水污染控制工程(第二十四讲)

1、一、废水生物处理过程中的微生物一、废水生物处理过程中的微生物二、微生物的呼吸类型及相应的生物处理方法二、微生物的呼吸类型及相应的生物处理方法三、微生物的生长规律和影响因素三、微生物的生长规律和影响因素第二节第二节 好氧悬浮生长系统处理技术好氧悬浮生长系统处理技术第一节废水处理的微生物学基础第一节废水处理的微生物学基础第三节第三节 好氧附着生长系统处理技术好氧附着生长系统处理技术第四节第四节 厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术 厌氧呼吸是在无分子氧（厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下）的情况下进行的生物氧化进行的生物氧化。厌氧呼吸是在厌氧微生物。厌氧呼吸是在厌氧微生物的作用下进行的。的作用下进行

2、的。厌氧呼吸厌氧呼吸 C6H12O6 2CH3COCOOH + 4H2CH3COCOOH 2CO2 + 2CH3CHO4H + 2CH3CHO 2CH3CH2OH C6H12O6 + 4NO3- 6CO2 + 6H2O + 2N2 + 1755.6 kJ (反硝化作用反硝化作用)总反应式：总反应式：C6H12O62CH3CH2OH + 2CO2 + 92.0 kJ（葡萄糖发酵）（葡萄糖发酵） 根据废水处理中微生物呼吸类型的根据废水处理中微生物呼吸类型的不同，可以不同，可以把废水生物处理分为好氧生把废水生物处理分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类物处理和厌氧生物处理两大类。废水的生物处理方法废水

3、的生物处理方法 厌氧生物处理是在厌氧生物处理是在没有游离氧存在没有游离氧存在的条件下的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。稳定有机物的生物处理方法。废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理厌氧生物处理过程由厌氧生物处理过程由产酸细菌和产甲烷产酸细菌和产甲烷细菌细菌共同协作完成。共同协作完成。 在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。放能量。 在这个过程中，有机物的转化分为三个在这个过程中，有机物的转化分为三个部分进行：部分进行：部分转化为部分

4、转化为CH4，这是一种可燃这是一种可燃气体，可回收利用气体，可回收利用；还有部分被分解为；还有部分被分解为CO2、H2O、NH3、H2S等无机物，等无机物，并为细胞合并为细胞合成提供能量成提供能量;少量有机物被转化、合成为新少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分的原生质的组成部分。 合 成 原 生 质 (微 生 物 )的 增 长 原 生 质 (微 生 物 )的 增 长 CH4、 CO2 NH3、 H2S 有机酸、醇、CO2、 H2S等 有 机 物 +微 生 物 (C、 O、 H、 N、 P) 分 解 产 酸 阶 段 产 气 阶 段 + 能 + 能 合 成 分 解 两种生物处理方法的比较两

5、种生物处理方法的比较项目项目好氧生物处理好氧生物处理 厌氧生物处理厌氧生物处理起作用的起作用的微生物群微生物群好氧（或兼性）好氧（或兼性）微生物微生物厌氧（或兼性）微生物厌氧（或兼性）微生物适合的废适合的废水和处理水和处理效果效果适合处理较低适合处理较低浓度的废水，浓度的废水，出水可达标。出水可达标。适合处理高浓度废水，适合处理高浓度废水，但出水浓度相对较高，但出水浓度相对较高，需进一步处理。需进一步处理。产物产物有机物转化成有机物转化成无机物、无机无机物、无机盐，且基本无盐，且基本无毒。毒。有机物转化成中间有机有机物转化成中间有机物（酸、醇、醛等）及物（酸、醇、醛等）及CO2、水，然后进一步

6、分、水，然后进一步分解成甲烷、二氧化碳、解成甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等，产物复氨、硫化氢等，产物复杂、有异臭，甲烷可燃。杂、有异臭，甲烷可燃。两种生物处理方法的比较两种生物处理方法的比较好氧生物处理好氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理反应速反应速率率因有氧作为氢因有氧作为氢受体，有机体受体，有机体转化速率快，转化速率快，需时短，占地需时短，占地少。少。反应速率慢，时间反应速率慢，时间长，占地面积大。长，占地面积大。对环境对环境条件的条件的要求要求要求充分供氧，要求充分供氧，对环境要求不对环境要求不太严。太严。要求充分厌氧，对要求充分厌氧，对PH、温度要求严格。、温度要求严格。耗能耗能需充氧曝

7、气，需充氧曝气，能耗大。能耗大。能耗少。能耗少。一、厌氧生物处理的机理一、厌氧生物处理的机理（一）水解阶段（一）水解阶段 （二）酸化（发酵）阶段（二）酸化（发酵）阶段 （三）产氢产乙酸阶段（三）产氢产乙酸阶段 （四）产甲烷阶段（四）产甲烷阶段 大分子有机物（ 碳 水 化 合 物 、Pr、 脂 肪 等 ） 水解的各种溶解 的 有 机 物 有 机 酸 醇 类 醛 类 等 H2、 CO2 水 解 细 菌 的 胞 外 酶 酸 化 产 酸 细 菌 乙 酸 化 细 菌 的 胞 外 酶 乙 酸 甲 烷 化 甲 烷 细 菌 CH4 甲 烷 化 甲 烷 细 菌 CH4 3242)83482()83482()43

8、24(dNHCOdbanCHdbanOHdbanNOHCdban请计算甲烷和请计算甲烷和COD之间的关系？之间的关系？ CH4+2O2CO2+2H2O 二、影响厌氧生物处理的主要因素二、影响厌氧生物处理的主要因素1、温度、温度（1）厌氧废水处理也分为）厌氧废水处理也分为低温、中温和高温低温、中温和高温三类，其温度范围与细菌生长温度范围相对三类，其温度范围与细菌生长温度范围相对应。应。（2）温度高于其最适生长温度时，细菌死亡；）温度高于其最适生长温度时，细菌死亡；温度下将低于温度范围的下限，会逐渐停止温度下将低于温度范围的下限，会逐渐停止或减弱细菌代谢活动。或减弱细菌代谢活动。2、酸碱度、酸碱度

9、 甲烷细菌生长最适宜的甲烷细菌生长最适宜的pH范围是范围是6.87.2，若若pH低于低于6或高于或高于8，正常的消化就遭到破坏。，正常的消化就遭到破坏。（1）厌氧处理的厌氧处理的pH值范围是反应器内反应值范围是反应器内反应区的区的pH，而不是进液的，而不是进液的pH。（2）厌氧微生物对厌氧微生物对pH值的波动十分敏感。值的波动十分敏感。超过超过pH范围的范围的PH改变会引起更严重的后果，改变会引起更严重的后果，低于低于pH下限并持续过久时，会导致甲烷菌下限并持续过久时，会导致甲烷菌活力丧失而产乙酸菌大量繁殖，引起反应器活力丧失而产乙酸菌大量繁殖，引起反应器系统的系统的“酸化酸化”。严重酸化发生

10、后，反应器。严重酸化发生后，反应器系统难以恢复至原有状态。系统难以恢复至原有状态。（3）pH值对产甲烷菌的影响与值对产甲烷菌的影响与VFA的浓度的浓度有关有关，这是因为乙酸以及其他，这是因为乙酸以及其他VFA在非离解在非离解状态下是有毒的。状态下是有毒的。 PH值越低，游离酸所占比例越大，因而值越低，游离酸所占比例越大，因而在同一总在同一总VFA浓度下它们的毒性越大。浓度下它们的毒性越大。 （4）pH值的波动对厌氧污泥的产甲烷活性值的波动对厌氧污泥的产甲烷活性也会产生影响也会产生影响，其影响取决于：，其影响取决于：A、波动持、波动持续的时间；续的时间；B、波动的幅度，一般、波动的幅度，一般pH

11、越低，越低，影响越大；影响越大；C、VFA的浓度；的浓度；D、VFA的组的组成。成。 3、负荷、负荷 负荷是厌氧处理系统中污水、污泥有机物负荷是厌氧处理系统中污水、污泥有机物进行厌氧消化速率高低的综合性的指标。进行厌氧消化速率高低的综合性的指标。 污泥消化中，负荷常以投配率表示。投配污泥消化中，负荷常以投配率表示。投配率指每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓率指每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池容积的比率。度污水容积与消化池容积的比率。 4、碳氮比、碳氮比碳氮比为碳氮比为10-2-：1时时，消化效果较好。，消化效果较好。5、有毒物质、有毒物质主要有毒物质是重金属离子和某些阴离子

12、。主要有毒物质是重金属离子和某些阴离子。三、厌氧生物处理的微生物学三、厌氧生物处理的微生物学 (一一)厌氧消化微生物的来源厌氧消化微生物的来源（1）废物携带废物携带的多种微生物可做为厌氧消化的多种微生物可做为厌氧消化作用的菌种来源。作用的菌种来源。（2）来源于）来源于接种污泥接种污泥消化污泥中，专性厌氧微生物的比例高于兼消化污泥中，专性厌氧微生物的比例高于兼性厌氧微生物。性厌氧微生物。（二）厌氧微生物（二）厌氧微生物1、水解发酵细菌水解发酵细菌胞外酶，主要是水解酶胞外酶，主要是水解酶，是厌氧消化过程中，是厌氧消化过程中的限制步骤。的限制步骤。（1）脂肪酶脂肪酶（2）蛋白酶蛋白酶（3）纤维素酶、

13、半纤维素酶纤维素酶、半纤维素酶（4）淀粉酶淀粉酶 2、产氢产乙酸细菌、产氢产乙酸细菌发酸菌形成乙酸，产氢产乙酸细菌分解各类发酸菌形成乙酸，产氢产乙酸细菌分解各类脂肪酸也可产生乙酸。脂肪酸也可产生乙酸。OHPA菌：指能把丙酸、丁酸和其他高级脂菌：指能把丙酸、丁酸和其他高级脂肪酸转化成乙酸的微生物肪酸转化成乙酸的微生物。OHPA菌生长受抑制，会导致消化系统的严菌生长受抑制，会导致消化系统的严重酸败。重酸败。 3、产甲烷细菌、产甲烷细菌 产甲烷细菌不仅为发酵细菌和产甲烷细菌不仅为发酵细菌和OHPA菌解菌解除了困境，保证了上游反应顺利进行，通过除了困境，保证了上游反应顺利进行，通过CH4的简易分离最终

14、实现了对污染物的彻底的简易分离最终实现了对污染物的彻底去除。去除。产甲烷杆菌生理特性：产甲烷杆菌生理特性：（1）对碳源和能源利用少；）对碳源和能源利用少；（2）可利用氢；）可利用氢；（3）可利用氨做氮源；）可利用氨做氮源；（4）以硫化物为硫源）以硫化物为硫源。（三）微生物群体的动态平衡三）微生物群体的动态平衡 在厌氧生物处理系统中，存在着多种微生在厌氧生物处理系统中，存在着多种微生物，每种微生物通过自身的生命活动，完成物，每种微生物通过自身的生命活动，完成有机污染物分解的一定过程。有机污染物分解的一定过程。 厌氧发酵过程中，微生物群体的组成可发厌氧发酵过程中，微生物群体的组成可发生较大的变化。

15、生较大的变化。 微生物对工艺条件的适应是通过改变其代微生物对工艺条件的适应是通过改变其代谢能力而实现的。谢能力而实现的。 各类微生物的代谢能力是微生物量（各类微生物的代谢能力是微生物量（M）和微生物活性和微生物活性(A)的乘积。的乘积。生物体的形式生物体的形式四、厌氧微生物团聚形式及形成机理四、厌氧微生物团聚形式及形成机理（一）生物絮体（一）生物絮体1、生物絮体的形成、生物絮体的形成 厌氧污泥可以以絮状的聚集体（絮状污泥）存厌氧污泥可以以絮状的聚集体（絮状污泥）存在。在。 絮状污泥沉降性能较差，当产气量较高，废水絮状污泥沉降性能较差，当产气量较高，废水流动速度略高时，絮状污泥容易冲洗出反应器。

16、流动速度略高时，絮状污泥容易冲洗出反应器。 在废水生物处理系统中，只有当有机物浓度较在废水生物处理系统中，只有当有机物浓度较低，底物与细菌数量之比很小，细菌进入内源呼低，底物与细菌数量之比很小，细菌进入内源呼吸期时，絮体才能很好地形成。吸期时，絮体才能很好地形成。 絮体的形成与系统内能的含量密切相关。絮体的形成与系统内能的含量密切相关。2、絮体形成的影响因素、絮体形成的影响因素（1）盐类）盐类细菌的大小接近胶体颗粒，表面带有电荷，亲水细菌的大小接近胶体颗粒，表面带有电荷，亲水性较强。性较强。A、压缩双电层、压缩双电层当液体中存在盐类时，可因双电层压缩而使其带当液体中存在盐类时，可因双电层压缩而

17、使其带电量减少，束缚水层变薄，促进絮体形成。电量减少，束缚水层变薄，促进絮体形成。B、盐类使大分子脱水而降低溶解度盐类使大分子脱水而降低溶解度，成为絮凝中，成为絮凝中心，使细菌和悬浮颗粒聚集在它的周围。心，使细菌和悬浮颗粒聚集在它的周围。（2）污泥负荷率）污泥负荷率 污泥负荷率提高，污泥的絮凝性恶化，游离细污泥负荷率提高，污泥的絮凝性恶化，游离细菌的数量增加菌的数量增加。 要使生物絮凝正常进行，需控制污泥负荷率。要使生物絮凝正常进行，需控制污泥负荷率。（3）细菌的生长状态）细菌的生长状态在对数生长期后期，细菌才开始大量絮凝。在对数生长期后期，细菌才开始大量絮凝。原因：原因：A、对数生长期后期，

18、每个细菌所含的胞外、对数生长期后期，每个细菌所含的胞外聚合物增加；聚合物增加；B、细菌浓度提高，彼此碰撞的机会、细菌浓度提高，彼此碰撞的机会变大。变大。（4）pH值值pH值对蛋白质胶质的胶凝影响很大。值对蛋白质胶质的胶凝影响很大。在在pH值近中性时，生物絮凝性能较好值近中性时，生物絮凝性能较好。（5）其它因素）其它因素污水中污水中C:N比值越高，生物絮凝效果越好。比值越高，生物絮凝效果越好。 （二）颗粒污泥（二）颗粒污泥 颗粒污泥化：是指在厌氧反应器内颗粒污颗粒污泥化：是指在厌氧反应器内颗粒污泥形成的过程。泥形成的过程。 颗粒污泥化是大多数颗粒污泥化是大多数UASB反应器启动的反应器启动的目标

19、和启动成功的标志。目标和启动成功的标志。1、颗粒污泥的、颗粒污泥的特点特点（1）颗粒污泥有极好的沉降性能）颗粒污泥有极好的沉降性能；（2）颗粒壮的聚集体是一个微生物系统颗粒壮的聚集体是一个微生物系统，形，形成有利于细菌生长的生理条件并利于有机物成有利于细菌生长的生理条件并利于有机物的降解。的降解。（3）颗粒的形成有利于其中的细菌对营养的颗粒的形成有利于其中的细菌对营养的吸收；吸收；（4）颗粒使发酵菌的中间产物的扩散距离大颗粒使发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短大缩短，对复杂有机物的降解是重要的。，对复杂有机物的降解是重要的。（5）在废水性质突然变化时在废水性质突然变化时（pH、毒性物、毒性物的

20、浓度等），的浓度等），颗粒污泥能维持一个相对稳定颗粒污泥能维持一个相对稳定的微环境，使代谢过程继续进行的微环境，使代谢过程继续进行。 2、颗粒污泥的形态、组成和结构、颗粒污泥的形态、组成和结构（1）形态）形态 大部分接近圆形大部分接近圆形，直径平均为，直径平均为1mm，一般，一般的变化范围为的变化范围为0.1-2mm，最大的可达，最大的可达3-5mm。颗粒污泥多呈黑色，也有的呈灰白色。颗粒污泥多呈黑色，也有的呈灰白色。（2）组成）组成 主体是各种厌氧消化微生物（产甲烷细菌主体是各种厌氧消化微生物（产甲烷细菌占优势占优势）。）。表面和内部主要成分有：多聚糖、蛋白质和表面和内部主要成分有：多聚糖、

21、蛋白质和糖醛酸等糖醛酸等含有少量的无机物：灰分、无机沉淀物含有少量的无机物：灰分、无机沉淀物 （3）结构结构直径为直径为1-3mm的颗粒污泥可为三层。的颗粒污泥可为三层。外层：外层：堆积密实的大包囊层堆积密实的大包囊层；中层：中层：有直径达有直径达30um的腔洞；的腔洞；里层：里层：疏松的堆积层疏松的堆积层。3、颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的形成机理（1）以）以产甲烷八叠球菌产甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污为主体的球状颗粒污泥（泥（A型颗粒污泥型颗粒污泥）。该细菌具有较强的成）。该细菌具有较强的成团能力，可形成空洞。团能力，可形成空洞。（2）以）以产甲烷丝菌产甲烷丝菌为主体的颗粒污泥（为主体的颗粒污泥（B型型颗粒污泥、丝状体颗粒颗粒污泥、丝状体颗粒）。（最常见）。（最常见）（3）含）含惰性固体颗粒核惰性固体颗粒核的颗粒污泥（的颗粒污泥（C型颗型颗粒污泥粒污泥）4、污泥颗粒化的主要影响因素、污泥颗粒化的主要影响因素（1）基质的浓度）基质的浓度在乙酸在乙酸浓度较高时浓度较高时，产甲烷八叠球菌的增殖，产甲烷八叠球菌的增殖速率明显高于产甲烷丝菌，前者可成为优势速率明显高于产甲烷丝菌，前者可成为优势的产甲烷菌；的产甲烷菌；有利于有利于A型颗粒污泥的形成型颗粒污泥的形成。在在乙酸浓度较低时乙酸浓度较低时，产甲烷丝菌将成为优势，产甲烷丝菌将成为优势产甲烷菌。产甲烷菌。有利于有利