微生物在污水處理中的應用-廢水的生物脫氮除磷技術

廢水生物脫氮原理及工藝主要內容廢水生物脫氮原理廢水生物脫氮影響因素廢水生物脫氮工藝及應用隨著經濟的發(fā)展，大量含氮物質排入環(huán)境，導致水體污染日益加劇，給水體生態(tài)系統(tǒng)和人群健康造成極大的危害，因此，應該及時脫氮。污、廢水脫氮的具體指標如下：一級標準：廢水氨氮含量≤15mg／L廢水脫氮的原理1.廢水生物脫氮原理在廢水生物脫氮處理過程中，是依靠微生物將水中大部分非可溶性有機氮轉化成氨氮，進而轉化成其他無機氮從水中分離，從而達到去氮的目的。1.1廢水中氮的來源與危害廢水中氮的來源廢水中氮的存在狀態(tài)氮、磷對危害67廢水中的氮有機氮N.C.H.O無機氮N.H,N.ONH3銨鹽（NH4+）硝酸鹽蛋白質核酸氨基酸尿素1.2廢水中氮的存在狀態(tài)1.3廢水中氮的來源、狀態(tài)8狀態(tài)污染物污染來源有機氮復雜蛋白質、尿素、核酸等生活污水、農業(yè)固體廢物（養(yǎng)殖糞便）和食品加工等工業(yè)廢水無機氮NH3、銨鹽等農田灌溉、化肥廠等工業(yè)廢水硝酸鹽等9（1）過量氮、磷容易導致水體富營養(yǎng)化；（2）增加水處理成本、降低消毒、脫色等處理效率，（3）增加藥劑藥劑用量；（4）氨氮消耗水中溶解氧；（5）含氮化合物對人、生物有毒害作用。1.4水中氮磷的危害2.廢水生物脫氮過程生物脫氮時，通過異養(yǎng)型微生物將水中的含氮有機物氧化分解為氨氮，在通過自養(yǎng)型硝化細菌將其轉化為硝態(tài)氮，在通過反硝化細菌將硝態(tài)氮還原為氮氣從水中逸出，達到去氮的目的。

11氮轉化的主要過程分子氮經生物固定為氨—生物固氮；含氮有機物分解形成氨—氨化作用；

氨態(tài)氮氧化為硝酸—硝化作用；硝態(tài)氮還原為氮氣—反硝化作用。

12有機態(tài)N被微生物降解形成NH3的過程。含氮有機物主要有：蛋白質、尿素、尿酸、核酸、幾丁質、氨基酸、膽堿等。氨化菌主要有：芽孢桿菌、梭菌、色桿菌、變形桿菌、假單胞菌、放線菌以及曲霉、青霉、毛霉、根霉等。（1）氨化作用13（2）硝化作用水體中的氨態(tài)氮，在有氧條件下，經自養(yǎng)細菌的氧化成為硝態(tài)氮的作用。分兩個階段：亞硝化作用：氨氧化為亞硝酸硝酸化作用：亞硝酸氧化為硝酸NH4+

NO2-

NO3-硝酸細菌亞硝酸細菌在硝化作用的同時，一部分氨氮轉化為生物體細胞物質，滿足微生物繁殖的需要。14（2）硝化作用硝化菌主要有：亞硝酸菌：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺旋桿菌屬；硝酸菌：

硝酸桿菌屬，螺旋桿菌屬和球菌屬問：硝化菌的營養(yǎng)類型是？化能自養(yǎng)。因為硝化菌以無機碳如CO3-、HCO3-等作為碳源，通過與NH3NH4+NO2-的氧化反應來獲得能量。15

(1)pH值：適宜微堿性，最佳7.5~8.5硝化反應每消耗1g氨氮要消化堿度7.14，通常廢水堿度不能滿足硝化反應，需投加堿來維持PH。

(2)

溫度：4-40℃，最適：20~-30℃。溫度超過30℃蛋白質變性，降低了硝化菌的活性，溫度低于5℃，硝化細菌的生命活動停止。

(3)通氣：需氧，DO≥2mg/l。

氧是硝化反應的電子受體，溶解氧濃度影響硝化反應速率。

(4)其他工藝運行參數(shù)也影響硝化，在后續(xù)課程學習。

3.影響硝化作用的因素16

在缺氧條件下，微生物還原硝酸、亞硝酸為氣態(tài)氮化物(N2O、NH3或N2)的作用。反硝化作用微生物主要有：假單胞菌屬、反硝化桿菌屬、螺旋菌屬和無色桿菌屬，大多是兼性細菌。如脫氮硫桿菌；地衣芽孢桿菌；銅綠假單胞菌；螺菌屬；若與其他細菌（如大腸桿菌）共處，亦能還原硝酸鹽；熒光極毛桿菌能使硝酸鹽強烈的還原成分子態(tài)氮。（3）反硝化作用

17影響反硝化作用的因素有機質及N含量：反硝化菌異養(yǎng)型兼性厭氧菌，反硝化過程需要提供充足的碳源（投加甲醇）。溫度：適宜溫度20~40℃溫度影響反硝化菌的增殖和代謝速率pH：較適宜的范圍是pH6.5~7.5，微堿性。不當pH影響反硝化速率和酶活性。反硝化菌異養(yǎng)型堿性厭氧菌，反硝化過程需要提供充足的碳源。廢水生物脫氮工藝3.廢水生物脫氮工藝

在城鎮(zhèn)污水生物脫氮系統(tǒng)中，顆粒性不可生物降解有機氮經生物絮凝作用成為活性污泥組分，通過剩余活性污泥將其從系統(tǒng)中去除；顆粒性可生物降解有機氮經水解轉化為溶解性有機氮。溶解性不可生物降解有機氮隨出水排出，溶解性可生降解有機氮在有氧條件下經異養(yǎng)細菌氨化為氨氮，由硝化菌將氨氮氧化為硝態(tài)氮，再在缺氧條件下由反硝化菌將硝態(tài)氮還原成氮氣從污水中逸出。3.廢水生物脫氮工藝生物脫氮工藝中，由于硝化和反硝化過程微生物對氧的需求不同，可以將處理構筑物分成好氧處理構筑物和缺氧處理構筑物。（1）傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝傳統(tǒng)活性污泥法脫氮是指污水連續(xù)經過三套生物處理裝置，依次完成碳氧化、硝化、反硝化三個過程，分別在第一級的曝氣池、第二級的硝化池、第三級的反硝化反應器內完成。其中每套系統(tǒng)都有各自的反應池、二沉池和污泥回流系統(tǒng)。（1）傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝該工藝的優(yōu)點是好氧菌、硝化菌和反硝化菌分別生長在不同的構筑物中，反應速度較快；并且不同性質的污泥分別在不同的沉淀池中沉淀分離和回流，故運行管理較為方便，易于掌握，靈活性和適應性較大，運行效果較好。但是該工藝處理構筑物較多，設備較多，管理復雜，目前已經很少應用了。（2）二級生物脫氮工藝這種系統(tǒng)是在第一級中同時完成碳氧化和硝化等過程，經沉淀后在第二級中進行反硝化脫氮，然后混合液進入最終沉淀池，進行泥水分離。它具有與傳統(tǒng)活性污泥法生物脫氮系統(tǒng)類似的優(yōu)點，但是減少了一個中間沉淀池。缺氧反硝化細菌：反硝化細菌（兼性厭氧菌）反應：NO3-—N反硝化還原為N2，溢出水面釋放到大氣碳源：原水中BOD硝酸鹽來源：回流出水中的硝化產物24（3）微生物脫氮工藝特點好氧脫碳硝化脫碳——氧化去除COD脫碳菌——好氧有機物呼吸的細菌，以有機物為碳源硝化菌——好氧氨鹽呼吸的細菌，以碳酸鹽為碳源（NH4+→NO2-→NO3-)25（3）微生物脫氮工藝特點提問：為什么先脫碳、后脫氮？硝化菌的碳源是脫碳菌的代謝產物；有機碳源豐富時，脫碳菌世代周期短生長迅速，硝化菌氧利用不足，生長緩慢；26提問：硝化脫氮時有時需要補堿（Na2CO3或NaOH)?硝化作用消耗堿（NH4+、CO3-），水pH下降；補充碳源、升高pH提問：硝化菌世代周期長，容易從活性污泥系統(tǒng)中被洗掉，如何解決？掛生物膜或投加懸浮填料定期投菌27小結廢水生物脫氮原理廢水生物脫氮影響因素廢水生物脫氮工藝及應用

廢水生物除磷原理及工藝主要內容廢水生物除磷原理廢水生物除磷影響因素廢水生物除磷工藝及應用水體中過量磷的注入，容易引起水體富營養(yǎng)化，給水體生態(tài)系統(tǒng)和人群健康造成極大的危害，某些高含磷廢水中殘留的磷還相當高，故需用除磷工藝處理。磷是微生物生長的重要營養(yǎng)元素。磷參與微生物菌體的合成，并以剩余污泥的形式去除污水處理系統(tǒng)中的磷，因此，生物除磷一般能獲得10%～30%的除磷效果。

廢水生物除磷的原理廢水生物除磷原理及工藝

廢水中磷的來源與危害33

生物除磷的原理

生物除磷影響因素1.1廢水中氮的來源、狀態(tài)34狀態(tài)污染物污染來源有機磷生活污水和部分工業(yè)廢水，各種洗滌劑、工業(yè)原料、農業(yè)肥料等無機磷磷酸鹽、聚磷酸鹽351.2廢水中磷的存在狀態(tài)

磷以溶解態(tài)存在與水中、有機態(tài)在生物體內與大分子結合和難溶態(tài)存在與底泥中。36（1）過量氮、磷容易導致水體富營養(yǎng)化；（2）增加水處理成本、降低消毒、脫色等處理效率，（3）增加藥劑藥劑用量；（4）氨氮消耗水中溶解氧；（5）含氮化合物對人、生物有毒害作用。1.3水中氮磷的危害37依靠聚合磷酸鹽累積微生物（聚磷菌）除去廢水中的磷。聚磷菌通過聚—β—羥基丁酸鹽（PHB）的形式（聚磷菌）的好氧聚磷和厭氧放磷的機制除磷。聚磷菌是一種能再厭氧和好氧膠體環(huán)境中繁殖的優(yōu)勢種群。2.生物除磷原理38（1）厭氧釋磷：聚磷菌將其細胞內的有機態(tài)磷轉化為無機態(tài)磷加以釋放，并利用此過程產生的能量攝取水中的溶解性有機質以合成PHB顆粒。（2）好氧聚磷：聚磷菌好氧條件下開始進行有氧呼吸，從外部攝取有機物加以氧化分解，一部分合成細胞物質另一部分產生能量，能量被ADP獲取并結合磷酸合成ATP.2.生物除磷原理好氧時：大量繁殖（消耗好氧狀態(tài)能源—聚β-羥基丁二酸PHB）

逆濃度梯度過量吸磷（貯備厭氧狀態(tài)能源——多聚磷酸鹽顆粒厭氧時：不繁殖，釋放磷酸鹽于體外聚P污泥回流大部分磷去除水中磷3940傳統(tǒng)的活性污泥法處理廢水時，活性污泥中的聚磷菌在好氧條件下，能吸收磷酸鹽成自身的核酸和ATP；聚磷菌在厭氧條件下,將其細胞中的有機磷轉化為無機磷釋放到水中，并利用此過程產生的能量攝取廢水中的溶解性有機質以合成PHB顆粒。2.生物除磷原理41因此，在好氧厭氧交替條件下，活性污泥中的聚磷菌以“厭氧釋磷”和“好氧聚磷”的機制，將磷最終以剩余污泥的形式排出，徹底去除水中的磷。2.生物除磷原理廢水生物除磷工藝及應用3.廢水除磷工藝及應用水體中過量磷的注入，容易引起水體富營養(yǎng)化。磷是微生物生長的一種重要營養(yǎng)元素。磷參與微生物菌體的合成，成為菌體的一部分。因此，可以通過微生物的轉化作用去除水中的磷。3.廢水除磷工藝及應用廢水厭氧釋磷和好氧聚磷是生物除磷工藝的兩個基本組成部分，因此，其工藝流程一般包括厭氧池和好氧池。傳統(tǒng)的活性污泥法處理廢水時，活性污泥中的聚磷菌在好氧條件下，能吸收磷酸鹽成自身的核酸和ATP；聚磷菌在厭氧條件下,將其細胞中的有機磷轉化為無機磷釋放到水中，并利用此過程產生的能量攝取廢水中的溶解性有機質以合成PHB顆粒。3.廢水除磷工藝及應用因此，在好氧厭氧交替條件下，活性污泥中的聚磷菌以“厭氧釋磷”和“好氧聚磷”的機制，將磷最終以剩余污泥的形式排出，徹底去除水中的磷。3.廢水除磷工藝及應用3.生物除磷工藝簡介進水厭氧放磷出水部分污泥回流接種剩余污泥47好氧聚磷沉淀脫磷從圖中可看出，廢水和污泥依次經厭氧和好氧交替循環(huán)流動，反應池分為厭氧池和好氧池，回流污泥進入?yún)捬醭乜梢晕杖コ徊糠钟袡C物，并釋放出大量磷，進入好氧池的廢水中的有機物被好氧降解，磷被微生物生物吸收，部分富磷污泥一剩余污泥的形式排出，實現(xiàn)磷的去除。3.廢水除磷工藝及應用小結廢水生物除磷原理廢水生物除磷影響因素廢水生物除磷工藝及應用

廢水同步生物脫氮除磷原理及工藝主要內容生物同步脫氮除磷的原理生物同步脫氮除磷工藝及應用

隨著經濟的發(fā)展，大量含氮、磷物質排入環(huán)境，導致水體污染日益加劇，給水體生態(tài)系統(tǒng)和人群健康造成極大的危害，當磷大與0.01mg/l,氮大于0.1mg/l,水體開始發(fā)生富營養(yǎng)化。因此，需對廢水脫氮除磷，以保護水生生態(tài)系統(tǒng)。

廢水脫氮廢水除磷同步脫氮除磷1.微生物脫氮原理2.生物脫氮的影響因素3.生物脫氮工藝及應用1.同步脫氮除磷典型工藝2.廢水同步脫氮除磷技術的工程應用1.微生物除磷原理2.典型的除磷工藝531.生物脫氮除磷的原理在生物脫氮除磷工藝中，厭氧池的主要功能是釋放磷，使污水中的磷濃度升高，溶解性的有機物被微生物細胞吸收而是無水腫的BOD下降，另外，氨氮因細胞的合成而被去除一部分，是水中氨氮濃度下降，但硝態(tài)氮含量沒有變化。

1.生物脫氮除磷的原理在缺氧池中，反硝化細菌利用無水腫的有機物作為碳源，將回流液中的硝態(tài)氮還原為氮氣從水中逸出，水中氨氮和BOD含量都下降。

1.生物脫氮除磷的原理在好氧池中，有機物被微生物生化降解而下降，有機氮被氨化繼而被硝化；磷隨著聚磷菌的過量攝取被轉化到生物體中，隨著剩余污泥徹底從水中去除。

所以，同步生物脫氮除磷具有有機物的去除、氨化、硝化、反硝化脫氮，