【正文】 一節(jié) 污、廢水深度處理 —— 脫氮、除磷與微生物學原理第二節(jié) 微污染水源水預處理中的微生物學問題第三節(jié) 飲用水的消毒及其微生物學效應第一節(jié) 污、廢水深度處理 —— 脫氮、除磷與微生物學原理一、污、廢水深度處理 —— 脫氮、除磷的目的和意義二、天然水體中氮、磷的來源三、微生物脫氮工藝、原理及其微生物四、微生物除磷原理、工藝及其微生物一、污、廢水深度處理 —— 脫氮、除磷的目的和意義各種污、廢水經(jīng)過二級處理可溶性含碳有機物已大部分被去除，對于城市生活污水和有些工業(yè)廢水還含有 NH3N、 NO3N和PO4 SO42。 故在甲烷發(fā)酵前，要先降低 SO42到甲烷菌能忍受的濃度后，再進行甲烷發(fā)酵處理。 高濃度的 SO42對微生物有毒害作用。這樣可以得到較好的處理效果。二、光合細菌處理高濃度有機廢水BOD5在 10000mg/L以上的高濃度有廢水（糞便廢水、豆制品廢水、食品加工廢水、屠宰廢水等）可利用有機光合細菌(Potosyntetic Bacteria PSB)處理。 CO2以占沼氣的 25~35%為好。有機酸濃度（以乙酸計）是控制發(fā)酵的重要指標，以 2023mg/L為宜。4. 廢水組成： C∶N = 10~20∶1為佳。2. 嚴格缺氧環(huán)境。（四）厭氧處理法的基本要求1. 菌種：采用混合菌種。2. 厭氧生物濾池：厭氧生物濾池在使用塊狀填料的情況下，體積負荷可以達到 3~6 kg COD /（ m3? d）。污水、污泥定期或連續(xù)加入消化池，經(jīng)過消化后的污泥和污水分別由消化池底部和上部排出。甲烷細菌都以 NH4+做氮源。適宜于中性或微堿性。它們要求嚴格厭氧條件，在淡水底泥中，當氧化還原電位為 250mV甚至更低時，甲烷菌數(shù)量最多。甲烷細菌廣泛分布于自然界。根據(jù) DNA序列分析，將其列于古菌綱中。 甲烷發(fā)酵過程甲烷發(fā)酵過程簡單有機物（簡單糖類、有機酸、醇等）復雜有機物乙酸、 H CO 甲酸CH CO H2發(fā)酵細菌產(chǎn)氫細菌產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)甲烷菌液化階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段甲烷發(fā)酵三階段示意圖（二）甲烷細菌甲烷細菌是一群只有相同生理特征的細菌。上述 1和 2兩個階段可合稱為不產(chǎn)甲烷階段，其作用微生物稱非甲烷菌。2. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：主要是將第一階段中產(chǎn)生的或原已存在于物料中的簡單有機物經(jīng)微生物作用轉化生成乙酸、 H 及 CO2。（一）沼氣發(fā)酵的生物化學現(xiàn)在比較普遍接受沼氣的三階段理論，明確認識到微生物生成甲烷的底物只限于乙酸、甲酸、 H CO2等幾種化合物：1. 液化階段； 2. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段； 3. 產(chǎn)甲烷階段1. 液化階段：復雜有機物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等在微生物作用下降解至其基本結構單位或簡單有機酸、醇等。主要控制：1. 控制溶解氧2. 控制有機物負荷3. 改革工藝第三節(jié) 厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落一、厭氧消化 —— 甲烷發(fā)酵二、光合細菌處理高濃度有機廢水三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理一、厭氧消化 —— 甲烷發(fā)酵沼氣發(fā)酵是微生物在厭氧條件下分解有機質(zhì)產(chǎn)生沼氣的過程。下列因素都可使絲狀微生物過度生長： 1. 溫度； ；； 4. 有機物濃度； 5. pH引起活性污泥絲狀膨脹的機理包括： 1. 對溶解氧的競爭；2. 對可溶性有機物的競爭； 3. 對氮、磷的競爭； 4. 對有機物沖擊負荷影響。一、活性污泥絲狀膨脹的原因由于絲狀細菌極度生長引起的活性污泥膨脹稱為活性污泥絲狀膨脹。膨脹污泥包括由絲狀細菌引起的絲狀膨脹污泥和有非絲狀細菌引起的菌膠團膨脹污泥。好氧活性污泥的凈化機理好氧活性污泥的凈化機理 和 過程過程 （三 ） 好氧活性污泥法的 幾種處理工藝流程幾種處理工藝流程（四）氧化塘（或氧化溝）中的微生物群落及其 處理廢水機理處理廢水機理（五）菌膠團的作用1. 指示作用指示作用 ； 2. 凈化作用； 3. 促進絮凝和沉淀作用（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)（六）原生動物及后生動物的作用好氧活性污泥的凈化機理水體自凈和有機廢水凈化過程中微生物演變的過程二、好氧生物膜法好氧生物膜法構筑物有普通濾池、高負荷生物濾池、 塔式生塔式生物濾池物濾池 ，還有 生物轉盤生物轉盤 、接觸氧化法等。第三章 水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理第一節(jié) 污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)第二節(jié) 活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制第三節(jié) 厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落第一節(jié) 污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)一、好氧活性污泥法二、好氧生物膜法好氧處理厭氧處理微生物與氧的關系 微生物的狀態(tài)活性污泥法生物膜法一、好氧活性污泥法（一）好氧活性污泥中的微生物群落1. 好氧活性污泥的組成和性質(zhì)2. 好氧活性污泥的存在狀態(tài)3. 好氧活性污泥的微生物群落4. 好氧活性污泥微生物的濃度和數(shù)量 (MLSS) （二 ） 好氧活性污泥凈化廢水的作用機理好氧活性污泥的凈化作用有類似于水處理工程中混凝劑的作用，同時有能吸收和分解水中溶解性污染物。（二 ） 亞鐵化物的氧化和沉淀2Fe(HCO3)2 + H2O + O2 → 2Fe(OH) 3 + 4CO2 + 能量12土壤中有一類特殊生理的細菌，因它們的生命活動引起亞鐵化合物氧化成高鐵化合物而沉淀，這類細菌特稱為鐵細菌。Fe2O3 + 3H2S 2FeS + 3H2O + SFeS + 2H2CO3 Fe(HCO3)2 + H2S（三）含鐵化合物的形成與分解溶解性的鐵可被微生物吸收利用形成有機結合態(tài)，或與有機酸結合成為有機酸鐵鹽。三、磷酸鹽的還原在有機養(yǎng)料很多但缺乏氧氣的條件下，環(huán)境中的磷酸鹽可以因微生物作用而被還原。Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O → Ca(H 2PO4)2?H2O + 2Ca(HCO3)2 至于許多微生物活動產(chǎn)生的各種有機酸，以及硝化細菌、硫化細菌產(chǎn)生的 HNO3及 H2SO4等，比 H2CO3作用更強。核糖核酸 核糖 +磷酸 +嘌呤和嘧啶核糖核酸酶植酸 磷酸 +環(huán)已六醇植酸酶卵磷脂 甘油 +磷酸 +脂肪酸 +膽堿卵磷脂酶磷脂酸 +H2O 醇類 +磷酸磷脂酶二、不溶解性磷礦物的溶解不溶性磷礦物通過微生物生命活動過程中產(chǎn)生的酸類物質(zhì)逐漸溶解，轉化成水溶性的磷酸鹽類。它們能將有機磷化物轉化分解，釋放出其中的磷酸部分，使成為無機磷酸鹽狀態(tài)存在于環(huán)境中。三、磷酸鹽的還原一、含磷有機物的分解來自生物體的有機磷化物，主要有核酸、植酸、卵磷脂以及各種磷脂酸。第五節(jié) 磷循環(huán)一、含磷有機物的分解二、不溶解性磷礦物的溶解磷在土壤和水體中以含磷有機物、無機磷化合物及還原態(tài)PH3三種狀態(tài)存在。2H2S + O2 → 2H 2O + 2S + 能量C6H12O6 + 3H2SO4 → 6CO 2 + 6H2O + 3H2S + 能量如脫硫脫硫弧菌 (Desulfovibrio desulfuricans)是具有強烈反硫化作用的細菌的典型代表。如：氧化硫桿菌： 2S +3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + 能量2. 反硫化作用：硫酸鹽在缺氧條件下被一些微生物利用而還原生成硫化氫的過程稱為反硫化作用 (Desulphurication) 。二、無機硫的轉化1. 硫化作用：硫化氫、元素硫或硫化亞鐵等在硫細菌的作用下進行氧化，最后生成硫酸的過程，稱為硫化作用 (Sulphurication) 。S含硫有機物反硫化分解同化硫化 硫化SO42 H2S一、含硫有機物的轉化含硫有機化合物如蛋白質(zhì)、含硫氨基酸、磺氨酸等在許多土壤微生物的分解中，經(jīng)脫硫作用生成硫化氫，進行含硫有機物的無機質(zhì)化的過程。5HCN + 5CO2 + H2O + 5NH3第四節(jié) 硫循環(huán)一、含硫有機物的轉化二、無機硫的轉化硫有三態(tài)：元素硫、無機硫化物及含硫有機化合物。土壤和水體受到上述物質(zhì)不同程度的污染，對人畜都有毒害。六、其它含氮物質(zhì)的轉化其它含氮物質(zhì)主要指氫氰酸、乙腈、丙腈、正丁腈及硝基化合物。光合型固氮微生物中，藍細菌的許多屬能進行旺盛的固氮作用。 兼性厭氧固氮微生物中包括腸桿菌中的肺炎克雷伯氏菌 (Klebsiella pneumoniae)。五、固氮作用微生物直接利用大氣中的分子態(tài)氮，使之還原為氨的過程，稱為固氮作用（ Nitrogenfixation）。在反硝化作用中微生物是將 NO3中的氧作為呼吸作用的受氫體，因而使 NO3還原。引起反硝化作用的微生物，統(tǒng)稱為反硝化微生物。四、反硝化作用硝酸在通氣不良情況下借微生物作用而還原的過程，稱為反硝化（ Denitrification）。引起亞硝化作用的主要是亞硝化單胞菌屬（ Nitrosomonas），引起硝化作用的主要是硝化桿菌屬（ Nitrobacter）。C6H11O5NH2 + H2O C6H12O6 + NH3脫氨基酶幾丁質(zhì)酶C15H26N2O10 + 4H2O 2C6H11O5NH2 +3CH3COOH幾丁質(zhì) 氨基葡萄糖 乙酸三、硝化作用氨經(jīng)過微生物作用氧化成亞硝酸，再進一步氧化成硝酸的過程，稱為硝化作用（ Nitrification）。O = C + 2H2O (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2ONH2NH2尿酶2. 幾丁質(zhì) 某些微生物如貝內(nèi)克氏菌屬中的一些種，產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶使幾丁質(zhì)水解，生成氨基葡萄糖和乙酸。細菌中有芽孢桿菌、梭菌屬、分枝桿菌屬、節(jié)桿菌屬等，真菌中有曲霉、青霉、鐮胞霉等，放線菌中的鏈霉菌屬都能分解核酸。（二）核酸的分解各種生物細胞中均含有大量的核酸，它們是核苷酸的縮聚物。作用強的有：熒光假單