1、.1微生物與自然界物質(zhì)循環(huán)微生物與自然界物質(zhì)循環(huán) C、N、P、S.2一、碳素循環(huán).3沼氣-能挽救森林的生物質(zhì)能源.4.5山東民和牧業(yè)山東民和牧業(yè)3兆瓦雞糞沼氣發(fā)電工程兆瓦雞糞沼氣發(fā)電工程.6二、氮素循環(huán)二、氮素循環(huán) 三種存在形式：分子氮、有機(jī)氮化合物、無機(jī)氮化物 四種作用：氨化作用、硝化作用、反硝作用及固氮作用 二、自然界中的氮素循環(huán)二、自然界中的氮素循環(huán).7（一）（一） 生物固氮生物固氮：N N NH31. 工業(yè)固氮作用 N2+3H2 2NH3300大氣壓300鐵觸媒 2、生物固氮作用 N N NH36NAD(P)HNAD(P)+ATPADP+PiMg2+.8兩類細(xì)菌：硝化細(xì)菌：NO2-NO

2、3-（二）硝化作用:好氧時(shí)亞硝酸細(xì)菌： NH4+NO2-.9兼性厭氧的硝酸鹽還原細(xì)菌將硝酸鹽還原為氮?dú)狻?NO3- NO2- NO N2O N2反硝化作用的三種結(jié)果：a.通過硝酸還原酶的作用將硝酸還原為氨。b.反硝化細(xì)菌在厭氧條件下，將硝酸還原為氮?dú)狻. 硝酸鹽還原為亞硝酸。反硝化作用的危害危害：反硝化作用一般只在厭氧條件下，如淹水的土壤，或死水塘中發(fā)生。使土壤的肥力下降，在污水生物處理系統(tǒng)中，使出水含有多量的泥花，影響出水的水質(zhì)。（三）反硝化作用（三）反硝化作用：.10（四）氨化作用:有機(jī)氮NH4+ +SO42-+H2O.11（五）銨鹽同化作用：（五）銨鹽同化作用：所有綠色植物和許多微生物

3、進(jìn)行的以銨鹽為營(yíng)養(yǎng)，合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和其它含N有機(jī)物的作用，都是-。.12 三、硫的生物循環(huán)三、硫的生物循環(huán) .13.14.15沉默的礦藏沉默的礦藏銅（銅（copper）：紅色的金子）：紅色的金子西班牙人從黃色的河流中獲得銅礦。但直到三十年前，人們才意識(shí)到在從微溶的銅硫化物到可溶的銅硫酸物的萃取過程中，細(xì)菌起到了積極的輔助作用。微生物能把上億噸的低價(jià)值銅轉(zhuǎn)變成純銅。在美國(guó)、加拿大、智利、澳大利亞及其南非，微生物通過生物浸礦法生產(chǎn)出的銅占總產(chǎn)量的四分之一。.16沉默的礦藏沉默的礦藏細(xì)菌瀝濾（細(xì)菌瀝濾（bacterial leaching）又稱細(xì)菌浸出或細(xì)菌冶金又稱細(xì)菌浸出或細(xì)菌冶金 它利

4、用化能自養(yǎng)的硫化細(xì)菌對(duì)礦物中的硫或硫化物的氧化作用，讓其不斷制造和再生酸性浸礦劑酸性浸礦劑，使所需要的銅等金屬不斷地從低品位的礦石中溶解出來，成為硫酸銅等金屬鹽類的溶液，然后再通過電動(dòng)序較低的鐵等金屬（一般用廢鐵粉）加以置換，也可用離子交換等方法，以取得其中銅等有色金屬或其他稀有金屬。.17.18（1）溶礦）溶礦 銅礦石的種類很多，小顆粒的低品位礦石在浸礦劑Fe2(SO4)3或H2SO4的作用下，溶出了大量的CuSO4。例如：.19 優(yōu)點(diǎn)是投資少、建設(shè)快、成本低、操作簡(jiǎn)便、規(guī)?？纱罂尚?，尤其適合于貧礦、廢礦、尾礦或火治爐渣中金屬的浸出； 缺點(diǎn)是周期長(zhǎng)、礦種有限以及不適宜高寒地區(qū)使用等。.20含

5、磷礦物含磷礦物風(fēng)化作用風(fēng)化作用PO43-不溶性磷酸鹽不溶性磷酸鹽有機(jī)磷化物有機(jī)磷化物土壤固定土壤固定微生物溶磷作用微生物溶磷作用植物微生物同化作用植物微生物同化作用微生物解磷作用微生物解磷作用磷的生物循環(huán)磷的生物循環(huán)1.1.有機(jī)磷化物的分解有機(jī)磷化物的分解( (解磷作用解磷作用) )2.2.不溶性無機(jī)磷化物的轉(zhuǎn)化不溶性無機(jī)磷化物的轉(zhuǎn)化( (溶磷作用溶磷作用) ) 3.3.有效磷的微生物固定有效磷的微生物固定四、磷的生物循環(huán).21生物脫氮除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ) 污水的生物脫氮除磷技術(shù)生物脫氮除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ) .22 城市污水經(jīng)傳統(tǒng)的二級(jí)處理以后，雖然城市污水經(jīng)傳統(tǒng)的二級(jí)處理以后，雖然絕大部分懸

6、浮固體和有機(jī)物被去除了，但還絕大部分懸浮固體和有機(jī)物被去除了，但還殘留微量的懸浮固體和溶解的有害物，如氮?dú)埩粑⒘康膽腋」腆w和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、磷為植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，和磷等的化合物。氮、磷為植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能助長(zhǎng)藻類和水生生物，引起水體的富營(yíng)養(yǎng)能助長(zhǎng)藻類和水生生物，引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，影響飲用水水源?；?，影響飲用水水源。.23太湖的富營(yíng)養(yǎng)化.24.25.26一一 氮、磷的去除氮、磷的去除.27（一一）氮的生物）氮的生物 去除去除 廢水中的氮以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。(1) 生物脫氮機(jī)理 生物脫氮是在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2和NxO氣體的過程。其

7、中包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)過程。 同化作用去除的氮依運(yùn)行條件和水質(zhì)而定，如果微生物細(xì)胞中氮含量以12.5%計(jì)算，同化氮去除占原污水BOD的2%5%，氮去除率在8%20%。.28 有機(jī)氮 （蛋白質(zhì)、尿素） 細(xì)菌分解和水解 氨 氮 同 化 有機(jī)氮 有機(jī)氮 （NH3-N） （細(xì)菌細(xì)胞） （凈增長(zhǎng)） O2 硝化 自溶和自身氧化 亞硝態(tài)氮 反硝化 （NO2-） O2 有機(jī)碳 硝化 硝態(tài)氮 反硝化 氮?dú)?（NO3-） （N2） 有機(jī)碳 缺氧缺氧322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH.29a 氨化反應(yīng)： 新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機(jī)氮，如蛋白

8、質(zhì)、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少數(shù)的氨態(tài)氮如NH3及NH4+等。 微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用，很多細(xì)菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強(qiáng)并釋放出氨的微生物稱為氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有機(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH水解細(xì)菌分解.30 硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。O2H4H2NO3O2NH22亞硝酸菌24 322NO2O2NO2硝酸菌 總反應(yīng)式為：OHH2NO

9、O2NH2324硝化細(xì)菌 硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低，對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機(jī)負(fù)荷等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。 32e22e2e22e4NONO硝酰酰NOH羥胺OHNHNHb硝化反應(yīng)：.31 反硝化反應(yīng)是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮?dú)獾倪^程。OH4CO2NO6OHCH26NO22233硝酸還原菌-222326OHOH3CO3N3OHCH36NO亞硝酸還原菌 反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2為電子進(jìn)行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營(yíng)養(yǎng)

10、源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌 總反應(yīng)式為： c 反硝化反應(yīng)：.32 在反硝化菌代謝活動(dòng)的同時(shí)，伴隨著反硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，即菌體合成過程，反應(yīng)如下：O19HNOHC3H3COOHCH14NO32275233O2.44H0.76CON47. 0NOH.065C0HOHCH08. 1NO22227533式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學(xué)組成。 反硝化還原和微生物合成的總反應(yīng)式為： 從以上的過程可知，約96的NO3-N經(jīng)異化過程還原，4經(jīng)同化過程合成微生物。.33 污水脫氮工藝污水脫氮工藝.342.4 生物除磷.35 磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，

11、是僅次于氮的微生物生長(zhǎng)的重要元素。 磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)及含磷工業(yè)廢水。 危害：促進(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-) 、 磷酸二氫鹽H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74) 、三磷酸鹽(P3O105-)、 三磷酸氫鹽(HP3O92-) （二）污水中磷的去除（二）污水中磷的去除.36 磷在廢水中的存在形式： 磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷等。 微生物從水中攝取一定量的磷來滿足其生理需要，從而去除部

12、分磷。 聚磷細(xì)菌聚磷細(xì)菌，可以過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并以聚合磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞體內(nèi)，如果從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，則能達(dá)到除磷的效果。.37一般城市污水水質(zhì)與排放要求 常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附；項(xiàng)項(xiàng) 目目進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)水水質(zhì)/（mgL-1）國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)/（mgL-1）一級(jí)一級(jí)A一級(jí)一級(jí)BCODcr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)？ 生物強(qiáng)化除磷； 投加化學(xué)藥劑除磷。.38常規(guī)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

13、含量約占微生物干重的1.5%2.0%，通過同化作用可去除磷12%20%。observe015. 0dBODdTPy 生物強(qiáng)化除磷工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物強(qiáng)化除磷工藝 如果還不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。.39生物除磷過程 聚磷菌的過量攝取磷： 好氧條件好氧條件下，除磷菌利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚聚 -羥基丁酸羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽聚磷酸鹽而貯存在細(xì)胞體內(nèi)。 聚磷菌的磷釋放： 在厭氧條件厭氧條件下，除磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中

14、的有機(jī)物攝有機(jī)物攝入入細(xì)胞內(nèi)，以聚-羥基丁酸等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸磷酸排出體外。一般，在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。生物除磷過程 聚磷菌的過量攝取磷： 好氧條件好氧條件下，除磷菌利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚聚 -羥基丁酸羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽聚磷酸鹽而貯存在細(xì)胞體內(nèi)。 聚磷菌的磷釋放： 在厭氧條件厭氧條件下，除磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機(jī)物攝有機(jī)物攝入入細(xì)胞內(nèi)，以聚-羥基丁酸等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸磷酸排出體外。一般，在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。.40 聚磷菌 厭氧條件下釋放磷（DO0，NOX-0） ATP+H2OADP+H3PO4+能量 需要易生物降解有機(jī)物需要易生物降解有機(jī)物 好氧條件下過量攝取磷 ADP+H3PO4+能量 ATP+H2O.41生物除磷示意圖HAcPO4GLYPHAPoly-PBulk liquidBiomassPoly-PPO4PHASettling