿大志贺氏菌属1248h胃肠炎，发热和血样腹泻霍乱弧菌01 15天胃肠炎，并伴有明显脱水小肠结肠炎耶尔森氏菌37天胃肠炎肠系淋巴结炎，或急性末端回肠炎A型肝炎病毒

44、26星期肝炎，恶心，厌食，黄疸，黑尿诺沃克病毒 2448h短期胃肠炎轮状病毒2472h胃肠炎，伴有明显脱水痢疾内变形虫 24星期胃肠炎到急性暴发性痢疾，发热和血样腹泻表吮贾第虫14星期慢性腹泻，胃胀，吸收不良（一）煮沸法：（一）煮沸法： 用高温直接快速破坏病原菌的蛋白质，使其用高温直接快速破坏病原菌的蛋白质，使其凝固发生不可逆的变性。是一种最简便、有效的消凝固发生不可逆的变性。是一种最简便、有效的消毒方法。毒方法。饮用水消毒的方法饮用水消毒的方法（二）加氯消毒（二）加氯消毒在水中加入液氯、漂白粉、氯胺等含氯物质来杀死水在水中加入液氯、漂白粉、氯胺等含氯物质来杀死水中的病原微生物，其消毒效果与消毒剂剂量、消毒时间、中的病原微生物，其消毒效果与消毒剂剂量、消毒时间、水的水的pH值、水温、水质等因素有关，为了达到理想的消值、水温、水质等因素有关，为了达到理想的消毒效果，还必须考虑微生物的种类和生理特征来调节消毒毒效果，还必须考虑微生物的种类和生理特征来调节消毒剂的剂量剂的剂量 ，如杀藻的剂量为，如杀藻的剂量为0.51mg/L，杀死赤痢阿米巴，杀死赤痢阿米巴的氯量为的氯量为310m