微生物在水污染治理中的作用

第九章微生物在水污染治理中的作用第一节水体的自净作用有机污染物排入水体后，水中的好氧细菌将有机物氧化分解，同时进行繁殖。当水体中有机污染物浓度很高时，大量细菌的生长繁殖会迅速耗尽水中的溶解氧，使水中出现缺氧或厌氧状态，导致鱼类、好氧原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡。厌氧细菌大量繁殖对有机物进行厌氧分解。随着有机物的降解，水中BOD浓度不断下降。当有机物分解殆尽后，细菌失去营养源，其数量会减少，而光能自养型微生物利用水中溶解的无机物大量繁殖，随着无机营养物的消耗，使光合自养型微生物数量也减少，水体BOD、溶解氧恢复到原有水平，自净过程完成。一、水体的自净二、污水系统及污化指示生物

污化系统及指示生物污化系统多污带α－中污带β－中污带寡污带水色暗灰色灰色浊度低清澈溶解氧极低或无低升高恢复正常BOD＞10mg/L5～10＜5＜3H2S强烈H2S气味H2S气味没有无无细菌（个/mL）100万以上10万以上10万以下100以下指示生物以厌氧细菌、兼性细菌为主，还有变形虫、水蚯蚓。无鱼类、显花植物细菌、蓝藻、绿藻、裸藻、游泳型纤毛虫、轮虫、水蚯蚓硅藻、绿藻、鼓藻、固着型纤毛虫，出现水生植物、轮虫、水蚤、昆虫金鱼藻、硅藻、黄藻、钟虫、旋轮虫、浮游甲壳动物、水生植物、鱼三、污、废水生物处理方法分类区别好氧生物处理法厌氧生物处理法有机物降解彻底不彻底耗时短长臭气无臭气大且出水颜色深曝气设备需要、较复杂不需要动力消耗大小且产能处理有机物浓度不能过高很高构筑物容积很大较大处理对象城市污水或其它低浓度有机废水高浓度有机废和污泥达标排放一般可以需与好氧方法联用才能达标排放常见类型活性污泥法、生物膜法厌氧消化法第二节活性污泥法中的微生物及其作用1、活性污泥的性质颜色：黄褐色；水质不同，也可呈深灰、灰褐、灰白色等。大小：绒絮状颗粒大小约为0.02mm～0.2㎜；密度：比重约为1.002～1.006。2、活性污泥生物相生物相主要有：细菌、原生动物、霉菌、轮虫、线虫等。细菌以菌胶团形式构成活性污泥的主体、丝状微生物是活性污泥的骨架。一、活性污泥的性质和生物相二、活性污泥法的生物净化机理有机质＋微生物＋氧微生物细胞增长CO2、H2O、SO42－、NH3、PO43－等＋能量热能释出随水排出由于活性污泥表面积很大（2000~10000m2/m3混合液），具有很强的吸附能力，可以吸附废水中的有机物。废水与活性污泥接触后，其中有机质可以在约1～30min的短时间内被吸附到活性污泥上。还可以吸附某些金属离子，使之与有机物形成络合物而得以去除。1、生物吸附2、氧化分解有机物分解有机物O2微生物合成细胞物质（微生物的增殖）CO2、H2O、NH3、SO42－、PO43－+能量3、其它微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。三、活性污泥中微生物的指示作用1、原生动物和微型后生动物的指示作用

在污水处理生态系统中形成了一条特定的食物链，即细菌→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。（1）根据生物演替判断活性污泥的成熟程度a、活性污泥培养初期以鞭毛虫、变形虫为优势种；b、活性污泥培养中期以游泳型纤毛虫、鞭毛虫为优势种；c、活性污泥培养成熟期以钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫为优势种。（2）根据据生物种类类判断活性性污泥和处处理水质的的效果a、出现大大量固着型型的纤毛虫虫和楯纤虫虫、轮虫时时，说明活性污泥泥状况良好好，废水中中溶解氧适适当，出水水水质好；b、当游泳泳型纤毛虫虫和鞭毛虫虫、根足虫虫等出现，，说明活性污泥结结构松散，，出水水质质差，运转转不正常，必须采采取调节措措施；c、当出现现线虫则说说明缺氧。。（3）根据据生物形态态和数量的的变化判断断处理条件件在生物处理理过程中，，运行条件件的突然变变化（如进进水水量、、有机物浓度、溶解解氧、温度度、pH值值、有毒物物质等），，会影响处处理效果。。通过镜检中原生生动物形态态和数量的的变化情况况，了解进进水水质及及运行条件件正常与否，进进而采取相相应的措施施。如当溶解氧氧不足或其其他环境条条件恶化时时，钟虫会会变得不活活跃或数量减少、或或虫体变态态尾柄脱落落，产生次次生纤毛环环呈游泳生生活；继而而虫体变成胞囊囊或虫体变变长直至死死亡。如废废水水质改改善，环境境条件恢复复正常，虫体可可恢复原状状及活力。。2、丝状微微生物的指指示作用丝状微生物物附着于菌菌胶团上或或与之交织织在一起，成为活活性污泥的的骨架。其中，硫磺磺细菌能将将水中硫化化氢氧化为为硫，并以以硫粒形式存存于体内。。当水中溶溶解氧高时时（大于1mg/L），体内内硫粒可进进一步氧化化而消失。。因此，通通过对硫磺细细菌体内硫硫粒存在与与否的观察察，可间接接推测水中溶解解氧的状况况。四、活性污污泥的培养养与驯化在城市污水水或与之类类似的工业业废水中，，由于营养养和菌种都已具具备，可调调整BOD5至200mg/L～300mg/L后，在在曝气池内连连续曝气，，一般在15℃～20℃下经经一周左右右就会出现活性性污泥絮状状体。培养养过程中，，要及时适适当地换水和排放剩剩余污泥，，以补充营营养和排出出代谢产物物。换水可采取间断断换水或连连续换水方方式。（一）活性性污泥的培培养1、间断换换水混合液在曝曝气到开始始出现活性性污泥絮状状体后，即即停止曝气，静静止沉淀1h～1.5h，排排放约占总总体积60％～70％的上清液液，再补充充生活污水水或粪便水水，继续曝曝气。当污泥沉降比比大于30％时，说说明池中混混合液污泥泥浓度已满满足要求。第第一次换水水后，应每每天换水一一次，这样样重复7d～10d，便可可达到活性性污泥成熟熟。2、连续换换水当池容积大大采用间断断换水有困困难时，可可改用连续续换水。即当当池中出现现活性污泥泥絮状体后后，可连续续地向池内投加生生活污水，，并连续地地出水和回回流，其投投加量可控制在池池内每天换换水一次的的程度，回回流量可采采用进水量的50%，污泥泥经两周左左右即可培培养成熟。。如果工业废废水的性质质与生活污污水相差很很大时，用用生活污水培养养的活性污污泥须用工工业废水进进行驯化。。驯化的方法是混合合液中逐渐渐增加工业业废水的比比例，直到到达到满负荷。为了缩短培培养和驯化化时间，可可将两个阶阶段合并起起来进行。就是是在培养过过程中，不不断地加入入少量的工工业废水，使微生生物在培养养过程中逐逐渐适应新新的环境。。（二）活性性污泥的驯驯化五、活性污污泥性能监监测1、生物相相观察2、SV（（污泥沉降降比）是指曝气池池混合液在在量筒中静静置30min，其其沉淀污泥泥与原混合液液的体积比比，以％表表示，该指指标能够相相对地反映污泥浓度度和污泥的的凝聚、沉沉降性能，，用以控制制污泥的排放量和早早期膨胀。。最好2h～4h测测定一次。。3、MLSS(污泥泥浓度)表示活性污污泥微生物物量的相对对指标，其其单位用mg/L。。通常MLSS＝＝1500mg/L～2000mg/L。。4、SVI（污泥指指数）是指曝气池池混合液经经30min静沉，，1g干污污泥所占的的体积，单位为mL/g，该该指标能够够更好地评评价污泥的的凝聚性能能和沉降性性能，其值过过低，说明明泥粒细小小、密实，，无机成分分多；过高高又说明污泥沉降降性能不好好，将要或或已经发生生膨胀现象象。城市污水处处理活性污污泥的SVI值介于于50ml/g～150ml/g之间。六、活性性污泥膨胀胀和控制对对策提问：什么是活性性污泥膨胀胀？正常的活性性污泥颗粒粒体积膨胀胀，继而分分裂为沉降降性很差的的小颗粒污污泥，引起起二沉池池池面飘泥严严重，出水水水质急剧剧变差的现现象。本质—污泥密度变变小或黏附附能力下降降。分非丝状菌污污泥膨胀与丝状菌污泥泥膨胀两类1.非非丝状污泥泥膨胀①曝气力度过过大，污泥泥碎裂膨胀胀提问：原因因——？气泡夹带,密度降低低；气泡机机械破碎；；细菌处于对对数期多糖分泌减减少②缺氧、厌氧膨胀漂漂泥提问：原因因——？二沉池底部部淤泥厌氧氧产气（反反硝化N2、CH4)③进水水质有有过量的表表面活性物物质和油脂脂类化合物物；提问：原因因——？油及泡沫降降低污泥密密度④生物中毒（pH波动动大、补碱碱过量、温温度过高、、CODcr浓度骤骤然升高、、含酚及其其衍生物，，醇、醛和和某些有机机酚、硫化化物、重金金属及卤化化物过高等等）污泥膨胀原因——？？细菌——休克死亡、、粘液分泌泌减少⑤新污泥膨胀胀现象未驯化污泥泥对新类型型废水不适适应，不沉降或沉沉降极慢，长时间曝气气驯化后恢恢复正常；；提问：原因因——？类似中毒⑥BOD/N过高⑦假菌丝或后后生动物钻钻噬污泥膨膨胀大肠埃希氏氏菌及芽孢孢杆菌形成成暂时性假丝状生长长或后生动动物钻噬而而形成的膨膨胀污泥。。（很少见）原因—高含含水率菌胶胶团占优势势原因——丝状细菌（（球衣菌、、硫细菌））或真菌优优势过度生生长丝状菌优势势生长条件件：A.曝气池DO长期维持在在较低（＜0.1~0.2mg/l）B.水温过高（（＞25℃）、pH过过低（＜6.5）C.硫化物过高高硫细菌（丝丝状菌一种种）以硫化化氢为食2.丝丝状污泥膨膨胀（95％污污泥膨胀））

C.营养失衡废水C/N比高，N少；无机机金属离子子较少原因——菌丝体储备备营养物稀稀少、表面面积大，在在稀溶液中争夺营养养物质的能能力强，更适合于贫贫瘠环境（包括溶解解氧、各种种营养物））的生长；D.毒物冲击原因—菌丝体耐受受能力强3.污泥膨膨胀的预防与控制对策提问：基于上述原原理如何预防污泥膨胀？？A.设调节池(及及事故池)控制高负荷荷（BOD、毒物））冲击B.控制溶解氧氧溶解氧浓度度必须控制制在3～4mg/L。C调节废水的的营养配比比尽量逼近BOD5与N和P的的比例BOD5：N：P＝＝100：：5：1。补N——尿素或含氮量高的的污泥消化化池上清液液补P——磷酸钠钠D.改革工艺艺将活性污污泥法改改为生物物膜法在曝气池池中加填填料改为为生物接接触氧化化法SBR(即序批批式间歇歇曝气反反应器)法提问：发生后如如何处理理？A．投加加次氯酸钠钠（10~20mg/l内）、H2O2（100~200mg/l内）有选择的的控制丝丝状微生生物的过过渡生长长B．投加加混凝剂剂FeSO4和FeCl3、干污泥泥或浓缩缩消化污污泥增加絮体体密度、、强度，，使已膨膨胀的污污泥恢复复正常C.强化化补氮（（C:N＝100：20～30）D.替换换污泥最直接的的方法避免—控制方法4.微生物泡泡沫及其预防与控制对策气泡附着着于大量量丝状菌菌上（Nocardiaspp.andMicrothrixparvicella））影响？飘泥产生条件件——(1)高高油脂脂含量;(2)污污泥龄龄（污泥泥总量/外排剩剩余污泥泥量）过过长（>9d);(3)低低溶解解氧orsepticity.第二节好好氧生物物膜法生物填料料表面附着着的生物物薄膜进进行污染染物降解解的生物物处理法法。于19世世纪末，，在研究究土壤净净化污水水的过滤滤田的基基础上，，开发并并应用于于生产。。由于效效果不如如后来出出现的活活性污泥泥法，一一度被长长期搁置置，60年代以以后，由由于新型型合成材材料的大大量生产产和环境境保护对对于水要要求的进进一步提提高，生生物膜法法又获得得了新的的发展。。好氧生物物膜法构构筑物有有普通滤池、高负荷荷生物滤滤池、塔塔式生物物滤池，，还有生物转盘盘、接触氧化化法(即浸没没滤池法法)等。生物填料料悬浮型生生物填料料投加量普普通接触触氧化水水解调调节池好好氧或或厌氧流流化床好好氧好好氧氧或厌生物物塘或或厌氧滤滤池反反应池池体积%8-13515-253-540-60悬挂型填填料弹性立体体填料网网片片式立体体填料软性填料料生物填料上的生物膜普通生物物滤池生物转盘一、好氧氧生物膜膜中的微微生物群群落根据位置置与功能能不同———生物膜生生物、生生物膜面面生物及及滤池扫扫除生物物。普通滤池池内生物物膜的微微生物群群落表横向纵向各不相同同滤扫生物物膜面生物物膜生物2~3mm0.3mm好氧区生物滤池池（塔））中的分分层特征征表相当于多污带相当于中污带相当于寡污带同一类型型废水好氧活性性污泥法法与生物滤池池法处理效果果对比据《微生生物生态态学》优缺点对对比第三节厌厌氧活性性污泥法法和厌氧氧生物膜膜法废水的厌厌氧处理理主要用用于高浓度有有机废水水的前处处理;一、厌氧氧法的优优点提问：优点有哪哪些？1．产生的沼沼气可用用于发电电或作为为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电5400度电。2．对营养养物的需需求量少少好氧方法法BOD：N：：P=100：：5：1，而厌氧方方法为（350~500）：：5：1，相比而言言对N、、P的需需求要小小的多，因此厌厌氧处理理时可以以不添加加或少添添加营养养盐。4．产生的的污泥量量少，运运行费用用低?繁殖慢；；不需要要曝气基于这些些优点，，厌氧处处理在食食品、酿酿造、制制糖等工工业中得得到了广广泛的应应用。但但厌氧处处理也存存在缺点点提问：？？1．出水的有有机物浓浓度高于于好氧处处理；发酵分解解有机物物不完全全；2．对温度变变化较为为敏感；；工业中需需要设置置进水的的控温装装置，37℃。。3．厌氧微生生物对有有毒物质质较为敏敏感；但经过毒毒物驯化化处理的厌厌氧菌对对毒物的的耐受力力常常会会极大地地提高。。二、厌氧氧法的缺缺点4.初初次启动动过程缓缓慢,处处理时间间长好氧处理理体系的的活性污污泥或生生物膜通通常只需需要7天就可以培培育成功功，而厌厌氧处理理体系的的活性污污泥或生生物膜一一般需要要8~12周才可以培培育成功功5．处处理理过过程程中中产产生生臭臭气气和和有有色色物物质质提问问：：是什什么么？？臭气气主主要要是是SRB形成成的的具具有有臭臭味味的的硫化化氢氢气气体体以及及硫醇醇、氨气气、、有有机机酸酸等的的臭臭气气。。同同时时硫硫化化氢氢还还会会与与水水中中的的铁铁离离子子等等金金属属离离子子反反应应形形成成黑色色的的硫硫化化物物沉淀淀，，使使处处理理后后的的废废水水颜颜色色较较深深，，需需要要添添加加后后处处理理设设施施，，进进一一步步脱脱色色脱脱臭臭。。三、、厌厌氧氧活活性性污污泥泥法法（一一））厌厌氧氧活活性性污污泥泥的的性性质质和和组组成成由兼性性厌厌氧氧菌菌和和专专性性厌厌氧氧菌菌与与废废水水中中的的有有机机杂杂质质形成成的的污污泥泥颗颗粒粒。。呈灰色色至黑色色，有生生物物吸吸附附作作用用、、生生物物降降解解作作用用和和絮絮凝凝作作用用，，有有一一定定的的沉沉降降性性能能；；颗粒粒厌厌氧氧活活性性污污泥泥的的直直径径在在0．．5mm以上上。。微生生物物的的组组成成主主要要有有六六种种：：由外外到到内内水解解细细菌菌、发酵酵细细菌菌、氢细细菌菌和和乙乙酸酸菌菌、甲烷烷菌菌、硫酸酸盐盐还还原原菌菌、厌氧氧原原生生动动物物其中中产甲甲烷烷丝丝菌菌是厌厌氧氧活活性性污污泥泥的的中中心心骨骨架架（二二））厌厌氧氧活活性性污污泥泥净净化化废废水水的的作作用用机机理理复杂杂污污染染物物的的厌厌氧氧降降解解过过程程可可以以分分为为四四个个阶阶段段水解解阶阶段段、、发酵酵阶阶段段（（又又称称酸酸化化阶阶段段））、、产乙乙酸酸阶阶段段、产甲甲烷烷阶阶段段框图图表表示示见见下下图图1．．水水解解阶阶段段在细细菌菌胞胞外外酶酶的的作作用用下下大大分分子子的的有有机机物物水水解解为为小小分分子子的的有有机机物物2．．发发酵酵阶阶段段梭