(环境微生物)第八章微生物在环境工程中的应用

1、1 第八章第八章 微生物在环境工程中的应用微生物在环境工程中的应用2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一、一、 种类种类n根据处理性质上的差别，可以做以下一些分类。根据处理性质上的差别，可以做以下一些分类。（一）（一） 好氧处理和厌氧处理好氧处理和厌氧处理n通常低浓度（通常低浓度（COD1500mg/L）的有机污染物废水适的有机污染物废水适合用好氧处理合用好氧处理n对于高浓度有机污废水（对于高浓度有机污废水（COD1500mg/L）用厌氧处理用厌氧处理更为适宜。更为适宜。n为什么过高为什么过高COD的废水不宜用好氧法？的废水不宜用好氧法？n有机物浓度过高，好

2、氧生物代谢迅速，有机物浓度过高，好氧生物代谢迅速，水中溶解氧难以水中溶解氧难以即时供应即时供应，好氧生物生长受限，很难保证处理质量，而，好氧生物生长受限，很难保证处理质量，而厌氧生物则没有这种限制厌氧生物则没有这种限制。3（二）活性污泥法和生物膜法（二）活性污泥法和生物膜法n这是根据微生物在人工水处理设备中微生物所这是根据微生物在人工水处理设备中微生物所处状态的不同来进行的划分。处状态的不同来进行的划分。n原理：原理：n 活性污泥法活性污泥法模拟水体自净模拟水体自净n微生物在设备中呈悬浮状态，与污废水接触使之净化微生物在设备中呈悬浮状态，与污废水接触使之净化的方法；的方法； n 生生 物物 膜

3、膜 法法模拟土壤自净模拟土壤自净n微生物附着于其他物体表面上成薄膜状，与污废水接微生物附着于其他物体表面上成薄膜状，与污废水接触使之净化的方法。触使之净化的方法。n活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厌氧活性污泥法，生物膜法活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厌氧活性污泥法，生物膜法既有好氧生物膜法也有厌氧生物膜法。既有好氧生物膜法也有厌氧生物膜法。4第二节第二节 好氧活性污泥法和好氧生物膜法好氧活性污泥法和好氧生物膜法n一、一、 好氧活性污泥法好氧活性污泥法n好氧活性污泥法又叫好氧活性污泥法又叫曝气法曝气法，最早由英国人于，最早由英国人于1914年年创建而来，经过创建而来，经过80多年的发展已成为处

4、理有机废水最多年的发展已成为处理有机废水最主要的方法。主要的方法。5（一）（一） 什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥n好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微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生物(兼有少量的厌氧微生物兼有少量的厌氧微生物)与污与污(废废)水中有机的和无机水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。n活性污泥的形成是一种自然现象活性污泥的形成是一种自然现象。n例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，那末例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，那末经过一段时间后，就会产生褐色絮花状的泥

5、粒，在显微经过一段时间后，就会产生褐色絮花状的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里充满了各种各样的微生物，这就是镜下会看到，污泥里充满了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污泥。典型的好氧活性污泥。6（二）（二） 好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质n1组成组成n好氧微生物好氧微生物和和兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的有机的和无机的与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成固体杂质组成。n2好氧活性污泥的性质好氧活性污泥的性质n颜色各异颜色各异n含水率在含水率在99左右左右 密度为密度为1.0021.006n大小为大小为0.020.2mm

6、 比表面积为比表面积为20100cm2ml之间之间n弱酸性弱酸性(pH约为约为6.7) 当进水改变时，对进水当进水改变时，对进水pH的变化有一定的承的变化有一定的承受能力。受能力。73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nMLSS (混合液悬浮固体混合液悬浮固体)n每每L活性污泥混合液活性污泥混合液（ML）中含有多少毫克恒重的中含有多少毫克恒重的干固体（干固体（SS）n在 一 般 的 城 市 污 水 处 理 中 ，在 一 般 的 城 市 污 水 处 理 中 ， M L S S 保 持 在保 持 在20003000mgL。工业废水生物处理中，工业废水生物处理中，MLS

7、S保保持在持在3000 mgL左右。高浓度的工业废水生物处理左右。高浓度的工业废水生物处理的的MLSS保持在保持在30005000mgL。84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n好氧活性污泥上的微生物是如何分布的？好氧活性污泥上的微生物是如何分布的？n中心是能起絮凝作用的细菌形成菌胶团，在其上生长中心是能起絮凝作用的细菌形成菌胶团，在其上生长着其他微生物。着其他微生物。nA菌胶团菌胶团n在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液

8、的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。称为菌胶团。9n吸附和氧化分解有机物；吸附和氧化分解有机物；n菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的物总量的99%, 达达107108个个/ml ，是生物处理的主力，是生物处理的主力军，一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性军，一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。n 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动

9、物和微型后生动物提供了良好的生存环境物和微型后生动物提供了良好的生存环境；n例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。食料。a. 菌胶团的功能菌胶团的功能10n 具有指示作用；具有指示作用；n通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。n新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，

10、则说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，旺盛，吸附和氧化能力强，再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。11n 粘性多糖的粘着作用粘性多糖的粘着作用n很多细菌可分泌粘胶状的多糖物质，附着于细胞壁，形成所谓的很多细菌可分泌粘胶状的多糖物质，附着于细胞壁，形成所谓的荚膜，这些荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，这些荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了

11、细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。b. 菌胶团的形成机理菌胶团的形成机理12n 纤维素性质多糖的勾连作用纤维素性质多糖的勾连作用n将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，如图所示质的成分也是多糖，如图所示n这些纤维素从何而来？这些纤维素从何而来？ 他们既他们既可能可能是细菌的分泌物，也可能是粘性多糖的演化产物是细菌的分泌物，也可能是粘性多

12、糖的演化产物。他们不但具有粘着性，还具有缠绕勾连的作用，在它们的作用他们不但具有粘着性，还具有缠绕勾连的作用，在它们的作用下，各种细菌密布在这些网格状纤维之中，随这些纤维素状多下，各种细菌密布在这些网格状纤维之中，随这些纤维素状多糖的数量不断增加，就形成了真正意义上的菌胶团。糖的数量不断增加，就形成了真正意义上的菌胶团。13 活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片14c. 菌胶团的生物意义菌胶团的生物意义n 形成了一个稳定的细菌共生体性；形成了一个稳定的细菌共生体性；n菌胶团吸附的大分子有机物被表层的细菌首先水解吸收，代谢后的菌胶团吸附的大分子有机物被表层的细菌首先水

13、解吸收，代谢后的产物降解不完全，又作为了下面细菌的食物产物降解不完全，又作为了下面细菌的食物n另一方面随着颗粒化由表及里，局部的氧浓度逐渐减少，另一方面随着颗粒化由表及里，局部的氧浓度逐渐减少，对氧浓度对氧浓度有不同要求的细菌则可以各自找到最适宜的位置有不同要求的细菌则可以各自找到最适宜的位置n 增强细菌抵抗环境变化及微型动物捕食的能力增强细菌抵抗环境变化及微型动物捕食的能力n在层层细菌的屏蔽作用下，菌胶团中的微环境要比溶液中稳定的多在层层细菌的屏蔽作用下，菌胶团中的微环境要比溶液中稳定的多n菌胶团的颗粒较大，原生动物只能蚕食很少的一部分表层的细菌，菌胶团的颗粒较大，原生动物只能蚕食很少的一部

14、分表层的细菌，从而提高了大多数细菌抵抗微型动物的捕食能力。从而提高了大多数细菌抵抗微型动物的捕食能力。15n 菌胶团还为细菌储备了碳源菌胶团还为细菌储备了碳源n菌胶团中的结构多糖，不仅是其骨架，还是细菌们的储备碳菌胶团中的结构多糖，不仅是其骨架，还是细菌们的储备碳源。当环境中的营养物匮乏时，这些多糖被细菌作为碳源使源。当环境中的营养物匮乏时，这些多糖被细菌作为碳源使用，虽然此时菌胶团逐渐瓦解，但一定程度上延缓了细菌的用，虽然此时菌胶团逐渐瓦解，但一定程度上延缓了细菌的衰亡。衰亡。n因此菌胶团的形成是细菌们为维护共同利益的共生产物，对因此菌胶团的形成是细菌们为维护共同利益的共生产物，对于细菌的生

15、存有着重要的生物意义。于细菌的生存有着重要的生物意义。16d. 菌胶团中的细菌菌胶团中的细菌n菌胶团中的细菌来源于土壤、水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌胶团中的细菌来源于土壤、水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占70，生活污水好氧生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌见下表：处理时菌胶团中的主要细菌见下表：细细菌菌名名称称细细菌菌名名称称细细菌菌名名称称动动胶胶团团属属 (优优势势菌菌)短短杆杆菌菌属属微微球球菌菌属属丛丛毛毛单单胞胞菌菌属属 (优优势势菌菌)固固氮氮菌菌属属黄黄杆杆菌菌属属产产碱碱杆杆菌菌属属 (较较多多)亚

16、亚硝硝化化单单胞胞菌菌属属无无色色杆杆菌菌属属棒棒状状杆杆菌菌属属 (较较多多)假假单单胞胞菌菌属属节节杆杆菌菌属属芽芽孢孢杆杆菌菌属属病病原原细细菌菌 （偶偶尔尔） 大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌产产气气杆杆菌菌属属工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但优势菌主要是对特优势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌定工业废物起主要降解作用的细菌17B活性污泥中的其它微生物活性污泥中的其它微生物n在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后生动物。生动物。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常它们的数量相比

17、较细菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫、盖纤虫、霉菌、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫和微型后生动物中的轮虫。等枝虫、草履虫和微型后生动物中的轮虫。这些微生这些微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组成、浓度废水种类、化学组成、浓度)、温度、供氧、温度、供氧、pH等环等环境条件改变也在不停的发生着

18、变化。境条件改变也在不停的发生着变化。18(三三) 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n 好氧活性污泥的净化作用机理见下图好氧活性污泥好氧活性污泥的净化作用机理见下图好氧活性污泥吸附和降解吸附和降解n用框图表示见下图用框图表示见下图1920 吸吸附附 吸吸收收 氧氧化化 合合成成 摄摄食食 吞吞食食 氧氧化化 合合成成污污染染物物质质SSDSSS活活性性污污泥泥颗颗粒粒新新活活性性污污泥泥颗颗粒粒活活性性污污泥泥中中的的微微型型动动物物DSCO2、 H2O、 NH3SO42-、PO43-CO2、 H2O、 NH3SO42-、PO43-新新的的微微型型动动物物处处理理水

19、水21n由上图可以看出，活性污泥颗粒中微生物之间的关由上图可以看出，活性污泥颗粒中微生物之间的关系是食物链的关系。系是食物链的关系。n好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，有生物我繁殖，有生物“活性活性”，因而可以连续反复使用，因而可以连续反复使用，而化学药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝而化学药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。剂优越。n可以降解水中的溶解性有机物可以降解水中的溶解性有机物，这也是物理化学方，这也是物理化学方法难以做到的。法难以做到的。22(四四)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

20、艺流程n1普通活性污泥法普通活性污泥法n 好氧活性污泥法的处理工艺很多，最为普遍使用的好氧活性污泥法的处理工艺很多，最为普遍使用的活性污泥法工艺如下图活性污泥法工艺如下图23 空空气气 清清水水 初初沉沉池池 二二沉沉池池 回回流流污污泥泥 剩剩余余污污泥泥 曝曝气气池池n请看图说明工艺原理？请看图说明工艺原理？n废水先通过初沉池，除掉一些悬浮固体，然后进入一个有曝气装废水先通过初沉池，除掉一些悬浮固体，然后进入一个有曝气装置的构筑物，活性污泥就在这种装置中将废水中的置的构筑物，活性污泥就在这种装置中将废水中的BOD降解，并降解，并产生新的活性污泥。设计适当的曝气池尺寸使废水在池中停留足产生新

21、的活性污泥。设计适当的曝气池尺寸使废水在池中停留足够长的时间，使够长的时间，使BOD降到一定程度后，流入二次沉淀池，进行固降到一定程度后，流入二次沉淀池，进行固液分离，上清液排放，沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池中，液分离，上清液排放，沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池中，一部分作为剩余污泥而排放。一部分作为剩余污泥而排放。24Inner workings of an activated sludge installation25Aeration tank of an activated sludge installation in a metropolitan sewage treatment

22、 plant26A small-scale activated sludge operation used to process dairy waste272改进型的活性污泥法改进型的活性污泥法n在普通型的基础上加以改造，使之性能提高的好氧在普通型的基础上加以改造，使之性能提高的好氧活性污泥法中有活性污泥法中有推流式活性污泥法推流式活性污泥法、完全混合式活完全混合式活性污泥法、接触氧化稳定法、分段布水推流式活性性污泥法、接触氧化稳定法、分段布水推流式活性污泥法、氧化沟式活性污泥法污泥法、氧化沟式活性污泥法，它们都是对普通活，它们都是对普通活性污泥法的改进性污泥法的改进.2829n推流式活性污泥

23、法推流式活性污泥法又称阶段曝气法，废水沿一个长条的矩形池，又称阶段曝气法，废水沿一个长条的矩形池，废水从一端进入，水的污染物沿流动方向不断降低，从另一端废水从一端进入，水的污染物沿流动方向不断降低，从另一端流出；流出；n分段布水推流式活性污泥法分段布水推流式活性污泥法只是在长条矩形池的不同部位分别只是在长条矩形池的不同部位分别进水；进水；n完全混合式污泥法完全混合式污泥法则则是废水一进入曝气池就迅速与池中已有的是废水一进入曝气池就迅速与池中已有的混合液充分混合均匀，曝气池中各处的水质基本相同。混合液充分混合均匀，曝气池中各处的水质基本相同。n接触稳定氧化活性污泥法接触稳定氧化活性污泥法又称吸附

24、再生活性污泥法，曝气池被又称吸附再生活性污泥法，曝气池被一分为二，废水在曝气池的第一部分接触池中停留十分钟与活一分为二，废水在曝气池的第一部分接触池中停留十分钟与活性污泥充分接触，废水中的有机物被活性污泥吸附后进入二沉性污泥充分接触，废水中的有机物被活性污泥吸附后进入二沉池，此时出水以达到净化，而二沉池泥水分离后的活性污泥进池，此时出水以达到净化，而二沉池泥水分离后的活性污泥进入曝气池的另一部分稳定池，池中曝气但不仅废水，使污泥中入曝气池的另一部分稳定池，池中曝气但不仅废水，使污泥中吸附的有机物进一步分解，恢复了活性的污泥随后再次进入接吸附的有机物进一步分解，恢复了活性的污泥随后再次进入接触池

25、进行新的一轮废水降解；触池进行新的一轮废水降解；n氧化沟氧化沟把环形反应池用作生物反应池，污水混合液在该池中以把环形反应池用作生物反应池，污水混合液在该池中以一条闭合式曝气渠道进行连续循环。一条闭合式曝气渠道进行连续循环。303氧化塘氧化塘n氧化塘的工艺是特殊的活性污泥法，是一种人工的、氧化塘的工艺是特殊的活性污泥法，是一种人工的、接近自然生态系统的活性污泥法。接近自然生态系统的活性污泥法。n在氧化塘内，藻类和细菌共存于同一环境中，保持在氧化塘内，藻类和细菌共存于同一环境中，保持互生关系，见下图氧化塘的互生原理。互生关系，见下图氧化塘的互生原理。31324批式活性污泥法批式活性污泥法n批式活性

26、污泥法（批式活性污泥法（SBR法法）是国内外近年来开发的）是国内外近年来开发的一种活性污泥法，一种活性污泥法，它的工艺特点是将曝气池与沉淀它的工艺特点是将曝气池与沉淀池合而为一，生化反应呈分批进行。池合而为一，生化反应呈分批进行。基本周期可由基本周期可由进水、反应、沉降、排水和闲置五个阶段组成。进水、反应、沉降、排水和闲置五个阶段组成。33n这种方法由于较其它活性污泥法这种方法由于较其它活性污泥法构造简单构造简单，投资少投资少、操作灵活、污泥产率低、脱氮效果好操作灵活、污泥产率低、脱氮效果好等特点越来越得等特点越来越得到广泛的重视。到广泛的重视。34n生物填料生物填料表面附着的生物薄膜进行污染

27、物降解的生物表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法处理法。n于于1919世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，期搁置，6060年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。n好氧生物膜法构筑物有好氧生物膜法构筑物有普通普通滤池滤池、高负荷生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生

28、物滤池，还有塔式生物滤池，还有生物转盘生物转盘、接触氧化法接触氧化法( (即浸没滤池法即浸没滤池法) )等。等。35生物填料投加量投加量 普通接触氧化普通接触氧化 水解调节池水解调节池 好氧或厌氧流化床好氧或厌氧流化床 好氧好氧 好氧好氧 或厌生物塘或厌生物塘 或厌氧滤池或厌氧滤池 反应池体积反应池体积% % 8-13 5 15-25 3-5 40-60 8-13 5 15-25 3-5 40-60 3637生物填料上的生物膜38普通生物滤池普通生物滤池生物转盘39Aerobic sewage treatment processes: trickling filter40n根据位置与功能不同根

29、据位置与功能不同生物膜生物、生物膜面生物生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。及滤池扫除生物。普通滤池内生物膜的微生物群落表普通滤池内生物膜的微生物群落表41横向横向纵向纵向各不各不相同相同滤滤扫扫生生物物膜膜面面生生物物膜膜生生物物23mm0.3mm好氧区好氧区 生生物物膜膜生生物物生生物物膜膜面面生生物物滤滤池池扫扫除除生生物物所所处处位位置置膜膜内内膜膜表表面面膜膜外外层层生生物物组组成成以以菌菌胶胶团团为为主主要要组组分分，辅辅以以浮浮游游球球衣衣菌菌、藻藻类类等等固固着着型型纤纤毛毛虫虫及及游游泳泳型型纤纤毛毛虫虫轮轮虫虫、线线虫虫、寡寡毛毛类类的的沙沙蚕蚕、颗颗体体虫虫功功能能净

30、净化化和和稳稳定定污污、废废水水水水质质促促进进滤滤池池净净化化速速度度，提提高高滤滤池池整整体体的的处处理理效效率率去去除除滤滤池池内内的的污污泥泥、防防止止污污泥泥积积聚聚和和堵堵塞塞42生物滤池（塔）中的分层特征表生物滤池（塔）中的分层特征表 上上层层 中中层层 下下层层 营营养养物物 浓浓度度高高 上上层层微微生生物物的的代代谢谢产产物物及及较较低低的的有有机机物物浓浓度度 有有 机机 物物 浓浓 度度 很很低低，低低分分子子上上层层微微 生生 物物 的的 代代 谢谢产产物物较较多多 微微生生物物种种类类 细细菌菌及及少少数数鞭鞭毛毛虫虫 菌菌胶胶团团、浮浮游游球球衣衣菌菌、鞭鞭毛毛虫

31、虫、变变形形虫虫、豆豆形形虫虫、肾肾形形虫虫等等 菌菌胶胶团团、浮浮游游球球衣衣菌菌、钟钟虫虫为为主主的的 固固 着着 型型 纤纤 毛毛虫虫 和和 少少 数数 游游 泳泳型型纤纤毛毛虫虫 相当于多污带相当于中污带相当于寡污带43同一类型废水同一类型废水好氧活性污泥法好氧活性污泥法与与生物滤池法生物滤池法处理效果对比处理效果对比项项目目BODCODSS(悬悬浮浮物物)细细菌菌病病毒毒活性污泥法95%69.2%95%98%98%去 除率生物滤池95%69.2%95%95%50%优缺点对比优缺点对比生生物物量量耐耐冲冲击击负负荷荷污污泥泥产产生生量量污污泥泥膨膨胀胀动动力力消消耗耗管管路路堵堵塞塞活

32、性污泥法较较小小较较差差多多发发生生较较合合理理否否生物滤池较较大大较较强强少少不不发发生生较较大大是是44n提问：提问：什么是活性污泥膨胀？什么是活性污泥膨胀？n正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。质急剧变差的现象。n本质本质污泥密度变小或黏附能力下降。污泥密度变小或黏附能力下降。n分分非丝状菌污泥膨胀非丝状菌污泥膨胀与与丝状菌污泥膨胀丝状菌污泥膨胀两类两类45n 曝气力度过大，污泥碎裂膨胀曝气力度过大，污泥碎裂膨胀n提问：原因

33、？提问：原因？n气泡夹带，密度降低；气泡机械破碎；气泡夹带，密度降低；气泡机械破碎；细菌处于对数细菌处于对数期，期，多糖分泌减少多糖分泌减少n缺氧、缺氧、厌氧膨胀漂泥厌氧膨胀漂泥n提问：原因？提问：原因？n二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化N2、CH4)n进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；n提问：原因？提问：原因？n油及泡沫降低污泥密度油及泡沫降低污泥密度46n生物中毒生物中毒（pHpH波动大、补碱过量、温度过高、波动大、补碱过量、温度过高、CODcrCODcr浓度骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某浓度骤然升高、

34、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）n原因？原因？n细菌细菌休克死亡、粘液分泌减少休克死亡、粘液分泌减少n新污泥膨胀现象新污泥膨胀现象n未驯化污泥对新类型废水不适应，未驯化污泥对新类型废水不适应，不沉降或沉降不沉降或沉降极慢，极慢，长时间曝气驯化后恢复正常；长时间曝气驯化后恢复正常；n提问：原因提问：原因？n类似中毒类似中毒47nBOD/N过高过高n假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀n大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性假丝状假丝状生长或后生动物钻噬而形成的膨胀污泥。生长或后

35、生动物钻噬而形成的膨胀污泥。（很（很少见）少见）原因原因高含水率菌胶团占优势高含水率菌胶团占优势48n原因原因 丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长度生长n丝状菌优势生长条件：丝状菌优势生长条件：nA. 曝气池曝气池DO长期维持在较低（长期维持在较低（0.10.2mg/l）nB. 水温过高（水温过高（25）、）、pH过低（过低（6.5）nC. 硫化物过高硫化物过高n硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食 49nC.营养失衡营养失衡n 废水废水C/N比高，比高，N少；无机金属离子较少少；无机金属离子较少n原因原因菌丝体储备营

36、养物稀少、表面积大，在菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在稀溶液稀溶液中争夺营养物质的能力强中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境更适合于贫瘠环境（包括溶（包括溶解氧、各种营养物）的生长解氧、各种营养物）的生长；nD.毒物冲击毒物冲击n原因原因菌丝体耐受能力强菌丝体耐受能力强503.3.污泥膨胀的污泥膨胀的预防预防与与控制控制对策对策n提问：提问：基于上述原理如何基于上述原理如何预防预防污泥膨胀？污泥膨胀？nA.设设调节池调节池(及事故池及事故池)控制高负荷（控制高负荷（BOD、毒物）冲击毒物）冲击nB. 控制溶解氧控制溶解氧n溶解氧浓度必须控制在溶解氧浓度必须控制在34mg/L。nC C 调

37、节废水的营养配比调节废水的营养配比n尽量逼近尽量逼近BOD5与与N和和P的比例的比例BOD5：N：P100：5：1。尿素尿素或或含氮量高的污泥消化池上清液含氮量高的污泥消化池上清液磷酸钠磷酸钠51nD. 改革工艺改革工艺n将活性污泥法改为生物膜法将活性污泥法改为生物膜法n在曝气池中加填料改为生物接触氧化法在曝气池中加填料改为生物接触氧化法nSBR(即序批式间歇曝气反应器即序批式间歇曝气反应器)法法52nA投加投加次氯酸钠次氯酸钠（H2O2n有选择的控制丝状微生物的过渡生长有选择的控制丝状微生物的过渡生长nB投加混凝剂投加混凝剂FeSO4和和FeCl3、干污泥或浓缩消化污干污泥或浓缩消化污泥泥n

38、增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常nC.强化补氮（强化补氮（C:N100：2030）nD.替换污泥替换污泥n最直接的方法最直接的方法53避免控制方法控制方法4.4.微生物泡沫微生物泡沫及其及其预防预防与与控制控制对策对策n气泡附着于大量丝状菌上气泡附着于大量丝状菌上n（NocardiaNocardia spp. and spp. and Microthrix Microthrix parvicellaparvicella）n影响？影响？n飘泥飘泥n产生条件产生条件n(1) (1) 高油脂含量高油脂含量; ;n(2) (2) 污泥龄（污泥总量污泥

39、龄（污泥总量/ /外排剩余污泥外排剩余污泥量）过长（量）过长（99d); d); n(3) (3) 低溶解氧低溶解氧. .54第三节 厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法n废水的厌氧处理主要用于废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理高浓度有机废水的前处理;n一、厌氧法的优点一、厌氧法的优点产生的沼气可用于发电或作为能源产生的沼气可用于发电或作为能源n沼气中的主要成分是甲烷，含量沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，之间，是一种很好的燃料。是一种很好的燃料。以日排以日排COD10t的工厂为的工厂为例，若例，若COD去除率为去除率为80%，甲烷产量为理论的，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲

40、烷时，则可日产甲烷2240m3，其热值相当于其热值相当于3.85t原煤，可发电原煤，可发电5400度电。度电。552 2对营养物的需求量少对营养物的需求量少n好氧方法好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为而厌氧方法为（350500）：）：5：1，相比而言对相比而言对N、P的需求要小的的需求要小的多多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。4 4产生的污泥量少，运行费用低产生的污泥量少，运行费用低n?n繁殖慢；不需要曝气繁殖慢；不需要曝气 n基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了

41、广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点56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；n发酵分解有机物不完全；发酵分解有机物不完全；对温度变化较为敏感；对温度变化较为敏感；n工业中需要设置进水的控温装置，工业中需要设置进水的控温装置，37。厌氧微生物对有毒物质较为敏感；厌氧微生物对有毒物质较为敏感；n经过毒物驯化经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。二、厌氧法的缺点57n4. 4. 初次启动过程缓慢初次启动过程缓慢, ,处理时间长处理时间长n好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要

42、好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天天就可以培育就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要812周周才才可以培育成功可以培育成功 n5 5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n提问：提问：是什么？是什么？n臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体硫化氢气体以及硫醇硫醇、氨气、氨气、有机酸有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。58 三、 厌氧活性污泥法（一）厌氧活性污泥的性质和组成（一）厌氧活性

43、污泥的性质和组成n由由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。形成的污泥颗粒。n呈呈灰色灰色至黑色，至黑色，n有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；n颗粒厌氧活性污泥的直径在颗粒厌氧活性污泥的直径在05mm以上。以上。n微生物的组成主要有六种：微生物的组成主要有六种：n由外到内由外到内水解细菌水解细菌、发酵细菌发酵细菌、氢细菌和乙酸菌氢细菌和乙酸菌、甲甲烷菌烷菌 、硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌、厌氧原生动物厌氧原生动物其中其中产甲烷丝菌产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心

44、骨架是厌氧活性污泥的中心骨架59（二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理n复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、水解阶段、发发酵阶段（又称酸化阶段）、酵阶段（又称酸化阶段）、 产乙酸阶段产乙酸阶段、产甲烷阶产甲烷阶段段n框图表示见下图框图表示见下图 1水解阶段水解阶段在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物2 2发酵阶段发酵阶段 梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌、拟杆菌等拟杆菌等酸化细菌酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类

45、、乳酸、二氧化碳、氢分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等气、氨等60复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵3 3产乙酸产乙酸硫酸盐还原硫酸盐还原4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷硫酸盐还原61n上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌乙酸菌。同时水中有硫酸盐。同时水中有硫酸盐时，还会有时，还会有硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。参与产乙酸过程。n乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷乙酸、氢气、碳酸、

46、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及和以及甲烷菌甲烷菌细胞物质。细胞物质。n经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。62（三） 厌氧活性污泥处理的工艺流程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63四、厌氧生物膜法n主要指主要指厌氧滤器（厌氧滤器（AF）沼气出水 进水64五、厌

47、氧生物反应器发展n工作原理工作原理n2 2级级( (平流沉淀平流沉淀+ +厌氧污泥消厌氧污泥消化化) )全国各地使用广泛，为生活污水的预处理液固分离及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器第一代厌氧反应器化粪池化粪池n缺点：缺点：污泥量少、污泥量少、易被带出，静态易被带出，静态消化消化 65n克服了第一代的缺点 第二代厌氧反应器 UASBUASB反应器反应器influentSludge bed污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集effluent66工业级UASB装置http:/www.fkk.co.jp/e/ourbusiness/water-body2-e.htmlhttp:/ UASB 反

48、应器完全混合型EGSB反应器厌氧滤池厌氧塘流化床-复合床68n(3)Anaerobic fluidized bed biofilm reactor化工流化床化工流化床原理原理炉灰炉灰等作生物膜等作生物膜载体，载体，生物颗粒流生物颗粒流化化出水外出水外回流回流69 第三代厌氧生物反应器n厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器内循环反应器 升流式污泥床过滤器升流式污泥床过滤器EGSB IC UBF7071，不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理，现在厌氧反应器发展迅速逐渐成处理，现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备。为水处理的新的主力设备。72第四节 生物脱氮和生物除磷n一级标准一级标准n废水废水磷磷含量在含量在005 5mg/Lmg/Ln氨氮氨氮 1515mgmgL L73二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物废废水水好好氧氧脱脱碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水出水回流回流n(一一)微生物脱氮工艺微生物脱氮工艺n活性污泥法典型工艺活性污泥法典型工艺A/O工艺（缺氧、好氧工艺）工艺（缺氧、好氧工艺）74(二)脱氮原理n缺氧反硝化缺氧反硝化反硝化细菌（兼