水环境中的污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

第三章水环境中的污染控制与治理的生态工程及微生物学原理环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/20231环境微生物基础教学课件天津工业大学第一节好氧污（废）水的生态系统及生物处理原理一、好氧活性污泥法二、好氧生物膜法

第二节厌氧污（废）水的生态系统及生物处理原理本章内容1/15/20232环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/20233①效率高;

普通活性污泥水处理厂，每天1m3曝气池能转换1~2kg干有机物，100倍于森林。②效果好;

BOD去除率达90%~95%，COD去除率为60%~70%。生物处理的优点③适用范围广（与微生物特点相关）④成本低、运行费用少；⑤可处理的水量大，方法成熟;

生物处理是废水二级处理的首选方法1/15/20234第一节好氧污（废）水的生态系统及生物处理原理环境微生物基础教学课件天津工业大学城市生活污水和工业废水生物处理的方法好氧法厌氧法活性污泥法生物膜法生态系统1/15/20235一、好氧活性污泥法(activatedsludgeprocess)环境微生物基础教学课件天津工业大学生物处理的主体1/15/202361/15/202371.活性污泥的组成和性质环境微生物基础教学课件天津工业大学无机固体有机-各种生物细胞代谢物及残体水中有机质1/15/20238环境微生物基础教学课件天津工业大学

好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧的微生物，少量的厌氧微生物，其上吸附的污水中的有机和无机固体物混凝交织在一起的，形成絮状体的或称绒粒。1/15/20239性质含水率99％；密度为1.002-1.006，混合液中为1.002-1.003，回流污泥中为1.004-1.006；具有生物活性，有吸附，氧化有机物的能力；绒粒的大小为0.02-0.2mm；比表面积20-100cm2/mL；呈弱酸性，pH为6.7；环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202310环境微生物基础教学课件天津工业大学2.活性污泥的形成及存在形式对含有机物和细菌的污水不断曝气，维持足够的溶解氧，经过一定时间后，就会产生絮状的污泥。1/15/202311环境微生物基础教学课件天津工业大学在显微镜下观察，可看到各种微生物——细菌、霉菌、原生动物、后生动物。从外观上看，活性污泥根据废水水质不同有不同的颜色，有褐色、黄色、灰色和铁红色等。轻轻搅动，易于呈悬浮物状；静止片刻，也易沉下。活性污泥无臭味，具有微微的土腥味。

1/15/2023123.好氧活性污泥中的微生物群落及各种群的作用环境微生物基础教学课件天津工业大学产生絮凝体的微生物优势菌属真菌微型后生动物和原生动物丝状菌组成1/15/202313环境微生物基础教学课件天津工业大学产生絮凝体的微生物菌胶团

污泥的絮体形成之前，细菌分泌的粘液体，荚膜或明胶质与细菌体组成了菌胶团，这是活性污泥的结构和功能的中心。

多糖，氨基酸

1/15/202314对有机物有吸附能力和分解的能力；为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境和附着场所；具有指示作用，从菌胶团的透明度，颜色，数量和颗粒大小，结构的松散程度判断活性污泥的性能。环境微生物基础教学课件天津工业大学菌胶团功能：新生的菌胶团颜色浅，无色透明，结构紧密，说明菌胶团生命力旺盛，吸附和分解有机物的能力强。老化的菌胶团颜色深，结构松散，活性不强，吸附和分解能力差。1/15/202315产生絮凝体的微生物有：动胶菌属.*从毛单胞菌属*假单胞菌属*产碱杆菌属*微球菌属无色杆菌属黄杆菌属原生动物，如钟虫环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202316丝状菌：浮游球衣菌——引起污泥丝状膨胀的主要菌属。环境微生物基础教学课件天津工业大学优势菌属:与产絮凝体微生物不同，菌体数量占优势。芽孢杆菌属，棒状杆菌属，螺菌属，大肠菌属，短杆菌属。真菌:青霉属，芽枝霉属，头孢霉属。其存在与水质有很大关系，pH低的水质，含C量多数量和种类不多。1/15/202317环境微生物基础教学课件天津工业大学微型后生动物和原生动物保持活性污泥的物理特性，降解活性、絮凝和沉淀性能，并具有指示作用。

鞭毛类、肉足类和纤毛类1/15/202318a.根据原生动物种类的演替，来判断水质和污水处理的程度。环境微生物基础教学课件天津工业大学微型后生动物和原生动物指示作用细菌植物性鞭毛虫肉足类动物性鞭毛虫游泳型纤毛虫、吸管虫固着型纤毛虫轮虫1/15/202319环境微生物基础教学课件天津工业大学污泥培养初期中期成熟期鞭毛虫游泳型纤毛虫、鞭毛虫钟虫等固着性纤毛虫，盾纤虫，轮虫判断污泥的程度绿眼虫1/15/202320纤毛虫的豆形虫属，草履虫，四膜虫属，屋滴虫属，眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质变差。环境微生物基础教学课件天津工业大学b.通过原生动物的种类判断活性污泥的处理水质的好坏。

1/15/202321纤毛虫的钟虫属，累枝虫属，盖纤虫属，聚缩虫属，独缩虫属，独缩虫属，盾纤虫属，吸管虫属，漫游虫属，内管虫属。轮虫属等出现，说明活性污泥正常，出水水质好。环境微生物基础教学课件天津工业大学b.通过原生动物的种类判断活性污泥的处理水质的好坏。

在0.05ｍl混合液中有50～150只钟虫时，出水良好，COD<50ｍg/Ｌ1/15/202322线虫说明缺氧。环境微生物基础教学课件天津工业大学b.通过原生动物的种类判断活性污泥的处理水质的好坏。

1/15/202323环境微生物基础教学课件天津工业大学c.通过原生动物在恶劣环境中个体形态的改变，来判断进水水质的变化和运行中出现的问题。在溶解氧不足和其它环境条件恶劣时，钟虫由正常虫体向胞囊演变的一系列变态变化。钟虫的变态

形成过程：鞭毛、纤毛等细胞器缩入体内，缩水，并分泌一种胶状物质于体表，凝固成孢壳，均为球状。

胞囊1/15/202324环境微生物基础教学课件天津工业大学原生动物能够吞食有机颗粒，游离的细菌和其它小的生物，起到净化的作用。净化作用原生动物分泌的粘液物协同和促进细菌发生絮凝作用。弯豆形虫的浓度低时，细菌不起絮凝作用，在浓度增加到2.5×103个时，细菌产生很大的絮凝作用。弯豆形虫浓度增大到很大时，产生很大的细菌絮体。钟虫的尾柄也分泌一些粘性物质，使许多尾柄交织在一起，和细菌形成了很大的絮体。

促进絮凝和沉淀的作用1/15/202325环境微生物基础教学课件天津工业大学4.好氧活性污泥的净化作用机理吸附吸收混凝1/15/2023261/15/2023271/15/202328纪庄子污水处理厂氧化沟（中试）1/15/202329环境微生物基础教学课件天津工业大学5.好氧活性污泥的驯化1）菌种来源污水处理厂的曝气池的活性污泥；污水厂集水池污泥；污水厂沉淀池污泥；污水厂废水流经的河流淤泥。

1/15/2023302）菌种驯化

驯化的方法是逐渐增加废水的浓度或流量，可以采用间歇方法或连续方法。环境微生物基础教学课件天津工业大学根据处理水质状况，投加必需的营养物(碳源、氮源、磷源)。1/15/2023313）培养间歇培养：闷曝，将曝气池注满废水，只曝气而不进废水。混合液曝气到开始出现活性污泥絮状体后，即停止曝气，静止沉淀1h～1.5h，排放上清液，再补充废水，继续曝气。不断观察生物相中微生物组成。环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202332连续培养：连续曝气，进水量从小到大逐渐增加，同时增加溶解氧供应量，连续运行一段时间，活性污泥出现并逐渐增多。环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202333环境微生物基础教学课件天津工业大学6.好氧活性污泥的膨胀

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，出水水质急剧变差的现象。本质—污泥密度变小或黏附能力下降。分非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类。1/15/202334活性污泥丝状膨胀：由于丝状细菌的极度生长导致的活性污泥膨胀。

环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202335致因微生物：丝状细菌（浮游球衣菌、发硫菌属、贝日阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属、微丝菌属）或真菌优势过度生长。1/15/202336原因：水温过高（＞25℃）、pH过低（＜6.5）；曝气池DO长期维持在较低（＜0.1~0.2mg/L）；硫化物过高，硫细菌生长过度；营养失衡。废水C/N低；无机金属离子较少。原因——菌丝体储备营养物少、表面积大，在稀溶液中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境（包括溶解氧、各种营养物）的生长。毒物冲击。原因—菌丝体耐受能力强。环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202337生物膜法的处理工艺有：生物滤池（普通，高负荷，塔式），生物转盘，生物接触氧化法。

环境微生物基础教学课件天津工业大学二、好氧生物膜法好氧生物膜法即好氧附着生物处理系统物料载体好氧微生物和兼性厌氧微生物1/15/202338生物滤池环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202339生物滤池环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202340塔式生物滤池环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202341生物膜生物生物膜面生物滤池扫除生物

环境微生物基础教学课件天津工业大学1.好氧生物膜的微生物群落在膜内部;以菌胶团为主浮游球衣菌藻类,净化稳定污水。

在膜的表面；固着性纤毛虫（钟虫，累枝虫，独缩虫）游泳性纤毛虫（盾纤虫，斜管虫，尖毛虫，豆形虫）；促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率。在膜外部轮虫，线虫，寡毛类沙蚕，顠体虫；去除滤池里污泥，防止污泥堵塞的功能。

1/15/202342环境微生物基础教学课件天津工业大学2.生物膜的结构和各部分的微生物上层，营养物浓度高——细菌，少数鞭毛虫。中层，营养物，上层的代谢产物——微生物种类多，菌胶团，浮游球衣菌，鞭毛虫，变形虫，豆性虫，肾形虫。下层，有机物浓度低，低分子有机酸多——菌胶团，浮游球衣菌，固着纤毛虫钟虫和游泳纤毛虫盾纤虫，漫游虫。轮虫。废水填料层1/15/202343环境微生物基础教学课件天津工业大学3.净化机理1/15/202344环境微生物基础教学课件天津工业大学第二节厌氧环境中的活性污泥和微生物群落沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间。厌氧生物处理是在无氧的条件下，利用兼性和厌氧微生物分解有机物的一种生物处理法。

1/15/202345环境微生物基础教学课件天津工业大学厌氧法处理废水的特点：处理中能量要求低，能够产出能源物质——沼气，其中含有50-70％的甲烷。污泥的产量低，厌氧微生物增殖速率比好氧微生物慢。对温度，

pH值，环境因素更敏感，有中温菌，低温菌和高温菌。要求一定的碳氮比，对毒性物质敏感。处理后，厌氧废水中有机物浓度高于好氧处理。厌氧微生物能够降解好氧处理不能降解的有机物。厌氧处理过程较复杂。一、厌氧生物法1/15/202346环境微生物基础教学课件天津工业大学废水调节池热交换器↑37℃厌氧活性污泥反应器气柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥厌氧活性污泥法1/15/202347环境微生物基础教学课件天津工业大学厌氧生物膜法沼气出水进水AF厌氧滤池1/15/202348环境微生物基础教学课件天津工业大学厌氧反应器化粪池UASB反应器厌氧流化床生物膜反应器（AFB)厌氧膨胀颗粒污泥床EGSB升流式污泥床过滤器UBF1/15/202349二、厌氧处理中的甲烷发酵理论及各阶段微生物

厌氧处理中，甲烷发酵的理论先后提出了二阶段，三阶段，四阶段理论。三阶段理论比较完善，目前应用较多的是四阶段理论。

环境微生物基础教学课件天津工业大学产酸产气两大阶段1/15/2023501.第一阶段-水解和发酵纤维素，淀粉水解为单糖，再酵解为丙酮酸；蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇。环境微生物基础教学课件天津工业大学

厌氧发酵性细菌利用胞外水解酶的作用水解进而再发酵的过程。1/15/202351第一阶段的微生物

有纤维素分解菌，蛋白质分解菌，淀粉分解菌和脂类分解菌。专性厌氧菌有梭菌属，拟杆菌属，丁酸弧菌属，真细菌，双歧杆菌属；兼性厌氧的有链球菌和肠道菌，假单胞菌属，芽孢杆菌属，变形菌属，产碱杆菌属，产气杆菌属，大肠杆菌属等。发酵性细菌数量108~109/mL混合液，1010~1011/g挥发性固体。环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202352环境微生物基础教学课件天津工业大学分解纤维素半纤维素的微生物：兼性厌氧的蜡状芽孢杆菌，铜绿色假单胞杆菌，类产碱杆菌，假单胞菌属的一类菌。分解淀粉的微生物：变形微球菌，尿素微球菌，亮白微球菌、芽孢杆菌属的某些菌、假单胞菌属。分解类脂微生物：产色荚膜梭菌。分解蛋白质的微生物：蜡状芽孢杆菌，环状芽孢杆菌，球形芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌，脱氮假单胞菌属。1/15/2023532.第二阶段-产氢，产乙酸阶段分解为CH3COOH和H2。

环境微生物基础教学课件天津工业大学丙酸琥珀酸丁酸乙醇长链脂肪酸芳香酸及醇产氢、产乙酸微生物pH的变化pH下降pH上升6.6-6.8

大量有机酸类产生蛋白质，含氮有机物的分解，生成氨，碳酸盐，胺类物质等碱性物质

1/15/202354产氢产乙酸微生物包括：互营单胞菌属，互营杆菌属，梭菌属，暗杆菌属。将挥发性的脂肪酸降解为乙酸和氢气。硫酸还原菌如脱硫弧菌

环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/2023553.第三阶段——产甲烷阶段环境微生物基础教学课件天津工业大学CH3COOHH2CO2COH2OCH3CH2OHCH3OHHCOOH两组生理性质不同的专性厌氧菌群CH4简单的含碳有机物1/15/202356产甲烷机制：氢气和二氧化碳或一氧化碳的合成甲烷——28％的甲烷来自合成。

环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202357乙酸分解为甲烷和二氧化碳。或利用甲酸，甲醇，甲基胺裂解为甲烷——72％的甲烷来自酸的裂解。

环境微生物基础教学课件天津工业大学1/15/202358环境微生物基础教学课件天津工业大学其它产生甲烷机制：****1/15/202359产甲烷菌：对温度要求严格，有中温菌30-35℃，低温菌10-15℃，高温菌50-55℃；pH值要求严格，适应的