1、第三章第三章水环境污染控制与治理的水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理生态工程及微生物学原理第二篇第二篇 微生物生态与环境工程中的微生物作用微生物生态与环境工程中的微生物作用主要内容主要内容一、污、废水生物处理中的生态系统一、污、废水生物处理中的生态系统二、活性污泥膨胀及控制对策二、活性污泥膨胀及控制对策三、厌氧环境中活性污泥和生物膜的三、厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落微生物群落第一节第一节污、废水生物处理中的生态系统污、废水生物处理中的生态系统污污水水生生物物处处理理好氧活性污泥法好氧活性污泥法生物生物膜法膜法活性污活性污泥法泥法好氧生物膜法好氧生物膜法厌氧活性污泥法厌氧活性
2、污泥法厌氧生物膜法厌氧生物膜法微生物微生物悬浮悬浮微生物微生物固着固着好氧好氧厌氧厌氧厌氧厌氧好氧好氧（一）好氧活性污泥的组成和性质（一）好氧活性污泥的组成和性质1.好氧活性污泥的组成好氧活性污泥的组成l概念概念：是指由多种多样的好氧微生物和兼是指由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物）及其性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物）及其吸附的有机的和无机的固体物质混凝交织在吸附的有机的和无机的固体物质混凝交织在一起形成的絮状体。一起形成的絮状体。l组成组成具有代谢功能的微生物群体具有代谢功能的微生物群体Ma（好氧、（好氧、兼氧、厌氧）兼氧、厌氧）微生物内源代谢、自身氧化的残留物微生
3、物内源代谢、自身氧化的残留物Me由污水挟入的难为细菌降解的惰性有机由污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质物质Mi由污水挟入的无机物质由污水挟入的无机物质Mii2.好氧活性污泥的性质好氧活性污泥的性质含水率高（含水率高（99%），密度为），密度为1.0021.006，具有沉，具有沉降性能；降性能；大小为大小为0.020.2mm，比表面积为，比表面积为20100cm2/ml；有生物活性，有吸附、氧化分解有机物的能力；有生物活性，有吸附、氧化分解有机物的能力；有自我繁殖能力；有自我繁殖能力；呈弱酸性，对进水呈弱酸性，对进水pH变化有一定承受能力。变化有一定承受能力。3.好氧活性污泥的存在状态好氧活性
4、污泥的存在状态l 在曝气池中，以悬浮状态均匀地存在，并在曝气池中，以悬浮状态均匀地存在，并处于激烈的运动之中；处于激烈的运动之中；l 在推流式的曝气池中各区段之间的微生在推流式的曝气池中各区段之间的微生物种群和数量有差异，随推流方向种类依次增物种群和数量有差异，随推流方向种类依次增多。但在每一区段的任何一点，微生物群落基多。但在每一区段的任何一点，微生物群落基本相同。本相同。（二）好氧活性污泥中的微生物及其作用（二）好氧活性污泥中的微生物及其作用1.好氧活性污泥中的微生物种类好氧活性污泥中的微生物种类4核心微生物核心微生物：细菌（菌胶团），多数是：细菌（菌胶团），多数是G菌。菌。4附生微生物附
5、生微生物：藻类、真菌、原生动物和微型后生：藻类、真菌、原生动物和微型后生动物动物4构成活性污泥的微生物种群随营养条件、温度、构成活性污泥的微生物种群随营养条件、温度、供氧和供氧和pH等环境条件的变化而改变。等环境条件的变化而改变。4处理生活污水和医院污水的活性污泥中还会有致处理生活污水和医院污水的活性污泥中还会有致病细菌、致病真菌、病毒、立克氏体、枝原体、衣病细菌、致病真菌、病毒、立克氏体、枝原体、衣原体、螺旋体等病原微生物。原体、螺旋体等病原微生物。细菌名称细菌名称细菌名称细菌名称动胶菌属动胶菌属（优势菌优势菌）短杆菌属短杆菌属丛毛单胞菌属丛毛单胞菌属（优势菌优势菌）固氮菌属固氮菌属产碱杆菌
6、属产碱杆菌属（较多较多）浮游球衣菌属浮游球衣菌属（少量少量）微球菌属微球菌属（较多较多）微丝菌属微丝菌属棒状杆菌属棒状杆菌属大肠埃希氏菌属（大肠埃希氏菌属（较多较多）黄杆菌属（黄杆菌属（较多较多）产气杆菌属产气杆菌属无色杆菌属无色杆菌属诺卡氏菌属诺卡氏菌属芽孢杆菌属（芽孢杆菌属（较多较多）节杆菌属节杆菌属假单胞菌属（假单胞菌属（较多较多）螺菌属螺菌属亚硝化单菌属亚硝化单菌属酵母菌属酵母菌属2.好氧活性污泥中菌胶团的作用好氧活性污泥中菌胶团的作用菌胶团是活性污泥的结构和功能的中心，其作用：菌胶团是活性污泥的结构和功能的中心，其作用：对有机物具有很强的生物吸附和氧化分解能力；对有机物具有很强的生物
7、吸附和氧化分解能力；对有机物的吸附和分解，为原生动物和后生动物对有机物的吸附和分解，为原生动物和后生动物提供良好的生存环境，如去除毒物、提供食料、溶提供良好的生存环境，如去除毒物、提供食料、溶解氧升高；解氧升高；为原生动物和后生动物提供附着场所；为原生动物和后生动物提供附着场所；对好氧活性污泥的性能具有指示作用对好氧活性污泥的性能具有指示作用.l新生菌胶团：新生菌胶团：颜色浅、无色透明，结构紧密，生命颜色浅、无色透明，结构紧密，生命力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。l老化的菌胶团老化的菌胶团：颜色深，结构松散，活性不强，吸颜色深，结构松散，活性不强
8、，吸附和氧化能力强。附和氧化能力强。3.好氧活性污泥中的藻类好氧活性污泥中的藻类l 藻类在活性污泥主要分布于水气交界处，藻类在活性污泥主要分布于水气交界处，数量少。数量少。4.好氧活性污泥中的真菌好氧活性污泥中的真菌l 在活性污泥中常含有酵母和霉菌，它在活性污泥中常含有酵母和霉菌，它们能在酸性条件下生长繁殖，且需氧量比们能在酸性条件下生长繁殖，且需氧量比细菌少，所以在处理某些特种工业废水及细菌少，所以在处理某些特种工业废水及有机固体废渣中起到重要作用。但总的来有机固体废渣中起到重要作用。但总的来讲，在废水处理中真菌种类并不多，数量讲，在废水处理中真菌种类并不多，数量也较少。常见的为也较少。常见
9、的为酵母酵母、假丝酵母假丝酵母、青霉青霉菌菌和和镰刀霉菌镰刀霉菌。5.好氧活性污泥中的原生动物和后生动物及作用好氧活性污泥中的原生动物和后生动物及作用（1 1）指示作用指示作用判断水质和污（废）水处理程度或活性污泥成熟程度判断水质和污（废）水处理程度或活性污泥成熟程度l随污（废）水净化和水体自净程度的增高，出现顺随污（废）水净化和水体自净程度的增高，出现顺序为：序为：l细菌细菌植物性鞭毛虫植物性鞭毛虫肉足虫（变形虫）肉足虫（变形虫）动物性动物性鞭毛虫鞭毛虫游泳性纤毛虫、吸管虫游泳性纤毛虫、吸管虫固着型纤毛虫固着型纤毛虫轮虫轮虫活性污泥培养期活性污泥培养期初期初期中期中期成熟期成熟期鞭毛虫、变形
10、虫游泳性纤毛虫、鞭毛虫钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫污泥不同培养期指示生物污泥不同培养期指示生物游泳型游泳型纤毛虫纤毛虫游泳型游泳型纤毛虫纤毛虫游泳型游泳型纤毛虫纤毛虫累枝虫累枝虫累枝虫累枝虫累枝虫累枝虫钟虫钟虫钟虫钟虫钟虫钟虫钟虫钟虫分裂中分裂中漫游虫漫游虫漫游虫漫游虫轮虫轮虫判断活性污泥和处理水质的好坏判断活性污泥和处理水质的好坏原生动物种类原生动物种类指示意义指示意义固着型纤毛虫的钩虫属、累枝虫属、固着型纤毛虫的钩虫属、累枝虫属、盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、木盾纤虫属、吸管虫属、内管虫属、木盾纤虫属、吸管虫属、内管虫属、轮虫轮虫活性污泥正常，出水活性污泥
11、正常，出水水质好水质好豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、屋滴虫属、眼虫属屋滴虫属、眼虫属活性污泥结构松散，活性污泥结构松散，出水水质差出水水质差线虫线虫缺氧缺氧根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程过程判断进水水质变化和运行中出现的问题判断进水水质变化和运行中出现的问题l如钟虫如钟虫：当水中溶氧不足或其他环境条件恶劣时，当水中溶氧不足或其他环境条件恶劣时，由正常虫体演变为胞囊，发生变态；如果水质改善，由正常虫体演变为胞囊，发生变态；如果水质改善，虫体可恢复常态，恢复活性。（虫体可恢复常态，恢复活性。（P76图图）l意义
12、意义：生物监测生物监测l可根据原生动物消长的规律性，在污水处理过程可根据原生动物消长的规律性，在污水处理过程中对出水水质进行判断，快速便捷；中对出水水质进行判断，快速便捷；l 或根据原生动物的个体形态、生长状况的变化预或根据原生动物的个体形态、生长状况的变化预报出水水质和运行条件正常与否。报出水水质和运行条件正常与否。（2）净化作用净化作用l腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污（废）腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污（废）中的溶解性有机物中的溶解性有机物l动物性营养的原生动物吞食有机颗粒和游离细菌动物性营养的原生动物吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小的生物及其他微小的生物l原生动物和微型后生动
13、物吞食食物是无选择的，原生动物和微型后生动物吞食食物是无选择的，既吞食有机颗粒，也吞食菌胶团，但它们的吞食量既吞食有机颗粒，也吞食菌胶团，但它们的吞食量不影响整体的净化效果，而且可以减少出水中细菌不影响整体的净化效果，而且可以减少出水中细菌的数量。的数量。（3）促进絮凝和沉淀作用促进絮凝和沉淀作用l有些原生动物能分泌一定的粘液物协同和促使细有些原生动物能分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用，如弯形豆虫、钟虫菌发生絮凝作用，如弯形豆虫、钟虫.l固着型纤毛虫本身具有沉降性能固着型纤毛虫本身具有沉降性能.6、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4 微生物浓度微生物
14、浓度：常用常用1L活性污泥混合液中含有多活性污泥混合液中含有多少少mg恒重的干重的干固体即恒重的干重的干固体即MLSS（混合液悬（混合液悬浮固体）表示浮固体）表示.4 或用或用1L活性污泥混合液中含有多少活性污泥混合液中含有多少mg恒重的、恒重的、干的挥发性固体即干的挥发性固体即MLVSS（混合液挥发性悬浮（混合液挥发性悬浮固体）表示固体）表示.4 一般城市污水的一般城市污水的MLVSS与与MLSS之比在之比在0.75左左右。右。4 不同类型污不同类型污(废废)水处理的水处理的MLSSMLSS指标：指标：a)一般城市污水生物处理厂：一般城市污水生物处理厂：20003000 mg/Lb)工业废水
15、生物处理厂：约工业废水生物处理厂：约3000 mg/Lc)高浓度有机废水生物处理厂：高浓度有机废水生物处理厂：30005000 mg/L4 微生物数量：微生物数量：正常成熟的好氧活性污泥中细菌正常成熟的好氧活性污泥中细菌数量大致为数量大致为107108个个/ml。（三）好氧活性污泥净化废水的作用机理（三）好氧活性污泥净化废水的作用机理吸吸附附有有机机物物污污水水微生物生长、微生物生长、繁殖、捕食繁殖、捕食O21.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絮凝性絮凝性微生物微生物吸收、吸收、分解有分解有机物机物水解性水解性细菌细菌回流回流污泥处理污泥处理CO2H2ONH
16、3SO42-PO43-出出水水O2曝气池曝气池2.好氧活性污泥生态系统中的食物链好氧活性污泥生态系统中的食物链细菌细菌污水污水原生原生动物动物后生后生动物动物（四）好氧活性污泥法的工艺流程（四）好氧活性污泥法的工艺流程（五）好氧活性污泥的培养（五）好氧活性污泥的培养1.获得菌种获得菌种l取自污水处理厂的活性污泥取自污水处理厂的活性污泥l取自不同水质废水处理厂的活性污泥取自不同水质废水处理厂的活性污泥l取自相同水质废水处理厂的活性污泥取自相同水质废水处理厂的活性污泥l取本厂集水池或沉淀池的下脚污泥取本厂集水池或沉淀池的下脚污泥l本厂污水长期流经的河流淤泥。本厂污水长期流经的河流淤泥。2.驯化驯化
17、凡是采用与本厂不同水质废水处理厂凡是采用与本厂不同水质废水处理厂的活性污泥都要经驯化才能使用。的活性污泥都要经驯化才能使用。l驯化方法：驯化方法：间歇式曝气培养间歇式曝气培养低浓度废水培养：低浓度废水培养：曝气曝气23h，沉淀，沉淀1h，倾去上清液，倾去上清液，再进同浓度新鲜废水继续培养，再进同浓度新鲜废水继续培养，每一浓度运行每一浓度运行37d逐级提高废水浓度逐级提高废水浓度提高至原废水浓度提高至原废水浓度活性污泥结构松散，活性污泥结构松散，游离细菌较多，游离细菌较多，出现鞭毛虫和游泳性纤毛虫，出现鞭毛虫和游泳性纤毛虫，活性污泥有一定沉降效果活性污泥有一定沉降效果以纤毛虫为主，出现少量的，以
18、纤毛虫为主，出现少量的，有一定耐污能力的纤毛虫如累枝虫，有一定耐污能力的纤毛虫如累枝虫，活性污泥沉降性能好活性污泥沉降性能好原生动物由低级原生动物由低级向高级演替向高级演替3.连续曝气培养连续曝气培养l取自相同水质处理厂的活性污泥作菌种可直接用取自相同水质处理厂的活性污泥作菌种可直接用连续曝气培养法培养活性污泥连续曝气培养法培养活性污泥l活性污泥接种量按曝气池体积的活性污泥接种量按曝气池体积的5%10%投入，投入，启动初始维持低溶解氧（启动初始维持低溶解氧（1mg/L），以小流量进水，），以小流量进水，运行运行7d；逐步增大进水流量，并逐渐提高溶氧；逐步增大进水流量，并逐渐提高溶氧,每每个流量
19、梯度均运行个流量梯度均运行7d；当进水流量达到设计水量，；当进水流量达到设计水量，培养结束，进入正式运行阶段，维持溶解氧培养结束，进入正式运行阶段，维持溶解氧13mg/L。l活性污泥培养成熟衡量指标活性污泥培养成熟衡量指标l活性污泥（菌胶团）全面形成大颗粒絮凝团，结活性污泥（菌胶团）全面形成大颗粒絮凝团，结构紧密，沉降性能极好，构紧密，沉降性能极好，SV3050%，SVI在在100mL/g左右。左右。l钟虫等固着型纤毛虫大量出现，并相继出现楯纤钟虫等固着型纤毛虫大量出现，并相继出现楯纤虫、漫游虫、轮虫等。虫、漫游虫、轮虫等。l生活污水生活污水进水进水BOD5150250mg/L，曝气池，曝气池
20、MLSS维持维持2000mg/L，溶解氧维持，溶解氧维持12mg/L;l工业废水工业废水进水进水BOD5200300mg/L，曝气池，曝气池MLSS维持维持3000mg/L，溶解氧维持，溶解氧维持23mg/L.培养前的污泥培养前的污泥 污泥培养后期污泥培养后期（六）氧化塘中的微生物群落及处理废水机制（六）氧化塘中的微生物群落及处理废水机制1.氧化塘的概念氧化塘的概念 氧化塘是一种大面积、敞开式的污水处理氧化塘是一种大面积、敞开式的污水处理系统。废水在稳定塘中停留一段时间，由藻类系统。废水在稳定塘中停留一段时间，由藻类的光合作用产生氧，以及从空气溶解的氧来调的光合作用产生氧，以及从空气溶解的氧来
21、调节氧的状态，以微生物为主的生物对废水中的节氧的状态，以微生物为主的生物对废水中的有机物进行生物降解。有机物进行生物降解。2.氧化塘（沟）中的生物群落氧化塘（沟）中的生物群落u微生物：微生物：细菌、真菌、藻类；细菌、真菌、藻类；u水生动物：水生动物：原生动物、后生动物等；原生动物、后生动物等；u水生植物：水生植物：挺水植物、浮水植物、沉水植物。挺水植物、浮水植物、沉水植物。水芹菜水芹菜大薸大薸3.氧化塘（沟）处理废水的机理氧化塘（沟）处理废水的机理u物理作用：物理作用：吸附、过滤；吸附、过滤；u化学作用：化学作用：氧化、还原、沉淀、溶解；氧化、还原、沉淀、溶解；u生物作用：生物作用：生物吸收、
22、生物降解。生物吸收、生物降解。氧化塘处理污水的机理2020世纪世纪6060年代末至年代末至9090年代，我国陆续修建了年代，我国陆续修建了一批氧化塘，代表性的有：一批氧化塘，代表性的有：日处理日处理20 20 万万m m3 3 城市污水的齐齐哈尔稳定塘城市污水的齐齐哈尔稳定塘日处理日处理17 17 万万m m3 3 城市污水的西安漕运河稳定城市污水的西安漕运河稳定塘塘日处理日处理3 3 万万m m3 3 城市污水的山东胶州氧化塘城市污水的山东胶州氧化塘日处理日处理8 8 万万m m3 3 农药废水的湖北鸭儿湖氧化塘农药废水的湖北鸭儿湖氧化塘内蒙古满洲里市氧化塘内蒙古满洲里市氧化塘新疆克拉玛依市
23、氧化塘新疆克拉玛依市氧化塘二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法l概念：概念：利用利用生物填料生物填料表面附着的表面附着的生物薄膜生物薄膜进行污染物降解的生物处理法进行污染物降解的生物处理法。l于于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的水质要求的进一步提高，生物膜法又获得了
24、新的发展。发展。好氧生物膜法构筑物有好氧生物膜法构筑物有l普通滤池普通滤池l高负荷生物滤池高负荷生物滤池l塔式生物滤池塔式生物滤池l生物转盘生物转盘l生物接触氧化法生物接触氧化法(即浸没滤池法即浸没滤池法)。生物滤池和填料生物转盘生物转盘（一）好氧生物膜中的微生物群落（一）好氧生物膜中的微生物群落1.好氧生物膜好氧生物膜 好氧生物膜好氧生物膜是指由多种多样的好氧微生是指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物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的或生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合体。微生物混合体。生物填料上的生物膜生物填料上
25、的生物膜2.好氧生物膜内的微生物群落及其功能好氧生物膜内的微生物群落及其功能1）普通生物滤池的微生物群落普通生物滤池的微生物群落 根据位置与功能不同分为：根据位置与功能不同分为：l生物膜生物生物膜生物l生物膜面生物生物膜面生物l滤池扫除生物滤池扫除生物滤滤扫扫生生物物23mm0.3mm好氧区好氧区膜膜生生物物膜膜面面生生物物 生物膜生物生物膜生物生物膜面生物生物膜面生物滤池扫除生物滤池扫除生物所处位置所处位置膜内膜内膜表面膜表面膜外层膜外层生物组成生物组成以菌胶团为主要以菌胶团为主要组分，辅以浮游组分，辅以浮游球衣菌、藻类等球衣菌、藻类等固着型纤毛虫及固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫游泳型纤毛虫轮虫
26、、线虫、寡轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、颗毛类的沙蚕、颗体虫体虫功能功能净化和稳定污、净化和稳定污、废水水质废水水质促进滤池净化速促进滤池净化速度，提高滤池整度，提高滤池整体的处理效率体的处理效率去除滤池内的污去除滤池内的污泥、防止污泥积泥、防止污泥积聚和堵塞聚和堵塞普通生物滤池生物膜的微生物群落普通生物滤池生物膜的微生物群落生物滤池（塔）中的微生物分层特征表生物滤池（塔）中的微生物分层特征表 上上层层 中中层层 下下层层 营营养养物物 浓浓度度高高 上上层层微微生生物物的的代代谢谢产产物物及及较较低低的的有有机机物物浓浓度度 有有 机机 物物 浓浓 度度 很很低低，低低分分子子上上层层微微 生生
27、 物物 的的 代代 谢谢产产物物较较多多 微微生生物物种种类类 细细菌菌及及少少数数鞭鞭毛毛虫虫 菌菌胶胶团团、浮浮游游球球衣衣菌菌、鞭鞭毛毛虫虫、变变形形虫虫、豆豆形形虫虫、肾肾形形虫虫等等 菌菌胶胶团团、浮浮游游球球衣衣菌菌、钟钟虫虫为为主主的的 固固 着着 型型 纤纤 毛毛虫虫 和和 少少 数数 游游 泳泳型型纤纤毛毛虫虫 相当于相当于多污带多污带相当于相当于中中污带污带相当于相当于寡污带2）塔式滤池好氧生物膜的结构塔式滤池好氧生物膜的结构3.好氧生物膜的净化作用机理好氧生物膜的净化作用机理有机有机污染物污染物吸附吸附吸收吸收吸吸附附力力再再生生剩余污泥剩余污泥脱落物脱落物固着性纤毛虫固
28、着性纤毛虫游动性纤毛虫游动性纤毛虫微型后生动物微型后生动物絮凝性细絮凝性细菌及其它菌及其它微生物微生物轮虫轮虫线虫线虫顠体虫顠体虫1.自然挂膜法自然挂膜法l用泵将含自然菌种的工业废水慢流速打入生用泵将含自然菌种的工业废水慢流速打入生物滤池物滤池l循环循环37d l慢性连续进水慢性连续进水l达到设计水量，完成生物膜培养达到设计水量，完成生物膜培养l正式运行正式运行（二）好氧生物膜的培养（二）好氧生物膜的培养2.活性污泥挂膜法活性污泥挂膜法l用泵将活性污泥与废水的混合物慢速打入生用泵将活性污泥与废水的混合物慢速打入生物滤池物滤池l循环循环37d l慢性连续进水慢性连续进水l达到设计水量，完成生物膜
29、培养达到设计水量，完成生物膜培养l正式运行正式运行3.优势菌种挂膜法优势菌种挂膜法l从自然环境或废水处理中筛选、分离获得优从自然环境或废水处理中筛选、分离获得优势菌种，与废水充分混合，用泵慢速打入生势菌种，与废水充分混合，用泵慢速打入生物滤池物滤池l循环循环37d l慢性连续进水慢性连续进水l达到设计水量，完成生物膜培养达到设计水量，完成生物膜培养l正式运行正式运行同一类型废水同一类型废水好氧活性污泥法好氧活性污泥法与与生物滤池法生物滤池法处理效果对比处理效果对比项项目目BODCODSS(悬悬浮浮物物)细细菌菌病病毒毒活性污泥法95%69.2%95%98%98%去 除率生物滤池95%69.2%
30、95%95%50%l好氧生物滤池法与活性污泥法的比较好氧生物滤池法与活性污泥法的比较好氧活性污泥法好氧活性污泥法与与生物滤池法生物滤池法优缺点对比优缺点对比据据微生物生态学微生物生态学生生物物量量耐耐冲冲击击负负荷荷污污泥泥产产生生量量污污泥泥膨膨胀胀动动力力消消耗耗管管路路堵堵塞塞活性污泥法较较小小较较差差多多发发生生较较合合理理否否生物滤池较较大大较较强强少少不不发发生生较较大大是是第二节第二节 活性污泥膨胀及控制对策活性污泥膨胀及控制对策l提问：提问：什么是活性污泥膨胀？什么是活性污泥膨胀？l正常污泥正常污泥：由许多具有絮凝作用的絮凝细由许多具有絮凝作用的絮凝细菌菌菌胶团细菌占优势，辅以
31、少量丝状细菌，菌胶团细菌占优势，辅以少量丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋轮虫等组成。大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋轮虫等组成。l活性污泥膨胀活性污泥膨胀：正常的活性污泥颗粒体积膨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，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，出水水质急剧变引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。差的现象。l活性污泥膨胀活性污泥膨胀的的本质：本质：污泥密度变小或污泥密度变小或黏附能力下降。黏附能力下降。分为两类：分为两类：l非丝状菌污泥膨胀非丝状菌污泥膨胀l丝状菌污泥膨胀丝状菌污泥膨胀1.非丝状菌污泥膨胀非丝状菌污泥膨胀 曝
32、气力度过大，污泥碎裂膨胀曝气力度过大，污泥碎裂膨胀n提问：原因提问：原因？n气泡夹带，密度降低；气泡机械破碎；气泡夹带，密度降低；气泡机械破碎；细菌处于细菌处于对数期对数期多糖分泌减少多糖分泌减少缺氧、缺氧、厌氧膨胀漂泥厌氧膨胀漂泥n提问：原因提问：原因？n二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化产生二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化产生N2、CH4)进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；n提问：原因提问：原因？n油及泡沫降低污泥密度油及泡沫降低污泥密度生物中毒生物中毒（pHpH波动大、补碱过量、温度过高、波动大、补碱过量、温度过高、CODcrCODcr浓度
33、骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、浓度骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）硫化物、重金属及卤化物过高等）导致污泥膨胀导致污泥膨胀n原因原因？n细菌细菌休克死亡、粘液分泌减少休克死亡、粘液分泌减少BOD/N过高过高假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀n大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性假丝状生假丝状生长或后生动物钻噬而形成的膨胀污泥。（很长或后生动物钻噬而形成的膨胀污泥。（很少少见）见）n原因：高含水率菌胶团占优势原因：高含水率菌胶团占优势新污泥膨胀现象新污泥膨胀现象n未驯化污泥对新类型废水不适
34、应，未驯化污泥对新类型废水不适应，不沉降或沉不沉降或沉降降极慢，极慢，长时间长时间曝气驯化曝气驯化后恢复正常；后恢复正常；n污泥膨胀常见丝状菌污泥膨胀常见丝状菌：诺卡氏菌属诺卡氏菌属、浮游浮游球衣菌属球衣菌属、微丝菌属微丝菌属、发硫菌属发硫菌属、贝日阿贝日阿托氏菌属托氏菌属、亮发菌等。亮发菌等。n主导原因主导原因 丝状细菌（球衣菌、硫细菌）丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长。或真菌优势过度生长。诱因诱因：环境条件促进丝状菌优势生长：环境条件促进丝状菌优势生长nA.曝气池曝气池DO长期维持在较低（长期维持在较低（0.10.2mg/l）nB.水温过高（水温过高（25）、）、pH过低（过低
35、（6.5）nC.硫化物过高硫化物过高n硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食 大量的菌丝伸出菌胶团，菌丝形状稍弯，无分枝，大量的菌丝伸出菌胶团，菌丝形状稍弯，无分枝，长度在长度在50um200um之间，直径在之间，直径在0.71.4um之间，菌之间，菌丝上有部分附着物，内有横隔，污泥结构变差。丝上有部分附着物，内有横隔，污泥结构变差。D.营养失衡：营养失衡：废水废水C/N比高，比高，N少；无机金少；无机金属离子较少属离子较少n原因原因菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在稀溶液稀溶液中争夺营养物质的能力强中争夺营养物质的能力强，更适合于贫
36、瘠环更适合于贫瘠环境境（包括溶解氧、各种营养物）的生长（包括溶解氧、各种营养物）的生长；F.毒物冲击毒物冲击n原因原因菌丝体耐受能力强菌丝体耐受能力强3.污泥丝状膨胀的机理污泥丝状膨胀的机理n“表面积和容积比假说表面积和容积比假说”n具体内容？具体内容？在单位体积中，呈丝状扩展生长的丝在单位体积中，呈丝状扩展生长的丝状菌的表面积与容积之比较絮凝菌胶团细菌状菌的表面积与容积之比较絮凝菌胶团细菌的大，对有限制性的营养和环境条件的争夺的大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状占优势，絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状菌大量生长繁殖成优势菌，从而引起活性污菌大量生长繁殖成
37、优势菌，从而引起活性污泥膨胀。泥膨胀。n丝状菌和絮凝性菌胶团细菌的优势竞丝状菌和絮凝性菌胶团细菌的优势竞争表现在争表现在：对溶解氧的竞争对溶解氧的竞争 对可溶性有机物的竞争对可溶性有机物的竞争 对氮、磷的竞争对氮、磷的竞争 有机物冲击负荷的影响有机物冲击负荷的影响4.污泥膨胀的污泥膨胀的预防预防与与控制控制对策对策n提问：提问：基于上述原理如何基于上述原理如何预防预防污泥膨胀？污泥膨胀？A.设调节池设调节池(及事故池及事故池)控制高负荷控制高负荷（BOD、毒物毒物）冲击）冲击B.控制溶解氧控制溶解氧l溶解氧浓度必须控制在溶解氧浓度必须控制在34mg/L。C.调节废水的营养配比调节废水的营养配比
38、l尽量逼近尽量逼近BOD5与与N和和P的比例的比例BOD5：N：P100：5：1。尿素尿素或或含氮量高的污泥消化池上清液含氮量高的污泥消化池上清液磷酸钠磷酸钠D.改革工艺改革工艺l将活性污泥法改为生物膜法将活性污泥法改为生物膜法l在曝气池中加填料改为生物接触氧化法在曝气池中加填料改为生物接触氧化法lSBR(即序批式间歇曝气反应器即序批式间歇曝气反应器)法、法、A/O、A2/OA投加投加次氯酸钠次氯酸钠（H2O2l有选择的控制丝状微生物的过渡生长有选择的控制丝状微生物的过渡生长B投加混凝剂投加混凝剂FeSO4和和FeCl3、干污泥或浓缩消化、干污泥或浓缩消化污泥污泥l增加絮体密度、强度，使已膨胀
39、的污泥恢复正常增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常lC.强化补氮（强化补氮（C:N100：2030）lD.替换污泥：替换污泥：最直接的方法最直接的方法n废水的厌氧处理主要用于废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理高浓度有机废水的前处理;产生的沼气可用于发电或作为能源产生的沼气可用于发电或作为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，是一种很好的燃料。之间，是一种很好的燃料。以日排以日排COD10t的工厂为例，若的工厂为例，若COD去除率为去除率为80%，甲烷产量为理论的，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷时，则可日产甲烷2240m3,其热值其热
40、值相当于相当于3.85t原煤，可发电原煤，可发电5400度电。度电。2对营养物的需求量少对营养物的需求量少n好氧方法好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧而厌氧方法为方法为（350500）：）：5：1，相比而言对相比而言对N、P的需求要小的多的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。加或少添加营养盐。3产生的污泥量少，运行费用低产生的污泥量少，运行费用低n繁殖慢；不需要曝气繁殖慢；不需要曝气 n基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业废水处理中得到了广泛的应用。但糖等工业废水处理中得到了广泛的应用。但厌氧
41、处理也存在缺点厌氧处理也存在缺点.出水的有机物浓度高于好氧处理；出水的有机物浓度高于好氧处理；n发酵分解有机物不完全；发酵分解有机物不完全；对温度变化较为敏感；对温度变化较为敏感；n工业中需要设置进水的控温装置，工业中需要设置进水的控温装置，37。厌氧微生物对有毒物质较为敏感；厌氧微生物对有毒物质较为敏感；n但经过毒物驯化但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。常常会极大地提高。4.4.初次启动过程缓慢，处理时间长初次启动过程缓慢，处理时间长n好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天天就就可以培育成功，而厌
42、氧处理体系的活性污泥或生物膜可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要一般需要812周周才可以培育成功才可以培育成功.5 5处理过程中产生臭气和有色物质处理过程中产生臭气和有色物质n提问：提问：是什么？是什么？n臭气主要是臭气主要是SRB（硫酸还原菌）形成的具有臭味的（硫酸还原菌）形成的具有臭味的硫硫化氢气体化氢气体以及以及硫醇硫醇、氨气、有机酸氨气、有机酸等的臭气。同时硫等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的黑色的硫化物硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进
43、一步脱色脱臭。处理设施，进一步脱色脱臭。（一）厌氧活性污泥的性质和组成（一）厌氧活性污泥的性质和组成n由由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质机杂质形成的污泥颗粒。形成的污泥颗粒。n呈呈灰色灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；n颗粒厌氧活性污泥的直径在颗粒厌氧活性污泥的直径在0.5mm0.5mm以上。以上。n微生物的组成主要有六种：微生物的组成主要有六种：n由外到内：由外到内：水解细菌水解细菌、发酵细菌发酵细菌、产产氢细菌和产乙酸菌氢细菌和产乙酸菌、产甲烷菌
44、产甲烷菌 、硫酸硫酸盐还原菌盐还原菌、厌氧原生动物，厌氧原生动物，其中其中产甲产甲烷丝菌烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架是厌氧活性污泥的中心骨架n复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段:布赖恩特（布赖恩特（Byrant），），1979水解、发酵阶段（又称酸化阶段）水解、发酵阶段（又称酸化阶段）产氢、产乙酸阶段产氢、产乙酸阶段产甲烷阶段产甲烷阶段同型产乙酸阶段同型产乙酸阶段n水解水解和和发酵性发酵性细菌将大分子的有机物水细菌将大分子的有机物水解为小分子的有机物解为小分子的有机物l淀粉、淀粉、纤维素纤维素单糖单糖丙酮酸丙酮酸l蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸有机酸和
45、氨有机酸和氨l脂类脂类低级脂肪酸、醇低级脂肪酸、醇n作用微生物：作用微生物：水解、发酵性菌群水解、发酵性菌群l专性厌氧菌：梭菌、拟杆菌、丁酸弧菌、双歧杆菌等；专性厌氧菌：梭菌、拟杆菌、丁酸弧菌、双歧杆菌等；l兼性厌氧菌：链球菌、肠道菌兼性厌氧菌：链球菌、肠道菌n产氢产氢和和产乙酸产乙酸细菌把上一阶段的产物进细菌把上一阶段的产物进一步分解为乙酸、氢气。一步分解为乙酸、氢气。n作用微生物：作用微生物：S菌株、硫酸还原菌等菌株、硫酸还原菌等lS菌株菌株：厌氧：厌氧G-菌，发酵乙醇产生乙酸和氢；菌，发酵乙醇产生乙酸和氢；l硫酸还原菌硫酸还原菌：与产甲烷菌协同将乙醇和乳酸转化：与产甲烷菌协同将乙醇和乳酸
46、转化为乙酸、氢气和二氧化碳。为乙酸、氢气和二氧化碳。l将第一阶段发酵的三碳以上有机酸、长链脂肪酸、将第一阶段发酵的三碳以上有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸及醇分解为乙酸和氢气的芳香族酸及醇分解为乙酸和氢气的细菌细菌n氢气、二氧化碳、乙酸、甲酸、甲醇、甲基胺氢气、二氧化碳、乙酸、甲酸、甲醇、甲基胺等被等被产甲烷菌产甲烷菌利用转化为甲烷和以及利用转化为甲烷和以及产甲烷菌产甲烷菌细胞物质。细胞物质。n经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。的厌氧污泥。n作用微生物：作用
47、微生物：两组不同的专性厌氧产甲烷菌两组不同的专性厌氧产甲烷菌l一组：氢气一组：氢气+二氧化碳二氧化碳甲烷甲烷l二组：乙酸、甲酸、甲醇、甲基胺二组：乙酸、甲酸、甲醇、甲基胺甲烷甲烷n同型产乙酸菌同型产乙酸菌将氢和二氧化碳转化为乙将氢和二氧化碳转化为乙酸酸n该阶段的作用目前仍在研究中该阶段的作用目前仍在研究中复杂有机物复杂有机物1 1、水解发酵、水解发酵2.2.产氢、产乙酸产氢、产乙酸3.3.产甲烷产甲烷3.3.产甲烷产甲烷硫酸盐还原4.4.同氢产乙酸同氢产乙酸乙酸乙酸n工作原理工作原理n2 2级级(平流沉淀平流沉淀+厌氧污泥消厌氧污泥消化化)全国各地使用广泛，为生活污水的预处理全国各地使用广泛，
48、为生活污水的预处理液固分离液固分离及厌氧杀寄生虫及病菌及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器第一代厌氧反应器化粪池化粪池n缺点：缺点：污泥量少、污泥量少、易被带出，静态易被带出，静态消化消化 n克服了第一代的缺点，且处理污水克服了第一代的缺点，且处理污水（1）UASB反应器反应器influentSludge bed污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集effluenthttp:/www.fkk.co.jp/e/ourbusiness/water-body2-e.htmlhttp:/ 反应器完全混合型EGSB反应器厌氧滤池厌氧塘流化床-复合床（2）Anaerobic fluidized bed
49、biofilm reactor厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器内循环反应器 升流式污泥床过滤器升流式污泥床过滤器EGSB IC UBFn以前通常能不用厌氧法处理的就以前通常能不用厌氧法处理的就不用，不用，不得已时结合厌氧处理与好不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理，氧处理先后处理，现在厌氧反应现在厌氧反应器发展迅速，逐渐成为水处器发展迅速，逐渐成为水处理的新的主力设备。理的新的主力设备。1）PSB法法l作用微生物：作用微生物：光合细菌（红螺菌科的红光合细菌（红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属、红微菌属等）螺菌属、红假单胞菌属、红微菌属等）l优点优点：能处理：能处理BOD100
50、00mg/L的高浓的高浓度有机废水，度有机废水，BOD5去除率可达去除率可达95%甚至甚至更高；更高；l缺点缺点：只能利用脂肪酸等小分子化合物，：只能利用脂肪酸等小分子化合物，因此需要水解性细菌进行前处理。因此需要水解性细菌进行前处理。2）SRB法法l作用微生物：作用微生物：硫酸盐还原细菌硫酸盐还原细菌（脱硫弧菌（脱硫弧菌属、脱硫假单胞菌属、脱硫微菌属等）属、脱硫假单胞菌属、脱硫微菌属等）l优点优点：能在氧化还原电位极低（：能在氧化还原电位极低（-250mV）的厌氧条件下，处理含的厌氧条件下，处理含SO42-的高浓度有机的高浓度有机废水，为后续甲烷发酵提供条件；废水，为后续甲烷发酵提供条件；l
