教学用污废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学
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第十章污(废)水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理1.污(废)水为什么要脱氮除磷?答:污(废)水需要脱氮除磷的原因如下:(1)在好氧生物处理中,生活污水经生物降解,大部分的可溶性含碳有机物被去除,同时会产生NH3-N、NO3--N和PO43-、SO42-,其中,只有25%的氮和19%左右的磷被微生物吸收合成细胞,通过排泥得到去除,出水中的氮和磷含量仍未达到排放标准。
(2)氮和磷是生物的重要营养源。
但水体中氮磷过多,危害极大。
最大的危害是引起水体富营养化,蓝藻、绿藻等大量繁殖后引起水体缺氧,产生毒素,进而毒死鱼虾等水生生物和危害人体健康,使水源水质恶化。
不但影响人类生活,还严重影响工农业生产。
2.微生物脱氮工艺有哪些?答:微生物脱氮工艺有A/O、A2/O、A2/O2、SBR等工艺。
反硝化有单级反硝化和多级反硝化。
根据不同水质,通常有以下3种组合工艺,即碳氧化、硝化和反硝化三者的不同组合方式。
(1)碳氧化、硝化、反硝化分级(2)碳氧化和硝化结合,反硝化分级(3)碳氧化、硝化、反硝化结合3.叙述污(废)水脱氮原理。
答:污(废)水脱氮原理如下:(1)概述脱氮是先利用好氧段经硝化作用,由亚硝化细菌和硝化细菌的协同作用,将NH3转化为NO2--N和NO3--N。
再利用缺氧段经反硝化细菌将NO2--N(经反亚硝化)和NO3--N (经反硝化)还原为氮气(N2),溢出水面释放到大气,参与自然界氮的循环。
(2)具体反应机理①硝化短程硝化:全程硝化(亚硝化+硝化):②反硝化反硝化脱氮:厌氧氨氧化脱氮:厌氧氨氧化脱氮:厌氧氨反硫化脱氮:4.参与脱氮的微生物有哪些?它们有什么生理特征?答:参与脱氮的微生物及其生理特征如下:(1)硝化作用段及微生物①好氧氨氧化细菌好氧氨氧化细菌即好氧的亚硝化细菌,以NH3为供氢体,O2作为最终电子受体,产生HNO2。
其中的亚硝化叶菌属在低氧压下能生长,化能无机营养,氧化NH3为HNO2,从中获得能量供合成细胞和固定CO2。
1(24分)名词解释(1)好氧反硝化NO3、O2均可作为电子最终受体:即电子可从被还原的有机物基质传递给O2,也可传递给NO3-、NO2-和N2O,并分别将它们还原。
(2)短程硝化-反硝化短程硝化反硝化是利用硝酸菌和亚硝酸菌在动力学特性上存在的固有差异,控制硝化反应只进行到NO2--N阶段,造成大量的NO2--N累积,然后就进行反硝化反应。
(3)同步硝化反硝化根据传统生物脱氮理论,脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段,硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行,或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中;实际上,较早的时期,在一些没有明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中,人们就层多次观察到氮的非同化损失现象,在曝气系统中也曾多次观察到氮的消失。
在这些处理系统中,硝化和反硝化反应往往发生在同样的处理条件及同一处理空间内,因此,这些现象被称为同步硝化/反硝化(SND)。
(4)聚磷菌又称聚磷菌。
指能过量吸磷并能储存磷的微生物,如不动杆菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、微丝菌等,具有厌氧释磷,好氧(或缺氧)超量吸磷的特性。
常被用于活性污泥法中的生物除磷(5)微污染水源水指受到有机物、氨氮、磷、藻类及有毒污染物较低程度污染的水.(6)人工湿地人工湿地是人工建造和监督控制的类似自然湿地的系统,通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水的处理。
2(8分)简述微生物脱氮除磷的原理。
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除磷原理:依靠聚磷菌(兼性厌氧菌)厌氧时释放磷,好氧时聚磷,再通过排泥从污水中除去细菌(磷)。
3(16分)简述污水处理过程中硝化过程和反硝化过程的运行操作条件。
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、废水深度处理——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、废水一级处理只是除去废水中的砂砾及大的悬浮固体。
去除COD约30%左右。
二级生物处理则是去除废水中的可溶性有机物。
在好氧生物处理中,生活污水经生物降解,大部分的可溶性含碳有机物被去除。
去除COD 70%~90%,BOD5去除90%以上。
同时产生NH3-N、N03--N和P043-、S042-。
其中有25%的氮和19%左右的磷被微生物吸收合成细胞,通过排泥得到去除。
但出水中的氮和磷含量仍未达到排放标准。
有的工业废水如味精(谷氨酸)废水和赖氨酸废水含氨氮(NH3-N)非常高,味精浓废水含氨氮6 000 mg/L左右。
COD更高,60 000~80 000 mg/L,BOD5约为COD的一半。
氮和磷是生物的重要营养源。
但水体中氮、磷量过多,危害极大。
最大的危害是引起水体富营养化。
蓝藻、绿藻等大量繁殖后引起水体缺氧,产生毒素,进而毒死鱼、虾等水生生物和危害人体健康。
使水源水质恶化。
不但影响人类生活,还严重影响工、农业生产。
鉴于以上原因,脱氮除磷非常重要。
若水体中磷含量低于0.02 mg/L可限制藻类过度生长。
上海地方标准规定,氨氮排放标准在15 mg/L以下。
二、天然水体中氮、磷的来源主要来自城市生活污水,来自农业施肥(氮)和喷洒农药(磷等),来自工业废水,如化肥、石油炼厂、焦化、制药、农药、印染、腈纶及洗涤剂等生产废水,食品加工、罐头食品加工及被服洗涤服务行业的洗涤剂废水,以及禽、畜粪便水。
城市生活污水含氮量见表2.4-1。
三、微生物脱氮工艺、原理及其微生物(一)微生物脱氮工艺可采用A/0、A2/0、A2/02、SBR等,工艺均可取得较好脱氮效果。
经厌氧-好氧或缺氧-好氧等的合理组合处理,既可去除COD和BOD,又可去除氨氮,脱氮工艺也可除磷。
(二)脱氮原理脱氮首先利用设施内好氧段,由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用,将NH3转化为NO3--N。
微生物学方法在废水处理中的应用近几十年来,随着人类生产生活水平的提高和经济的发展,废水的排放量呈现出增长的趋势。
这些废水中含有各类有害物质,对水体环境以及人类健康构成了严重威胁。
因此,废水处理一直是环境保护中的重要问题之一,也是一个充满挑战和机会的领域。
现代微生物学的发展为废水处理提供了新的思路和方法,因此,微生物学方法在废水处理中的应用,具有重要的意义和深远的影响。
一、微生物学方法的基本原理微生物是指那些生物体积小、功能简单、生长繁殖快速的生物体。
微生物学是研究微生物结构、生长、代谢和与生物体、环境的相互关系的学科。
现代生物技术的快速发展,使得我们可以利用微生物的代谢功能和生命活动,来处理废水中的有害物质。
微生物学方法的最基本原理,就是利用好氧或厌氧微生物的功效,将废水中的有机物质、氮、磷等需要处理的成分分解为水和二氧化碳等无害物质。
在微生物活动的过程中,有机物质和氮磷等元素会被微生物生物降解,并合成新细胞质,从而达到废水处理的目的。
微生物处理废水的过程,一般可以分为生化处理和再生处理两个过程。
生化处理主要是针对有机物质进行分解,包括好氧生化和厌氧生化两种处理方式。
好氧生化会在废水处理过程中增加废水中的溶氧量,从而促进废水中的细菌有利于降解有机物质。
而厌氧生化则不需要氧气,完全利用细菌的代谢功能,对污染物进行降解。
再生处理则是指利用微生物的生物反应,把处理后的有机物质和氮磷等元素合成新的细胞质,净化受污染的水体。
再生处理通常采用好氧杂交处理法,通过好氧和厌氧处理相结合的方法处理废水。
二、微生物学方法在废水处理中的应用微生物学方法在废水处理中具有广泛的应用,例如植物园林废水处理、家庭污水处理、工业污水处理等。
在工业废水处理方面,利用微生物学方法处理废水已经成为一种主流的技术。
1. 生物处理池生物处理池是一种采用微生物的自然生物反应功能,处理各类有机废水的装置。
生物处理池分为好氧处理池和厌氧处理池两种,其中好氧处理池主要用于降解有机物质和氮磷等成分,厌氧处理池则主要用于缺氧条件下对有机物质的处理。
《环境工程微生物学》课程教学大纲英文名称:Microbiology of Environmental Engineering课程类型:学科基础课课程要求:必修学时/学分:56/3.5适用专业:环境工程一、课程性质与任务环境工程微生物学是环境工程专业学生学习和掌握“三废”生物法处理技术的基本知识和基本理论的学科基础课。
本课程在教学内容方面着重微生物学方面的基础理论,微生物在环境中所处的地位以及利用微生物进行生化处理的技术技能的讲解;在培养实践能力方面着重实验方案设计和操作技能的基本训练,使学生对微生物学在环境工程中的具体应用有一定的了解,从而进一步利用微生物为环境治理工程服务。
二、课程与其他课程的联系先修课程包括分析化学、有机化学和环境化学,为本门课程提供理论支持,后续课程包括环保设备基础、大气污染控制工程、水污染控制工程、化工废物处理处置工程等专业课程,该课程为把前述的后续课程有机联系在一起,实现工程化。
三、课程教学目标1.学习环境工程微生物学基础知识及其在三废治理中的基本理论,掌握微生物的概念、分类、命名、特点等基本知识,了解各种微生物的特性,具有设计微生物法三废处理方案的能力;2.掌握基本的基于微生物学的三废治理创新方法,培养学生追求创新的态度和意识;3.培养学生树立正确的实验设计思想,了解微生物学在三废治理过程中国家有关的经济、环境、法律、安全、健康、伦理等政策和制约因素;4.培养学生把环境工程微生物学的基本理论应用到具体实践中的能力,使学生掌握环境工程微生物的驯化、培养、分离等实验方法,获得实验技能的基本训练,具有运用标准、规范、手册和查阅有关技术资料的能力;5.了解环境工程微生物学的前沿和新发展动向。
四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节(课外教学环节、要求、目标)无六、教学方法本课程是一门实践性较强的课程,以案例教学为主,结合平时作业、课堂表现、实验和期末考试等教学手段和形式完成课程教学任务。
被污染的水体都是自净水体!但自净恢复的程度不同,或称污染现状不同。
6.6.2衡量水体污染与自净的指标
用什么指标可以衡量河段水体污染与自净所处的阶段?——水体外观、化学指标、生物种类、数量及比例关系、溶解氧等等
A.水体外观
●外观特征:混浊程度、颜色及气味等
●原因:水中细菌种类数量、悬浮物种类数量
污染前污染净化开始持续结束
外观
无色暗灰色灰色继续变清无色澄清透明
很混浊、臭、
水面有泡沫
混浊
浊度下降、
泡沫减少
澄清透明
B.化学指标
●BOD5
●COD
●DO
●其它各种有机物(酚)等
C.P/H指数与BIP指数
●P代表光合自养型微生物(如藻类)
●H代表异养型微生物(如细菌等),两者的比即P/H指数。
●P/H =(有叶绿素的微生物数量)/(异养微生物数量)
●BIP =(无叶绿素的微生物数量)/(全部微生物数量)≈H/(P+H)×100%
污染前污染净化开始持续结束
P/H外观高下降最低点上升高BIP0~8上升60~100下降0~8
通常使用的是BIP指数
D.氧浓度昼夜变化幅度
河流污染中氧浓度昼夜变化示意图
为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同?
氧浓度高低与细菌含量有关,昼夜变幅与藻类数量有关,因此与P/H或BIP有关。