水处理生物学-第11章-污水生物处理系统中的主要微生物

第十一章

污水生物处理系统中的

主要微生物1本章主要内容2污水生物处理的基本原理有机污染物好氧生物处理的基本原理及其主要微生物有机污染物厌氧生物处理的基本原理及其主要微生物无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物生物处理法对污水水质的要求11.1污水生物处理的基本原理好氧处理厌氧处理一、污水生物处理的基本原理二、污水生物处理的基本类型悬浮生长型：活性污泥法附着生长型：生物膜法利用微生物处理污水的方法叫生物处理法。3生物滤池、曝气池、厌氧消化池45三、污水生物处理系统中的微生物生物处理构筑物中包含着一个完整的生态系统。普通活性污泥法的基本流程611.2有机污染物好氧生物处理的基本

原理及其主要的微生物一、污水的好氧生物处理11.2有机污染物好氧生物处理的基本

原理及其主要的微生物

好氧生物处理是在有氧的情况下，利用好氧微生物的作用来进行的。二、活性污泥法处理构筑物内的微生物（一）活性污泥生态学其常见微生物细菌：假单胞菌、无色菌、黄杆菌……丝状菌：硫细菌、霉菌……原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫……后生动物：轮虫7对于正常城市污水的活性污泥混合液，一般：活性污泥中微生物的数量细菌：占主体，可占混合液干重90~95%；线虫：平均100个左右/mL；轮虫：100~200个/mL；

一般为：107~109个/mL；其它后生动物：100个以下/mL；原生动物：可达5000~20000个/mL，其中70~90%为纤毛类；固纤可达1000个以上/mL8对于正常运行的活性污泥，如果出现辐射变形虫、多核变形虫等（肉足虫）增多，可能会出现活性污泥絮体变小，出水会混浊、悬浮固体物（SS）升高。如果这类微生物急增，须进行相应的工艺调整（减小回流污泥量和曝气量）活性污泥中微生物种类、数量的改变具有重要的指示作用在活性污泥恢复过程中，会出现漫游虫、斜管虫、尖毛虫等（游泳型纤毛虫）一旦出现丝状菌增殖的趋势，4~7天后SVI（污泥体积指数）就会急剧上升，甚至会超过200（活性污泥膨胀）9SVI(污泥体积指数)：指曝气池混合液经30min静沉后,相应的1g干污泥所占的容积(以mL计)。即:SVI=SV30/MLSS,

SVI正常以70~100为宜0min15min30min10

活性污泥絮体（絮粒）大小（二）活性污泥法运行中微生物造成的问题微结构宏结构

活性污泥絮体结构

（平均直径）：大粒：>500

m中粒：50~500

m细小：<50

m：絮体形成菌，直径<75

m：丝状菌骨架一般为50~1000

m1112

单细胞原核生物，菌体细胞能排列成丝状，外有一层共有的鞘。属细菌门。活性污泥絮体的宏结构——丝状菌适量13一.铁细菌（ironbacteria）

能在外鞘或原生质内聚集铁的细菌的俗称。

生理特性

4FeCO3+O2+6H2O=4Fe(OH)3↓+4CO2+能量生活在含铁多、含氧少、CO2多的水体中。

14二.硫磺细菌（sulfurbacteria)

能将H2S、S及其它硫化物氧化成硫酸，从中获得能量的一类细菌的统称。

生理特性2H2S+O2→2H2O+2S+

能量硫粒可储存2S+3O2+2H2O→2H2SO4+

能量15贝日阿托氏菌发硫细菌常见属16贝日阿托氏菌发硫细菌常见属17三.球衣细菌（Spherotilus)

球衣细菌有丝状鞘，个体杆状细胞呈链状排列在鞘内，大多具有假分枝。

生理特性

好氧，但在微氧的环境中生长最好。适宜pH值6～8，温度30℃，C/N较高时生长很快。分解有机物能力很强。活性污泥絮体的宏结构——丝状菌适量18活性污泥絮体的宏结构——丝状菌过量19丝状菌适量的活性污泥絮体20丝状菌过多的活性污泥絮体21针状絮体22（1）现象1、不凝聚（或污泥解体）曝气过量造成絮体碎裂，或者毒物进入，冲击负荷，造成细菌不能凝聚成絮体二沉池中出现细小的上浮颗粒，出水混浊，无泥水界面。（2）原因针对性处理（3）对策232.1、针状絮凝物泥龄高细小密实的絮凝体、出水有混浊（尚清澈），但有针絮随水流走（2）原因增大剩余污泥排放，适当提高有机负荷率（F/M）F指的是有机物，M指的是微生物（3）对策（1）现象2、微小絮体24（1）现象2.2、散落状絮凝物泥龄低（污泥未成熟）二沉池表面可看到松散的絮状物悬浮，但出水尚清澈，沉速较慢。（2）原因减小剩余污泥排放量，适当降低F/M（3）对策25（1）现象*3、污泥腐化有死角区产生厌氧有大块污泥上浮，污泥腐败变黑、有恶臭。（2）原因消除死角、改进刮泥设备等（3）对策26（1）现象*4、污泥上浮二沉池停留时间过长、硝酸盐浓度较高，产生了反硝化。污泥在二沉池中呈块状上浮（2）原因增加回流污泥量或及时排泥，在曝气池末端增加供氧（3）对策27对于泡沫问题，应认真观察分析，确认泡沫种类及产生原因，对症下药。5、泡沫（1）启动泡沫。在污泥培养过程中出现这种现象，是正常情况。（2）反硝化泡沫。（4）生物泡沫。

某些诺卡氏菌属的丝状菌与生物泡沫形成有关的微生物28（3）表面活性剂泡沫。①物理法：高速水流、水珠击碎泡沫，安装喷淋管之类，治标不治本。减小SRT，增加剩余污泥量，将丝状微生物排出处理系统。

②化学法：投放化学药剂，如煤油、聚丙烯酰胺等，成本较高。

③生物法：主要针对微生物形成的泡沫，处理方向窄。生物泡沫消除办法29现象6、丝状菌引起的污泥膨胀膨胀后污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少（但较清澈），镜检丝状菌多30活性污泥的丝状菌膨胀的机制在不利的环境中，丝状菌的适应性、竞争力强有机负荷冲击有机负荷的高或低DO低低分子可溶性有机物氮磷营养素的不足有机负荷的影响硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备pH过低，温度高于35度易引起丝状菌生长31活性污泥的丝状菌膨胀的对策控制污泥负荷：控制负荷在

0.2～0.45kgBOD5/(kgMLSS·d)之间为宜控制营养比例：BOD5∶N∶P＝100∶5∶1控制DO：曝气池出口的DO在2mg/L以上加氯、臭氧或过氧化氢投加混凝剂：石灰、FeCl3、高分子絮凝剂。改善污泥的絮凝同时也会增加絮体的强度32胞外多聚物（ECP）分泌过多，呈糊状或果冻状外观7、非丝状菌引起的污泥膨胀又称菌胶团膨胀或黏性膨胀发生的比较少，约占污泥膨胀的10%。温度在20℃以上时易发生丝状菌膨胀，而在低温（15℃以下）、高负荷情况下，可能发生菌胶团膨胀33普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等三、生物膜法及其主要微生物（一）好氧生物膜中微生物群落生物膜微生物：菌胶团为主生物膜面生物：固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类34生物滤池35生物滤池36池体：普通生物滤池在平面上多呈方形或矩形。四周围以池壁，池壁起围挡滤料的作用，一般用砖石或混凝土筑造．池壁要能承受滤料的压力，池壁高度一般应高出滤池表面0.4～0.5m．滤料：滤料是生物滤池的主体，对生物滤池的净化功能有直接的影响。滤料要求：具有较大的比表面积；较大的空隙率；具有较高的机械强度，耐腐蚀性强；价格低廉，能够就地取材。布水装置：布水系统的作用是向滤料表面均匀地布水。普通生物滤池常用的布水系统是固定喷嘴式布水系统。排水系统：生物滤池的排水系统设在滤池的底部，其作用为排除处理后的污水、保证滤池有良好的通风和支撑滤料37优点：（1）处理效果好，BOD5去除率95%以上;（2）运行稳定，易于管理，节省能源。缺点：占地面积大；滤料易堵塞；产生滤池蝇；喷洒污水，撒发臭味。38高负荷生物滤池由滤床（池壁与滤料）、布水装置和排水系统三部分组成。39塔式生物滤池40曝气生物滤池生物转盘4142生物接触氧化43（二）生物膜中微生物的演替规律

若以溶解氧控制考虑生态演替规律的话，主要体现在从生物外表面到滤料(或盘片)表面优势微生物种群变化顺序上，即按好氧→兼性→厌氧的顺序变化。44

若以有机营养因子控制生态演替规律，主要体现在沿废水流向出现的优势微生物种群。在生物滤池的下层(或转盘前边盘片)，有机物浓度高，生物膜厚，主要由菌胶团菌组成；在中层(或盘片)，有机物浓度开始降低，开始大量出现丝状菌，并伴有少量的原生动物，鞭毛虫、游泳型纤毛虫等。在上层(或盘片)如有机物浓度减少，生物膜变薄，种类多，数量少，有柄纤毛虫和轮虫占优势。

4546总之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈现种类依次增多，数量依次减少的变化。微型动物基本上按照鞭毛虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮虫、线虫的顺序出现。11.3有机污染物厌氧生物处理的基本原理及其主要微生物一、参与厌氧处理的微生物一般分为两大类：（1）不产甲烷的微生物

（2）产甲烷细菌47厌氧接触工艺48二、厌氧处理的主要控制因素产甲烷细菌对于温度和酸碱度的反应都相当敏感。一般的产甲烷细菌都是中温性的、最适宜的温度在25～40℃之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在50～60℃之间。在废水厌氧分解处理构筑物内，常采用30～35℃的发酵温度。49产甲烷细菌生长最适宜的pH范围约在6.8～7.2产酸细菌适宜的pH范围较广，在4.5～8之间在实际运行中，有机酸的控制较pH值更为重要，因当酸量积累至足以降低pH值时，厌氧处理的效果已经显著下降，甚至停止产气。在用厌氧法处理废水的应用中，常保持处理构筑物内的pH值在6.5～7.5（最好在6.8～7.2）。50三、厌氧处理的各种反应器应用最普遍的是消化池厌氧消化池、厌氧生物滤池、UASB等51厌氧消化池5253厌氧生物滤池54升流式厌氧污泥床反应器

UASB反应器（Up-flowAnaerobicSludgeBlanket）1进水分配系统2反应区（污泥床、污泥悬浮区）3三相分离器4出水系统5排泥系统UASB反应器55污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化混合液回流A/O生物脱氮工艺污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化一、生物脱氮11.4无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物Anoxic/Oxic，简称A/O工艺56污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化混合液回流A/O生物脱氮工艺污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化一、生物脱氮11.4无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物Anoxic/Oxic，简称A/O工艺57（1）污泥龄（SRT）:大于20~30d（2）溶解氧（DO）：活性污泥DO>2mg/L（4）pH：氨氧化菌：7.0~7.8；亚硝酸氧化菌：7.7~8.1（5）营养物质：

BOD5/TN、氨氮浓度均影响硝化细菌的比例生物膜DO>3mg/L（一）硝化过程的主要影响因素（3）温度：12℃下降，5℃停止；

30℃活性最大，超过30℃酶变性

（6）毒物：重金属、有机物58（二）反硝化过程的主要影响因素（1）营养物质

BOD5/TN>3（2）溶解氧（DO）活性污泥：DO<0.5mg/L；

生物膜：DO<1.5mg/L（3）温度最佳温度40℃，适宜温度20~40℃（4）pH

最适范围：7.0~7.55960部分亚硝化/厌氧氨氧化(PNA)工艺中试研究由纽约城市学院的团队执行

Anammox菌在厌氧条件下，利用硝态氮作为电子受体，能将氨氮直接转化成氮气。PNA工艺只需要氨氧化细菌氧化50%的氨氮，剩下的工作就交给Anammox菌来完成，最大的理论脱氮率能达89%，剩下的11%生成硝态氮。要实现总无机氮80%的去除率，传统硝化反硝化工艺年费用约为250万美元，而PNA只需57万美元！61研究团队举了一个例子，处理5,000m³/d的废水，即使去除率仅为70%，跟传统脱氮工艺相比，PNA工艺每年就能节省110万度电、2,000吨甘油、2,600吨二氧化碳的排放，总节省成本为220万美元。如果纽约市最终采纳PNA工艺作为主要的脱氮工艺，那么在未来几十年，纽约市污水处理所需的曝气量将减少60%，污泥产量减少90%，化学品投加量减少50%，而且不再需要外加碳源。

中试研究由纽约城市学院的团队执行二、生物除磷异染颗粒化学组分为多聚偏磷酸盐（Pi），为磷源和能源贮藏物厌氧分解释放Pi，好氧吸收P合成PiPHB聚β-羟基丁酸盐，是一种碳源和能源的贮藏物有机物厌氧代谢的产物62

能量

能量有机物（BOD5）PHBCO2、H2O有机物：异染颗粒Pi异染颗粒P的变化：厌氧－好氧活性污泥法（Anaerobic/Oxic，A2/O法）除磷工艺流程图回流污泥厌氧池好氧池出水初沉池初沉污泥二沉池剩余污泥63（1）DO/氧化还原电位影响生物除磷的主要因素（2）温度：影响不大（4）NOx－N：

NO3－N<0.2mg/L（3）pH：中性－弱碱性（5）C源：BOD5/TP>15（20~30）（6）SRT：短些好(3.5~7d)厌氧池：Eh>0时不能释磷Eh应控在-200~-300mV好氧池：DO>2mg/L64缺氧好氧二沉池进水回流污泥剩余污泥出水厌氧混合液回流厌氧/缺氧/好氧脱氮除磷