第九章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

1、第九章第九章 水环境污染控制与治理水环境污染控制与治理 的生态工程及微生物学原理的生态工程及微生物学原理重点：废水好氧处理中的微生物生态重点：废水好氧处理中的微生物生态难点：好氧活性污泥中丝状膨胀难点：好氧活性污泥中丝状膨胀第一节第一节 污（废）水生物处理中的生态系统污（废）水生物处理中的生态系统 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好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于可分为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和

2、生物膜是净化污（废）水的工作主体。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 普通活性污泥法是依据水的自净作用原理发展而来的，普通活性污泥法是依据水的自净作用原理发展而来的，是废水生物处理中微生物悬浮在水中的各种方法的统称，是废水生物处理中微生物悬浮在水中的各种方法的统称，悬浮的微生物群体呈泥花状态悬浮的微生物群体呈泥花状态(floc) 。一般指需氧活性污。一般指需氧活性污泥过程。泥过程。 在曝气池中废水与积累的活性污泥充分混合接触，在曝气池中废水与积累的活性污泥充分混合接触，污染物转移到污泥上，微生物以污染物为养料并从水中污染物转移到污泥上，微生物以污染

3、物为养料并从水中取得氧气生长繁殖取得氧气生长繁殖(biomass)(biomass)，某些代谢产物，某些代谢产物( (如二氧化如二氧化碳、氨碳、氨) )则进入水中。随后则进入水中。随后, ,混合液流过沉淀池混合液流过沉淀池, ,泥水分离，泥水分离，出水得到处理出水得到处理, ,污泥则回流到曝气池入口污泥则回流到曝气池入口, ,再次进入过程。再次进入过程。 利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。性污泥充分接触的

4、混合条件。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。 曝气池曝气池沉淀池沉淀池 应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。沉淀池应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。沉淀池在废水处理中广为使用。它的型式很多，按池内水流方向在废水处理中广为使用。它的型式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。可分为平流式、竖流式和辐流式三种。 （一）（一） 好

5、氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落 1 1、好氧活性污泥的组成与性质、好氧活性污泥的组成与性质 好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污（废）水中有机和无机固体物混凝交织在一起，形成的物与污（废）水中有机和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒（絮状体或称绒粒（flocfloc）。）。（1 1）组成：微生物（好氧、兼性及少量厌氧）组成：微生物（好氧、兼性及少量厌氧）+ + 固体杂质（有固体杂质（有机和无机）机和无机） （2 2）性质：絮状，大小为）性质：絮状，大小为0.02-0.2mm0.02-0.2mm

6、，比表面积在，比表面积在20-20-100cm100cm2 2/ml/ml； 颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关；颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关； 含水率在含水率在99%99%，比重，比重1.002-1.0061.002-1.006，具有沉降性能；，具有沉降性能； pHpH在在6-76-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。，弱酸性，具一定的缓冲能力。2 2、好氧活性污泥的存在状态：、好氧活性污泥的存在状态： 在完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在在完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在，均匀分布；在推流式曝气池内，随推流方向，均匀分布；在推流式曝气池内，随推流方向而有变化。

7、而有变化。3、好氧活性污泥中的微生物群落、好氧活性污泥中的微生物群落 活性污泥的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌活性污泥的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌形成的菌胶团，其上生长着各种类型的微生物，形成一个形成的菌胶团，其上生长着各种类型的微生物，形成一个微生物群落。微生物群落。（1）细菌：活性污泥主要成分是细菌，来）细菌：活性污泥主要成分是细菌，来源于土壤、水、空气。某些属出现频率很源于土壤、水、空气。某些属出现频率很高，尤其是动胶菌属和假单胞菌属。此外高，尤其是动胶菌属和假单胞菌属。此外还有一类丝状细菌存在，如球衣菌属、发还有一类丝状细菌存在，如球衣菌属、发硫菌、贝氏硫菌属。它们大多

8、数是化能异硫菌、贝氏硫菌属。它们大多数是化能异养菌，以有机质为主要营养源，好氧或兼养菌，以有机质为主要营养源，好氧或兼性厌氧，以性厌氧，以G-占优势。许多菌具有荚膜或占优势。许多菌具有荚膜或微荚膜，部分细菌有纤毛，与絮状体形成微荚膜，部分细菌有纤毛，与絮状体形成密切相关。密切相关。动胶菌属动胶菌属（2）真菌：主要为丝状真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、）真菌：主要为丝状真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、镰刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出现在镰刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出现在pH低的废水中。真低的废水中。真菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估计与絮状水体形菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估计与絮状水体

9、形成及膨胀有关。成及膨胀有关。（3）微型动物：原生动物和少数多细胞动物，原生动物占）微型动物：原生动物和少数多细胞动物，原生动物占总数总数90%。数量种类与污水的类型不同而不同，生活污水中。数量种类与污水的类型不同而不同，生活污水中原生动物量大于工业废水。以纤毛虫纲占优势，多细胞动物原生动物量大于工业废水。以纤毛虫纲占优势，多细胞动物有轮虫、颤蚓、线虫等。原生动物在废水净化中的作用仅次有轮虫、颤蚓、线虫等。原生动物在废水净化中的作用仅次于细菌。于细菌。 （4）藻类：较少，有绿藻如小球藻属，蓝细菌颤藻属。）藻类：较少，有绿藻如小球藻属，蓝细菌颤藻属。4、好氧活性污泥中微生物的浓度和数量、好氧活性

10、污泥中微生物的浓度和数量 浓度常用浓度常用1升活性污泥混合液中恒重的干固体升活性污泥混合液中恒重的干固体mg数表示数表示，即，即MLSS（mixed liquor suspended solids混合液挥发混合液挥发性悬浮固体）。性悬浮固体）。一般生活污水一般生活污水 MLSS 2000-3000mg/L工业废水工业废水 MLSS 3000mg/L高浓度工业废水高浓度工业废水 MLSS 3000-5000mg/L1ml好氧活性污泥中的细菌数有好氧活性污泥中的细菌数有107-108个个（二）活性污泥净化废水的作用机理（二）活性污泥净化废水的作用机理净化作用过程：净化作用过程：1、吸附：废水与活性

11、污泥充分接触，形成悬浊混合液，污染、吸附：废水与活性污泥充分接触，形成悬浊混合液，污染物被比表面积大的絮凝性微生物吸附。物被比表面积大的絮凝性微生物吸附。2、胞外分解和吸收：呈胶态的大分子有机物被吸附后，首先、胞外分解和吸收：呈胶态的大分子有机物被吸附后，首先被微生物分泌的胞外水解酶分解为小分子物质，这些小分子被微生物分泌的胞外水解酶分解为小分子物质，这些小分子物质与溶解性有机物一起在透膜酶作用下或在浓度梯度推动物质与溶解性有机物一起在透膜酶作用下或在浓度梯度推动下选择性吸收入胞。在细菌内氧化分解，中间代谢物被其他下选择性吸收入胞。在细菌内氧化分解，中间代谢物被其他细菌吸收无机化为水和二氧化碳

12、。细菌吸收无机化为水和二氧化碳。3、其他微生物吸收或吞食未分解的有机物。、其他微生物吸收或吞食未分解的有机物。（三）好氧活性污泥法的几种处理工艺流程（三）好氧活性污泥法的几种处理工艺流程（1）推流式曝气法：）推流式曝气法： 采用长方形曝气池，处理时废水与活性污泥从曝气池一采用长方形曝气池，处理时废水与活性污泥从曝气池一端同时进入，经曝气机的推流作用，原污水与活性污泥向前端同时进入，经曝气机的推流作用，原污水与活性污泥向前推进到末端。该法推进到末端。该法BOD和悬浮物的去除率达和悬浮物的去除率达90-95%，适用于，适用于处理水质要求高和水质比较稳定的废水。处理水质要求高和水质比较稳定的废水。缺

13、点：缺点：对水质变化的适应能力不强；对水质变化的适应能力不强；所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空气是所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空气是沿池平均分布的；沿池平均分布的；曝气池相对庞大，占地多，能耗高。曝气池相对庞大，占地多，能耗高。（4）分段布水推流式曝气法分段布水推流式曝气法 也称多点进水曝气法。废水沿池多点进入，使有机物在也称多点进水曝气法。废水沿池多点进入，使有机物在曝气池中分布均匀。曝气池中分布均匀。（3）接触氧化稳定法接触氧化稳定法 也称吸附再生法。曝气池分为接触氧化池（吸附池）和也称吸附再生法。曝气池分为接触氧化池（吸附池）和稳定池（再生池）。废水先进入接

14、触氧化池，充分混合后进稳定池（再生池）。废水先进入接触氧化池，充分混合后进入沉淀池，回流污泥进入稳定池，曝气但不加废水，使活性入沉淀池，回流污泥进入稳定池，曝气但不加废水，使活性污泥中有机物进一步分解。污泥中有机物进一步分解。（2）完全混合式曝气法完全混合式曝气法 原污水、回流污泥进入曝气池后立即与池内原有的混合原污水、回流污泥进入曝气池后立即与池内原有的混合液充分混合。池内水质均匀，各部分工作情况基本一样。液充分混合。池内水质均匀，各部分工作情况基本一样。 缺点主要是出水水质上往往不及推流式。缺点主要是出水水质上往往不及推流式。（5）氧化沟式活性污泥法氧化沟式活性污泥法 连续环式反应池，因其

15、构筑物呈封闭的沟渠形而得名。平连续环式反应池，因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名。平面上多为椭圆或圆形。面上多为椭圆或圆形。 具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之间具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之间。适合处理高浓度有机废水。污泥产量少，能耗低。适合处理高浓度有机废水。污泥产量少，能耗低。（四）氧化塘（或氧化沟）的生物群落及其处理废水机制（四）氧化塘（或氧化沟）的生物群落及其处理废水机制 氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地来治理污染。在塘氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地来治理污染。在塘内形成藻类、好氧性细菌和原生动物组成共生系统，使废水内形成藻类、好氧性细菌和原生动物组

16、成共生系统，使废水得到净化。得到净化。 1、微生物群落、微生物群落（1）藻类：表层是藻类，如小球藻、栅列藻、衣藻、裸）藻类：表层是藻类，如小球藻、栅列藻、衣藻、裸藻、颤藻等。藻、颤藻等。（2）细菌：存在下层。优势菌群：假单胞菌、黄杆菌、）细菌：存在下层。优势菌群：假单胞菌、黄杆菌、产碱杆菌、芽孢杆菌、光合细菌等，在底部厌氧层有硫酸产碱杆菌、芽孢杆菌、光合细菌等，在底部厌氧层有硫酸盐还原菌、产甲烷菌等。盐还原菌、产甲烷菌等。（3）微型动物：主要是纤毛虫，一般有钟虫、膜袋虫等）微型动物：主要是纤毛虫，一般有钟虫、膜袋虫等种类，最高种类，最高1000个个/ml。还有轮虫、甲壳类、摇蚊幼虫（。还有轮虫

17、、甲壳类、摇蚊幼虫（底泥中）底泥中）2、 处理机制处理机制 利用细菌与藻类的互生关系来分解有机污染物的废水利用细菌与藻类的互生关系来分解有机污染物的废水处理系统。处理系统。 （五）菌胶团的作用（五）菌胶团的作用 将所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相将所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的一团胶状物都称为菌胶团。形成菌胶团的絮凝聚集成的一团胶状物都称为菌胶团。形成菌胶团的主要细菌是动胶菌，有的种胞外有荚膜，在污水中可凝主要细菌是动胶菌，有的种胞外有荚膜，在污水中可凝聚成肉眼可见的絮状物。此外该菌有胞外小纤毛能将絮聚成肉眼可见的絮状物。此外该菌有胞外小纤毛能将絮状物中的细胞

18、交织在一起，这种交织作用使许多细胞互状物中的细胞交织在一起，这种交织作用使许多细胞互相粘连形成最初的活性污泥凝聚体。相粘连形成最初的活性污泥凝聚体。 菌胶团的作用：菌胶团的作用：1、 很强的生物吸附和氧化分解有机物的能力很强的生物吸附和氧化分解有机物的能力2、 为原生动物提供良好的生存环境为原生动物提供良好的生存环境3、 为原生动物、微型动物提供附着场所为原生动物、微型动物提供附着场所4、 具有指示作用具有指示作用（六）原生动物及微型后生动物的作用（六）原生动物及微型后生动物的作用 1、指示作用：原因在于原生动物是较高等动物，耐毒力比、指示作用：原因在于原生动物是较高等动物，耐毒力比细菌好，对

19、环境因素改变比较敏感，环境条件改变可引起它细菌好，对环境因素改变比较敏感，环境条件改变可引起它们种群、数量及代谢活力的变化；个体大，在低倍镜下可见，们种群、数量及代谢活力的变化；个体大，在低倍镜下可见，便于观察。便于观察。（1）判断污水处理程度：）判断污水处理程度： （2）指示污泥性质和好坏：）指示污泥性质和好坏： 正常污泥：钟虫属、累枝虫属、盖虫属等固着性或匍匐正常污泥：钟虫属、累枝虫属、盖虫属等固着性或匍匐性种属。性种属。 污泥恶化：絮凝体污泥恶化：絮凝体0.1-0.2mm以下，优势种属有豆形虫以下，优势种属有豆形虫、草履虫、眼虫、波豆虫属等快速游泳型种属。严重恶化时、草履虫、眼虫、波豆虫

20、属等快速游泳型种属。严重恶化时微型动物几乎不出现。微型动物几乎不出现。 污泥膨胀：摄食丝状菌的裸口目旋毛科、全毛类原生动污泥膨胀：摄食丝状菌的裸口目旋毛科、全毛类原生动物及拟轮毛虫等。物及拟轮毛虫等。 污泥解体：絮凝体细小。优势种为变形虫属、简便虫属污泥解体：絮凝体细小。优势种为变形虫属、简便虫属等肉足类。等肉足类。（3）指示水质变化和运行中出现的问题）指示水质变化和运行中出现的问题 形态变化：环境条件恶劣时形态变化：环境条件恶劣时形成孢囊；形成孢囊；pH超过正常范超过正常范围围钟虫纤毛停止摆动，虫体收缩成团。钟虫纤毛停止摆动，虫体收缩成团。 生殖方式：出现有性生殖时往往预示环境条件变差或种群

21、处生殖方式：出现有性生殖时往往预示环境条件变差或种群处于衰老期。于衰老期。 优势种变化：优势种变化： 高负荷，曝气不足高负荷，曝气不足小鞭毛虫；小鞭毛虫； 水停留时间过短水停留时间过短小的游泳型纤毛虫；小的游泳型纤毛虫； 很高负荷及难降解物很高负荷及难降解物小裸变形虫和鞭毛虫；小裸变形虫和鞭毛虫； 溶氧不足溶氧不足阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属 过分曝气过分曝气肉足类及轮虫类。肉足类及轮虫类。2、净化作用、净化作用 腐生性营养的某些鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解腐生性营养的某些鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物；动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒和游离细性

22、有机物；动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒和游离细菌，利于净化水质。菌，利于净化水质。3、絮凝和沉淀作用、絮凝和沉淀作用 原生动物可以分泌一定的粘液协同和促进细菌发生絮凝原生动物可以分泌一定的粘液协同和促进细菌发生絮凝作用。作用。（4）指示细菌活力：小口钟虫在细菌生长活跃旺盛的对数）指示细菌活力：小口钟虫在细菌生长活跃旺盛的对数期出现，沟钟虫需要细菌的代谢副产物，出现在细菌生长的期出现，沟钟虫需要细菌的代谢副产物，出现在细菌生长的衰老期。衰老期。（七）好氧活性污泥的培养（七）好氧活性污泥的培养 1、间歇式曝气培养、间歇式曝气培养（1）菌种来源：）菌种来源：污水处理厂的活性污泥；污水处理厂的活性

23、污泥；工厂集水池或沉淀池污泥；工厂集水池或沉淀池污泥；污水流经的河流淤泥。污水流经的河流淤泥。（2）驯化（）驯化（P305）：）：倾去上清液，加入同浓度新鲜废水倾去上清液，加入同浓度新鲜废水 低浓度废水培养低浓度废水培养重复操作重复操作曝气曝气23h沉淀沉淀1h重复重复3-73-7天天原废水浓度原废水浓度 调高调高1 1个浓度个浓度（3）培养：将驯化好的活性污泥改用连续曝气培养法培养，）培养：将驯化好的活性污泥改用连续曝气培养法培养，用镜检和化学测定分析判断活性污泥的成熟度，若菌胶团结用镜检和化学测定分析判断活性污泥的成熟度，若菌胶团结构紧密，原生动物以钟虫等固着型纤毛虫为主，沉降性能好，构紧

24、密，原生动物以钟虫等固着型纤毛虫为主，沉降性能好，说明活性污泥培养进入成熟期。说明活性污泥培养进入成熟期。 2、连续曝气培养（、连续曝气培养（P305） 用现成的与本厂相同水质处理厂的活性污泥做菌种可直用现成的与本厂相同水质处理厂的活性污泥做菌种可直接用连续曝气培养。接用连续曝气培养。接接 种种小流量进水小流量进水增加一个浓度梯度增加一个浓度梯度设计流量设计流量闷曝闷曝运行一周运行一周二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法 好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧生物滤池、塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧化法（即浸

25、没式滤池法）等。化法（即浸没式滤池法）等。 生物转盘生物转盘: 由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理构筑物。盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽中污水和构筑物。盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽中污水和空气中的氧，使污水获得净化。空气中的氧，使污水获得净化。 （一）生物膜中的微生物群落（一）生物膜中的微生物群落 1、好氧生物膜：、好氧生物膜： 由各种微生物组成的，附着在各种支撑体上的一层由各种微生物组成的，附着在各种支撑体上的一层粘性固定化薄膜。是生物膜法处理系统的工作主体，厚粘性固定化薄膜。是生物膜法处理系统的工作主体，厚约约2-

26、3mm，一般呈蓬松的絮状结构，微孔很多，表面积，一般呈蓬松的絮状结构，微孔很多，表面积很大，因此有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对很大，因此有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对这些吸附的有机物的分解。这些吸附的有机物的分解。 2、好氧生物膜中的微生物群落及其功能、好氧生物膜中的微生物群落及其功能（1）生物膜生物：）生物膜生物：细菌：以动胶菌为主，其他的还有好氧的芽孢杆菌属、不动细菌：以动胶菌为主，其他的还有好氧的芽孢杆菌属、不动杆菌属，专性厌氧的脱硫弧菌属等。另一主要的细菌是丝状杆菌属，专性厌氧的脱硫弧菌属等。另一主要的细菌是丝状细菌。在生物膜中丝状细菌不会引起膨胀，特别是球衣细菌细菌。

27、在生物膜中丝状细菌不会引起膨胀，特别是球衣细菌降解有机物能力非常强，在净化废水中起重要作用。此外，降解有机物能力非常强，在净化废水中起重要作用。此外，丝状菌大量生长，菌丝体交叉粘连形成网状结构，对水流起丝状菌大量生长，菌丝体交叉粘连形成网状结构，对水流起到过滤作用。到过滤作用。 真菌：种类和数量都很丰富，约真菌：种类和数量都很丰富，约30%是真菌。是真菌。藻类：在生物滤池上部，藻类的主要作用是向生物膜供氧。藻类：在生物滤池上部，藻类的主要作用是向生物膜供氧。（2）生物膜面生物）生物膜面生物固着型纤毛虫：钟虫、独缩虫、累枝虫属；固着型纤毛虫：钟虫、独缩虫、累枝虫属；游泳型纤毛虫：豆形虫、尖毛虫等

28、。它们是动物中的主要类游泳型纤毛虫：豆形虫、尖毛虫等。它们是动物中的主要类群，其优势种随生物膜营养物质和其他环境条件变化而更替群，其优势种随生物膜营养物质和其他环境条件变化而更替，可作为水处理的指示生物。能促进滤池净化速度，提高滤，可作为水处理的指示生物。能促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率。池整体的处理效率。（3）滤池扫除生物）滤池扫除生物 体形较大的无脊椎动物如轮虫、线虫，环节动物门的瓢体形较大的无脊椎动物如轮虫、线虫，环节动物门的瓢体虫、沙蚕，节肢动物水螨，软体动物蜗牛等，去除滤池中体虫、沙蚕，节肢动物水螨，软体动物蜗牛等，去除滤池中的污泥，防止污泥积聚和堵塞。的污泥，防止污泥积聚

29、和堵塞。 好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不同高度位置，由于微生物膜上。因此，在滤池的不同高度位置，由于微生物得到的营养不同，造成微生物种类和数量的不同。得到的营养不同，造成微生物种类和数量的不同。3 3、好氧生物膜的结构、好氧生物膜的结构生物滤池中的生物膜分为上层、中层和下层生物滤池中的生物膜分为上层、中层和下层 上层：营养浓度高，主要是细菌，少数是鞭毛虫。上层：营养浓度高，主要是细菌，少数是鞭毛虫。 中层：废水中的营养物，微生物代谢产物

30、，种类较多，中层：废水中的营养物，微生物代谢产物，种类较多，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、肾形虫等。有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、肾形虫等。 下层：有机物浓度低，低分子有机物较多。菌胶团、浮下层：有机物浓度低，低分子有机物较多。菌胶团、浮游球衣菌、固着型纤毛虫，少数游泳型纤毛虫。游球衣菌、固着型纤毛虫，少数游泳型纤毛虫。4 4、净化作用机理、净化作用机理 在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细在生物滤池中，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（固着型纤毛虫、游泳型菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫及微型后生动物）吸附

31、废水中的大分子有机物，将其纤毛虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时生物膜生物吸收溶解性有机物和水解为小分子有机物。同时生物膜生物吸收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，利用吸经水解的小分子有机物进入体内，并进行氧化分解，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一收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物膜生物吸收氧化，分解为二氧化碳和水。层，被下一层的生物膜生物吸收氧化，分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。（二）好氧生物膜的

32、培养（二）好氧生物膜的培养挂膜挂膜1、自然挂膜法、自然挂膜法 将带有自然菌种的工业废水用泵慢速打入空的生物滤池将带有自然菌种的工业废水用泵慢速打入空的生物滤池中，循环中，循环3-7天后改为慢速连续进水。在这过程中，废水中天后改为慢速连续进水。在这过程中，废水中的自然菌种和空气微生物附着在滤料上，逐渐形成一层粘性的自然菌种和空气微生物附着在滤料上，逐渐形成一层粘性的微生物薄膜，当进水流量达到设计值时，滤池由上而下形的微生物薄膜，当进水流量达到设计值时，滤池由上而下形成正常分层的微生物相就可以进入正式运行阶段。成正常分层的微生物相就可以进入正式运行阶段。2、活性污泥挂膜法、活性污泥挂膜法 取处理生

33、活污水或处理工业废水的活性污泥作菌种。取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥作菌种。3、优势菌种挂膜法、优势菌种挂膜法 从自然环境或废水处理中筛选分离得到对某种工业废水从自然环境或废水处理中筛选分离得到对某种工业废水有强降解能力的菌株，也可以通过遗传育种获得优良菌种或有强降解能力的菌株，也可以通过遗传育种获得优良菌种或构建基因工程菌。构建基因工程菌。第二节第二节 活性污泥丝状膨胀活性污泥丝状膨胀的成因及控制对策的成因及控制对策 正常的活性污泥沉降性能很好，但当活性污泥性能正常的活性污泥沉降性能很好，但当活性污泥性能发生变化，比重减轻，发生变化，比重减轻，SVI值增加时，污泥会因结构松散值增加时

34、，污泥会因结构松散而造成沉降困难，在二次沉淀池中出现池面飘泥现象，而造成沉降困难，在二次沉淀池中出现池面飘泥现象，污泥随出水排出，使出水有机物浓度增高，这一现象称污泥随出水排出，使出水有机物浓度增高，这一现象称为污泥膨胀。为污泥膨胀。 污泥膨胀有两种：丝状膨胀污泥膨胀有两种：丝状膨胀丝状细菌引起；菌胶丝状细菌引起；菌胶团膨胀团膨胀非丝状细菌引起。都可用非丝状细菌引起。都可用SVI（Sludge volume index；污泥体积指数）衡量，当；污泥体积指数）衡量，当SVI大于大于200ml/g时表示发生膨胀，小于时表示发生膨胀，小于200为正常，通常在为正常，通常在50-150，最好，最好是是

35、100。 一、活性污泥丝状膨胀的成因一、活性污泥丝状膨胀的成因 （一）致因微生物（一）致因微生物 最常出现的微生物有最常出现的微生物有10多种，如诺卡氏菌、微丝菌、浮多种，如诺卡氏菌、微丝菌、浮游球衣菌、发硫菌等。除了常见的丝状细菌外，也包括某些游球衣菌、发硫菌等。除了常见的丝状细菌外，也包括某些放线菌、丝状真菌以及在一定生活阶段或一定条件下，菌体放线菌、丝状真菌以及在一定生活阶段或一定条件下，菌体能集合成链状的芽孢杆菌属、埃希氏菌属、黄杆菌属、假单能集合成链状的芽孢杆菌属、埃希氏菌属、黄杆菌属、假单胞菌属的某些菌株。胞菌属的某些菌株。（二）活性污泥丝状膨胀的成因（二）活性污泥丝状膨胀的成因1

36、、温度：、温度： 菌胶团细菌如动胶菌最适生长温度菌胶团细菌如动胶菌最适生长温度28-30，浮游球衣菌，浮游球衣菌是是25-30，两者差别不大，但浮游球衣菌是好氧和微量好氧，两者差别不大，但浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，能优势生长。菌，能优势生长。2、溶解氧（、溶解氧（DO） 菌胶团细菌是严格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在菌胶团细菌是严格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在微氧条件下也能正常生长。如贝日阿托氏菌、发硫菌在微氧条件下也能正常生长。如贝日阿托氏菌、发硫菌在DO为为0.5mg/L时生长最好。时生长最好。3、可溶性有机物及其种类、可溶性有机物及其种类 丝状细菌能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的

37、糖类丝状细菌能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸，厌氧条件下有机物不彻底分解产生有机酸，和有机酸，厌氧条件下有机物不彻底分解产生有机酸，使丝状细菌大量生长。使丝状细菌大量生长。 4、有机物浓度（有机负荷）、有机物浓度（有机负荷） 浮游球衣菌较能适应贫营养的生长条件，在浮游球衣菌较能适应贫营养的生长条件，在C、N含含量较低的条件下能良好生长。在生活污水和食品类有机废量较低的条件下能良好生长。在生活污水和食品类有机废水中水中BOD为为100-200mg/L，浮游细菌可呈优势生长，数量，浮游细菌可呈优势生长，数量超过超过60%，使污泥发生膨胀。动胶菌适于营养较丰富的条，使污泥发生膨胀。动胶

38、菌适于营养较丰富的条件，对碳源利用率高，件，对碳源利用率高，C：N大于大于10呈絮状生长，小于呈絮状生长，小于10则不凝聚和分散生长。则不凝聚和分散生长。（三）活性污泥丝状膨胀的机理（三）活性污泥丝状膨胀的机理 表面积表面积/体积比假设：在单位体积中，丝状细菌的表面体积比假设：在单位体积中，丝状细菌的表面积与体积比较菌胶团细菌大，对有限制性的营养和环境条积与体积比较菌胶团细菌大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，丝状细菌大量生长成为优势菌引起活性件的争夺占优势，丝状细菌大量生长成为优势菌引起活性污泥膨胀，两者的优势竞争在于以下方面：污泥膨胀，两者的优势竞争在于以下方面：1、对溶解氧的竞争

39、：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良、对溶解氧的竞争：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良好。如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌好。如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌的优势生长。的优势生长。 2、可溶性有机物的竞争：低分子糖类和有机酸利于丝状、可溶性有机物的竞争：低分子糖类和有机酸利于丝状细菌的生长。细菌的生长。4、有机物冲击负荷的影响、有机物冲击负荷的影响 如果曝气池中有机物浓度突然增加，供氧量不变，由于如果曝气池中有机物浓度突然增加，供氧量不变，由于好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于丝状细菌的生好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于丝状细菌的生长。长。3、对、对C、N的竞

40、争的竞争 营养物浓度较低时，利于丝状菌生长而且还可蓄积营养营养物浓度较低时，利于丝状菌生长而且还可蓄积营养物，更进一步抑制动胶菌的生长。物，更进一步抑制动胶菌的生长。1、控制溶解氧、控制溶解氧 保持曝气池内有足够的溶解氧（保持曝气池内有足够的溶解氧（2mg/L），可在曝气池），可在曝气池中用强化曝气、射流曝气等方法控制高负荷下的污泥膨胀。中用强化曝气、射流曝气等方法控制高负荷下的污泥膨胀。2、控制有机负荷、控制有机负荷 有机负荷可用容积负荷表示，即单位反应器容积每日接有机负荷可用容积负荷表示，即单位反应器容积每日接受的废水中有机污染物的量。污染负荷在受的废水中有机污染物的量。污染负荷在0.2-

41、0.3kg BOD/ kg MLSS.d为宜。为宜。二、控制活性污泥丝状膨胀的对策二、控制活性污泥丝状膨胀的对策 根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子。根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子。 3、改革工艺、改革工艺（1）投加某种物质来增加污泥的比重或杀灭丝状菌）投加某种物质来增加污泥的比重或杀灭丝状菌 投加铁盐、铝盐等混凝剂，可以通过其凝聚作用增加活投加铁盐、铝盐等混凝剂，可以通过其凝聚作用增加活性污泥的比重。性污泥的比重。 丝状菌的比表面积大，遇到有害化学药剂时，遭受破坏丝状菌的比表面积大，遇到有害化学药剂时，遭受破坏的主要是丝状菌，常用的化学药剂是氯气，投加臭氧、过的主要是丝状

42、菌，常用的化学药剂是氯气，投加臭氧、过氧化氢也能起作用。氧化氢也能起作用。（2）采用新工艺：将活性污泥法改用生物膜法。（）采用新工艺：将活性污泥法改用生物膜法。（P315）第三节第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落的微生物群落 当废水有机物浓度较当废水有机物浓度较高时（一般高时（一般BOD5大于大于1500mg/L），一般的活），一般的活性污泥和生物膜法都难性污泥和生物膜法都难以处理只有采用厌氧消以处理只有采用厌氧消化法解决。化法解决。 优点：优点：1、 处理处理1kg COD可产生可产生0.35m3甲烷甲烷沼气沼气2、 处理设备负荷高，占地少处理设备负荷高

43、，占地少3、 对营养物的需求量少：对营养物的需求量少： COD：N：P=350-500：5：1,相比而言对相比而言对N、P的需求的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐4、 运行经费经济，污泥量少。运行经费经济，污泥量少。 不足：不足：1、处理时间长；、处理时间长；2 2、出水的有机物浓度高于好氧处理；、出水的有机物浓度高于好氧处理；3 3、处理过程中产生臭气和有色物质；、处理过程中产生臭气和有色物质；4 4、对温度变化和有毒物质较为敏感。、对温度变化和有毒物质较为敏感。化学需氧量（化学需氧量（CODCOD），是在一定的条件下，采用

44、），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。 一、厌氧消化一、厌氧消化甲烷发酵甲烷发酵 其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废废水水调节池调节池热热交交换换器器37厌氧活性厌氧活性污泥反应器污泥反应器气柜气柜沉淀池沉淀池出出水水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥反应器：基于微生物固定化原理设计，污泥浓度高，反应快反应器：基于微生物固定化原理设计，污泥浓度高，反应快速。如厌氧滤器，上流式厌氧污泥反应器（速。如厌氧滤器，

45、上流式厌氧污泥反应器（UASB）。）。influent污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集effluent微生物群落：分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的专性或兼微生物群落：分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的专性或兼性厌氧菌；专性厌氧的产甲烷菌性厌氧菌；专性厌氧的产甲烷菌（一）甲烷发酵理论与机制（一）甲烷发酵理论与机制 1、水解阶段：高分子有机物被细菌胞外酶分解为小分子，、水解阶段：高分子有机物被细菌胞外酶分解为小分子，其水解产物能溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。微生物其水解产物能溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。微生物群落主要是水解、发酵性细菌。群落主要是水解、发酵性细菌。2、产乙酸阶段：前

46、一阶段产物被产乙酸细菌转化为乙酸、产乙酸阶段：前一阶段产物被产乙酸细菌转化为乙酸、H2、CO2。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。3、产甲烷阶段：两种途径。一是氢的氧化和二氧化碳还原成、产甲烷阶段：两种途径。一是氢的氧化和二氧化碳还原成甲烷，占甲烷，占28%，二是乙酸盐裂解，剩下的甲基还原为甲烷，二是乙酸盐裂解，剩下的甲基还原为甲烷，占占72%。4、同型产乙酸阶段：由同型产乙酸细菌将、同型产乙酸阶段：由同型产乙酸细菌将H2、CO2转化为乙转化为乙酸。酸。复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 发酵发酵2 2产乙酸产乙酸3 3产甲烷产甲烷3 3产甲烷

47、产甲烷产甲烷机制：产甲烷机制：1、酸和醇的甲基形成甲烷：、酸和醇的甲基形成甲烷： CH3COOH CH4 + CO2 4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O3、水还原脂肪酸产生、水还原脂肪酸产生CH4 2C3H7COOH + CO2 + 2H2O CH4 + 4CH3COOH2、由醇的氧化使、由醇的氧化使CO2还原成还原成CH4、有机酸、有机酸 2CH3CH2OH + 14CO2 14CH4 + 2CH3COOH 2C3H7CH2OH + 14CO2 14CH4 + 2C3H7COOH4、H2还原还原CO2为为CH4 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O5、H2或或H2O将将CO

48、还原为还原为CH4. 3H2 + CO CH4 + H2O 2H2O + 4CO CH4 + 3CO2（二）厌氧活性污泥的培养（二）厌氧活性污泥的培养 1、菌种来源：牲畜粪便；生活污水处理厂的浓缩污泥；同类、菌种来源：牲畜粪便；生活污水处理厂的浓缩污泥；同类水质处理厂的厌氧污泥。水质处理厂的厌氧污泥。2、驯化与培养：驯化过程与活性污泥法类似。培养进水量由、驯化与培养：驯化过程与活性污泥法类似。培养进水量由小到大，逐步提高浓度。小到大，逐步提高浓度。 成熟的厌氧活性污泥呈颗粒成熟的厌氧活性污泥呈颗粒状，也称颗粒污泥。由于产甲状，也称颗粒污泥。由于产甲烷菌生长速度慢，所以颗粒污烷菌生长速度慢，所以

49、颗粒污泥驯化、培养时间较长。泥驯化、培养时间较长。3、颗粒污泥的组成与性质、颗粒污泥的组成与性质 微生物组成：水解菌、发酵菌、产乙酸菌微生物组成：水解菌、发酵菌、产乙酸菌、产甲烷菌（氢营养型、乙酸营养型）、厌氧、产甲烷菌（氢营养型、乙酸营养型）、厌氧原生动物，这些微生物在颗粒污泥内生长、繁原生动物，这些微生物在颗粒污泥内生长、繁殖，相互提供营养，菌丝交错相互接合形成复殖，相互提供营养，菌丝交错相互接合形成复杂的菌群结构。杂的菌群结构。物理性质：物理性质： 形状：相对规则的球形或椭圆形，边缘清晰，直径形状：相对规则的球形或椭圆形，边缘清晰，直径0.14-5mm，最大，最大7mm 颜色：黑色或灰色

50、颜色：黑色或灰色 密度：密度：1.030-1.080之间之间 表面特征：有许多孔隙和空洞表面特征：有许多孔隙和空洞 沉降性能：不良沉降性能：不良18-20m/h；良好；良好18-50m/h（典（典型值）；很好型值）；很好50-100m/h。 化学性质：一般含碳化学性质：一般含碳40.5%，氢，氢7%，N-10%（1） 无机灰分无机灰分 含量因生长基质的不同差异较大，含量因生长基质的不同差异较大，8-66%。灰分的增加。灰分的增加将提高颗粒污泥密度，过高导致孔隙率降低，主要元素有将提高颗粒污泥密度，过高导致孔隙率降低，主要元素有Fe、Ca、Si、P、S，Ca可促进颗粒化形成。可促进颗粒化形成。（

51、2）胞外多聚物）胞外多聚物 在一些细菌表面常有一层薄薄的粘液层，即胞外多聚物在一些细菌表面常有一层薄薄的粘液层，即胞外多聚物，主要是胞外聚多糖和蛋白质，与好氧污泥分泌物不同（，主要是胞外聚多糖和蛋白质，与好氧污泥分泌物不同（碳水化合物），但好氧产量高碳水化合物），但好氧产量高4-7倍。倍。ECP与颗粒污泥的形与颗粒污泥的形成有密切关系，可以改变细菌的表面电荷和能量引起细菌成有密切关系，可以改变细菌的表面电荷和能量引起细菌的凝聚。的凝聚。4、颗粒污泥的形成机制、颗粒污泥的形成机制 颗粒的形成过程由多个阶段组成：细菌与基体（细菌、有颗粒的形成过程由多个阶段组成：细菌与基体（细菌、有机无机材料）的吸

52、引粘连过程；微生物聚集体的形成；成熟机无机材料）的吸引粘连过程；微生物聚集体的形成；成熟污泥的形成。污泥的形成。 细菌与基体的吸引粘连过程是颗粒污泥的形成开始阶段细菌与基体的吸引粘连过程是颗粒污泥的形成开始阶段，也是决定污泥结构的重要阶段。，也是决定污泥结构的重要阶段。Ca2+、Mg2+的电荷中和的电荷中和作用以及作用以及ECP可以降低排斥位能，促进细菌向基体接近，可以降低排斥位能，促进细菌向基体接近，然后通过细菌的附属物如菌丝或然后通过细菌的附属物如菌丝或ECP将细菌粘接到基体上将细菌粘接到基体上，随着粘接到基体上的细菌数目的增加形成各种微生物的，随着粘接到基体上的细菌数目的增加形成各种微生物的聚集体。聚集体。 微生物聚集体的形成微生物聚集体的形成 相互聚集在一起形成具有框架结构的内核相互聚集在一起形成具有框架结构的内核，从而使产乙酸菌及氢营养菌附着其上，最，从而使产乙酸菌及氢营养菌附着其上，最后是发酵性细菌（产酸菌及其他氢营养菌）后是发酵性细菌（产酸菌及其他氢营养菌）在外围生长，形成颗粒污泥。在外围生长，形成颗粒污泥。 不同工艺中形成的颗粒污泥形成过程、结构有所不同：不同工艺中形成的颗粒污泥形成过程、结构有所不同： 单相厌氧消化法：含有厌氧降解过程中的所有细菌