廢水深度處理

關(guān)于廢水深度處理第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

一、污、廢水深度處理——脫氮除磷與微生物學(xué)原理

第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四一、污、廢水脫氮除磷的目的意義氮、磷污染的危害性：水體富營養(yǎng)化造成水體黑臭對人及生物有毒害作用二、水體中氮、磷的來源城市生活污水和工業(yè)廢水、農(nóng)田肥料和動物糞尿第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四有機氮NH3-NNO2-NO3-N2（二）脫氮原理：

氨化好氧好氧

亞硝化硝化三、微生物脫氮工藝、原理及微生物（一）脫氮工藝：A/O、A2/O、A2O2、SBR第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（一）

硝化、脫氮微生物

1、硝化作用微生物：包括亞硝化微生物、硝化微生物，好氧，G-，無機化能營養(yǎng)，個別有機化能營養(yǎng)

（1）亞硝化細菌（氧化氨的細菌）：化能無機營養(yǎng)，專性好氧，最適溫度25-30℃（5-30℃），最適pH7.5-8.0（5.8-8.5），常見菌：亞硝化單胞菌、亞硝化螺菌、亞硝化球菌、亞硝化葉狀菌。

（2）硝化細菌：最適溫度25-30℃，最適pH7.5-8.0。NO2-濃度在2-30mmol/L時化能無機營養(yǎng)最好，常見菌有硝化桿菌、硝化螺菌、硝化球菌。第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

（3）硝化段的操作：①

泥齡：懸浮固體停留時間SRT?？赏ㄟ^排泥控制泥齡一般在5d以上，要大于硝化細菌的比生長速率。SRT=1/（μN-KNd）。μN——硝化菌比生長速率，KNd——硝化菌衰減速率，gNVSS/gNVSS·d（NVSS硝化細菌細胞物質(zhì)）硝化作用所需最小固體停留時間為SRTmin=1/μN

max，15℃時硝化細菌μN

max0.45d-1。由于污水的水質(zhì)和負荷逐日有波動，為了在已知氨氮和溶解氧條件下運行能達到穩(wěn)定的硝化，須對理論SRT增加一個安全系數(shù)得出設(shè)計SRT。第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四②溶解氧：一般維持在1.2~2.0mg/L。溶解氧小于0.5mg/L，硝化作用停止。需氧量的計算：O2=4.33（N被氧化）mg/L。每氧化1gNH3需消耗4.33g氧。③水力停留時間：普通活性污泥法曝氣時間4-6h④pH：硝化反應(yīng)導(dǎo)致pH下降，而硝化細菌對pH十分敏感，亞硝酸細菌、硝酸細菌分別在7.0~7.8、7.7~8.1活性最強?？赏都犹妓釟溻c、碳酸鈣維持堿度。需要量：堿度=7.14（N被氧化）mg/L⑤溫度：兩類硝化細菌的最宜溫度為30℃左右，在不同工藝和不同硝酸鹽負荷率下，溫度的影響大小不同，硝酸鹽負荷越低，影響越小。第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四2、反硝化作用段細菌（1）反硝化作用細菌：能以NO3-為最終電子受體，將硝酸還原為氮氣的細菌，種類很多。（2）反硝化段運行操作反硝化生物過程如下：NO3-NO2-NON2ON2

硝酸鹽還原酶亞硝酸鹽還原酶氧化亞氮還原酶氧化氮還原酶

最適pH7-8，最適溫度10-35℃，溶解氧<0.2mg/L，反應(yīng)的能量來源于有機物的氧化第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四①碳源：a、廢水中有機基質(zhì)一般認為BOD5：N>3：1時，無須外加碳源b、外加碳源

BOD5：N<3：1時，需外加碳源，常用甲醇。外源反硝化細胞合成的經(jīng)典反應(yīng)式：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2+0.47N2↑+1.68H2O+CO2+OH-

每利用1gNO3-反硝化，消耗2.47g甲醇，產(chǎn)生0.45g新細胞和3.57g堿度。第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四c、內(nèi)源碳指微生物死亡、自溶后釋放出來的有機碳，也稱二次性基質(zhì)。要利用內(nèi)源碳要求反應(yīng)器的泥齡長，污泥負荷低，使微生物處于生長曲線靜止期的后部或衰亡期。C5H7NO2+4.6NO3-→2.8N2↑+1.2H2O+5CO2+4.6OH-

速率低，僅為外加碳源的1/10，優(yōu)點是在C：N低時無須外加外來碳源也能達到脫氮目的而且污泥產(chǎn)量低。第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四②溫度最適宜的溫度是15-35℃。③pH

影響反硝化速率和反硝化最終產(chǎn)物。最適pH范圍7.0-8.0之間。對終產(chǎn)物的影響：pH<6.0-6.5時，N2O占優(yōu)勢；pH>8，NO2-積累。PH越高，NO2-積累越多。高pH抑制了亞硝酸鹽還原酶的活性。第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四④溶解氧只有在溶解氧為零的時候，反硝化速率才達到最高，當溶解氧達到1mg/L時，反硝化速率接近零。主要機制是氧抑制了硝酸鹽還原酶的形成。此外，氧可作為電子受體，競爭性阻礙硝酸鹽的還原。⑤毒物

NH3、NO2、O2、pH。NH3分子（非離子）濃度過高抑制反硝化反應(yīng)。第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四3、生物脫氮工藝：反硝化有單級、多級反硝化。根據(jù)不同水質(zhì)，通常有三種碳氧化、硝化、反硝化的組合工藝。選擇工藝時應(yīng)根據(jù)水質(zhì)而定，主要看COD負荷和NH3-N負荷，負荷低級數(shù)少較好，負荷高級數(shù)多較好。原因是硝化過程產(chǎn)酸pH下降，及時轉(zhuǎn)入反硝化提高堿度，可滿足自身要求，降低生產(chǎn)成本。（1）多級懸浮污泥法：傳統(tǒng)工藝（2）A/O工藝第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四兩級BAF濾池法工藝流程好氧脫碳硝化濾池進水厭氧反硝化濾池

出水甲醇利用進水中的BOD第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四A/O脫氮工藝廢水好氧脫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第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四四、微生物除磷原理、工藝及微生物1、除磷原理（1）生物積磷作用：某些微生物在某些環(huán)境條件下，有過量積聚磷酸鹽的作用，這些細菌稱為聚磷菌.

當細菌生活在營養(yǎng)豐富環(huán)境里開始大量繁殖即將進入對數(shù)生長期時，從外界吸收大量可溶性磷酸鹽，在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽并積累起來.

當細菌進入靜止期時，大部分細胞已停止繁殖，對磷的需要已經(jīng)很低，若環(huán)境中磷有余，細胞又有一定能量，便能從外界吸收磷，形成異染顆粒。（2）生物誘導(dǎo)的化學(xué)沉淀作用：由于污泥微生物的代謝作用，導(dǎo)致環(huán)境pH上升，使廢水中的溶解性磷酸鹽化學(xué)性地沉積于污泥上從而隨污泥的排放而去除。第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四2、聚磷細菌：種類較多，其中聚磷能力強的優(yōu)勢菌有不動桿菌——莫拉氏菌群、假單胞菌屬、氣單胞菌屬、黃桿菌屬等。3、除磷的生物化學(xué)機制：除磷細菌特別適宜在好氧-厭氧交替循環(huán)的系統(tǒng)中大量繁殖和過量積聚磷。除磷細菌首先在厭氧條件下釋放磷合成聚β-羥基丁酸（PHB），而后在好氧條件下，以PHB為碳源，吸收磷酸鹽合成多聚磷酸鹽。第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（1）厭氧釋放磷：除磷細菌只能在低級脂肪酸類小分子有機基質(zhì)上生長，在厭氧區(qū)中能大量吸收產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物——揮發(fā)性脂肪酸（VHA），但混合液中VHA僅5mg/L，而大多數(shù)污泥微生物的生長速度都比除磷細菌快，如何競爭？第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Comeau的乙酸吸收理論：乙酸合成PHB的反應(yīng)式：

C6H12O6→2CH3COOH+4H++4e-CH3COOH+2ATP+CoASH→CH3COSCoA+2ADP+2Pi2CH3COSCoA→CH3COCH2COSCoA+CoASH→CH3CHOHCH2COSCoA→PHB+CoASHATP由多聚磷酸鹽分解產(chǎn)生。因此積磷細菌在厭氧時與其他污泥微生物競爭中具有雙重優(yōu)勢：一方面產(chǎn)生的ATP可使它在厭氧不利條件下比其他好氧性異養(yǎng)菌更易存活，另一方面使供給其他微生物的基質(zhì)不斷減少，使其他菌無法很好的生長。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（2）好氧吸磷：除磷細菌將積累的PHB好氧分解，釋放出大量能量，供其生長。當環(huán)境中有溶解磷存在時，一部分能量可供積磷菌主動吸收磷酸鹽，并以多聚形式存在。第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四聚P聚P聚P聚P部分回流做種大部分（P）去除水中P4、除磷工藝流程第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

（1）

Bardenpho工藝：四個完全混合活性污泥反應(yīng)池串聯(lián)而成，1、3不曝氣，2、4曝氣，污水在第2池停留時間較長，完全硝化后進入第3池（缺氧），發(fā)生反硝化，進入第4池曝氣驅(qū)走氮氣，并除磷。第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（2）

Phoredox工藝：在缺氧1池前增設(shè)一個厭氧發(fā)酵區(qū)，從二沉池回流的污泥在此與進水混合，好氧池中污泥混合液回流僅入缺氧區(qū)，厭氧區(qū)中的厭氧環(huán)境較易達到。（3）

UCT工藝：Universityofcapetownprocess（4）

VIP工藝：VerginlapolytechnicInsituteandstateuniversity，與（3）類似。厭氧：既不存在溶解氧，也不存在NO3

-、SO42-等結(jié)合氧缺氧：不存在溶解氧，但存在結(jié)合氧。第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四5、運行條件：根據(jù)水質(zhì)選用（1）

注意控制硝酸鹽：是提高除磷效果的關(guān)鍵之一。硝酸鹽濃度提高，放磷量下降，反硝化細菌與積磷菌爭奪碳源，會競爭性抑制放磷。（2）

基質(zhì)：A——乙酸、甲酸、丙酸等低分子有機酸；B——乙醇、甲醇、檸檬酸、葡萄糖；C——丁酸、乳酸、琥珀酸。

A類存在時放磷速度較大，所誘導(dǎo)的厭氧放磷量呈線性關(guān)系；B類必須在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為A類物質(zhì)后才能被積磷菌利用；C類能否引起放磷與污泥微生物組成有關(guān)。第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（3）

pH：pH<5.2，磷大量而快速釋放，由細胞自溶和磷酸鹽在酸性條件下溶解引起的，因此無效；pH>9.5，先出現(xiàn)磷凈吸收而后釋放。堿性條件下生成一些磷酸鎂、鈣的沉淀，吸附到污泥絮體中；pH7-8最佳。（4）

溫度：溫度上升，放磷速度增加，10-30℃可提高5倍。第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四二、微污染水源水預(yù)處理中的微生物原理

第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四一、微污染水源預(yù)處理的目的意義微污染水源水的危害：影響公眾健康、增加投入，提高水價二、水源水污染源和污染物污染源：有機污染物：天然有機物：腐殖質(zhì)、藻類有機物、非溶解性有機物（顆粒態(tài)）人工合成有機物：有毒有機污染物，難于降解在環(huán)境中有一定殘留水平，具有生物富集性，三致和毒性。石油污染物是典型污染物。第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四三、微污染水源水微生物預(yù)處理及微生物群落1、

處理工藝：均采用膜法生物處理生物轉(zhuǎn)盤——適于處理污染嚴重的源水、接觸氧化法、生物濾池、生物流化床、生物陶粒反應(yīng)器。工藝的選取要根據(jù)水質(zhì)和處理目的，填料的選擇要根據(jù)填料對微生物的附著力和耐腐蝕性。

處理目的：去除有機物、氨氮——反硝化工藝，要外加碳源，第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四2、水源水預(yù)處理的運行條件（1）微生物：貧營養(yǎng)菌，如土壤桿菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、纖毛菌等，對可利用基質(zhì)有較大的親和力，且呼吸速率低，因此可以充分利用水中的有機物（2）供氫體：若要去除有機物和氨氮，需外加供氫體（3）溶解氧：水流量大時，溶解氧需4mg/L以上（4）水溫和pH第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四三、人工濕地中微生物與水生植物凈化污（廢）水的作用第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四一、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)人工濕地是指人工建造的類似于沼澤的濕地內(nèi)，放置一定高度的填料，其上種植特定的水生植物，在水生植物根系周圍生長著豐富多樣的微生物群落，基質(zhì)、水生植物與微生物構(gòu)成一個類似于天然沼澤地的特殊生態(tài)系統(tǒng)第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四二、人工濕地凈化污（廢）水的基本原理

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化污水的原理是利用系統(tǒng)中的物理、化學(xué)、生物的協(xié)同作用，通過土壤過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污水的高效凈化。即污水在沿一定方向流動的過程中，在濕地土壤、植物和微生物共同作用下得到了高效的凈化。第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四三、人工濕地各組成的功能（一）基質(zhì)目前廣泛應(yīng)用的人工濕地主要由沙粒、沙土、土壤、石塊為基質(zhì)作用：為微生物生長提供基質(zhì)為濕地植物提供載體和營養(yǎng)物質(zhì)吸附和過濾作用基本要素：基質(zhì)、濕生植物和微生物第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（二）濕地水生植物分為浮水性、挺水性和沉水性。挺水性為主。浮水性和挺水性主要吸收氨氮，沉水性吸收磷

水蔥

水美人蕉第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四作用：發(fā)達的根系直接吸收水中有機污染物將氧氣運送到根系，提供根系微生物需要根系分泌物為微生物提供營養(yǎng)和能源水菖蒲燈芯草第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四（三）根際和根面微生物種類和數(shù)量由以下因素決定：濕地植物根系分泌物的種類和數(shù)量；污廢水的種類；水中溶解氧的含量。微生物種類有：細菌、硝化細菌、反硝化細菌、硫化細菌、反硫化細菌、磷細菌、纖維素分解菌、固氮菌、真菌、放線菌、原生動物、藻類等第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四四、人工濕地生態(tài)系統(tǒng)處理污廢水的效果主要應(yīng)用類型:表層流濕地（廢水水平流動，通過濕地而沉淀）——地表濕地滲漏濕地（廢水垂直流入，經(jīng)滲透沉積后排水去除）——垂直流濕地潛流濕地第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點造價和運行費用低，易于維護可進行有效可靠的廢水處理可緩沖對水力和污染負荷的沖擊可產(chǎn)生綜合效益問題與展望占地面積大氮磷除去率較低受氣候條件限制較大污水對植物影響研究不足加強對特殊廢水處理的研究第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四四、飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng)

第39頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四一、水消毒的重要性：水是疾病傳播的媒介之一二、水的消毒方法（一）煮沸法：最原始但簡單有效（二）加氯消毒：液氯、漂白粉（Ca（Cl）2）、氯胺是常用的消毒劑。用量依水源有機物污染程度而定，飲用水通常以消毒劑與水接觸30min后游離余氯量不低于0.3mg/L，管網(wǎng)末梢游離余氯量不低于0.05mg/L為標準。

折點加氯法：2NH3+3Cl2→N2+6HCl，折點