华北理工水处理生物学教案14废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物2

1课程名称：《水处理生物学》第14讲次，总16讲摘要授课题目（章、节）第6章废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物第五节废水生物处理中的微生物本讲目的要求及重点难点：【目的要求】厌氧生物处理的基本原理；水体富营养化的原因及危害、生物脱氮除磷的原理及工艺。【重点】、厌氧生物处理的基本原理、水体富营养化的原因及危害、生物脱氮除鳞的原理及工艺。【难点】理解厌氧生物处理的阶段性理论、除磷原理。内容【本讲课程的引入】我们了解了好氧生物处理的过程，厌氧过程相同吗？【本讲课程的内容】二、厌氧生物处理微生物学及常用构筑物（一）厌氧消化过程阶段性理论厌氧反应过程中的阶段性、两阶段理论、三阶段理论、四阶段理论1、厌氧消化的两阶段理论发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能：水解和酸化，主要产物：脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要的微生物：统称为发酵细菌或产酸细菌；主要特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与微生物统称为产甲烷细菌；其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。2、厌氧消化的三阶段理论两阶段理论的问题：研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类；70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌利用H2和CO2产生CH4；因而，提出了“三阶段理论”水解、发酵阶段：在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪水解、发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将第一阶段的产物转化为乙酸、H2/CO2；产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其2余的则产自H2和CO2。3、厌氧消化的三阶段理论和四类群理论同型产乙酸菌：将H2/CO2合成为乙酸。实际上这一部分乙酸的量较少，只占全部乙酸的5%。三阶段、四阶段理论是对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。（二）厌氧生物处理中的微生物1、产酸细菌（不产甲烷细菌）non-ethanogens发酵细菌：梭菌属、枝杆菌属、乳酸菌属产氢产乙酸细菌：大多数发酵细菌，也有专性产氢产乙酸菌同型产乙酸细菌2、产甲烷菌种类多、形态多样严格厌氧菌对温度和pH变化敏感。中温菌：25－40℃，高温菌：50－60℃；pH：6.8～7.2（范围窄）产酸过程中生成酸，从而降低pH——抑制甲烷菌生长（三)厌氧处理工艺传统消化池6.5.3厌氧法与好氧法的比较好氧法一般处理浓度不太高的有机废水，厌氧法一般适用于处理有机浓度高的废水及污泥消化处理由于好氧法需要曝气，如果有机负荷过高耗能大，而采用厌氧法可以产生沼气，回收能量产氢产乙酸菌II乙酸H2+CO2同型产乙酸菌IV脂肪酸、醇类有机物发酵性细菌ICH4+CO2III产甲烷菌说明：1）I、II、III为三阶段理论，2）I、II、III、IV为四类群理论；3好氧法反应速度快、处理有机物彻底，需要构筑物小；厌氧法降解速度慢、处理不彻底，需要的构筑物大厌氧法一般需要加热好氧法不散发臭气，厌氧法散发臭气厌氧法控制条件较难，效果不好6.5.4生物脱氮除磷中的微生物1、水体富营养化定义：当大量含有N、P的废水排入水体后，使得NP营养过剩，促使水体藻类过渡繁殖，使淡水水体发生“水华”，使海洋发生“赤潮”，称为水体富营养化。发生条件：T-P20mg/m3，无机N300mg/m3危害：由于藻类和异养军代谢作用，耗尽DO，大量藻类覆盖在水面，大气中氧气不能进入水中，造成水中缺氧，浮游生物鱼类无法生存。藻类分泌致臭致毒物，藻类死亡后，腐败，恶化水质水体沉积大量藻类有机物，厌氧发酵，散发臭气，水体恶化。2、生物脱氮的基本原理及微生物3、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺，Anoxic-Oxic）——又称“前置式反硝化生物脱氮系统”硝化反应器内的已进行充分反应的硝化液的一部分回流反硝化反应器，而反硝化反应器内的脱氮菌以原污水中的有机物作为碳源，以回流液中硝酸盐的氧作为电子受体，进行呼吸和生命活动，将硝态氮还原为气态但（N2），不需要外加碳源。4、生物除磷原理及微生物磷细菌（也称为聚磷菌、除磷菌），可过量、超出生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内。从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。生物除磷的原理与过程I——PHB（聚羟基丁酸）S——聚合磷酸盐好氧条件下，除磷菌过量摄取磷厌氧条件下，除磷菌将磷释放高含磷污泥的排出4（1）厌氧条件下，聚磷菌释放磷厌氧条件下（无溶解氧、无结合氧），聚磷菌利用体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP。ATP+H2O——ADP+H3PO4+能量聚磷菌利用分解获得的能量，吸收污水中的营养物质，合成PHB（羟基丁酸盐）。（2）好氧条件下，聚磷菌吸收磷好氧条件下，聚磷菌分解体内储存的PHB获得能量，同时通过主动运输的方式从污水中摄取有机物，氧化分解有机物释放出能量，能量为ADP获得，结合H3PO4形成ATP。ADP+H3PO4+能量——ATP+H2OH3PO4一小部分有聚磷菌分解体内聚磷酸盐取得外，大部分是聚磷菌利用能量，在透膜酶催化作用下，通过主动输送的方式从污水中的H3PO4摄入。摄入的H3PO4一部分由于合成，另一部分用于合成聚磷酸盐。（3）过量摄取的磷随污泥排出污水处理系统。厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺，Anaerobic-Oxic)A—A—O同步脱氮除磷工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic）【本讲课程的小结】本讲介绍了污厌氧生物处理的基本原理、水体富营养化的原因及危害、生物脱氮除磷的原理及工艺。【本讲课程的作业与复习】作业：污水好氧生物处理的基本原理？厌氧生物处理的三阶段和四类群理论？生物除鳞的基本原理及过程？课下复习：掌握污水生物处理的基本原理、好氧生物处理中（活性污泥法和生物膜法）的微生物、厌氧生物处理的基本原理、水体富营养化的原因及危害、生物脱氮除磷的原理及工艺。5