第十章 微生物与环境污染控制与治理.ppt

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1、 第第十十章章 微生物与环境污染控制与治理微生物与环境污染控制与治理 第一节第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统污（废）水生物处理中的微生物生态系统 废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分为分为好氧处理好氧处理和和厌氧处理厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，可分为悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法活性污泥法和和生物膜法。生物膜法。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。一、好氧活性污泥法一、好氧活性污泥法 1、好氧活性污泥中的微生物、

2、好氧活性污泥中的微生物（1）好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质 好好氧氧活活性性污污泥泥是是由由多多种种多多样样的的好好氧氧微微生生物物和和兼兼性性厌厌氧氧微微生生物物（兼兼有有少少量量厌厌氧氧微微生生物物）与与污污（废废）水水中中的的有有机机和和无无机机固固体物混凝交织在一起所形成的絮状体。体物混凝交织在一起所形成的絮状体。组组成成：微微生生物物（好好氧氧、兼兼性性及及少少量量厌厌氧）氧）+固体杂质（有机和无机）固体杂质（有机和无机）性性质质：絮絮状状，大大小小为为0.020.020.2mm0.2mm，比比表表面面积积在在20 20 100cm100cm2 2/ml/ml；含含

3、水水率率在在99%99%，比比重重1.002 1.002 1.0061.006，具具有有沉沉降降性性能能；pHpH在在6 6 7 7，弱弱酸酸性性，具具一一定定的的缓缓冲冲能能力力；处处理理生生活活污污水水的的活活性性污污泥泥一一般般为为黄黄褐褐色色，工工业业污污水水则则与与水水质质有有关关；具具有有生生物物活活性性，能吸附氧化有机物。能吸附氧化有机物。（2）好氧活性污泥的存在状态）好氧活性污泥的存在状态 悬浮状态悬浮状态（3）好氧活性污泥的微生物群落）好氧活性污泥的微生物群落 好好氧氧活活性性污污泥泥的的结结构构和和功功能能的的中中心心是是菌菌胶胶团团。在在其其上上面面生生长长有有其其他他微

4、微生生物物，如如酵酵母母菌菌、霉霉菌菌、放放线线菌菌、藻藻类类、原原生动物及微型后生动物生动物及微型后生动物等。等。活性污泥的活性污泥的主体细菌主体细菌（优势菌）来源于土壤、（优势菌）来源于土壤、水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如动胶动胶菌属菌属和和丛毛单胞菌属丛毛单胞菌属，还有其他的革兰氏阴性，还有其他的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。好氧活性污泥的细菌能迅菌和革兰氏阳性菌。好氧活性污泥的细菌能迅速稳定废水中有机污染物，有良好的自我絮凝速稳定废水中有机污染物，有良好的自我絮凝能力和沉降性能。能力和沉降性能。构成活性污泥的微生物种群相对稳定，但当营构成活性污泥

5、的微生物种群相对稳定，但当营养条件、温度、供氧、养条件、温度、供氧、pHpH等环境条件改变，会等环境条件改变，会导致优势种群的改变。导致优势种群的改变。（4 4）好氧活性污泥中微生物的浓度和数量）好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 常常用用MLSSMLSS（混混合合液液悬悬浮浮固固体体）或或MLVSSMLVSS（混混合合液液挥挥发发性性悬悬浮浮固固体体）来来表表示示活活性性污污泥泥中中微微生生物物的的浓浓度度，即即1L1L活活性性污污泥泥混混合合液液中中所所含含的的固固体体或或挥挥发发性性固体物质的量固体物质的量。一一般般城城市市污污水水处处理理中中，MLSSMLSS在在2000-3000mg/

6、L2000-3000mg/L，工工业业废废水水在在3000 3000 mg/Lmg/L左左右右，高高浓浓度度工工业业废废水水在在3000-5000 mg/L3000-5000 mg/L。1ml1ml好氧活性污泥中的细菌数在好氧活性污泥中的细菌数在10107 7-10-108 8个个。显微镜下的活性污泥显微镜下的活性污泥 2、好氧活性污泥净化废水的作用机理好氧活性污泥净化废水的作用机理 好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程：好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程：（1）在在有有氧氧的的条条件件下下，活活性性污污泥泥绒绒粒粒中中的的絮絮凝凝性性微生物吸附废水中的有机物；微生物吸附废水中的有机物；（2）活

7、活性性污污泥泥绒绒粒粒中中的的水水解解性性细细菌菌水水解解大大分分子子有有机机物物为为小小分分子子有有机机物物，同同时时微微生生物物合合成成自自身身细细胞胞。污污（废废）水水中中的的溶溶解解性性有有机机物物直直接接被被细细菌菌吸吸收收，在在细细菌菌体体内内氧氧化化分分解解，其其中中间间代代谢谢产产物物被被另另一一群群细菌吸收，进而无机化。细菌吸收，进而无机化。（3）原原生生动动物物和和微微型型后后生生动动物物吸吸收收或或吞吞食食未未分分解解彻底的有机物和游离细菌。彻底的有机物和游离细菌。3、好氧活性污泥法的几种处理工艺流程、好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 4 4、菌胶团的作用、菌胶团的作用

8、菌菌胶胶团团：所所有有具具有有荚荚膜膜或或粘粘液液或或明明胶胶质质的的絮絮凝凝性性细细菌菌互互相絮凝聚集成的细菌团块。相絮凝聚集成的细菌团块。（1 1）具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力。）具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力。（2 2）为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。）为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。（3 3）为原生动物和微型后生动物提供附着场所。）为原生动物和微型后生动物提供附着场所。（4 4）具有指示作用：菌胶团的颜色、透明度、数量、颗）具有指示作用：菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可反映好氧活性污泥的性能。粒大小及结构的

9、松紧程度可反映好氧活性污泥的性能。5 5、原生动物及微型后生动物的作用、原生动物及微型后生动物的作用 （1 1）指示作用）指示作用 有机废水净化过程中微生物的演变：有机废水净化过程中微生物的演变：细菌植物性鞭毛虫肉足虫动物性鞭毛虫游泳型纤毛虫、吸管虫固着型纤毛虫轮虫 原生动物及微型后生动物的指示作用原生动物及微型后生动物的指示作用表现为以下三个方面：表现为以下三个方面：可根据上述原生动物和微型后生动可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判水物的演替，根据它们的活动规律判水质和污、废水处理程度，还可判断活质和污、废水处理程度，还可判断活性污泥培养成熟程度。性污泥培养成熟程度。

10、活性污泥培养初期：鞭毛虫、变形虫鞭毛虫、变形虫活性污泥培养中期：游泳型纤毛虫、鞭毛虫游泳型纤毛虫、鞭毛虫活性污泥培养成熟期：钟虫等固着型纤毛虫、钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫楯纤虫、轮虫 根据原生动物种类判断活性污泥和处根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。理水质的好与坏。如固着型纤毛虫中的钟虫属、累枝虫属、如固着型纤毛虫中的钟虫属、累枝虫属、盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、楯纤盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、楯纤虫属、吸管虫属、漫游虫属内管虫属及虫属、吸管虫属、漫游虫属内管虫属及轮虫等出现，说明活性污泥正常，出水轮虫等出现，说明活性污泥正常，出水水质好。水质好。当豆形虫属、草履虫属、

11、四膜虫属、屋当豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、屋滴虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥滴虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质差。结构松散，出水水质差。可根据原生动物遇恶劣环境改变个可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。和运行中出现的问题。以钟虫为例，当溶解氧不足或其他环以钟虫为例，当溶解氧不足或其他环境条件恶劣时，则出现由正常虫体向胞境条件恶劣时，则出现由正常虫体向胞囊演变的一系列变态变化。囊演变的一系列变态变化。（2）净化作用）净化作用 1ml正常好氧活性污泥的混合液中有正常好氧活性污泥的混合液中有500

12、0-20000个原生动物，个原生动物，70-80%是纤毛虫，尤其是纤毛虫，尤其是小口钟虫、沟钟虫、有肋楯纤虫、漫游虫出是小口钟虫、沟钟虫、有肋楯纤虫、漫游虫出现频率高，起重要作用，轮虫则有现频率高，起重要作用，轮虫则有100-200个，个，有旋轮虫属、轮虫属、椎轮虫属等。有旋轮虫属、轮虫属、椎轮虫属等。原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污、废水中的有机物。动物通过渗透作用吸收污、废水中的有机物。动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌和其他微小生物，对净化水质起积极作用。和其他微小生物，对

13、净化水质起积极作用。（3 3）促进絮凝和沉淀作用）促进絮凝和沉淀作用 污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在，由于原生动物分泌一定的粘原生动物存在，由于原生动物分泌一定的粘液协同和促使细菌发生絮凝作用。液协同和促使细菌发生絮凝作用。如弯豆形虫量低时，细菌不起絮凝作用，如弯豆形虫量低时，细菌不起絮凝作用，4mg/L4mg/L时细菌产生絮凝作用，时细菌产生絮凝作用，10mg/L10mg/L时形成时形成很大的细菌絮凝体。很大的细菌絮凝体。6 6、好氧活性污泥的培养和驯化、好氧

14、活性污泥的培养和驯化 菌种来源：生活污水、粪便污水、污水处理厂的活菌种来源：生活污水、粪便污水、污水处理厂的活性污泥；本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，本厂污性污泥；本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，本厂污水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用。水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用。活性污泥的驯化和培养活性污泥的驯化和培养有有间歇式曝气培养间歇式曝气培养和和连续曝连续曝气培养气培养。一般可先在较低废水浓度下曝气，以后逐。一般可先在较低废水浓度下曝气，以后逐渐提高废水浓度，一直到原废水浓度。同时应对活渐提高废水浓度，一直到原废水浓度。同时应对活性污泥的生物相进行性污泥的生物相进行镜检镜检，并进行，

15、并进行化学测定分析，化学测定分析，以确定活性污泥的成熟程度。以确定活性污泥的成熟程度。7 7、活性污泥丝状膨胀及其控制、活性污泥丝状膨胀及其控制 用活性污泥法处理废水，曝气池中的活用活性污泥法处理废水，曝气池中的活性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌作用的絮凝细菌菌胶团细菌占优势，菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋转虫等组成。着型纤毛虫、旋转虫等组成。某些环境条件的变化使污泥会发生膨胀现象某些环境条件的变化使污泥会发生膨胀现象 活活性性污污泥泥的的沉沉降降可可用用污污泥泥体体积积指指

16、数数SVI（Sludge Volume Index）表示。）表示。SVI在在200mL/g以以下下为为正正常常活活性性污污泥泥，一一般般在在50-150mL/g，最好在，最好在100mL/g左右左右 当当SVI在在200mL/g以上时说明出现了污泥的膨胀。以上时说明出现了污泥的膨胀。可可分分为为由由丝丝状状细细菌菌引引起起的的丝丝状状膨膨胀胀污污泥泥和和由由非非丝丝状状细细菌菌引引起起的的菌菌胶胶团团膨膨胀胀污污泥泥，而而又又以以丝丝状状膨膨胀胀污泥较为普遍。污泥较为普遍。（1）活性污泥丝状膨胀的原因）活性污泥丝状膨胀的原因 由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀由于丝状细菌极度生长引起的活性

17、污泥膨胀称称活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀。致因微生物：经常出现的有诺卡氏菌属、致因微生物：经常出现的有诺卡氏菌属、浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属等。阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属等。丝状菌生长占优势的活性污泥 活活性性污污泥泥丝丝状状膨膨胀胀的的成成因因有有环环境境因因素素和和微微生生物物因因素素。主主导导因因素素是是丝丝状状微微生生物物过过度度生生长，长，环境因素环境因素促进丝状微生物过度生长。促进丝状微生物过度生长。温度温度 构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在3030左右。左

18、右。菌胶团细菌菌胶团细菌如动胶菌属的最适生长温如动胶菌属的最适生长温度在度在28283030。浮游球衣菌浮游球衣菌最适温度在最适温度在25 25 3030。两者最适温度尽管差别不大，但浮游。两者最适温度尽管差别不大，但浮游球衣菌是球衣菌是好氧和微好氧菌好氧和微好氧菌，由于温度影响氧，由于温度影响氧的溶解度，因此，在低溶解氧的条件下，浮的溶解度，因此，在低溶解氧的条件下，浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而优势生长。优势生长。溶解氧溶解氧 菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧的需要量差别很大。氧的需要量差别很大。菌胶

19、团细菌菌胶团细菌是严是严格的格的好氧菌好氧菌，浮游球衣菌浮游球衣菌是好氧菌，但是好氧菌，但在在微好氧微好氧条件下仍能正常生长。贝日阿条件下仍能正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌是微好氧菌。温度适宜托氏菌、发硫菌是微好氧菌。温度适宜而有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌而有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌优势生长，易引起活性污泥丝状膨胀。优势生长，易引起活性污泥丝状膨胀。可溶性有机物及其种类可溶性有机物及其种类 当废水中可溶性有机物，尤其是低分子当废水中可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸较多时，丝状细菌呈优的糖类和有机酸较多时，丝状细菌呈优势生长。势生长。有机物浓度有机物浓度 浮游球衣菌在低浓度培养

20、基中呈丝状生长。浮游球衣菌在低浓度培养基中呈丝状生长。在生活污水和食品类等有机废水中，在生活污水和食品类等有机废水中，BOD5在在100-200mg/L，浮游球衣菌数量，浮游球衣菌数量超过菌胶团细菌时，可导致活性污泥丝状超过菌胶团细菌时，可导致活性污泥丝状膨胀。水中膨胀。水中C/N和和C/P失调时也可出现污失调时也可出现污泥膨胀。泥膨胀。pH pH 曝气池的曝气池的pHpH保持在保持在6.56.58.08.0范围内，活范围内，活性污泥正常发育。性污泥正常发育。如如pHpH低于低于6.06.0，有利于丝状细菌生长，菌，有利于丝状细菌生长，菌胶团细菌生长受到抑制；如胶团细菌生长受到抑制；如pHpH

21、低于低于4.04.0，真菌占优势，原生动物大部分消失；若真菌占优势，原生动物大部分消失；若pHpH超过超过1111，活性污泥被破坏。，活性污泥被破坏。（2 2）控制活性污泥丝状膨胀的对策）控制活性污泥丝状膨胀的对策 控制溶解氧控制溶解氧 在在2mg/L2mg/L以上以上 控制有机负荷控制有机负荷 BODBOD污泥负荷在污泥负荷在0.20.20.3kg/kg MLSS0.3kg/kg MLSSd d为宜。为宜。改革工艺改革工艺 将将活活性性污污泥泥改改为为生生物物膜膜法法，如如在在曝曝气气池池中中加加填填料料改改为生物接触氧化法。为生物接触氧化法。工艺：工艺：A-BA-B法（吸附法（吸附-生物降

22、解工艺）、生物降解工艺）、A/OA/O系统、系统、A A2 2/O/O系统、系统、A A2 2/O/O2 2系统、及系统、及SBRSBR（序批式间歇曝气反应（序批式间歇曝气反应器）法等。器）法等。二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法 好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池、高负好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法等。接触氧化法等。1 1、好氧生物膜中的微生物、好氧生物膜中的微生物 好氧生物膜好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附性厌氧微生物粘附在生

23、物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。微生物混合群体。它是生物膜净化污（废）水工作的主体。成它是生物膜净化污（废）水工作的主体。成熟的生物膜厚度可达熟的生物膜厚度可达2 23mm3mm。微生物量通常以每微生物量通常以每m m2 2滤料上干燥生物膜的重滤料上干燥生物膜的重量表示，或以每量表示，或以每m m3 3滤料上的生物膜重量表示。滤料上的生物膜重量表示。生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能：生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能：生物膜生物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球生物膜生物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球衣菌、藻类

24、等，它们起净化和稳定污、废水水质衣菌、藻类等，它们起净化和稳定污、废水水质的功能。的功能。生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫，生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫，它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效率的功能。率的功能。滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等，滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等，它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能。的功能。3.好氧生物膜的结构好氧生物膜的结构 生物滤池不同层次的生物膜所得到的营养不同，致生物滤池不同层次的生物膜所得到的营养不同，致使微生物的种

25、群和数量不同。使微生物的种群和数量不同。生物滤池分上、中、下三层，上层营养物浓度高，生物滤池分上、中、下三层，上层营养物浓度高，生长的多为细菌及少量鞭毛虫。中层营养物质减少，生长的多为细菌及少量鞭毛虫。中层营养物质减少，微生物种类增加，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、微生物种类增加，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低，变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低，低分子有机物较多，微生物种类更多，除有菌胶团、低分子有机物较多，微生物种类更多，除有菌胶团、浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫，还有

26、轮虫等。数游泳型纤毛虫，还有轮虫等。2、好氧生物膜净化废水的作用机理、好氧生物膜净化废水的作用机理 生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游动性纤毛虫）及微型后生动物着型纤毛虫、游动性纤毛虫）及微型后生动物吸附吸附废废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时生物膜生物时生物膜生物吸收吸收溶解性有机物和经水解的小分子有溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并进行氧化分解，微生物利用

27、吸收的机物进入体内，并进行氧化分解，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为COCO2 2和和H H2 2O O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物（轮虫、线虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞食（轮虫、线虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞食作用，废水得到净化。作用，废水得到净化。3、好氧生物膜的培养、好氧生物膜的培养 好氧生物膜的培养好氧生物膜的培养有有自然挂膜法自然挂膜法、活性污泥挂膜法活性污泥

28、挂膜法和和优势菌种挂膜法。优势菌种挂膜法。自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水；自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水；活性污泥挂膜法用的是活性污泥，与本厂废水混合后活性污泥挂膜法用的是活性污泥，与本厂废水混合后进入生物滤池；进入生物滤池；优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理中筛选获得的菌株，或通过遗传育种获得的优良菌种，中筛选获得的菌株，或通过遗传育种获得的优良菌种，甚至是通过基因工程构建的超级菌，它们对某种废水甚至是通过基因工程构建的超级菌，它们对某种废水有强降解能力。有强降解能力。在挂膜过程中，用泵慢速将污水或混合在挂膜过程中，用泵慢速将

29、污水或混合液通入滤池内，循环运行液通入滤池内，循环运行3-7d，滤料上，滤料上会逐渐形成一层生物膜。当进水流量达会逐渐形成一层生物膜。当进水流量达到设计值时，滤池自上而下形成正常的到设计值时，滤池自上而下形成正常的分层微生物相，滤池出水的生化指标接分层微生物相，滤池出水的生化指标接近排放标准，即完成生物膜的培养工作，近排放标准，即完成生物膜的培养工作，进入正式运行。进入正式运行。三、氧化塘三、氧化塘 氧化塘氧化塘是一种利用天然或人工修整的池塘处理是一种利用天然或人工修整的池塘处理废水的构筑物。废水的构筑物。1 1、氧化塘的微生物群落、氧化塘的微生物群落 藻类、细菌藻类、细菌共存于氧化塘中，保持

30、互生关系。共存于氧化塘中，保持互生关系。还有还有霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、浮游甲壳动物、寡毛类、软体动物、水生植物浮游甲壳动物、寡毛类、软体动物、水生植物。2、氧化塘处理废水的机理、氧化塘处理废水的机理 有机废水流入氧化塘，其中的细菌吸收水中溶解氧，有机废水流入氧化塘，其中的细菌吸收水中溶解氧，将有机物氧化分解为将有机物氧化分解为H2O、CO2、NH3等无机物。细等无机物。细菌利用自身分解含氮有机物产生的菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营和环境中的营养物质合成细胞物质。在光照条件下，藻类利用养物质合成细胞物质。在光照条件下，藻类利用H

31、2O和和CO2进行光合作用合成糖类和产生氧气，再吸收进行光合作用合成糖类和产生氧气，再吸收NH3和和SO42-合成蛋白质、吸收合成蛋白质、吸收PO43-合成核酸，并繁殖合成核酸，并繁殖新藻体。废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积于新藻体。废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积于塘底，构成污泥，它们在产酸细菌作用下分解成低分塘底，构成污泥，它们在产酸细菌作用下分解成低分子有机酸和醇等，其中一部分进入好氧层被氧化分解，子有机酸和醇等，其中一部分进入好氧层被氧化分解，另一部分则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷。另一部分则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷。第二节第二节 厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的

32、微生物 高高浓浓度度有有机机废废水水或或剩剩余余活活性性污污泥泥多多用用厌厌氧氧消消化化法法处处理理。高高浓浓度度有有机机废废水水还还可可用用有有机机光合细菌处理。光合细菌处理。一、厌氧消化甲烷发酵一、厌氧消化甲烷发酵 沼沼气气发发酵酵，已已有有多多年年的的研研究究历历史史，常常用用于于将将城城市市的的垃垃圾圾、粪粪便便、污污水水、工工业业废废水水及及生生物物处处理理的的剩剩余余污污泥泥等等的的处处理理，并并从从中中获获得得可可燃燃性性气气体体沼沼气气（甲甲烷烷，CHCH4 4）。常用的构筑物为常用的构筑物为发酵罐发酵罐或或消化池消化池。1 1、甲烷发酵的基本原理、甲烷发酵的基本原理 甲甲烷烷

33、发发酵酵也也有有活活性性污污泥泥法法和和生生物物膜膜法法。但但微微生生物物群群落落与与有有氧氧环环境境不不同同，它它们们是是由由分分解解蛋蛋白白质质、脂脂肪肪、淀淀粉粉、纤纤维维素素的的专专性性厌厌氧氧菌菌和和兼兼性性厌厌氧氧菌菌及及专专性性厌厌氧氧的的产产甲甲烷烷菌菌等等组组成成，在在出出水水处处附附近近，有有少少数数厌厌氧氧或或兼兼性性厌厌氧氧的的游游泳型纤毛虫。泳型纤毛虫。甲烷发酵理论与机制：甲烷发酵理论与机制：（1 1）水解阶段）水解阶段 在水解或发酵性细菌作用下，有机物（糖在水解或发酵性细菌作用下，有机物（糖类、蛋白质、脂质）被解聚，转化成脂肪酸、类、蛋白质、脂质）被解聚，转化成脂肪

34、酸、乙醇、乙醇、COCO2 2、H H2 2和和NHNH3 3等。等。参与本阶段的细菌有参与本阶段的细菌有专性厌氧菌如梭菌属、专性厌氧菌如梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属和双歧杆拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属和双歧杆菌属和兼性厌氧菌如链球菌属和一些肠道菌。菌属和兼性厌氧菌如链球菌属和一些肠道菌。（2 2）产氢产乙酸阶段）产氢产乙酸阶段 由厌氧的产氢产乙酸细菌把乙醇和脂肪酸由厌氧的产氢产乙酸细菌把乙醇和脂肪酸转化成乙酸转化成乙酸H H2 2和和COCO2 2 。19671967年年BryantBryant从从奥氏甲烷杆菌奥氏甲烷杆菌分离出分离出S S菌株和布菌株和布氏甲烷杆菌。氏甲烷杆菌。

35、S S菌株是厌氧的革兰氏阴性杆菌，菌株是厌氧的革兰氏阴性杆菌，它发酵乙醇产生乙酸和氢。布氏甲烷杆菌将乙酸它发酵乙醇产生乙酸和氢。布氏甲烷杆菌将乙酸裂解为甲烷和二氧化碳，将氢和二氧化碳合成甲裂解为甲烷和二氧化碳，将氢和二氧化碳合成甲烷。可见，奥氏甲烷杆菌实际上是烷。可见，奥氏甲烷杆菌实际上是S S菌株和布氏菌株和布氏甲烷杆菌的共生体。甲烷杆菌的共生体。（3 3）产甲烷阶段）产甲烷阶段 参与这一阶段的微生物是两组生理不同的专参与这一阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的性厌氧的产甲烷菌群产甲烷菌群。一组是将氢气和二氧化一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳合成甲烷；另一组是将碳合成甲烷或一氧化碳

36、合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。甲醇及甲基胺裂解为甲烷。2 2、厌氧活性污泥的培养、厌氧活性污泥的培养 厌厌氧氧活活性性污污泥泥：由由兼兼性性厌厌氧氧菌菌和和专专性性厌厌氧氧菌菌与与废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥。厌厌氧氧活活性性污污泥泥的的微微生生物物种种类类、组组成成、结结构构及及污污泥泥颗颗粒粒等等性性质质，与与厌厌氧氧消消化化处处理理的的效效果果好好坏坏有有很大关系。很大关系。厌厌氧氧活活性性污污泥泥的的菌菌种种来来源源有有同同类类水水质质处处理

37、理厂厂的的厌厌氧氧活活性性污污泥泥、污污水水处处理理厂厂的的浓浓缩缩污污泥泥及及禽禽畜畜粪粪便便等等。菌菌种种先先经经驯驯化化后后培培养养，进进水水量量逐逐渐渐增增加，直至形成颗粒化的成熟厌氧性污泥。加，直至形成颗粒化的成熟厌氧性污泥。3 3、厌氧生物处理工艺、厌氧生物处理工艺 高浓度有机废水厌氧甲烷发酵的消化池：高浓度有机废水厌氧甲烷发酵的消化池：单级低效消化池，单级高效消化池，两单级低效消化池，单级高效消化池，两级消化池。级消化池。按反应器工艺厌氧生物处理可分为：厌按反应器工艺厌氧生物处理可分为：厌氧接触消化池，厌氧生物滤池，上流式氧接触消化池，厌氧生物滤池，上流式厌氧污泥床（厌氧污泥床（

38、UASBUASB），厌氧流化床，厌），厌氧流化床，厌氧膨胀床等。氧膨胀床等。二、光合细菌处理高浓度有机废水二、光合细菌处理高浓度有机废水 BOD5在在10000mg/L以以上上的的高高浓浓度度有有机机废废水水（浓浓粪粪便便水水、豆豆制制品品废废水水、食食品品加加工工废废水水、屠屠宰宰废废水水等等）可可用用有有机机光光合合细细菌菌（PSB）处处理理。因因有有机机光光合合细细菌菌只只能能利利用用脂脂肪肪酸酸等等低低分分子子化化合合物物，所所以以，先先要要用用水水解解性性细细菌菌将将糖糖类类、蛋蛋白白质质和和脂脂肪肪水水解解为为脂脂肪肪酸酸、氨氨基基酸酸、氨氨等等物物质质。利利用用光光合合细细菌菌处

39、处理理的的BOD5 去除效果可达去除效果可达95%，甚至达，甚至达98%。常常用用的的有有机机光光合合细细菌菌有有：红红螺螺菌菌属属、红红假假单单胞胞菌菌属和红微菌属。属和红微菌属。三、含硫酸盐废水的厌氧生物处理三、含硫酸盐废水的厌氧生物处理 在在发发酵酵工工业业的的废废水水，如如味味精精（即即谷谷氨氨酸酸）废废水水和和赖赖 氨氨 酸酸 废废 水水 中中 含含 的的 硫硫 酸酸 根根（SOSO4 42-2-）有有 200-200-30000mg/L30000mg/L。低低浓浓度度的的SOSO4 42-2-可可作作为为好好氧氧微微生生物物的的无无机营养，但高浓度的机营养，但高浓度的SOSO4 4

40、2-2-对微生物有毒害作用。对微生物有毒害作用。在在甲甲烷烷发发酵酵中中，当当有有SOSO4 42-2-存存在在时时，硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌会会与与产产甲甲烷烷菌菌争争夺夺氢氢，使使产产甲甲烷烷菌菌得得不不到到H H2 2，无无法法还还原原COCO2 2为为CHCH4 4。因因此此，在在甲甲烷烷发发酵酵之之前前，需需要要将将SOSO4 42-2-的浓度降低。的浓度降低。微微生生物物对对含含硫硫酸酸盐盐废废水水的的厌厌氧氧处处理理过过程程称称为为SRBSRB法法，利利用用在在厌厌氧氧条条件件下下，硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌发发生生反反硫硫化化作作用用，以以SOSO4 42-2-为为最最终终电电子

41、子受受体体，利利用用有有机机物物为为供供氢氢体体，将将SOSO4 42-2-还还原原成成H H2 2S S从从水水中中溢出。溢出。硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌：脱脱硫硫肠肠状状菌菌属属、脱脱硫硫叶叶菌菌属属等等1515属属。严严格格厌厌氧氧菌菌。栖栖息息在在厌厌氧氧的的淡淡水水和和海洋底部沉积物和水中。海洋底部沉积物和水中。第三节第三节 废水的生物脱氮和除磷废水的生物脱氮和除磷 一、废水脱氮除磷的目的意义一、废水脱氮除磷的目的意义 污污、废废水水二二级级处处理理产产生生NHNH3 3-N-N、NONO3 3-N-N、POPO4 43-3-、SOSO4 42-2-，部部分分用用于于合合成成微微生生物

42、物细细胞胞，通通过过排排泥泥得得到到去去除除，但但出出水水中中的的氮氮和和磷磷仍仍未未达达到到排排放放标标准准。水水体体中中氮氮、磷磷含含量量过过多多会会引引起起水水体体富富营营养养化化。因因此此，废废水水的的除除磷磷脱脱氮氮十十分分重重要要，尤尤其其是是当当废废水水处处理理后后被被排排入入一一些些湖湖泊泊、海海湾湾等敏感水体时。等敏感水体时。二、二、废水生物脱氮原理及工艺废水生物脱氮原理及工艺 1 1、生物脱氮原理、生物脱氮原理 生生物物脱脱氮氮首首先先是是利利用用好好氧氧过过程程，由由亚亚硝硝化化细细菌菌和和硝硝化化细细菌菌将将废废水水中中的的NHNH3 3转转化化成成NONO3 3-N

43、N，再再利利用用缺缺氧氧段段经经反反硝硝化化作作用用，将将NONO3 3-N N还还原原成成氮氮气气（N N2 2），溢溢出出水水面面释释放放到到大大气气中中，参参与与自自然界氮的循环。然界氮的循环。2 2、参与生物脱氮的微生物、参与生物脱氮的微生物 (1)(1)硝化作用段微生物硝化作用段微生物 亚亚硝硝化化细细菌菌和和硝硝化化细细菌菌是是革革兰兰氏氏阴阴性性菌菌，其其生生长长速速率率受受基基质质浓浓度度（NHNH3 3和和HNOHNO2 2）、温温度度、pHpH、氧氧浓浓度度控控制制，全全部部是是好好氧氧菌菌，绝绝大大多多数数营营化化能能无无机机营营养养，个个别别的的可可营营化化能能有机营养

44、。有机营养。氧化氨的细菌氧化氨的细菌 A A、好氧氨氧化细菌、好氧氨氧化细菌 即即亚硝化细菌亚硝化细菌 以以NHNH3 3作为供氢体，作为供氢体，O O2 2作为最终电子受体，产作为最终电子受体，产生生HNOHNO2 2 。生长温度范围。生长温度范围2 23030，最适为，最适为25 25 3030。pHpH范围范围5.8 5.8 8.58.5，最适，最适7.5 7.5 8.08.0。含有黄至淡红的细胞色素。含有黄至淡红的细胞色素。B B、厌氧氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌 厌氧氨氧化细菌为厌厌氧氨氧化细菌为厌氧的、以氧的、以NHNH3 3为供氢体，以为供氢体，以NONO2 2-或或NONO3 3

45、-为最终为最终电子受体的一类氧化电子受体的一类氧化NHNH3 3为为N N2 2的细菌。的细菌。C C、厌氧氨反硫化细菌、厌氧氨反硫化细菌 厌氧氨反硫化细菌厌氧氨反硫化细菌是以是以NHNH3 3为供氢体，以为供氢体，以SOSO4 42-2-为最终电子受体为最终电子受体的一类将的一类将NHNH3 3氧化为氧化为N N2 2的细菌。的细菌。氧化亚硝酸细菌氧化亚硝酸细菌 即即硝化细菌，大多数氧化亚硝酸细菌在硝化细菌，大多数氧化亚硝酸细菌在pH pH 7.57.58.08.0，温度，温度25 25 3030，亚硝酸浓度为，亚硝酸浓度为2 2 30mmol/L30mmol/L时化能无机营养生长最好。硝化

46、时化能无机营养生长最好。硝化杆菌属既进行化能无机营养又可进行化能有机杆菌属既进行化能无机营养又可进行化能有机营养，以酵母膏和蛋白胨为氮源，以丙酮酸或营养，以酵母膏和蛋白胨为氮源，以丙酮酸或乙酸为碳源。乙酸为碳源。n硝化杆菌属细胞内贮存物：羧酶体、肝糖、PHB、多聚磷酸盐，含淡黄至淡红的细胞色素的菌株。其他硝化细菌也有类似的贮存物。250 硝化阶段的运行操作硝化阶段的运行操作 运行过程中需要运行过程中需要掌握好几个关键：掌握好几个关键：A、泥龄、泥龄（悬浮固体停留时间（悬浮固体停留时间SRT，用，用 表表示示）是重要的控制指标，可通过排泥控制）是重要的控制指标，可通过排泥控制泥龄，一般控制在泥龄

47、，一般控制在5d以上，泥龄要大于硝以上，泥龄要大于硝化细菌的比生长速率。否则泥龄过短，硝化细菌的比生长速率。否则泥龄过短，硝化细菌会流失，硝化速率低。化细菌会流失，硝化速率低。B、要供给足够的氧、要供给足够的氧 处理生活污水时，溶处理生活污水时，溶解氧一般控制在解氧一般控制在1.22.0mg/L为宜。工业为宜。工业废水依据其有机物浓度和废水依据其有机物浓度和NH4+含量的高低，含量的高低，适当提高溶解氧。适当提高溶解氧。C、控制适度的曝气时间、控制适度的曝气时间 普通的活性污泥普通的活性污泥法的曝气时间为法的曝气时间为46h甚至甚至8h（SBR法）。法）。D、维持适宜的碱度、维持适宜的碱度 在

48、硝化过程中，消耗了在硝化过程中，消耗了碱性物质碱性物质NH4+，生成，生成HNO3，水中，水中pH下下降成酸性，对硝化细菌生长不利。可投加降成酸性，对硝化细菌生长不利。可投加NaHCO3维持碱度。维持碱度。E、温度、温度 虽然大多数硝化细菌的最适生长温虽然大多数硝化细菌的最适生长温度为度为2530，实际上它们的生长温度范，实际上它们的生长温度范围是较广的，为围是较广的，为-560。(2)(2)反硝化作用段微生物反硝化作用段微生物 反反硝硝化化细细菌菌 是是所所有有能能以以NO3-为为最最终终电电子子受受体体，利利用用低低分分子子有有机机物物作作供供氢氢体体，将将NO3-还原为还原为N2的细菌总

49、称。的细菌总称。反硝化阶段运行操作反硝化阶段运行操作 关键指标：碳源、关键指标：碳源、pH、最终电子受体、最终电子受体NO3-和和NO2-、温度和溶解氧等。、温度和溶解氧等。葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等可作为反硝葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等可作为反硝化细菌的供氢体和碳源。化细菌的供氢体和碳源。H2S和和H2也可作反也可作反硝化细菌的供氢体，则其碳源是硝化细菌的供氢体，则其碳源是CO2。能源。能源从氧化有机物获得。最终电子受体是从氧化有机物获得。最终电子受体是NO3-和和NO2-等。最适等。最适pH为为78。在海洋和淡水中。在海洋和淡水中溶解氧在溶解氧在0.2mg/L以下有利于反硝化。以下有利于

50、反硝化。3、生物脱氮的工艺、生物脱氮的工艺 A/OA/O、A A2 2/O/O、A A2 2O O2 2及及SBRSBR等等均均能能取取得得较较好好的的脱脱氮氮效效果果。经经过过厌厌氧氧-好好氧氧或或缺缺氧氧-好好氧氧的的合合理理组组合合，既既能能除除去去CODCOD和和BODBOD，又又能能进行脱氮，还能除磷。进行脱氮，还能除磷。图图10-13 10-13 三种基本脱氮组合工艺三种基本脱氮组合工艺图图10-14 A10-14 A、B B两种排列的两种排列的A/OA/O系统示意图系统示意图N-N-硝化，硝化，DN-DN-反硝化，反硝化，S-S-沉淀池沉淀池图图10-15 SBR脱氮系统及脱氮系