第十章污、废水深度处理和微污染水
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第十章 污、废水深度处理和微 污染水源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
第十章污、废水深度处理和微污染 水
一、污、废水脱氮除磷的目的意义 氮、磷污染的危害性：
水体富营养化
造成水体黑臭
对人及生物有毒害作用
二、水体中氮、磷的来源 城市生活污水和工业废水、农田肥料和动物 粪尿
第十章污、废水深度处理和微污染 水
第四节 生物脱氮和生物除磷
• 一、污、废水脱氮、除磷的具体指标
一级标准
废水磷含量在≤0．5mg/L
氨氮
≤15mg／L
第十章污、废水深度处理和微污染 水
硝化、脱氮微生物 1、硝化作用微生物：包括亚硝化微生物、硝化微
生物，好氧，G-，无机化能营养，个别有机化能营养 （1）亚硝化细菌（氧化氨的细菌）：化能无机营
每利用1g NO3-反硝化，消耗2.47g甲醇，产生0.45g 新细胞和3.57g碱度。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
c、内源碳
指微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二 次性基质。要利用内源碳要求反应器的泥龄长，污泥 负荷低，使微生物处于生长曲线静止期的后部或衰亡 期。
C5H7NO2 + 4.6 NO3- → 2.8N2↑ + 1.2H2O + 5CO2 + 4.6OH-
应的能量来源于有机物的氧化
第十章污、废水深度处理和微污染 水
①碳源： a、废水中有机基质
一般认为BOD5：N > 3：1时，无须外加碳源 b、外加碳源
BOD5：N < 3：1时，需外加碳源，常用甲醇。外源 反硝化细胞合成的经典反应式： NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3 → 0.06 C5H7NO2 + 0.47N2↑ + 1.68H2O + CO2 + OH-
第十章污、废水深度处理和微污染 水
④溶解氧 只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高
，当溶解氧达到1mg/L时，反硝化速率接近零。主要 机制是氧抑制了硝酸盐还原酶的形成。此外，氧可作 为电子受体，竞争性阻碍硝酸盐的还原。 ⑤毒物
NH3、NO2、O2、pH。NH3分子（非离子）浓度过 高抑制反硝化反应。
需氧量的计算：O2=4.33（N被氧化）mg/L。每氧化1g NH3需消耗4.33g 氧。 ③水力停留时间：普通活性污泥法曝气时间4-6h ④pH：硝化反应导致pH下降，而硝化细菌对pH十分敏 感，亚硝酸细菌、硝酸细菌分别在7.0~7.8、7.7~8.1活性 最强。可投加碳酸氢钠、碳酸钙维持碱度。需要量：碱 度=7.14（N被氧化）mg/L ⑤温度：两类硝化细菌的最宜温度为30℃左右，在不同 工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大小不同，硝 酸盐负荷越低，影响越小。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
2、反硝化作用段细菌 （1）反硝化作用细菌：能以NO3-为最终电子受体， 将硝酸还原为氮气的细菌，种类很多。 （2）反硝化段运行操作
反硝化生物过程如下：
硝酸盐还原酶
亚硝酸盐还原酶
NO3-
NO2-
NO
氧化亚氮还原酶
Байду номын сангаас
氧化氮还原酶
N2
N2O
最适pH7-8，最适温度10-35℃，溶解氧< 0.2mg/L，反
第十章污、废水深度处理和微污染 水
二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物
• (一)微生物脱氮工艺
• 活性污泥法典型工艺——A/O工艺（缺氧、好氧工艺）
？
缺
废 水
氧 反
沉淀池1
硝
化
好好 氧氧 脱硝 碳化
回流
沉淀池 出水
缺氧活性污泥回流
好氧活性污泥回流
A/O脱氮工艺
第十章污、废水深度处理和微污染 水
(二)脱氮原理
第十章污、废水深度处理和微污染 水
（3）硝化段的操作： ① 泥龄：悬浮固体停留时间SRT。可通过排泥控制 泥龄一般在5d以上，要大于硝化细菌的比生长速率。 SRT= 1/（μN-KNd）。μN——硝化菌比生长速率 ， KNd—— 硝 化 菌 衰 减 速 率 ， gNVSS/gNVSS·d （ NVSS 硝化细菌细胞物质）
养 ， 专 性 好 氧 ， 最 适 温 度 25-30℃ （ 5-30℃ ） ， 最 适 pH7.5-8.0（5.8-8.5），常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝 化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶状菌。
（2）硝化细菌：最适温度25-30℃，最适pH7.5-8.0 。NO2-浓度在2-30mmol/L时化能无机营养最好，常见 菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。
速率低，仅为外加碳源的1/10，优点是在C：N低时 无须外加外来碳源也能达到脱氮目的而且污泥产量低 。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
②温度 最适宜的温度是15-35℃。
③ pH 影响反硝化速率和反硝化最终产物。最适pH范围
7.0-8.0之间。对终产物的影响：pH < 6.0-6.5时，N2O 占优势； pH>8，NO2-积累。PH越高，NO2-积累越 多。高pH抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
3、生物脱氮工艺： 反硝化有单级、多级反硝化。根据不同水质，通常
有三种碳氧化、硝化、反硝化的组合工艺。选择工艺 时应根据水质而定，主要看COD负荷和NH3-N负荷， 负荷低级数少较好，负荷高级数多较好。原因是硝化 过程产酸pH下降，及时转入反硝化提高碱度，可满足 自身要求，降低生产成本。 （1）多级悬浮污泥法：传统工艺 （2）A/O工艺
• 缺氧反硝化 • 细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌） • 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
第十章污、废水深度处理和微污染 水
硝酸盐来源：回流出水中的硝化 产物
第十章污、废水深度处理和微污染 水
• 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-)
硝化作用所需最小固体停留时间为 SRTmin=1/μN max，15℃时硝化细菌μN max 0.45d-1。由 于污水的水质和负荷逐日有波动，为了在已知氨氮和 溶解氧条件下运行能达到稳定的硝化，须对理论SRT 增加一个安全系数得出设计SRT。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
② 溶 解 氧 ： 一 般 维 持 在 1.2~2.0mg/L 。 溶 解 氧 小 于 0.5mg/L，硝化作用停止。
原理
第一节 污、废水深度处理——脱 氮除磷与微生物学原理
第十章污、废水深度处理和微污染 水
一、污、废水脱氮除磷的目的意义 氮、磷污染的危害性：
水体富营养化
造成水体黑臭
对人及生物有毒害作用
二、水体中氮、磷的来源 城市生活污水和工业废水、农田肥料和动物 粪尿
第十章污、废水深度处理和微污染 水
第四节 生物脱氮和生物除磷
• 一、污、废水脱氮、除磷的具体指标
一级标准
废水磷含量在≤0．5mg/L
氨氮
≤15mg／L
第十章污、废水深度处理和微污染 水
硝化、脱氮微生物 1、硝化作用微生物：包括亚硝化微生物、硝化微
生物，好氧，G-，无机化能营养，个别有机化能营养 （1）亚硝化细菌（氧化氨的细菌）：化能无机营
每利用1g NO3-反硝化，消耗2.47g甲醇，产生0.45g 新细胞和3.57g碱度。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
c、内源碳
指微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二 次性基质。要利用内源碳要求反应器的泥龄长，污泥 负荷低，使微生物处于生长曲线静止期的后部或衰亡 期。
C5H7NO2 + 4.6 NO3- → 2.8N2↑ + 1.2H2O + 5CO2 + 4.6OH-
应的能量来源于有机物的氧化
第十章污、废水深度处理和微污染 水
①碳源： a、废水中有机基质
一般认为BOD5：N > 3：1时，无须外加碳源 b、外加碳源
BOD5：N < 3：1时，需外加碳源，常用甲醇。外源 反硝化细胞合成的经典反应式： NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3 → 0.06 C5H7NO2 + 0.47N2↑ + 1.68H2O + CO2 + OH-
第十章污、废水深度处理和微污染 水
④溶解氧 只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高
，当溶解氧达到1mg/L时，反硝化速率接近零。主要 机制是氧抑制了硝酸盐还原酶的形成。此外，氧可作 为电子受体，竞争性阻碍硝酸盐的还原。 ⑤毒物
NH3、NO2、O2、pH。NH3分子（非离子）浓度过 高抑制反硝化反应。
需氧量的计算：O2=4.33（N被氧化）mg/L。每氧化1g NH3需消耗4.33g 氧。 ③水力停留时间：普通活性污泥法曝气时间4-6h ④pH：硝化反应导致pH下降，而硝化细菌对pH十分敏 感，亚硝酸细菌、硝酸细菌分别在7.0~7.8、7.7~8.1活性 最强。可投加碳酸氢钠、碳酸钙维持碱度。需要量：碱 度=7.14（N被氧化）mg/L ⑤温度：两类硝化细菌的最宜温度为30℃左右，在不同 工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大小不同，硝 酸盐负荷越低，影响越小。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
2、反硝化作用段细菌 （1）反硝化作用细菌：能以NO3-为最终电子受体， 将硝酸还原为氮气的细菌，种类很多。 （2）反硝化段运行操作
反硝化生物过程如下：
硝酸盐还原酶
亚硝酸盐还原酶
NO3-
NO2-
NO
氧化亚氮还原酶
Байду номын сангаас
氧化氮还原酶
N2
N2O
最适pH7-8，最适温度10-35℃，溶解氧< 0.2mg/L，反
第十章污、废水深度处理和微污染 水
二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物
• (一)微生物脱氮工艺
• 活性污泥法典型工艺——A/O工艺（缺氧、好氧工艺）
？
缺
废 水
氧 反
沉淀池1
硝
化
好好 氧氧 脱硝 碳化
回流
沉淀池 出水
缺氧活性污泥回流
好氧活性污泥回流
A/O脱氮工艺
第十章污、废水深度处理和微污染 水
(二)脱氮原理
第十章污、废水深度处理和微污染 水
（3）硝化段的操作： ① 泥龄：悬浮固体停留时间SRT。可通过排泥控制 泥龄一般在5d以上，要大于硝化细菌的比生长速率。 SRT= 1/（μN-KNd）。μN——硝化菌比生长速率 ， KNd—— 硝 化 菌 衰 减 速 率 ， gNVSS/gNVSS·d （ NVSS 硝化细菌细胞物质）
养 ， 专 性 好 氧 ， 最 适 温 度 25-30℃ （ 5-30℃ ） ， 最 适 pH7.5-8.0（5.8-8.5），常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝 化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶状菌。
（2）硝化细菌：最适温度25-30℃，最适pH7.5-8.0 。NO2-浓度在2-30mmol/L时化能无机营养最好，常见 菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。
速率低，仅为外加碳源的1/10，优点是在C：N低时 无须外加外来碳源也能达到脱氮目的而且污泥产量低 。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
②温度 最适宜的温度是15-35℃。
③ pH 影响反硝化速率和反硝化最终产物。最适pH范围
7.0-8.0之间。对终产物的影响：pH < 6.0-6.5时，N2O 占优势； pH>8，NO2-积累。PH越高，NO2-积累越 多。高pH抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
3、生物脱氮工艺： 反硝化有单级、多级反硝化。根据不同水质，通常
有三种碳氧化、硝化、反硝化的组合工艺。选择工艺 时应根据水质而定，主要看COD负荷和NH3-N负荷， 负荷低级数少较好，负荷高级数多较好。原因是硝化 过程产酸pH下降，及时转入反硝化提高碱度，可满足 自身要求，降低生产成本。 （1）多级悬浮污泥法：传统工艺 （2）A/O工艺
• 缺氧反硝化 • 细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌） • 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
第十章污、废水深度处理和微污染 水
硝酸盐来源：回流出水中的硝化 产物
第十章污、废水深度处理和微污染 水
• 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-)
硝化作用所需最小固体停留时间为 SRTmin=1/μN max，15℃时硝化细菌μN max 0.45d-1。由 于污水的水质和负荷逐日有波动，为了在已知氨氮和 溶解氧条件下运行能达到稳定的硝化，须对理论SRT 增加一个安全系数得出设计SRT。
第十章污、废水深度处理和微污染 水
② 溶 解 氧 ： 一 般 维 持 在 1.2~2.0mg/L 。 溶 解 氧 小 于 0.5mg/L，硝化作用停止。