环境工程微生物学：第十章 污废水深度处理和微污染水源水课件

第十章污废水深度处理和微污染水源水预处理中的微生物学问题生物脱氮、除磷原理微污染水源水预处理中的微生物学问题饮用水的消毒及其微生物学效应第十章污废水深度处理和微污染水源水预处理中的微生物学问题1第一节污废水深度处理—脱氮、除磷

与微生物学原理污废水处理系统常分为三级：一级处理、二级处理、三级处理一级处理：除去废水中砂砾及大的悬浮固体，去处COD30%左右。二级处理：去除废水中可溶性有机物，一般用生化方法，COD去除率70-90%，BOD5去除率90%，同时生成NO3-N，NH3-N，PO43-，SO42-等。三级处理：是在二级处理后，进一步降解水中难溶有机物，去除氮、磷等。

有时三级处理也称为深度处理，主要是指氮、磷的去除。一、污废水脱氮除磷意义第一节污废水深度处理—脱氮、除磷

与微生物学原理一、污废水2氮磷是生物重要营养来源，但若量过多，也会造成危害：引起水体富营养化

P>0.02mg/L，N>0.3mg/L增加给水处理的成本

水厂加氯消毒时，水体中少量氨会使加氯量成倍增加，此外，还会使脱色、除臭除味的化学药剂量增加。消耗水体中氧量还原态氮排入水中会因硝化作用消耗水体大量的氧，

1molNH3+2molO2=1molNO3-对人及生物都有毒害作用饮用水中含氮主要是NO3-，一般<1mg/L，量高时，可引起人类疾病，另外，水中还有NO2-,可致癌。氮磷是生物重要营养来源，但若量过多，也会造成危害：引起水体富3污、废水脱氮、除磷的具体指标一级标准废水磷含量在≤0．5mg/L氨氮

≤15mg／L污、废水脱氮、除磷的具体指标一级标准4二级出水中N去除率只有20%，大部分以NO3-N，NH3-N形式存在，生物脱氮过程主要是通过硝化反硝化把NH3NO2-

NO3-

NO2-

N2参与的细菌类群有三类：氨化细菌有机氮化物脱氨成NH3亚硝化、硝化细菌NH3NO2-

NO3-

反硝化细菌NO3-

NO2-

N2大多数属于异养兼性厌氧微生物，需有一定量有机化合物的存在，反硝化作用才能进行，所以一般反硝化池中要投入一定量的有机碳源。好氧，同时耗NH3生成NO3-

，pH下降，对硝化菌不利，需加Na2CO3。厌氧，结果耗NO3-产OH-，pH升高。自养好氧型微生物，需长时间培养才能繁殖到一定量，所以硝化池水力停留时间一般较长。二、生物脱氮基本原理二级出水中N去除率只有20%，大部分以NO3-N，NH3-N5三、生物脱氮基本流程

(主要介绍活性污泥法除N系统基本工艺流程)与普通二级处理活性污泥法工艺相同，都可除C,但程度不同普通二级处理处理后水中仍有大量NH3-N存在。脱N工艺去C同时，NH3-N尽可能转化为NO2-,NO3-。根据去C、硝化和脱N组合方式不同，可把活性污泥系统分成单级活性污泥法系统和多级活性污泥法系统。根据反硝化过程中所利用的有机C来源不同分成内C源系统和外加C源系统。三、生物脱氮基本流程

(主要介绍活性污泥法除N系统基本工艺流61.单级活性污泥内C源系统特点：去C和硝化在一个曝气池中进行，先去C、脱NH3后硝化，要求曝气时间长，再将含NO3-废水引入反硝化池中，缺氧状态下，硝酸盐还原菌利用活性污泥内源呼吸释放有机C，使NO3-转化成N2。

是在好氧、厌氧交替进行条件下的脱N工艺。缺点：好氧池中反应完成时，水中有机C少，进入反硝化池中，内源呼吸释放C时间长，量少，都不足以供反硝化所用。

因此，一般不用内C源提供有机C方法。1.单级活性污泥内C源系统特点：去C和硝化在一个曝气池中进行72.单级活性污泥外C源系统特点：与内C源系统相比，在反硝化池内通入外加C源，但出水有机C高，需加后去C池。?2.单级活性污泥外C源系统特点：与内C源系统相比，在反硝化池83.多级活性污泥内C源系统特点：将污泥分成数级分隔开来，各级构筑物中生物相对单一，除C、硝化、反硝化作用都较稳定，处理效果好，建设费用高。3.多级活性污泥内C源系统特点：将污泥分成数级分隔开来，各级94.多级活性污泥外加C源系统4.多级活性污泥外加C源系统10活性污泥法典型工艺——A/O工艺

（Anoxic/OxicSystem，缺氧/好氧工艺）废水好氧脱碳去C反硝化(缺氧)沉淀池好氧硝化沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水回流？回流硝化液，为反硝化提供NO3-，NO2-降低pH值。活性污泥法典型工艺——A/O工艺

（Anoxic/Oxic11特点：反硝化C源直接来源于原废水中有机物，不需另加C源，不需后曝气池，节省费用。特点：12四.影响因素（一）影响硝化作用因素有机碳浓度亚硝化、硝化细菌属无机营养型，而废水生物处理中常有机碳化物含量多，故硝化不完全，缓慢。O2硝化作用需氧量极高，硝化耗氧是有机物部分氧化耗氧量3倍以上。pH硝化细菌适宜中性偏碱性环境，最适pH7-7.5温度中温自养型，最适30度左右。四.影响因素（一）影响硝化作用因素13(二)影响反硝化因素O2O2抑制硝酸盐还原作用，反硝化池一般DO<0.5mg/L。温度低于5度，高于40度，反应几乎停止。pH最适7.5-9.2碳源废水中，BOD5:TN<3-5:1时，需投加碳源。(二)影响反硝化因素14五、微生物除磷原理、工艺及其微生物（BOD：N：P）100：5：1——微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等，但只去除污水中约19％左右的磷。某些高含磷废水中残留的磷还相当高，故需用除磷工艺处理。

（一）微生物除磷原理依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些细菌。五、微生物除磷原理、工艺及其微生物（BOD：N：P）100：15污水中，P以PO43-形式存在厌氧时：聚磷菌体内多聚磷酸盐水解，产生大量能量，利用水中乙酸盐，合成PHB，释放出PO43-）。好氧时：大量繁殖，消耗PHB，逆浓度梯度过量吸磷，生成多聚磷酸盐颗粒(即异染颗粒)同时利用P合成核酸、ATP；聚P聚P聚P聚P部分回流做种大部分（P）去除水中P污水中，P以PO43-形式存在聚P聚P聚P聚P部分回流大部分16(二)工艺简介常见的脱磷工艺如下图所示（A/O工艺）进水厌氧放磷好氧聚磷出水部分污泥回流接种剩余污泥处理沉淀脱磷(二)工艺简介常见的脱磷工艺如下图所示（A/O工艺）进水厌氧17（三）影响因素DO聚磷菌吸磷、放磷主要由DO决定3-4mg/L好氧吸磷，<0.2mg/L厌氧放磷NO3-—N浓度除磷系统中NO3-—N抑制放磷作用但现在认为有少量存在也可，一般<5mg/LBOD5/TP每除去1mgBOD5,耗0.04-0.08mg磷因此，一般要求BOD5:TP>20或溶解性BOD5：溶解性P>12-15:1（三）影响因素18脱氮除磷典型工艺（A2/O工艺）很多时候废水中N、P都有，可采用组合工艺，达到脱氮除磷目的？为脱氮过程提供NO3-。硝化过程PH降低，可以中和脱氮过程产生OH-，抑制pH升高。脱氮除磷典型工艺（A2/O工艺）很多时候废水中N、P都有，可19第二节微污染水源水预处理中的微生物学问题水源

城市集中饮用水供水的水源地表水环境质量标准（GB3838-2002）三级以上幻灯片21现状

污染、不洁净主要污染物：有机物、氨、藻类分泌物、挥发酚、有毒物（重金属、氰化物、农药、藻毒素）问题

传统给水处理工艺：混凝－沉淀－过滤（砂）－消毒不能有效去除上述污染物！对策预处理，去除水中有机物和氨

第二节微污染水源水预处理中的微生物学问题水源20环境工程微生物学：第十章污废水深度处理和微污染水源水课件21预处理方法根据水质和处理目的选取方法活性碳吸附：有机物、脱色化学氧化：脱色有机物和氨的去除－－生物净化生物膜法（生物滤池、生物接触氧化、生物流化床等）

原因：？浓度低（贫营养），生物生长慢预处理方法根据水质和处理目的选取方法22饮用水源地环境污染问题突出

据中国环境监测总站２００６年６月发布的《１１３个环境保护重点城市集中式饮用水源地水质月报》，有７４个饮用水源地不达标，占重点城市饮用水源地的２０.１％；有１６个城市饮用水水质全部不达标，占重点城市的１４％。

饮用水源地环境污染问题突出

据中国环境监测总站２００６年６月23生物预处理工艺实例：欧美（德法英、美国）流化床中国（深圳）接触氧化法东江水400万吨/日填料：活性碳、无烟煤、石英砂反硝化碳源：甲醇（慎用）、乙醇、电解水放氢（研究中）反应器中微生物：硝化菌、反硝化菌、固着纤毛虫等“喜清洁”型原生动物。生物预处理工艺24预处理构筑物中主要微生物

硝化菌106－107个/克填料贫营养异养菌（包括反硝化菌）106－108个/克填料藻类蓝藻、绿藻原生动物固着型纤毛虫为主微型后生动物旋轮虫等轮虫、顠体虫预处理构筑物中主要微生物

硝化菌25第三节饮用水的消毒及其微生物学效应消毒杀灭水中病原微生物（细菌、病毒、原生动物等）使蛋白质、核酸变性失活

方法1.物理法加热煮沸（传统）、紫外线2.化学法消毒剂（大规模、水厂）消毒剂氧化剂（液氯、漂白粉、二氧化氯、臭氧、双氧水）卤素类（碘）重金属盐类（银离子、铜离子）（很少用）第三节饮用水的消毒及其微生物学效应消毒杀灭水中病原微生26各方法的特点

加氯消毒

Cl2＋H2O→HClO.H+ClO－优点：价廉、易操作、持续缺点：安全隐患、消毒卫生上不可靠、“三致”物臭氧消毒强氧化剂，（物质氧化、增氧）优点：消毒卫生上可靠、无“三致”物缺点：现用现制备、成本高紫外线消毒干净水、矿泉水、罐装线优缺点基本同臭氧消毒法各方法的特点加氯消毒Cl2＋H2O→HClO.27存在的问题存在的问消毒的持续性与“三致”物质物质观点一：防止“三致”物质生成，放弃液氯消毒观点二：杀菌第一（持续性更重要），所以氯消毒好。：杀菌第一（持（倾向此观点）（欧洲，两步消毒，先O3后氯）氨氨氨脱除难浓度高会被转化为亚硝酸，有害！消耗液氯形成氯胺。（消毒能力较次氯酸弱）氯胺也有持久性消毒能力（适量残留）也有持久性消毒能力适量残留存在的问题存在的问28余氯：消毒后剩余氯（次氯酸和氯胺）HClO游离氯消毒后残留的HClO游离性余氯氯胺化合氯（一氯、二氯、三氯胺）消毒后残留的氯胺化合性余氯氯胺的持久性和稳定性较次氯酸强，因此先采用游离氯消毒，后加入少量氨，形成氯胺，以维持长久消毒效果。

余氯：消毒后剩余氯（次氯酸和氯胺）29第十章污废水深度处理和微污染水源水预处理中的微生物学问题生物脱氮、除磷原理微污染水源水预处理中的微生物学问题饮用水的消毒及其微生物学效应第十章污废水深度处理和微污染水源水预处理中的微生物学问题30第一节污废水深度处理—脱氮、除磷

与微生物学原理污废水处理系统常分为三级：一级处理、二级处理、三级处理一级处理：除去废水中砂砾及大的悬浮固体，去处COD30%左右。二级处理：去除废水中可溶性有机物，一般用生化方法，COD去除率70-90%，BOD5去除率90%，同时生成NO3-N，NH3-N，PO43-，SO42-等。三级处理：是在二级处理后，进一步降解水中难溶有机物，去除氮、磷等。

有时三级处理也称为深度处理，主要是指氮、磷的去除。一、污废水脱氮除磷意义第一节污废水深度处理—脱氮、除磷

与微生物学原理一、污废水31氮磷是生物重要营养来源，但若量过多，也会造成危害：引起水体富营养化

P>0.02mg/L，N>0.3mg/L增加给水处理的成本

水厂加氯消毒时，水体中少量氨会使加氯量成倍增加，此外，还会使脱色、除臭除味的化学药剂量增加。消耗水体中氧量还原态氮排入水中会因硝化作用消耗水体大量的氧，

1molNH3+2molO2=1molNO3-对人及生物都有毒害作用饮用水中含氮主要是NO3-，一般<1mg/L，量高时，可引起人类疾病，另外，水中还有NO2-,可致癌。氮磷是生物重要营养来源，但若量过多，也会造成危害：引起水体富32污、废水脱氮、除磷的具体指标一级标准废水磷含量在≤0．5mg/L氨氮

≤15mg／L污、废水脱氮、除磷的具体指标一级标准33二级出水中N去除率只有20%，大部分以NO3-N，NH3-N形式存在，生物脱氮过程主要是通过硝化反硝化把NH3NO2-

NO3-

NO2-

N2参与的细菌类群有三类：氨化细菌有机氮化物脱氨成NH3亚硝化、硝化细菌NH3NO2-

NO3-

反硝化细菌NO3-

NO2-

N2大多数属于异养兼性厌氧微生物，需有一定量有机化合物的存在，反硝化作用才能进行，所以一般反硝化池中要投入一定量的有机碳源。好氧，同时耗NH3生成NO3-

，pH下降，对硝化菌不利，需加Na2CO3。厌氧，结果耗NO3-产OH-，pH升高。自养好氧型微生物，需长时间培养才能繁殖到一定量，所以硝化池水力停留时间一般较长。二、生物脱氮基本原理二级出水中N去除率只有20%，大部分以NO3-N，NH3-N34三、生物脱氮基本流程

(主要介绍活性污泥法除N系统基本工艺流程)与普通二级处理活性污泥法工艺相同，都可除C,但程度不同普通二级处理处理后水中仍有大量NH3-N存在。脱N工艺去C同时，NH3-N尽可能转化为NO2-,NO3-。根据去C、硝化和脱N组合方式不同，可把活性污泥系统分成单级活性污泥法系统和多级活性污泥法系统。根据反硝化过程中所利用的有机C来源不同分成内C源系统和外加C源系统。三、生物脱氮基本流程

(主要介绍活性污泥法除N系统基本工艺流351.单级活性污泥内C源系统特点：去C和硝化在一个曝气池中进行，先去C、脱NH3后硝化，要求曝气时间长，再将含NO3-废水引入反硝化池中，缺氧状态下，硝酸盐还原菌利用活性污泥内源呼吸释放有机C，使NO3-转化成N2。

是在好氧、厌氧交替进行条件下的脱N工艺。缺点：好氧池中反应完成时，水中有机C少，进入反硝化池中，内源呼吸释放C时间长，量少，都不足以供反硝化所用。

因此，一般不用内C源提供有机C方法。1.单级活性污泥内C源系统特点：去C和硝化在一个曝气池中进行362.单级活性污泥外C源系统特点：与内C源系统相比，在反硝化池内通入外加C源，但出水有机C高，需加后去C池。?2.单级活性污泥外C源系统特点：与内C源系统相比，在反硝化池373.多级活性污泥内C源系统特点：将污泥分成数级分隔开来，各级构筑物中生物相对单一，除C、硝化、反硝化作用都较稳定，处理效果好，建设费用高。3.多级活性污泥内C源系统特点：将污泥分成数级分隔开来，各级384.多级活性污泥外加C源系统4.多级活性污泥外加C源系统39活性污泥法典型工艺——A/O工艺

（Anoxic/OxicSystem，缺氧/好氧工艺）废水好氧脱碳去C反硝化(缺氧)沉淀池好氧硝化沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水回流？回流硝化液，为反硝化提供NO3-，NO2-降低pH值。活性污泥法典型工艺——A/O工艺

（Anoxic/Oxic40特点：反硝化C源直接来源于原废水中有机物，不需另加C源，不需后曝气池，节省费用。特点：41四.影响因素（一）影响硝化作用因素有机碳浓度亚硝化、硝化细菌属无机营养型，而废水生物处理中常有机碳化物含量多，故硝化不完全，缓慢。O2硝化作用需氧量极高，硝化耗氧是有机物部分氧化耗氧量3倍以上。pH硝化细菌适宜中性偏碱性环境，最适pH7-7.5温度中温自养型，最适30度左右。四.影响因素（一）影响硝化作用因素42(二)影响反硝化因素O2O2抑制硝酸盐还原作用，反硝化池一般DO<0.5mg/L。温度低于5度，高于40度，反应几乎停止。pH最适7.5-9.2碳源废水中，BOD5:TN<3-5:1时，需投加碳源。(二)影响反硝化因素43五、微生物除磷原理、工艺及其微生物（BOD：N：P）100：5：1——微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等，但只去除污水中约19％左右的磷。某些高含磷废水中残留的磷还相当高，故需用除磷工艺处理。

（一）微生物除磷原理依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些细菌。五、微生物除磷原理、工艺及其微生物（BOD：N：P）100：44污水中，P以PO43-形式存在厌氧时：聚磷菌体内多聚磷酸盐水解，产生大量能量，利用水中乙酸盐，合成PHB，释放出PO43-）。好氧时：大量繁殖，消耗PHB，逆浓度梯度过量吸磷，生成多聚磷酸盐颗粒(即异染颗粒)同时利用P合成核酸、ATP；聚P聚P聚P聚P部分回流做种大部分（P）去除水中P污水中，P以PO43-形式存在聚P聚P聚P聚P部分回流大部分45(二)工艺简介常见的脱磷工艺如下图所示（A/O工艺）进水厌氧放磷好氧聚磷出水部分污泥回流接种剩余污泥处理沉淀脱磷(二)工艺简介常见的脱磷工艺如下图所示（A/O工艺）进水厌氧46（三）影响因素DO聚磷菌吸磷、放磷主要由DO决定3-4mg/L好氧吸磷，<0.2mg/L厌氧放磷NO3-—N浓度除磷系统中NO3-—N抑制放磷作用但现在认为有少量存在也可，一般<5mg/LBOD5/TP每除去1mgBOD5,耗0.04-0.08mg磷因此，一般要求BOD5:TP>20或溶解性BOD5：溶解性P>12-15:1（三）影响因素47脱氮除磷典型工艺（A2/O工艺）很多时候废水中N、P都有，可采用组合工艺，达到脱氮除磷目的？为脱氮过程提供NO3-。硝化过程PH降低，可以中和脱氮过程产生OH-，抑制pH升高。脱氮除磷典型工艺（A2/O工艺）很多时候废水中N、P都有，可48第二节微污染水源水预处理中的微生物学问题水源

城市集中饮用水供水的水源地表水环境质量标准（GB3838-2002）三级以上幻灯片21现状

污染、不洁净主要污染物：有机物、氨、藻类分泌物、挥发酚、有毒物（重金属、氰化物、农药、藻毒素）问题

传统给水处理工艺：混凝－沉淀－过滤（砂）－消毒不能有效去除上述污染物！对策预处理，去除水中有机物和氨

第二节微污染水源水预处理中的微生物学问题水源49环境工程微生物学：第十章污废水深度处理和微污染水源水课件50预处理方法根据水质和处理目的选取方法活性碳吸附：有机物、脱色化学氧化：脱色有机物和氨的去除－－生物净化生物膜法（生物滤池、生物接触氧化、生物流化床等）

原因：？浓度低（贫营养），生物生长慢预处理方法根据水质和处理目的选取方法51饮用水源地环境污染问题突出

据中国环境监测总站２００６年６月发布的《１１３个环境保护重点城市集中式饮用水源地水质月报》，有７４个饮用水源地不达标，占重点城市饮用水源地的２０.１％；有１６个城市饮用水水质全部不达标，占重点城市的１４％。

饮用水源地环境污染问题突出

据中国环境监测总站２００６年６月52生物预处理工艺实例：欧美（德法英、美国）流化床中国（深圳）接触氧化法东江水400万吨/日填料：活性碳、无烟煤、石英砂反硝化碳源：甲醇（慎用）、乙醇、电解水放氢（研究中）反应器中微生物：硝化菌、反硝化菌、固着纤毛虫等“喜清洁”型原生动物。生物预处理工艺53预处理构筑物中主要微生物

硝化菌106－107个/克填料贫营养异养菌（包括反