1、 第第十十章章 微生物与环境污染控制与治理微生物与环境污染控制与治理 第一节第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统污（废）水生物处理中的微生物生态系统 废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分为分为好氧处理好氧处理和和厌氧处理厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，可分为悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法活性污泥法和和生物膜法。生物膜法。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。一、好氧活性污泥法一、好氧活性污泥法 1、好氧活性污泥中的微生物、
2、好氧活性污泥中的微生物（1）好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质 好氧活性污泥好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机固生物）与污（废）水中的有机和无机固体物混凝交织在一起所形成的絮状体。体物混凝交织在一起所形成的絮状体。组成：组成：微生物（好氧、兼性及少量厌微生物（好氧、兼性及少量厌氧）氧）+固体杂质（有机和无机）固体杂质（有机和无机）性质：絮状，大小为性质：絮状，大小为0.020.020.2mm0.2mm，比，比表面积在表面积在20 20 100cm100cm2
3、2/ml/ml；含水率在；含水率在99%99%，比重比重1.002 1.002 1.0061.006，具有沉降性能具有沉降性能；pHpH在在6 6 7 7，弱酸性，弱酸性，具一定的缓冲能具一定的缓冲能力力；处理生活污水的活性污泥一般为黄；处理生活污水的活性污泥一般为黄褐色，工业污水则与水质有关；褐色，工业污水则与水质有关；具有生具有生物活性，能吸附氧化有机物。物活性，能吸附氧化有机物。（2）好氧活性污泥的存在状态）好氧活性污泥的存在状态 悬浮状态悬浮状态（3）好氧活性污泥的微生物群落）好氧活性污泥的微生物群落 好氧活性污泥的结构和功能的中心是好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团菌胶团。在其上
4、面生长有。在其上面生长有其他微生物其他微生物，如如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及微型后生动物生动物及微型后生动物等。等。活性污泥的活性污泥的主体细菌主体细菌（优势菌）来源于土壤、（优势菌）来源于土壤、水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如动胶动胶菌属菌属和和丛毛单胞菌属丛毛单胞菌属，还有其他的革兰氏阴性，还有其他的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。好氧活性污泥的细菌能迅菌和革兰氏阳性菌。好氧活性污泥的细菌能迅速稳定废水中有机污染物，有良好的自我絮凝速稳定废水中有机污染物，有良好的自我絮凝能力和沉降性能。能力和沉降性能。构成活性污
5、泥的微生物种群相对稳定，但当营构成活性污泥的微生物种群相对稳定，但当营养条件、温度、供氧、养条件、温度、供氧、pHpH等环境条件改变，会等环境条件改变，会导致优势种群的改变。导致优势种群的改变。（4 4）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 常用常用MLSSMLSS（混合液悬浮固体）或（混合液悬浮固体）或MLVSSMLVSS（混合液（混合液挥发性悬浮固体）来表示活性污泥中微生物的挥发性悬浮固体）来表示活性污泥中微生物的浓度，即浓度，即1L1L活性污泥混合液中所含的固体或挥活性污泥混合液中所含的固体或挥发性固体物质的量发性固体物质的量。一般城市污水处理中，一般城市污
6、水处理中，MLSSMLSS在在2000-3000mg/L2000-3000mg/L，工业废水在工业废水在3000 mg/L3000 mg/L左右，高浓度工业废水在左右，高浓度工业废水在3000-5000 mg/L3000-5000 mg/L。1ml1ml好氧活性污泥中的细菌数在好氧活性污泥中的细菌数在10107 7-10-108 8个个。显微镜下的活性污泥显微镜下的活性污泥 2、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 好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程：好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程：（1）在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性）在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性
7、微生物吸附废水中的有机物；微生物吸附废水中的有机物；（2）活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有）活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时微生物合成自身细胞。机物为小分子有机物，同时微生物合成自身细胞。污（废）水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，污（废）水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化。细菌吸收，进而无机化。（3）原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解）原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解彻底的有机物和游离细菌。彻底的有机物和游离细菌。3、好氧活性污泥法的几种处理工艺
8、流程、好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 4 4、菌胶团的作用、菌胶团的作用 菌胶团：菌胶团：所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的细菌团块。相絮凝聚集成的细菌团块。（1 1）具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力。）具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力。（2 2）为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。）为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。（3 3）为原生动物和微型后生动物提供附着场所。）为原生动物和微型后生动物提供附着场所。（4 4）具有指示作用：菌胶团的颜色、透明度、数量、颗）具有指示作用：菌胶团的颜色、
9、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可反映好氧活性污泥的性能。粒大小及结构的松紧程度可反映好氧活性污泥的性能。5 5、原生动物及微型后生动物的作用、原生动物及微型后生动物的作用 （1 1）指示作用）指示作用 有机废水净化过程中微生物的演变：有机废水净化过程中微生物的演变：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 原生动物及微型后生动物的指示作用原生动物及微型后生动物的指示作用表现为以下三个方面：表现为以下三个方面：可根据上述原生动物和微型后生动可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判水物的演替，根据它们的活动规律判水质和污、废水处理程度，还可
10、判断活质和污、废水处理程度，还可判断活性污泥培养成熟程度。性污泥培养成熟程度。活性污泥培养初期：鞭毛虫、变形虫鞭毛虫、变形虫活性污泥培养中期：游泳型纤毛虫、鞭毛虫游泳型纤毛虫、鞭毛虫活性污泥培养成熟期：钟虫等固着型纤毛虫、钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫楯纤虫、轮虫 根据原生动物种类判断活性污泥和处根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。理水质的好与坏。如固着型纤毛虫中的钟虫属、累枝虫属、如固着型纤毛虫中的钟虫属、累枝虫属、盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、楯纤盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、楯纤虫属、吸管虫属、漫游虫属内管虫属及虫属、吸管虫属、漫游虫属内管虫属及轮虫等出现，说明活性污泥正常
11、，出水轮虫等出现，说明活性污泥正常，出水水质好。水质好。当豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、屋当豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、屋滴虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥滴虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质差。结构松散，出水水质差。可根据原生动物遇恶劣环境改变个可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。和运行中出现的问题。以钟虫为例，当溶解氧不足或其他环以钟虫为例，当溶解氧不足或其他环境条件恶劣时，则出现由正常虫体向胞境条件恶劣时，则出现由正常虫体向胞囊演变的一系列变态变化。囊演变的一系列变态变化。（2）净化作用）
12、净化作用 1ml正常好氧活性污泥的混合液中有正常好氧活性污泥的混合液中有5000-20000个原生动物，个原生动物，70-80%是纤毛虫，尤是纤毛虫，尤其是小口钟虫、沟钟虫、有肋楯纤虫、漫游虫其是小口钟虫、沟钟虫、有肋楯纤虫、漫游虫出现频率高，起重要作用，轮虫则有出现频率高，起重要作用，轮虫则有100-200个，有旋轮虫属、轮虫属、椎轮虫属等。个，有旋轮虫属、轮虫属、椎轮虫属等。原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污、废水中的有机物。动物通过渗透作用吸收污、废水中的有机物。动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌性营养的原生动物可
13、吞食有机颗粒、游离细菌和其他微小生物，对净化水质起积极作用。和其他微小生物，对净化水质起积极作用。（3 3）促进絮凝和沉淀作用）促进絮凝和沉淀作用 污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在，由于原生动物分泌一定的粘原生动物存在，由于原生动物分泌一定的粘液协同和促使细菌发生絮凝作用。液协同和促使细菌发生絮凝作用。如弯豆形虫量低时，细菌不起絮凝作用，如弯豆形虫量低时，细菌不起絮凝作用，4mg/L4mg/L时细菌产生絮凝作用，时细菌产生絮凝作用，10mg/L10mg/L时形成时
14、形成很大的细菌絮凝体。很大的细菌絮凝体。6 6、好氧活性污泥的培养和驯化、好氧活性污泥的培养和驯化 菌种来源：生活污水、粪便污水、污水处理厂的活菌种来源：生活污水、粪便污水、污水处理厂的活性污泥；本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，本厂污性污泥；本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，本厂污水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用。水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用。活性污泥的驯化和培养活性污泥的驯化和培养有有间歇式曝气培养间歇式曝气培养和和连续曝连续曝气培养气培养。一般可先在较低废水浓度下曝气，以后逐。一般可先在较低废水浓度下曝气，以后逐渐提高废水浓度，一直到原废水浓度。同时应对活渐提高废水浓度，一直
15、到原废水浓度。同时应对活性污泥的生物相进行性污泥的生物相进行镜检镜检，并进行，并进行化学测定分析，化学测定分析，以确定活性污泥的成熟程度。以确定活性污泥的成熟程度。7 7、活性污泥丝状膨胀及其控制、活性污泥丝状膨胀及其控制 用活性污泥法处理废水，曝气池中的活用活性污泥法处理废水，曝气池中的活性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌作用的絮凝细菌菌胶团细菌占优势，菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋转虫等组成。着型纤毛虫、旋转虫等组成。某些环境条件的变化使污泥会发生膨胀现象某些环境条件的变化
16、使污泥会发生膨胀现象 活性污泥的沉降可用污泥体积指数活性污泥的沉降可用污泥体积指数SVI（Sludge Volume Index）表示。）表示。SVI在在200mL/g以下为正常活性污泥，一般在以下为正常活性污泥，一般在50-150mL/g，最好在，最好在100mL/g左右左右 当当SVI在在200mL/g以上时说明出现了污泥的膨胀。以上时说明出现了污泥的膨胀。可分为由可分为由丝状细菌丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝引起的丝状膨胀污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥，而又以丝状膨胀状细菌引起的菌胶团膨胀污泥，而又以丝状膨胀污泥较为普遍。污泥较为普遍。（1）活性污泥丝状膨胀的原因）活性污泥丝
17、状膨胀的原因 由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称称活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀。致因微生物：经常出现的有诺卡氏菌属、致因微生物：经常出现的有诺卡氏菌属、浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属等。阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属等。丝状菌生长占优势的活性污泥 活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物因素。主导因素是生物因素。主导因素是丝状微生物丝状微生物过度生过度生长，长，环境因素环境因素促进丝状微生物过度生长。促进丝状微生物过度生长。温度温度 构成
18、活性污泥的各种细菌最适生长温度在构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在3030左右。左右。菌胶团细菌菌胶团细菌如动胶菌属的最适生如动胶菌属的最适生长温度在长温度在28283030。浮游球衣菌浮游球衣菌最适温度在最适温度在25 25 3030。两者最适温度尽管差别不大，。两者最适温度尽管差别不大，但浮游球衣菌是但浮游球衣菌是好氧和微好氧菌好氧和微好氧菌，由于温度，由于温度影响氧的溶解度，因此，在低溶解氧的条件影响氧的溶解度，因此，在低溶解氧的条件下，浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团下，浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而优势生长。细菌而优势生长。溶解氧溶解氧 菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对
19、溶解菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧的需要量差别很大。氧的需要量差别很大。菌胶团细菌菌胶团细菌是严是严格的格的好氧菌好氧菌，浮游球衣菌浮游球衣菌是好氧菌，但是好氧菌，但在在微好氧微好氧条件下仍能正常生长。贝日阿条件下仍能正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌是微好氧菌。温度适宜托氏菌、发硫菌是微好氧菌。温度适宜而有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌而有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌优势生长，易引起活性污泥丝状膨胀。优势生长，易引起活性污泥丝状膨胀。可溶性有机物及其种类可溶性有机物及其种类 当废水中可溶性有机物，尤其是低分子当废水中可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸较多时，丝状细菌呈优的糖类和有
20、机酸较多时，丝状细菌呈优势生长。势生长。有机物浓度有机物浓度 浮游球衣菌在低浓度培养基中呈丝状生长。浮游球衣菌在低浓度培养基中呈丝状生长。在生活污水和食品类等有机废水中，在生活污水和食品类等有机废水中，BOD5在在100-200mg/L，浮游球衣菌数，浮游球衣菌数量超过菌胶团细菌时，可导致活性污泥丝量超过菌胶团细菌时，可导致活性污泥丝状膨胀。水中状膨胀。水中C/N和和C/P失调时也可出现失调时也可出现污泥膨胀。污泥膨胀。pH pH 曝气池的曝气池的pHpH保持在保持在6.56.58.08.0范围内，活范围内，活性污泥正常发育。性污泥正常发育。如如pHpH低于低于6.06.0，有利于丝状细菌生长
21、，菌，有利于丝状细菌生长，菌胶团细菌生长受到抑制；如胶团细菌生长受到抑制；如pHpH低于低于4.04.0，真菌占优势，原生动物大部分消失；若真菌占优势，原生动物大部分消失；若pHpH超过超过1111，活性污泥被破坏。，活性污泥被破坏。（2 2）控制活性污泥丝状膨胀的对策）控制活性污泥丝状膨胀的对策 控制溶解氧控制溶解氧 在在2mg/L2mg/L以上以上 控制有机负荷控制有机负荷 BODBOD污泥负荷在污泥负荷在0.20.20.3kg/kg MLSS0.3kg/kg MLSSd d为宜。为宜。改革工艺改革工艺 将活性污泥改为生物膜法，如在曝气池中加填料改将活性污泥改为生物膜法，如在曝气池中加填料
22、改为生物接触氧化法。为生物接触氧化法。工艺：工艺：A-BA-B法（吸附法（吸附-生物降解工艺）、生物降解工艺）、A/OA/O系统、系统、A A2 2/O/O系统、系统、A A2 2/O/O2 2系统、及系统、及SBRSBR（序批式间歇曝气反（序批式间歇曝气反应器）法等。应器）法等。二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法 好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池、高负好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法等。接触氧化法等。1 1、好氧生物膜中的微生物、好氧生物膜中的微生物 好氧生物膜好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼
23、是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。微生物混合群体。它是生物膜净化污（废）水工作的主体。成它是生物膜净化污（废）水工作的主体。成熟的生物膜厚度可达熟的生物膜厚度可达2 23mm3mm。微生物量通常以每微生物量通常以每m m2 2滤料上干燥生物膜的重滤料上干燥生物膜的重量表示，或以每量表示，或以每m m3 3滤料上的生物膜重量表示。滤料上的生物膜重量表示。生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能：生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能：生物膜生
24、物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球生物膜生物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球衣菌、藻类等，它们起净化和稳定污、废水水质衣菌、藻类等，它们起净化和稳定污、废水水质的功能。的功能。生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫，生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫，它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效率的功能。率的功能。滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等，滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等，它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能。的功能。3.好氧生物膜的结构好氧生物膜的结构 生物滤池不同层
25、次的生物膜所得到的营养不同，致生物滤池不同层次的生物膜所得到的营养不同，致使微生物的种群和数量不同。使微生物的种群和数量不同。生物滤池分上、中、下三层，上层营养物浓度高，生物滤池分上、中、下三层，上层营养物浓度高，生长的多为细菌及少量鞭毛虫。中层营养物质减少，生长的多为细菌及少量鞭毛虫。中层营养物质减少，微生物种类增加，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、微生物种类增加，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低，变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低，低分子有机物较多，微生物种类更多，除有菌胶团、低分子有机物较多，微生物种类更多，除有菌胶团、浮游球衣菌外，有以钟虫
26、为主的固着型纤毛虫和少浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫，还有轮虫等。数游泳型纤毛虫，还有轮虫等。2、好氧生物膜净化废水的作用机理、好氧生物膜净化废水的作用机理 生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游动性纤毛虫）及微型后生动物着型纤毛虫、游动性纤毛虫）及微型后生动物吸附吸附废废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时生物膜生物时生物膜生物吸收吸收溶解性有机物和
27、经水解的小分子有溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并进行氧化分解，微生物利用吸收的机物进入体内，并进行氧化分解，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为COCO2 2和和H H2 2O O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物（轮虫、线虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞食（轮虫、线虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞食作用，废水得到净化。作用，废水得到净化。3、好氧生物膜的培养、好氧生物膜的
28、培养 好氧生物膜的培养好氧生物膜的培养有有自然挂膜法自然挂膜法、活性污泥挂膜法活性污泥挂膜法和和优势菌种挂膜法。优势菌种挂膜法。自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水；自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水；活性污泥挂膜法用的是活性污泥，与本厂废水混合后活性污泥挂膜法用的是活性污泥，与本厂废水混合后进入生物滤池；进入生物滤池；优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理中筛选获得的菌株，或通过遗传育种获得的优良菌种，中筛选获得的菌株，或通过遗传育种获得的优良菌种，甚至是通过基因工程构建的超级菌，它们对某种废水甚至是通过基因工程构建的超级菌，它们对某种废水
29、有强降解能力。有强降解能力。在挂膜过程中，用泵慢速将污水或混合在挂膜过程中，用泵慢速将污水或混合液通入滤池内，循环运行液通入滤池内，循环运行3-7d，滤料上，滤料上会逐渐形成一层生物膜。当进水流量达会逐渐形成一层生物膜。当进水流量达到设计值时，滤池自上而下形成正常的到设计值时，滤池自上而下形成正常的分层微生物相，滤池出水的生化指标接分层微生物相，滤池出水的生化指标接近排放标准，即完成生物膜的培养工作，近排放标准，即完成生物膜的培养工作，进入正式运行。进入正式运行。三、氧化塘三、氧化塘 氧化塘氧化塘是一种利用天然或人工修整的池塘处理是一种利用天然或人工修整的池塘处理废水的构筑物。废水的构筑物。1
30、 1、氧化塘的微生物群落、氧化塘的微生物群落 藻类、细菌藻类、细菌共存于氧化塘中，保持互生关系。共存于氧化塘中，保持互生关系。还有还有霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、浮游甲壳动物、寡毛类、软体动物、水生植物浮游甲壳动物、寡毛类、软体动物、水生植物。2、氧化塘处理废水的机理、氧化塘处理废水的机理 有机废水流入氧化塘，其中的细菌吸收水中溶解氧，有机废水流入氧化塘，其中的细菌吸收水中溶解氧，将有机物氧化分解为将有机物氧化分解为H2O、CO2、NH3等无机物。细等无机物。细菌利用自身分解含氮有机物产生的菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营和环境中的营
31、养物质合成细胞物质。在光照条件下，藻类利用养物质合成细胞物质。在光照条件下，藻类利用H2O和和CO2进行光合作用合成糖类和产生氧气，再吸收进行光合作用合成糖类和产生氧气，再吸收NH3和和SO42-合成蛋白质、吸收合成蛋白质、吸收PO43-合成核酸，并繁合成核酸，并繁殖新藻体。废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积殖新藻体。废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积于塘底，构成污泥，它们在产酸细菌作用下分解成低于塘底，构成污泥，它们在产酸细菌作用下分解成低分子有机酸和醇等，其中一部分进入好氧层被氧化分分子有机酸和醇等，其中一部分进入好氧层被氧化分解，另一部分则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷。解，另一部分
32、则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷。第二节第二节 厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的微生物 高浓度有机废水或剩余活性污泥多用高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧厌氧消化法消化法处理。高浓度有机废水还可用有机处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。光合细菌处理。一、厌氧消化甲烷发酵一、厌氧消化甲烷发酵 沼气发酵，已有多年的研究历史，常用沼气发酵，已有多年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、污水、工业废水于将城市的垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可燃性气体获得可燃性气体沼气（甲烷，沼气（甲烷，CHCH4 4）。）。常用的
33、构筑物为常用的构筑物为发酵罐发酵罐或或消化池消化池。1 1、甲烷发酵的基本原理、甲烷发酵的基本原理 甲烷发酵甲烷发酵也有活性污泥法和生物膜法。但也有活性污泥法和生物膜法。但微生物群落与有氧环境不同，它们是由分解微生物群落与有氧环境不同，它们是由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的专性厌氧菌蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成，和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成，在出水处附近，有少数厌氧或兼性厌氧的游在出水处附近，有少数厌氧或兼性厌氧的游泳型纤毛虫。泳型纤毛虫。甲烷发酵理论与机制：甲烷发酵理论与机制：（1 1）水解阶段）水解阶段 在水解或发酵性细菌作用下，
34、有机物（糖在水解或发酵性细菌作用下，有机物（糖类、蛋白质、脂质）被解聚，转化成脂肪酸、类、蛋白质、脂质）被解聚，转化成脂肪酸、乙醇、乙醇、COCO2 2、H H2 2和和NHNH3 3等。等。参与本阶段的细菌有参与本阶段的细菌有专性厌氧菌如梭菌属、专性厌氧菌如梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属和双歧杆拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属和双歧杆菌属和兼性厌氧菌如链球菌属和一些肠道菌。菌属和兼性厌氧菌如链球菌属和一些肠道菌。（2 2）产氢产乙酸阶段）产氢产乙酸阶段 由厌氧的产氢产乙酸细菌把乙醇和脂肪酸由厌氧的产氢产乙酸细菌把乙醇和脂肪酸转化成乙酸转化成乙酸H H2 2和和COCO2 2 。1967
35、1967年年BryantBryant从从奥氏甲烷杆菌奥氏甲烷杆菌分离出分离出S S菌株和布菌株和布氏甲烷杆菌。氏甲烷杆菌。S S菌株是厌氧的革兰氏阴性杆菌，菌株是厌氧的革兰氏阴性杆菌，它发酵乙醇产生乙酸和氢。布氏甲烷杆菌将乙它发酵乙醇产生乙酸和氢。布氏甲烷杆菌将乙酸裂解为甲烷和二氧化碳，将氢和二氧化碳合酸裂解为甲烷和二氧化碳，将氢和二氧化碳合成甲烷。可见，奥氏甲烷杆菌实际上是成甲烷。可见，奥氏甲烷杆菌实际上是S S菌株和菌株和布氏甲烷杆菌的共生体。布氏甲烷杆菌的共生体。（3 3）产甲烷阶段）产甲烷阶段 参与这一阶段的微生物是两组生理不同的专参与这一阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的性厌氧的
36、产甲烷菌群产甲烷菌群。一组是将氢气和二氧一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳合成甲烷；另一组化碳合成甲烷或一氧化碳合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。甲酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。2 2、厌氧活性污泥的培养、厌氧活性污泥的培养 厌氧活性污泥厌氧活性污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥。厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污泥颗粒等性质，与厌氧消化处理的效果好坏有泥
37、颗粒等性质，与厌氧消化处理的效果好坏有很大关系。很大关系。厌氧活性污泥的菌种来源有同类水质处理厂的厌氧活性污泥的菌种来源有同类水质处理厂的厌氧活性污泥、污水处理厂的浓缩污泥及禽畜厌氧活性污泥、污水处理厂的浓缩污泥及禽畜粪便等。菌种先经驯化后培养，进水量逐渐增粪便等。菌种先经驯化后培养，进水量逐渐增加，直至形成颗粒化的成熟厌氧性污泥。加，直至形成颗粒化的成熟厌氧性污泥。3 3、厌氧生物处理工艺、厌氧生物处理工艺 高浓度有机废水厌氧甲烷发酵的消化池：高浓度有机废水厌氧甲烷发酵的消化池：单级低效消化池，单级高效消化池，两单级低效消化池，单级高效消化池，两级消化池。级消化池。按反应器工艺厌氧生物处理可
38、分为：厌按反应器工艺厌氧生物处理可分为：厌氧接触消化池，厌氧生物滤池，上流式氧接触消化池，厌氧生物滤池，上流式厌氧污泥床（厌氧污泥床（UASBUASB），厌氧流化床，厌），厌氧流化床，厌氧膨胀床等。氧膨胀床等。二、光合细菌处理高浓度有机废水二、光合细菌处理高浓度有机废水 BOD5在在10000mg/L以上的高浓度有机废水（浓以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废水、食品加工废水、屠宰废水粪便水、豆制品废水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌（等）可用有机光合细菌（PSB）处理。因有机光）处理。因有机光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，
39、先要用水解性细菌将糖类、蛋白质和脂肪水解为先要用水解性细菌将糖类、蛋白质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。利用光合细菌处理脂肪酸、氨基酸、氨等物质。利用光合细菌处理的的BOD5 去除效果可达去除效果可达95%，甚至达，甚至达98%。常用的常用的有机光合细菌有机光合细菌有：有：红螺菌属、红假单胞菌红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。属和红微菌属。三、含硫酸盐废水的厌氧生物处理三、含硫酸盐废水的厌氧生物处理 在发酵工业的废水，如味精（即谷氨酸）废水和在发酵工业的废水，如味精（即谷氨酸）废水和赖氨酸废水中含的硫酸根（赖氨酸废水中含的硫酸根（SOSO4 42-2-）有）有200-200-30000m
40、g/L30000mg/L。低浓度的。低浓度的SOSO4 42-2-可作为好氧微生物的无可作为好氧微生物的无机营养，但高浓度的机营养，但高浓度的SOSO4 42-2-对微生物有毒害作用。对微生物有毒害作用。在甲烷发酵中，当有在甲烷发酵中，当有SOSO4 42-2-存在时，硫酸盐还原菌存在时，硫酸盐还原菌会与产甲烷菌争夺氢，使产甲烷菌得不到会与产甲烷菌争夺氢，使产甲烷菌得不到H H2 2，无法，无法还原还原COCO2 2为为CHCH4 4。因此，在甲烷发酵之前，需要将。因此，在甲烷发酵之前，需要将SOSO4 42-2-的浓度降低。的浓度降低。微生物对含硫酸盐废水的厌氧处理过程称为微生物对含硫酸盐废
41、水的厌氧处理过程称为SRBSRB法法，利用在厌氧条件下，利用在厌氧条件下，硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌发发生反硫化作用，以生反硫化作用，以SOSO4 42-2-为最终电子受体，利为最终电子受体，利用有机物为供氢体，将用有机物为供氢体，将SOSO4 42-2-还原成还原成H H2 2S S从水中从水中溢出。溢出。硫酸盐还原菌：硫酸盐还原菌：脱硫肠状菌属、脱硫叶菌属脱硫肠状菌属、脱硫叶菌属等等1515属。严格厌氧菌。栖息在厌氧的淡水和属。严格厌氧菌。栖息在厌氧的淡水和海洋底部沉积物和水中。海洋底部沉积物和水中。第三节第三节 废水的生物脱氮和除磷废水的生物脱氮和除磷 一、废水脱氮除磷的目的意义一、废水脱
42、氮除磷的目的意义 污、废水二级处理产生污、废水二级处理产生NHNH3 3-N-N、NONO3 3-N-N、POPO4 43-3-、SOSO4 42-2-，部分用于合成微生物细胞，通过排泥，部分用于合成微生物细胞，通过排泥得到去除，但出水中的氮和磷仍未达到排放得到去除，但出水中的氮和磷仍未达到排放标准。水体中氮、磷含量过多会引起水体富标准。水体中氮、磷含量过多会引起水体富营养化。因此，废水的除磷脱氮十分重要营养化。因此，废水的除磷脱氮十分重要，尤其是当废水处理后被排入一些湖泊、海湾尤其是当废水处理后被排入一些湖泊、海湾等敏感水体时。等敏感水体时。二、二、废水生物脱氮原理及工艺废水生物脱氮原理及工
43、艺 1 1、生物脱氮原理、生物脱氮原理 生物脱氮首先是利用好氧过程，由亚硝化细菌生物脱氮首先是利用好氧过程，由亚硝化细菌和硝化细菌将废水中的和硝化细菌将废水中的NHNH3 3转化成转化成NONO3 3-N-N，再，再利用缺氧段经反硝化作用，将利用缺氧段经反硝化作用，将NONO3 3-N-N还原成还原成氮气（氮气（N N2 2），溢出水面释放到大气中，参与自），溢出水面释放到大气中，参与自然界氮的循环。然界氮的循环。2 2、参与生物脱氮的微生物、参与生物脱氮的微生物 (1)(1)硝化作用段微生物硝化作用段微生物 亚硝化细菌和硝化细菌是革兰氏阴性菌，亚硝化细菌和硝化细菌是革兰氏阴性菌，其生长速率受
44、基质浓度（其生长速率受基质浓度（NHNH3 3和和HNOHNO2 2）、温）、温度、度、pHpH、氧浓度控制，全部是好氧菌，绝、氧浓度控制，全部是好氧菌，绝大多数营化能无机营养，个别的可营化能大多数营化能无机营养，个别的可营化能有机营养。有机营养。氧化氨的细菌氧化氨的细菌 A A、好氧氨氧化细菌、好氧氨氧化细菌 即即亚硝化细菌亚硝化细菌 以以NHNH3 3作为供氢体，作为供氢体，O O2 2作为最终电子受体，作为最终电子受体，产生产生HNOHNO2 2 。生长温度范围。生长温度范围2 23030，最适为，最适为25 25 3030。pHpH范围范围5.8 5.8 8.58.5，最适，最适7.5
45、 7.5 8.08.0。含有黄至淡红的细胞色素。含有黄至淡红的细胞色素。B B、厌氧氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌 厌氧氨氧化细菌为厌厌氧氨氧化细菌为厌氧的、以氧的、以NHNH3 3为供氢体，以为供氢体，以NONO2 2-或或NONO3 3-为最终为最终电子受体的一类氧化电子受体的一类氧化NHNH3 3为为N N2 2的细菌。的细菌。C C、厌氧氨反硫化细菌、厌氧氨反硫化细菌 厌氧氨反硫化细菌厌氧氨反硫化细菌是以是以NHNH3 3为供氢体，以为供氢体，以SOSO4 42-2-为最终电子受体为最终电子受体的一类将的一类将NHNH3 3氧化为氧化为N N2 2的细菌。的细菌。氧化亚硝酸细菌氧化亚硝酸细
46、菌 即即硝化细菌，大多数氧化亚硝酸细菌在硝化细菌，大多数氧化亚硝酸细菌在pH pH 7.57.58.08.0，温度，温度25 25 3030，亚硝酸浓度为，亚硝酸浓度为2 2 30mmol/L30mmol/L时化能无机营养生长最好。硝时化能无机营养生长最好。硝化杆菌属既进行化能无机营养又可进行化能化杆菌属既进行化能无机营养又可进行化能有机营养，以酵母膏和蛋白胨为氮源，以丙有机营养，以酵母膏和蛋白胨为氮源，以丙酮酸或乙酸为碳源。酮酸或乙酸为碳源。n硝化杆菌属细胞内贮存物：羧酶体、肝糖、PHB、多聚磷酸盐，含淡黄至淡红的细胞色素的菌株。其他硝化细菌也有类似的贮存物。250 硝化阶段的运行操作硝化阶
47、段的运行操作 运行过程中需要运行过程中需要掌握好几个关键：掌握好几个关键：A、泥龄、泥龄（悬浮固体停留时间（悬浮固体停留时间SRT，用，用 表表示示）是重要的控制指标，可通过排泥控制）是重要的控制指标，可通过排泥控制泥龄，一般控制在泥龄，一般控制在5d以上，泥龄要大于硝以上，泥龄要大于硝化细菌的比生长速率。否则泥龄过短，硝化细菌的比生长速率。否则泥龄过短，硝化细菌会流失，硝化速率低。化细菌会流失，硝化速率低。B、要供给足够的氧、要供给足够的氧 处理生活污水时，溶处理生活污水时，溶解氧一般控制在解氧一般控制在1.22.0mg/L为宜。工为宜。工业废水依据其有机物浓度和业废水依据其有机物浓度和NH
48、4+含量的高含量的高低，适当提高溶解氧。低，适当提高溶解氧。C、控制适度的曝气时间、控制适度的曝气时间 普通的活性污泥普通的活性污泥法的曝气时间为法的曝气时间为46h甚至甚至8h（SBR法）。法）。D、维持适宜的碱度、维持适宜的碱度 在硝化过程中，消耗了在硝化过程中，消耗了碱性物质碱性物质NH4+，生成，生成HNO3，水中，水中pH下下降成酸性，对硝化细菌生长不利。可投加降成酸性，对硝化细菌生长不利。可投加NaHCO3维持碱度。维持碱度。E、温度、温度 虽然大多数硝化细菌的最适生长温虽然大多数硝化细菌的最适生长温度为度为2530，实际上它们的生长温度范，实际上它们的生长温度范围是较广的，为围是
49、较广的，为-560。(2)(2)反硝化作用段微生物反硝化作用段微生物 反硝化细菌反硝化细菌 是所有能以是所有能以NO3-为最终为最终电子受体，利用低分子有机物作供氢体，电子受体，利用低分子有机物作供氢体，将将NO3-还原为还原为N2的细菌总称。的细菌总称。反硝化阶段运行操作反硝化阶段运行操作 关键指标：碳源、关键指标：碳源、pH、最终电子受体、最终电子受体NO3-和和NO2-、温度和溶解氧等。、温度和溶解氧等。葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等可作为反硝葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等可作为反硝化细菌的供氢体和碳源。化细菌的供氢体和碳源。H2S和和H2也可作反也可作反硝化细菌的供氢体，则其碳源是硝化细菌
50、的供氢体，则其碳源是CO2。能源。能源从氧化有机物获得。最终电子受体是从氧化有机物获得。最终电子受体是NO3-和和NO2-等。最适等。最适pH为为78。在海洋和淡水。在海洋和淡水中溶解氧在中溶解氧在0.2mg/L以下有利于反硝化。以下有利于反硝化。3、生物脱氮的工艺、生物脱氮的工艺 A/OA/O、A A2 2/O/O、A A2 2O O2 2及及SBRSBR等均能取得较好等均能取得较好的脱氮效果。经过厌氧的脱氮效果。经过厌氧-好氧或缺氧好氧或缺氧-好好氧的合理组合，既能除去氧的合理组合，既能除去CODCOD和和BODBOD，又，又能进行脱氮，还能除磷。能进行脱氮，还能除磷。图图10-13 10
