废水的微生物处理好氧法

6.2废水的微生物处理MicrobiologicalPrincipleofWasteTreatment

我国是水资源不足的国家，人均占有量只有2600m3，相当于世界人均水量的1/4；据预测，到21世纪末我国城市用水量将增加2～3倍。城市的污水年排放量已达400亿吨，绝大部分未经处理就直接排入江河湖海，造成水体不同程度的污染。根据水体自净的原理，人们设计了污水的生物学处理方法。污水的处理分为一级处理和二级处理，有时还有三级处理。一级处理是预处理，其功能是去除砂、浮渣、浮油和除去部分悬浮物。二级处理是去除水中的有机物。废水工业废水生活污水碳水化合物、蛋白质、脂肪、油脂、有机酸、醇、醛、酮、酚碳水化合物蛋白质脂肪洗涤剂含氮物质不含氮物质微生物参与分解好氧微生物好氧分解厌氧微生物厌氧分解废水生物处理法：利用微生物处理废水的方法。根据对氧气的要求好氧生物处理厌氧生物处理生物处理单元：处理废水的微生物处理构筑物处理系统

生态系统：生物与生物、生物与非生物（环境）之间的相互关系。各类处理系统中的微生物都为混合培养的微生物系统废水生物处理中的一些概念(1)概念：

在有氧的条件下借好氧微生物的作用处理废水。又叫废水生物处理。废水中有机物好氧微生物无机物，随水排出微生物细胞物质有机物充足微生物增多有机物少菌体死亡与废水分离O2通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下来。废水的好氧生物处理概述好氧生物处理法AerobicBiologicalTreatment

(2)废水好氧生物处理作用对象●溶解的有机物——直接渗入细胞内被吸收●固体的、胶体的有机物——间接吸收附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，渗入细胞。(3)废水好氧生物处理的优缺点●优点：无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD580～90％●缺点：设备复杂(4)废水好氧生物处理的方法

活性污泥法★、生物膜法★（生物滤池法、生物转盘法）稳定塘（生物塘）法、污水灌溉。

什么是活性污泥？活性污泥中起主要作用的是什么物质？？曝气池中形成的污泥（土壤微生物群）！

菌胶团！活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术6.2.1.2好氧活性污泥法ActivatedSludgeProcesses(1)什么是好氧活性污泥

好氧活性污泥是在曝气状态下由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与污(废)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。

活性污泥的形成是一种自然现象。例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并持续维持水中的溶解氧，那末经过一段时间后，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，这就是典型的好氧活性污泥。微生物在设备中呈悬浮状态(2)好氧活性污泥的组成和性质

1）组成

好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。2）好氧活性污泥的性质

颜色以棕褐色为佳

黑色说明厌氧、白色说明无机物过多含水率在99％左右

密度为1.002~1.006大小为0.02~0.2mm比表面积为20~100cm2／mL之间弱酸性(pH约为6.7)当进水改变时，对进水pH的变化有一定的承受能力。

(3)好氧活性污泥中的微生物群落

中心是能起絮凝作用的细菌形成的菌胶团，在其上生长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等)。A．菌胶团

在微生物学领域里，将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚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。活性污泥中的微生物

提问：菌胶团有哪些功能？①吸附和氧化分解有机物；

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99%,有107~108个/mL，他们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，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。②菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境；

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、自身作为动物食料。

a.菌胶团的功能

为什么细菌会形成菌胶团？？①粘性多糖的粘着作用很多细菌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，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②纤维素性质多糖的勾连作用

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，据分析这些物质的成分也是多糖，如图所示活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片

提问：这些纤维素从何而来？

细菌的胞外分泌物③原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用；

实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；

小口钟虫c.菌胶团中的细菌

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70％，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌见下表

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定工业废物起主要降解作用的细菌细菌名称细菌名称细菌名称动胶菌属(优势菌)短杆菌属微球菌属丛毛单胞菌属(优势菌)固氮菌属黄杆菌属产碱杆菌属(较多)亚硝化单胞菌属无色杆菌属棒状杆菌属(较多)假单胞菌属节杆菌属芽孢杆菌属病原细菌（偶尔）大肠埃希氏菌产气杆菌属

B．活性污泥中的其它微生物

在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后生动物。它们的数量相比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、草履虫和后生动物中的轮虫。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)、温度、供氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。活性污泥原生动物(4)好氧活性污泥净化废水的作用机理

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

用框图表示见下图

活性污泥净化废水的作用机理

后处理生物处理（二级处理）

化学营养物曝气池沉淀池污泥回流净水外排预处理

（一级处理）

污泥及余渣消化罐活性污泥的优势：

（1）可以连续反复使用好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，且易于分离，而化学药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。

（2）可以降解水中的溶解性有机物，这也是物理化学方法难以做到的。

泥水分离良好，出水清澈(5)好氧活性污泥运行中微生物造成的问题

常见故障：二次沉淀池中固液分离（泥水分离）出现问题。起因：污泥絮状体的结构不正常。

絮体不稳定、破裂细菌不凝聚，为游离个体。原因：■低溶氧、低pH值现象：污泥在沉淀池中呈悬浮状，高浓度地随水流流出。由“硬”洗涤剂的使用而引起诺卡氏菌属的丝状微生物超量生长，气泡又附着在诺卡氏菌的菌体上。温度>18℃，长泥龄（>9天）利于该菌生长。A不凝聚B起泡沫（厚、棕色泡沫）■在过度曝气时，紊流剪切絮块成碎块。含有阻止生物降解的表面活性剂的洗涤剂概念：活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮水面，比重减轻，随着水流而排出。该异常现象称之。由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起称活性污泥丝状膨胀。造成的结果：稀薄污泥回流至曝气池。

出水BOD5升高。C污泥膨胀活性污泥丝状膨胀的成因

活性污泥丝状膨胀的致因微生物诺卡氏菌属（Nocardia）、浮游球衣菌（Sphaerotikus）、微丝菌属（Microthrix）、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等

环境因素

温度溶解氧可溶性有机物及其种类有机物浓度◆BOD:N及BOD:P很高，特别N不足（BOD:N:P=100:5:1)◆进水中低分子碳水化合物过多◆水温低◆溶氧低◆低pH◆重金属等有毒物流入多。◆调节水的酸碱度◆控制有机负荷、营养比例◆添加铁盐（FeCl25-50mg/L)、铝盐(10-100mg/L)、氯(10-20mg/L)、

H2O2(40-200mg/L），前两者连续添加，后两者间歇添加。◆控制溶解氧浓度（曝气池2mg/L)产生原因：防止措施：控制活性污泥丝状膨胀的对策

控制溶解氧：溶解氧浓度一般应控制在2mg/L以上。控制有机负荷活性污泥要保持正常状态，BOD污泥负荷在0.2～0.3kg/kgMLSS·d为宜。改革工艺北京市高碑店污水处理厂全貌

高碑店污水处理厂的一次沉淀地（75m×28m×2.5m，共有24个，其出水进曝气池）

高碑店污水处理厂的曝气池（95m×28m×6m，共有24座，其出水进二次沉淀池）

高碑店污水处理厂的二次沉淀池（直径50m，有效深度4m，共有24座，其出水达标排放）

高碑店污水处理厂污泥消化池（直径20m，有效深度25m，共有16座，消化好氧池排放的污泥，每天可产生沼气近20000m3）生物膜法AerobicBiofilmProcesses包括：生物滤池（以此为例）生物转盘生物接触氧化法生物流化床生物膜法又称固定膜法。是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法.主要去除废水中溶解的和胶体的有机污染物。微生物为附着型

相对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含的微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各种污染物，具有速度快、效率高的特点。

什么是生物膜？（Biofilm）

微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。是一个生态系统。

结构由两部分组成附着生物体液膜好氧微生物（膜外层）厌氧微生物（接触滤料）附着水层流动水层

膜内生物不停挖洞，膜多孔。大量有机物在好氧区被分解。厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成滤料生物膜的基本结构和污染物降解过程

生物膜法的基本流程

生物膜法的类型生物膜法根据其所用设备不同可分为生物滤池、塔式滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床等。生物滤池A.结构三个主要部分滤床布水系统排水系统池体滤料生物滤池的结构图1旋转布水器2滤料3集水沟4总排水沟5渗水装置

滤料滤料是生物膜赖以生存的载体。滤料应具备以下特性：（1）能为微生物的栖息提供大量的表面积。（2）能使废水以液膜状均匀分布在其表面。（3）有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔隙流到池底。保证有良好的通风。（4）适合于生物膜的形成与黏附（5）有较好的机械强度，不易变形与破碎。滤料的材料：碎石、卵石、炉渣。近年使用塑料滤料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）生物滤池的结构

布水系统作用是将废水均匀地喷洒在滤料上。

排水系统滤床底部，作用是收集、排出处理后的废水保证滤池通风。旋转布水器示意图生物滤池的结构滴滤系统示意图

B.生物滤池工作的基本原理

在滤池内设置固定的滤料，当废水自上而下滤过时，由于废水不断与滤料接触，微生物在滤料表面繁殖，逐渐形成生物膜。生物膜是由多种微生物组成的一个生态系统。当生物膜形成并达到一定厚度时，氧就无法透入生物膜内层，造成内层的厌氧状态，使生物膜的附着力减弱。此时，在水流的冲刷下，生物膜开始脱落。随后在滤料上又会生长新的生物膜。如此循环往复，废水流经生物膜后得以净化。生物滤池的结构图C.生物滤池中的微生物污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季2～4周形成生物膜。冬季需2个月。

细菌：多数为G-，能形成菌胶团。无色杆菌、黄杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫细菌真菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌

藻类：小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面）

原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫后生动物：轮虫、线虫。

填料上的微生物细胞

上海金山塔滤(2)旋转生物接触氧化系统（RotatingBiologicalContactor,RBC）或生物转盘。

一系列圆盘结构装置部分浸没于污水中，部分在空气中并不断地旋转，这样便保持了良好的通气效果及与污水的接触，从而在圆盘上形成了“生物膜”。“生物膜”有两层结构，外层主要由丝状菌等好氧微生物组成，内层由包括脱硫弧菌在内的厌氧微生物构成。因此这样的“生物膜”具有去除BOD及无机物（主要是硫酸盐）的功能。生物转盘处理系统与滴滤系统相比，具有占地少、效率高、运行稳定等优点，但其前期投资较大。这种系统已经成功地用于处理城市污水和各种工业废水。

生物转盘工艺流程示意图

生物转盘反应器

好氧生物处理技术进展(1)活性污泥系统的进展A.氧化沟又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。荷兰卫生工程研究所于20世纪50年代研制开发的。第一座氧化沟是1954年由巴斯维尔（Pasveer）设计并投入运行。一般主要用于日处理水量在5000m3以下的城市废水和有机废水。

优点：对水温、水质、水量的变动有较强适应性。产泥量低，排泥量少。