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第四章 污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理 第一节 污、废水脱氮、除磷与微生物学原理 一、污、废水脱氮、除磷的目的和意义 污水一级处理去除废水中的砂砾及大的悬浮固体 污水二级处理去除废水中的大部分的可溶性有机物 二级处理出水中的氮、磷未能达到排放标准 氮、磷是生物重要的营养源，排入天然水体易引起水体富营养化 二、污、废水脱氮、除磷的具体指标 三、微生物脱氮工艺、原理及其微生物 （一）微生物脱氮工艺 两级生物脱氮系统 缺氧—好氧生物脱氮系统（即A/O工艺） 1. 两级生物脱氮系统 脱氮原理 1）好氧段：脱碳硝化 脱碳——氧化去除BOD、COD 硝化——NH3/NH4+→NO2-→NO3- 硝化反应消耗碱度，因此要加碱，防止pH值下降 2）缺氧段—反硝化 反硝化：NO3--N还原为N2，溢出水面释放到大气 碳源：既可以投加CH3OH，也可引入原水中BOD 2. 缺氧—好氧生物脱氮系统（A/O工艺） 脱氮原理 1）缺氧反硝化 反应：NO3-—N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气 碳源：原水中BOD 硝酸盐来源：回流出水中的硝化产物 2）好氧脱碳硝化 脱碳——氧化去除COD 脱碳菌——好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为碳源 硝化菌——好氧氨盐呼吸的细菌，以 碳酸盐为碳源 （NH4+→NO2-→NO3-) 提问：硝化脱氮时有时需要补碱（Na2CO3或NaOH)? 硝化作用消耗碱（NH4+、CO3-），水pH下降；补充碳源、升高pH 提问：硝化菌世代周期长，容易从活性污泥系统中被洗掉，如何解决？ 挂生物膜或投加悬浮填料 定期投菌 1. 硝化作用段微生物 1）氧化氨的细菌—亚硝化细菌 包括：亚硝化单胞菌、螺菌、球菌 革兰氏阴性菌 专性好氧，化能无机营养，氧化NH3/NH4+为HNO2。 2）氧化亚硝酸细菌—硝化细菌 包括：硝化杆菌、螺菌、球菌 革兰氏阴性菌 专性好氧，化能有机或无机营养，氧化HNO2为HNO3。 2. 反硝化作用段微生物 1）反硝化细菌 所有能以NO3-为最终电子受体，将HNO3还原为N2的细菌的总称 包括：假单胞菌属、副球菌属、产碱菌属 革兰氏阴性菌 专性厌氧或兼氧。 2）反硝化段的运行操作 碳源：有机物（葡萄糖、甲醇等） 最终电子受体： NO2- 、NO3- 溶氧：反硝化菌是兼性厌氧菌，以在厌氧、好氧交替的环境中生活为宜，一般溶解氧应控制在0.5mg/L以下。 pH值：最适pH值为7.0~8.0 温度：10~35℃，反硝化速率随温度增高而提高，60~75 ℃反硝化速率达到最大值 1. 亚硝酸型硝化反硝化技术 2. 同时硝化反硝化脱氮技术 3. 厌氧氨氧化技术 4. EM脱氮技术 5.好氧反氨化脱氮技术 6.电极生物膜反硝化技术 7. 固定化微生物脱氮技术 1. 亚硝酸型硝化反硝化技术 1）传统硝化反硝化脱氮技术 NH4+-N NO2--N NO3--N N2 硝化阶段 反硝化阶段 传统硝化反硝化脱氮技术的缺点： COD氧化和硝化耗能巨大，且在COD氧化中，无形中失去贮存在COD内的大量化学能(每kg COD约含1.4×107J代谢热)； 反硝化需消耗COD； 剩余污泥量大； 耗能造成大量二氧化碳释放，并进入大气。 2)亚硝酸型硝化反硝化脱氮技术的基本原理 ——将硝化过程控制在HNO2阶段而终止，阻止NO2-的进一步硝化，随后直接进行反硝化。 NH4+-N NO2--N N2 硝化阶段 反硝化阶段 总反应式： 2NH4++3O2→NO2-+2H2O + 4H + 2NO2-+3H(电子供体有机物) →1/2 N2 + H2O + OH- 3）典型工艺 ①SHARON工艺（single reactor for high ammonium removal over nitrite，亚硝化脱氮）——荷兰Delft大学开发 ②OLAND工艺（oxygen limited autotrophic nitrification denitrification，氧限制自养硝化反硝化）—比利时GENT微生物生态实验室开发 2. 同时硝化反硝化技术（simulaneous nitrification and denitrification, SND） 反应原理 当好氧环境与缺氧环境在一个反应器中同时存在，硝化和反硝化在