第四章微生物与生物地球化学循环.ppt

微生物与自然界物质循环 C、N、P、S 一、碳素循环 沼气-能挽救森林的生物质能源 二、氮素循环 三种存在形式：分子氮、有机氮化合物、无机氮化物 四种作用：氨化作用、硝化作用、反硝作用及固氮作用 （一） 生物固氮： N N NH3 兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气。 NO3- NO2- NO N2O N2 反硝化作用的三种结果： a.通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原为氨。 b.反硝化细菌在厌氧条件下，将硝酸还原为氮气。 c. 硝酸盐还原为亚硝酸。 反硝化作用的危害：反硝化作用一般只在厌氧条件下，如淹水的土壤，或死水塘中发生。使土壤的肥力下降，在污水生物处理系统中，使出水含有多量的泥花，影响出水的水质。 优点是投资少、建设快、成本低、操作简便、规模可大可小，尤其适合于贫矿、废矿、尾矿或火治炉渣中金属的浸出； 缺点是周期长、矿种有限以及不适宜高寒地区使用等。 2.4 生物除磷 磷在废水中的存在形式： 磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷等。 微生物从水中摄取一定量的磷来满足其生理需要，从而去除部分磷。 聚磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。 生物除磷过程 聚磷菌的过量摄取磷： 好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚?-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。 聚磷菌的磷释放： 在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚?-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。一般，在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。 聚磷菌 厌氧条件下释放磷（DO≈0，NOX-≈0） ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量 需要易生物降解有机物 好氧条件下过量摄取磷 ADP+H3PO4+能量 → ATP+H2O 生物除磷示意图 正常细胞的磷含量：1%~3%； 聚磷菌吸磷后磷含量：可达12%。 在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下： 式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。 反硝化还原和微生物合成的总反应式为： 从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过程还原，4％经同化过程合成微生物。 污水脱氮工艺 磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生 长的重要元素。 磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及 含磷工业废水。 危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧 平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。 含磷化合物 有机磷 有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等 无机磷 磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、 磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-) 聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－) 、三磷酸盐(P3O105-)、 三磷酸氢盐(HP3O92-) （二）污水中磷的去除 一般城市污水水质与排放要求 常规活性污泥法的微生物同化和吸附； 项 目 进水水质/（mg·L-1） 国家排放标准/（mg·L-1） 一级A 一级B CODcr 250~300 50 60 BOD5 100~150 10 20 SS 150~200 10 20 TKN(NH3-N) 35（25） 5（8） 8（15） TP 5~6 1 1.5 如何去除以达到排放标准？ 生物强化除磷； 投加化学药剂除磷。 常规活性污泥法的微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%~2.0%，通过同化作用可去除磷12%~20%。 生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%~6%。 生物强化除磷工艺 如果还不能满足排放标准，就