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10 第十章 污、废水深度处理和微污染源水预处理种的微生物学原理.pptx

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本课件可查阅硝化与反硝化两阶段的反应式、功能菌特性与运行条件,四类脱氮工艺与排列原则,聚磷菌厌氧放磷好氧吸磷的原理与除磷工艺,A2/O与氧化沟等同步脱氮除磷,以及微污染水源水预处理与饮用水消毒方法。

第10章内容导览页,列出深度处理脱氮除磷、微污染水源水预处理与饮用水消毒三节
深度处理背景页,说明氮磷过高会导致富营养化而二级处理对氮磷去除效率低
脱氮原理页,说明其由硝化与反硝化两步完成并串联氨氮到氮气的转化路径
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第1页:第10章 深度处理与预处理

第10章 污水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理

  • 10.1 污、废水深度处理——脱氮、除磷与微生物学原理
  • 10.2 微污染水源水的生物预处理中的微生物学问题
  • 10.3 饮用水的消毒及其微生物学效应

第2页:深度处理的必要性

10.1 污、废水深度处理——脱氮、除磷与微生物学原理

  • 水体中氮、磷浓度过高会导致水体的富营养化
  • 二级处理主要以去除废水中的可溶性有机物为主,对于氮、磷的去除效率很低,难以达到严格的排放标准

第3页:生物脱氮原理

1. 生物脱氮原理

生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成:

NH3-N →(好氧条件,亚硝化细菌、硝化细菌)NO3--N →(缺氧条件,反硝化细菌)N2↑

第4页:硝化作用阶段

1)生物脱氮——硝化作用阶段

硝化作用是指NH3被氧化成NO2-,再被氧化成NO3-的过程。

  • 第一步:亚硝化反应 NH4++1.5O2 → NO2-+2H++H2O
  • 第二步:硝化反应 NO2-+0.5O2 → NO3-

第5页:硝化细菌的特性

微生物:亚硝化细菌和硝化细菌,两者为化能自养菌,G-,专性好氧,要求中性、弱碱性环境,pH值范围7.5~8.0,以CO2为唯一碳源,最适温度25~30℃。

第6页:硝化段的运行操作关键

运行操作关键

  • 泥龄θSRT(悬浮固体停留时间)较长
  • 要供给足够的DO,生活污水一般为1.2~2.0mg/L
  • 要控制适度的曝气时间(水力停留时间)
  • 控制pH值在7.5~8.0
  • 温度:25~30℃
  • 有机物含量不应过高

第7页:反硝化作用阶段

2)微生物脱氮——反硝化作用阶段

反硝化作用是指兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为N2的过程。

反应:HNO3 → HNO2 → NO → N2O → N2

微生物:反硝化细菌。运行操作关键:碳源、NO3-、NO2-、pH值、DO、温度等。

第8页:反硝化细菌的特性

微生物:反硝化细菌——兼性厌氧菌,在缺氧条件下利用NO3-氧化有机物获得能量,碳源来自有机物,最终电子受体为NO3-和NO2-,要求中性、弱碱性环境,pH=7.0~8.0,最适温度10~35℃。

第9页:碳源的控制

运行操作关键——碳源

  • 废水中所含的有机碳源:BOD5:TN>3:1时,无需外加碳源,即可达到脱氮目的
  • 外加碳源:BOD5:TN<3:1时,需外加碳源,多采用甲醇
  • 内碳源:指活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳,也称二次性基质

第10页:外源与内源反硝化

  • 外源反硝化:利用外来碳源,以NO3-为最终电子受体,氧化有机物合成细胞物质
  • 内源反硝化(硝化细菌内源呼吸):以机体内的有机物为碳源,以NO3-为最终电子受体

第11页:反硝化段的运行关键

微生物脱氮——反硝化作用阶段运行操作关键

  • 最终电子受体是NO3-和NO2-
  • 最适pH为7~8
  • 温度T=10~35℃
  • DO<0.2mg/L

第12页:脱氮工艺

2. 脱氮工艺

第13页:脱氮工艺的类型

  • 三级生物脱氮工艺
  • A/O(Anoxic-Oxic)脱氮工艺
  • Bardenpho工艺
  • 同步硝化和反硝化工艺

第14页:三级生物脱氮工艺

(1)三级生物脱氮工艺:传统活性污泥法脱氮工艺

第15页:两级生物脱氮工艺

两级生物脱氮工艺

第16页:后置反硝化A/O工艺

(2)A/O(Anoxic-Oxic)脱氮工艺 a. 后置反硝化A/O脱氮系统

第17页:前置反硝化A/O工艺

b. 前置反硝化A/O脱氮系统

第18页:Bardenpho工艺

(3)Bardenpho工艺:前两段同A/O法工艺,好氧池1流出的硝酸盐导入缺氧池2,反硝化细菌可利用细菌衰亡后释放的基质作为碳源进行反硝化,污泥最后进入好氧池2,以吹脱氮气,提高污泥沉降性能。

第19页:同步硝化反硝化工艺

(4)同步硝化(N)和反硝化(D)工艺

第20页:脱氮组合工艺的排列原则

3. 脱氮组合工艺的顺序排列原则

  1. 负荷低,级数少;负荷高,级数多
  2. 合理调整硝化和反硝化过程,以节省碱的用量
  3. 采用「捷径反硝化」以缩短曝气时间。即硝化作用产生HNO2后就转入反硝化阶段
  4. 废水中BOD5:TN>2.86

第21页:生物除磷原理

10.1.2 生物除磷原理、工艺及微生物

1. 微生物除磷原理

厌氧放磷
厌氧条件下,聚磷菌将体内的聚磷分解产生能量,释放PO43-;一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸,形成PHB;另一部分能量用于生理活动需要
好氧吸磷
好氧条件下,PHB分解产生能量;一部分能量用于主动过量吸收环境中的PO43-,并合成聚磷;另一部分能量用于细胞正常生长繁殖;另一部分能量用于生理活动需要

第22页:除磷微生物

聚磷菌
是一类生长缓慢的细菌(包括好氧异养菌、厌氧异养菌和兼性异养菌),在厌氧条件下分解体内的聚磷来获得能量生长繁殖,在好氧条件和外界营养基质少的情况下,分解体内的PHB获得能量而生长繁殖
发酵产酸菌和聚磷菌的关系
聚磷菌只能利用低级的脂肪酸,不能直接利用大分子有机基质,而发酵产酸菌可将大分子物质降解为小分子,故在除磷过程中这两类菌是互不可分、密切相关的

第23页:A/O除磷工艺

2. 除磷工艺流程 (1)A/O(Anaerobic/Oxic)法:A/O除磷工艺流程

第24页:Phostrip工艺

(2)Phostrip工艺——旁流除磷:Phostrip工艺流程

第25页:除磷工艺的碳源条件

3. 除磷工艺运行条件

(1)碳源的浓度和种类——诱导聚磷菌放磷的有机基质分为三类:

  • A类:乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸,该类物质存在时放磷速度最快
  • B类:乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄糖等需在厌氧条件下转化成A类基质后才能被聚磷菌利用
  • C类:丁酸、乳酸和琥珀酸等,该类能否引发放磷与污泥的微生物有关

第26页:除磷的其他运行条件

  • (2)溶解氧:厌氧区DO存在对聚磷菌的放磷不利,DO应小于0.2mg/L;好氧区的DO应大于2.0mg/L,以保证聚磷菌利用好氧代谢中释放的大量能量充分地吸磷
  • (3)硝酸盐和亚硝酸盐:厌氧区两者的存在会抑制厌氧发酵而不产生挥发性脂肪酸
  • (4)温度:30℃左右
  • (5)pH:中性或弱碱性环境(pH=7~8)

第27页:A2/O同步脱氮除磷工艺

10.1.3 同步脱氮除磷工艺

1. A2/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)法:A2/O工艺流程

第28页:氧化沟脱氮除磷工艺

2. 氧化沟脱氮除磷工艺:氧化沟脱氮除磷工艺流程

第29页:SBR法脱氮除磷工艺

(3)SBR法脱氮除磷工艺

  1. Ⅰ 进水阶段
  2. Ⅱ 反应阶段
  3. Ⅲ 沉淀阶段
  4. Ⅳ 排水阶段
  5. Ⅴ 待机阶段

第30页:微污染水源水的预处理

10.2 微污染水源水的生物预处理中的微生物学问题

10.2.1 微污染水源水预处理的目的和意义

  • 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污染的水源水
  • 经传统工艺处理后,未能有效去除污染物
  • 饮用水中存在的有机污染物对人体具有一定的危害作用

第31页:生物预处理的特点

10.2.2 生物预处理的特点

生物预处理是指在常规净水工艺之前增设生物处理工艺,借助于微生物群体的新陈代谢活动,对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物进行初步去除的过程。

特点

  1. 能有效去除原水中可生物降解的有机物
  2. 使出水更安全可靠
  3. 能较好地去除低浓度有机物
  4. 能去除氨氮、铁、锰等污染物
  5. 具有经济、有效的特点

第32页:曝气生物过滤法

10.2.3 生物预处理工艺——生物膜法

1. 曝气生物过滤法(Biological Aerated Filtration,BAF)

第33页:生物接触氧化法

2. 生物接触氧化法(Biological Contact Oxidation,BCO)

第34页:生物预处理工艺图(图片页)

本页源文件未提取到文字内容,仅有图片,位于生物接触氧化法与生物活性炭技术两页之间。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第35页:生物活性炭技术

3. 生物活性炭技术(Biological Activated Carbon,BAC)

第36页:水源水预处理的运行条件

10.2.4 水源水预处理的运行条件

  1. 微生物:适应贫营养环境的微生物
  2. 供氢体:甲醇、乙醇和糖
  3. DO
  4. 水温和pH

第37页:加氯消毒的原理

10.3 饮用水的消毒及其微生物学效应

水的消毒方法 1. 加氯消毒

液氯消毒的机理主要是次氯酸起作用。次氯酸进入细菌内部,与菌体蛋白和酶蛋白的-NH2和-SH反应从而氧化和破坏细菌菌体蛋白和酶蛋白,达到杀菌作用。

氯消毒效果的影响因素:pH。

第38页:加氯消毒的用量标准

消毒剂的用量:饮用水通常以消毒剂与水接触后30min后游离余氯量不低于0.3mg/L,管网末梢的游离余氯量不低于0.05mg/L为标准。

  • 游离性余氯:指HClO、ClO-、Cl-游离氯的剩余氯
  • 化合性余氯:指氯胺的剩余氯

第39页:二氧化氯消毒

2. 二氧化氯消毒 机理:破坏微生物体内的酶和蛋白质。

独特性

  1. ClO2对细胞壁有较强的吸附和穿透能力,在同等条件下灭活微生物的机会增加
  2. ClO2有较强的氧化能力,其理论氧化能力是自由氯的2.6倍
  3. ClO2通过两种机理灭活微生物,一是与微生物体内的生物分子反应,二是影响微生物的生理功能

第40页:臭氧消毒

3. 臭氧消毒

  • 臭氧既是消毒剂,又是氧化能力很强的氧化剂
  • 作氧化剂:·OH是一种非选择性的强氧化剂,可使许多有机物彻底降解
  • 作消毒剂:由于[O]具有极强的氧化作用,对具有很强抵抗力的微生物的病毒、芽孢等均具有强大的杀伤力;[O]还具有很强的溶入细胞壁的能力,从而破坏细菌机体链状结构,导致细菌死亡

第41页:其他消毒方法

4. 过氧化氢消毒 5. 紫外辐射消毒 6. 微电解消毒 7. 超声波消毒 8. 煮沸法

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