微生物污废水深度处理和微污染水源水的微生物处理

2020/7/181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2020/7/182本章内容第一节微生物脱氮、脱磷原理1.脱氮脱磷的意义2.微生物脱氮原理及微生物3.微生物脱磷原理及微生物第二节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2.微污染水的生物处理目的3.微污染水源水微生物处理方法4.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业大学2020/7/183第三节人工湿地中微生物与水生植物的净化作用•人工湿地生态系统•人工湿地净化污水的基本原理•人工湿地各组成的功能•人工湿地处理污水的效果第四节饮用水消毒•消毒的重要性•消毒方法2020/7/184第一节微生物脱氮、脱磷原理•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，脱磷的目的和意义污水经过一级处理COD去除率30％污水生物二级处理COD去除率70-90％NO3—N，NO2—N，NH3-N，PO43-，SO42-剩余的N、P？其中吸收25％的N和19％的P2020/7/185一级标准污水综合排放标准GB8978-1996中规定：•废水磷含量在≤0.5mg/L•氨氮≤15mg／L环境微生物基础教学课件天津工业大学2020/7/186二．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NH3-N有机氮生物好氧氧化化除有机碳好氧氧NO2-,NO3-好氧硝化N22020/7/187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短程硝化OHHNO1.5ONH2223全程硝化3222223HNOHNO0.5OOHHNO1.5ONH2020/7/188•氧化氨的细菌–亚硝化菌•氧化亚硝酸的细菌-硝化菌微生物2020/7/189氧化氨的细菌–亚硝化菌•专性好氧菌,G-；•低氧下生长，高氧浓度和光照都会影响生长；•无机化能营养型；•最适合温度为25-30℃，温度范围5-30℃；•最适pH值为7.5-8.0，pH值范围5.8-8.5；•世代时间长。在最适的条件下，亚硝化球菌的世代时间是8-12小时，亚硝化螺菌属的时代时间是24小时；•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2020/7/1810氧化亚硝酸的细菌-硝化菌•生长pH值范围7.5-8.0；•温度为25-30℃；•亚硝酸的浓度为2-30mmoL/L时，生长最好；•世代时间随环境的变化改变，8h-几天；•硝化杆菌属既能无机化能营养又可以有机化能营养。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；•大多数的硝化菌属细胞质内都含有贮存物，如肝糖，多聚磷酸盐，聚β-羟基丁酸盐（PHB）；•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2020/7/1811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，叶菌属，弧菌属；•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2020/7/1812运行中的控制：•充足的氧，1.2-2.0mg/L，浓度小于0.5mg/L，硝化作用停止；•碱度控制在7.5-8.0；•控制BOD5，20-30mg/L；•温度-5-60℃；•控制泥龄，保证泥龄在5天以上；•硝化过程产生硝酸，pH下降，适当添加NaHCO3。环境微生物基础教学课件天津工业大学2020/7/1813反硝化作用段及微生物O3H2[H]2CONOHCHCH2HNO222233[H]O3H1.5NHNO2NHO2HNHNONH22332223O4HSNSOH2NH22423环境微生物基础教学课件天津工业大学反硝化脱氮厌氧氨氧化厌氧氨反硫化脱氮22N有机质NO短程反硝化类型√√√2020/7/1814•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；•氧浓度低于0.2mg/L时利于反硝化；•有电子受体即碳源；•温度10-35℃；•pH7-8。反硝化菌2020/7/1815•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（补充碳源）；•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]3.6[OHCaCO6[H]0.4NNOH0.2CCa(OH)HNOOH2CH32275233-222-32754.6OH5COO1.2H2.8N4.6NONOHC2020/7/1816环境微生物基础教学课件天津工业大学A/O脱氮工艺废水好氧脱碳缺氧反硝化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2.脱氮工艺2020/7/1817环境微生物基础教学课件天津工业大学三.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BOD:N:P=100:5:1,但只去除污水中约19％左右的磷，剩余P可以通过生物脱磷方法去除。脱磷原理：依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些细菌。聚磷菌在好氧时大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP多聚磷酸盐颗粒（异染粒）2020/7/1818环境微生物基础教学课件天津工业大学有机基质厌氧区好氧区有机酸等PO43-聚磷菌聚磷菌O2聚磷菌聚磷菌产酸菌聚PPHBPHB聚P聚P聚P聚P聚P部分回流做菌种大部分（P）去除大量吸收水中P三种基质低级脂肪酸葡萄糖，甲醇乙醇丁酸，乳酸，琥珀酸。厌氧放磷好氧吸磷1．除磷的微生物原理2020/7/18192.聚磷菌不动杆菌——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大学2020/7/1820环境微生物基础教学课件天津工业大学A/O法除磷工艺原废水释放磷（厌氧）曝气池（去除BOD5，吸收磷）（好氧）沉淀池处理水剩余污泥回流污泥（含磷污泥）厌氧－好氧除磷工艺流程3.除磷工艺2020/7/1821有机物、氨氮、藻类分泌物、挥发酚、氰化物、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。自然水体工业废水生活污水农业灌溉养殖业排放2020/7/18222．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-沉淀-过滤-消毒的方法。水中的有机物的去除只达到20-30％。•有机物还会使过滤效率下降，过滤池的使用周期缩短。•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体物。环境微生物基础教学课件天津工业大学2020/7/18233.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，99％以上的微生物都固着在某种介质表面，形成贫营养生物膜。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2020/7/1824处理微污染水源水的工艺常用生物膜法。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的微生物群落。活性污泥法要求较高的有机浓度和营养物质生物膜法中有：生物滤池，生物转盘，生物流化床，生物接触氧化法。2020/7/1825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•国内的蚌埠淮河、宁波姚江、嘉兴新滕塘应用了生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生物接触氧化处理渠工程规模为400×104m3/d。2020/7/18264.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，除碳菌，硝化细菌，反硝化细菌，藻类，原生动物，微型后生动物组成的生态系统。环境微生物基础教学课件天津工业大学2020/7/1827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。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。•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。•在这种骨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极的作用。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，产生负面的影响。2020/7/18285.预处理的运行条件•供氢体。保证反硝化阶段的进行，必须保证有足够的有机物作为碳源供氢体。环境微生物基础教学课件天津工业大学一般加入甲醇作为供氢体，但这种方法增加运行费用，甲醇还有毒性。可以用乙醇和糖代替，还有人提出用微电解生物膜反应器中的微电解水产生的H2作为供氢体。2020/7/1829•溶解氧。溶解氧一般在4mg/l，能够满足好氧过程中的需要。反硝化过程中要求缺氧条件，生物膜较厚能够达到局部的厌氧和亏氧。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。2020/7/1830•水温和pH。温度升高，对有机物和氨氮的去除有利，20℃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23.6℃，pH值7。2020/7/1831第三节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病原菌（或称致病菌）；•此类水中病原菌若经水传播，在消化道滋生导致疾病—肠道传染病；•肠道传染病如伤寒，痢疾，霍乱；病毒性肝炎，脊髓灰质炎。•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、水消毒的重要性2020/7/1832环境微生物基础教学课件天津工业大学伤寒沙门氏菌通过内毒素致病(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环境中。)在地面普通水中可生存1～3周，井水中可生存约１周，在粪坑及污水中可生存1～2个月。2020/7/1833环境微生物基础教学课件天津工业大学痢疾杆菌•37℃能耐20天，加热到60℃能耐10min，对1％的石炭酸，可抵抗半小时。•传播方式：食物和饮用水内毒素——损害了人体肠道细胞，引起肠道痉挛、腹泻等症状。2020/7/1834环境微生物基础教学课件天津工业大学霍乱弧菌•革兰氏阴性，有鞭毛•传播方式：水及食物，与病人或带菌动物接触，主要由病人带菌的粪便污染水体而传播。致病原因——外毒素：霍乱弧菌由口进入人体小肠中，大量繁殖释放出外毒素破坏肠细胞膜，肠细胞大量脱水、电解质失衡。2020/7/1835环境微生物基础教学课件天津工业大学传播方式：虫卵通过病人粪便污染水体。2020/7/1836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。2020/7/1837二、水的消毒方法水体的消毒方法有煮沸法，加氯消毒，臭氧消毒，过氧化氢消毒，紫外辐射消毒，微电解消毒等。环境微生物基础教学课件天津工业大学自来水厂加氯消毒是最常用，最经济，简单的消毒方法。2020/7/1838•氯的消毒起源于1850年，1904年英国正式将它用于公共给水的消毒。•常用的化学药剂有液氯，漂白粉(Ca(OCl)2,CaCl2,Ca(OH)2混合物)，氯胺。环境微生物基础教学课件天津工业大学2020/7/1839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：环境微生物基础教学课件天津工业大学1.氯消毒的原理Cl2+H2OHOCl+Cl-+H+HOClH++OCl-2020/7/1840环境微生物基础教学课件天津工业大学氯的水溶液中有Cl2,HOCl,OCl-,Cl-,H+,这些分子和离子的浓度由水的pH值决定，有时受到水中的杂质的影响。水温为20℃•pH值为6时，HOCl，Cl-为主，OCl-为HOCl的2.7％；•pH值为9时，OCl-为主，HOCl与