污废水深度处理方法以及微污染源水预处理方法中的微生物学原理

1、污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

2、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 2O 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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（

3、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- -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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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）

4、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 污废水深度处理方法以及微污

5、染源 水预处理方法中的微生物学原理 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7.08.5。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

6、满足其能量的需要。 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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工艺工艺 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 u1975年，年，V

7、oets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积为1 5L的

8、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的进

9、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

10、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。 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

11、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 氮的转化过程 Anammox ANAMMOX工艺简介工艺简介 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

12、+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； 世代时间：世代时间：10.6d； 氧：氧：可逆抑制。 ANAMMOX工艺简介工艺简介 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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)最有可最有可 能作为电子受体，能作为

13、电子受体， NH2OH和和NO2- -生成生成N2O，而，而N2O可以可以 进一步转化为氮气。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，羟胺和联示踪的研究结果表明，羟胺和联 氨（氨（N2H4 ）是）是ANAMMOX反应的重要中间产物。氨和羟反应的重要中间产物。氨和羟 胺反应生成联氨，联氨被转化为氮气并生成胺反应生成联氨，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

14、工艺简介 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 NH4+NH2OH N2H4 N2H2 N2 NO2-NO3- 2H 2H 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 厌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+H20 N2H4N2+4H HNO2+4H NH

15、2OH+H2O NH3+HNO2N2+2H2O HNO2+H2O+NAD+HNO3+NADH2 ANAMMOX工艺简介工艺简介 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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，它可能是厌氧氨氧 化发生的场所。另外，内室还含化

16、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

17、生成联氨；胺，并与氨反应生成联氨； 联氨在厌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。 N2H4 N2 NH4+ NH2OH 4e NO2- - 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 与传统的硝化与传统的

18、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 NO

19、3- -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，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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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NH

20、3-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试验温度下及试验温度下及pH为为7.08.5进水情况下进水情况下 用流化床反应器对污泥消化出水进行了用流化床反应器对污泥消化出水进行了ANAMMOX生物脱氮效果试生物脱氮效果试 验；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

21、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 亚硝酸细菌能够把氨氧化成亚硝酸盐，是厌氧氨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

22、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A

23、NAMMOX组合工艺组合工艺 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

24、，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+ + （7） SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 NH4+ NO2-

25、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 + 12H2O 6NO3- + 5CH3OH +CO2 3N2 + 6HCO3- -+ 7H2O 甲醇消耗量节省100% 厌氧氨氧化 全程反

26、硝化 只须氧化50%的NH4+ SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 1molNO3- 1molNH4+ 1molNO2- 1molNH4+ 0.45molNH4+ 1.9molO2 0.8molO2 (40%) CO2 CO2 3.4gCOD生物 生物 1.6gCOD生物 生物 57gCOD碳源 碳源 17gCOD生物 生物 CO2 1.5gCOD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

27、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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SHARON ANAMMOX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

28、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 /(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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预

29、处理方法中的微生物学原理 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

30、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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，

31、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。 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，当基

32、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。需转化为第一类基质后才能被利用。 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 厌氧释磷：聚磷菌在厌氧的不利条件下（压抑条件），可将厌

33、氧释磷：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可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、供聚磷菌主动吸收乙酸、H+和和e-,使之以使之以PHB形式贮藏在形式贮藏在 菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。 好氧吸磷：进入好氧区后，聚磷菌即可将积贮的好氧吸磷：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

34、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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 PO3-3PO3-3 O2 生物除磷机理图解生物除磷机理图解 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 H+ NAD+ TCA NADH+H+

35、 ATP 细胞质膜 聚磷菌细胞 Pi M+ pH敏感载体 Pi M+ 葡萄糖 ACCoA PHB 聚磷 HACATP ATP ADP Pi库 SB SbsSA AC- 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 H+ Sbs SB SAAC- Sbp H+ PHB HAC ACCoA NAD+H+ H+ H2O(N2) O2(NO3-) NAD+ 葡萄糖 CO2 TCA ATP ATP酶 聚磷 ATP ADP+Pi H+ (M+) H+(M+) Pi 聚磷菌好氧吸磷的生化反应模式图聚磷菌好氧

36、吸磷的生化反应模式图 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 A/O除磷工艺流程 厌氧（放磷） 好氧（吸磷） 回流污泥剩余污泥 出水 进水 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 A2/O除磷工艺流程除磷工艺流程 厌氧 （放磷） 好氧 （吸磷） 缺氧 （放磷） 回流污泥 混合液回流 剩余污泥 出水进水 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 巴颠甫脱氮除磷工艺流程巴颠甫脱氮除磷工艺流程 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 弗斯特利普除磷工艺流程弗斯特利普除磷工艺流程 污废水深度处理方法以及微污染源 水预

37、处理方法中的微生物学原理 氧化沟工艺流程氧化沟工艺流程 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 序列间歇式反应器序列间歇式反应器 (SBR)-工艺工艺 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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，1995 2 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

38、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 ，3640 3 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州: 浙江教育出版社，浙江教育出版社， 1997 4 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，1994 5 Bremner J M. Nitrous oxide: emission from soils during nitrification of fertilizer nitrogen Science 1989. 199:163166 6 施永生亚硝酸型

39、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):2124 7 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: 2931 8 徐冬梅亚硝酸型硝化的试验研究给水排水，徐冬梅亚硝酸型硝化的试验研究给水排水，1999,25(7):3235 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 9 C Collivignarelli, et al. Simultaneous nitrification-denitrification process es in activated sludge plants

40、: performance and applicability. Wat Sci Tech, 1999, 40 (45):5458 10 郑平，冯孝善郑平，冯孝善ANAMMOX流化床反应器性能的研究，环境科学流化床反应器性能的研究，环境科学 学报，学报，1998, 18(4):3538 11 Mulder A. Van de Graaf A A. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor. FEMS Microbiol Ecol, 1995, 16:177184 12 Van

41、de Graaf A A. Kuenen JG. Anaerobic oxidation of ammonium is a biologically mediated process. Appl Environ Microbiol, 1995, 61:6872 13 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，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)3135 14 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):2123 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处

42、理方法中的微生物学原理 15 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， 1993 16 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，1996:150153 17 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，1993 18 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):20

43、22 19 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, 2:1618 20 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 一、一、 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

44、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

45、。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。 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中

46、的微生物学原理 三、微污染水源水微生物预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。 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 微生物：微污染水源水是一个贫营养的生态环

47、境，需要一个适应微生物：微污染水源水是一个贫营养的生态环境，需要一个适应 贫营养的异养除碳菌、硝化细菌和反硝化细菌、藻类、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：在处理中一般需要外加有机物作为供氢体。可以加甲醇、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、 乙醇、糖等物质。乙醇、糖

48、等物质。 溶解氧：溶解氧在溶解氧：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： 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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

49、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： 污废水深度处理方法以及微污染源 水预处理方法中的微生物学原理 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26星期肝炎，恶心，厌食，黄疸，黑尿 诺沃克病毒 2448h短期胃肠