1、微生物與自然界物質循環微生物與自然界物質循環 c、n、p、s1課堂優質一、碳素循環2課堂優質沼氣-能挽救森林的生物質能源3課堂優質4課堂優質山東民和牧業山東民和牧業3兆瓦雞糞沼氣發電工程兆瓦雞糞沼氣發電工程5課堂優質二、氮素循環二、氮素循環 三種存在形式：分子氮、有機氮化合物、無機氮化物 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二、自然界中的氮素循環6課堂優質（一）（一） 生物固氮生物固氮：n n nh31. 工業固氮作用 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+7課

2、堂優質兩類細菌：硝化細菌：no2-no3-（二）硝化作用:好氧時亞硝酸細菌： nh4+no2-8課堂優質兼性厭氧的硝酸鹽還原細菌將硝酸鹽還原為氮氣。 no3- no2- no n2o n2反硝化作用的三種結果：a.通過硝酸還原酶的作用將硝酸還原為氨。b.反硝化細菌在厭氧條件下，將硝酸還原為氮氣。c. 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，或死水塘中發生。使土壤的肥力下降，在污水生物處理系統中，使出水含有多量的泥花，影響出水的水質。（三）反硝化作用（三）反硝化作用：9課堂優質（四）氨化作用:有機氮nh4+ +so42-+h2o10課堂優質（五）銨鹽

3、同化作用：（五）銨鹽同化作用：所有綠色植物和許多微生物進行的以銨鹽為營養，合成氨基酸、蛋白質、核酸和其它含n有機物的作用，都是-。11課堂優質 三、硫的生物循環三、硫的生物循環 12課堂優質13課堂優質14課堂優質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，細菌起到了積極的輔助作用。微生物能把上億噸的低價值銅轉變成純銅。在美國、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出的銅占總產量的四分之一。15課堂優質沉默的礦藏沉默的礦藏細菌瀝濾（細菌瀝濾（ba

4、cterial leaching）又稱細菌浸出或細菌冶金又稱細菌浸出或細菌冶金 它利用化能自養的硫化細菌對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。16課堂優質17課堂優質（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：18課堂優質 優點是投資少、建設快、成本低、操作簡便、規?？纱罂尚。绕溥m

5、合于貧礦、廢礦、尾礦或火治爐渣中金屬的浸出； 缺點是周期長、礦種有限以及不適宜高寒地區使用等。19課堂優質含磷礦物含磷礦物風化作用風化作用po43-不溶性磷酸鹽不溶性磷酸鹽有機磷化物有機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磷的生物循環1.1.有機磷化物的分解有機磷化物的分解( (解磷作用解磷作用) )2.2.不溶性無機磷化物的轉化不溶性無機磷化物的轉化( (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20課堂優質生物脫氮除磷機理及生物學基礎 污水的生物脫氮除磷技術生

6、物脫氮除磷機理及生物學基礎 21課堂優質 城市污水經傳統的二級處理以后，雖然城市污水經傳統的二級處理以后，雖然絕大部分懸浮固體和有機物被去除了，但還絕大部分懸浮固體和有機物被去除了，但還殘留微量的懸浮固體和溶解的有害物，如氮殘留微量的懸浮固體和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、磷為植物營養物質，和磷等的化合物。氮、磷為植物營養物質，能助長藻類和水生生物，引起水體的富營養能助長藻類和水生生物，引起水體的富營養化，影響飲用水水源?；绊戯嬘盟?。22課堂優質太湖的富營養化23課堂優質24課堂優質25課堂優質一一 氮、磷的去除氮、磷的去除26課堂優質（一一）氮的生物）氮的生物 去除去除 廢水

7、中的氮以有機氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。(1) 生物脫氮機理 生物脫氮是在微生物的作用下，將有機氮和氨態氮轉化為n2和nxo氣體的過程。其中包括硝化和反硝化兩個反應過程。 同化作用去除的氮依運行條件和水質而定，如果微生物細胞中氮含量以12.5%計算，同化氮去除占原污水bod的2%5%，氮去除率在8%20%。27課堂優質 有機氮 （蛋白質、尿素） 細菌分解和水解 氨 氮 同 化 有機氮 有機氮 （nh3-n） （細菌細胞） （凈增長） o2 硝化 自溶和自身氧化 亞硝態氮 反硝化 （no2-） o2 有機碳 硝化 硝態氮 反硝化 氮氣 （no3-） （n2） 有機碳 缺氧缺氧322n

8、hrcohcoohohcoohrchnh3222nhcorcocoohocoohrchnh28課堂優質a 氨化反應： 新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機氮，如蛋白質、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少數的氨態氮如nh3及nh4+等。 微生物分解有機氮化合物產生氨的過程稱為氨化作用，很多細菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質及其含氮衍生物，其中分解能力強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，有機氮化合物分解、轉化為氨態氮，以氨基酸為例：322nhrcohcoohohcoohrchnh3222nhcorcocoohocoohrchnh水解細菌分解29課堂優

9、質 硝化反應是在好氧條件下，將nh4+轉化為no2-和no3-的過程。o2h4h2no3o2nh22亞硝酸菌24 322no2o2no2硝酸菌 總反應式為：ohh2noo2nh2324硝化細菌 硝化細菌是化能自養菌，生長率低，對環境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、ph、有機負荷等都會對它產生影響。32e22e2e22e4nono硝酰酰noh羥胺ohnhnhb硝化反應：返回30課堂優質 反硝化反應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-)還原為氮氣的過程。oh4co2no6ohch26no22233硝酸還原菌-222326ohoh3co3n3ohch36n

10、o亞硝酸還原菌 反硝化菌屬異養兼性厭氧菌，在有氧存在時，它會以o2為電子進行呼吸；在無氧而有no3-或no2-存在時，則以no3-或no2-為電子受體，以有機碳為電子供體和營養源進行反硝化反應。-222336ohoh7co5n3ohch56no反硝化菌 總反應式為： c 反硝化反應：31課堂優質 在反硝化菌代謝活動的同時，伴隨著反硝化菌的生長繁殖，即菌體合成過程，反應如下：o19hnohc3h3coohch14no32275233o2.44h0.76con47. 0noh.065c0hohch08. 1no22227533式中：c5h7o2n為反硝化微生物的化學組成。 反硝化還原和微生物合成的

11、總反應式為： 從以上的過程可知，約96的no3-n經異化過程還原，4經同化過程合成微生物。32課堂優質 污水脫氮工藝污水脫氮工藝33課堂優質2.4 生物除磷34課堂優質 磷也是有機物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要元素。 磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養場及含磷工業廢水。 危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復氧平衡；使水質迅速惡化，危害水產資源。含磷化合物有機磷有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機磷磷酸鹽：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(p3o

12、105-)、 三磷酸氫鹽(hp3o92-) （二）污水中磷的去除（二）污水中磷的去除35課堂優質 磷在廢水中的存在形式： 磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷等。 微生物從水中攝取一定量的磷來滿足其生理需要，從而去除部分磷。 聚磷細菌聚磷細菌，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胞體內，如果從系統中排出這種高磷污泥，則能達到除磷的效果。36課堂優質一般城市污水水質與排放要求 常規活性污泥法的微生物同化和吸附；項項 目目進水水質進水水質/（mgl-1）國家排放標準國家排放標準/（mgl-1）一級一級a一級一級bcodcr2503005060bod51001501020ss1

13、502001020tkn(nh3-n)35（25）5（8）8（15）tp5611.5 如何去除以達到排放標準？ 生物強化除磷； 投加化學藥劑除磷。37課堂優質常規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 生物強化除磷工藝可以使得系統排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物強化除磷工藝 如果還不能滿足排放標準，就必須借助化學法除磷。38課堂優質生物除磷過程 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或體內貯存的聚聚 -羥基丁酸羥基丁酸的氧

14、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胞體內。 聚磷菌的磷釋放： 在厭氧條件厭氧條件下，除磷菌能分解體內的聚磷酸鹽而產生atp，并利用atp將廢水中的有機物攝有機物攝入入細胞內，以聚-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內，同時還將分解聚磷酸鹽所產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而達到除磷的目的。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或體內貯存的聚聚 -羥基丁酸羥基丁酸的

15、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胞體內。 聚磷菌的磷釋放： 在厭氧條件厭氧條件下，除磷菌能分解體內的聚磷酸鹽而產生atp，并利用atp將廢水中的有機物攝有機物攝入入細胞內，以聚-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內，同時還將分解聚磷酸鹽所產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而達到除磷的目的。39課堂優質 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物需要易生物降解有機物 好氧條件下過量攝取磷 adp+h3po4+能量 atp+h2o40課堂優質生物除磷示意圖hacpo4glyphapoly-pbulk liqui