1、 第七章第七章 环境污染物的生物净化方法环境污染物的生物净化方法 第一节废水的好氧生物处理第一节废水的好氧生物处理 第二节第二节 废水的厌氧处理废水的厌氧处理 第三节第三节 特定微生物处理特定微生物处理、脱氮除磷脱氮除磷 第四节第四节 固体废弃物的微生物处理固体废弃物的微生物处理 第五节第五节土壤的生物净化作用土壤的生物净化作用 1 第一节废水的好氧生物处理第一节废水的好氧生物处理 好氧生物处理（好氧生物处理（Aerobic Biological Treatment）:在有在有氧条件下，有机物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分氧条件下，有机物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，而使污染物浓度
2、下降的一种废水净化法。解，而使污染物浓度下降的一种废水净化法。一、活性污泥法一、活性污泥法 （低（低BOD废水处理方法）废水处理方法）活性污泥法活性污泥法(Activated sludge process):是利用悬浮生长是利用悬浮生长的微生物絮状体处理有机废水的一类好氧生物处理法。的微生物絮状体处理有机废水的一类好氧生物处理法。2(一一)活性污泥中的微生物活性污泥中的微生物 有有3类，类，原核生物原核生物:细菌、放线菌、蓝细菌和立克次氏细菌、放线菌、蓝细菌和立克次氏体；体；真核生物真核生物:酵母、丝状真菌和单细胞藻类、酵母、丝状真菌和单细胞藻类、原生动物原生动物、多细胞微型动物；病毒。多细胞
3、微型动物；病毒。由于细菌和真菌可直接利用、分解废水中的可溶性有机由于细菌和真菌可直接利用、分解废水中的可溶性有机物质物质,其中，其中，细菌细菌等腐生营养性微生物在水净化中起等腐生营养性微生物在水净化中起主要作主要作用用。31、活性污泥中的原核生物、活性污泥中的原核生物-细菌细菌（1）分枝状动胶杆菌）分枝状动胶杆菌（菌胶团细菌）（菌胶团细菌）最早由最早由Butterfield（1935）分离到。由于这类细菌能）分离到。由于这类细菌能产生胶状物如产生胶状物如细菌多糖细菌多糖，分泌许多，分泌许多粘液或纤维粘液或纤维，而使细菌，而使细菌胶合在一起形成胶合在一起形成菌胶团絮状体菌胶团絮状体。菌胶团细菌菌
4、胶团细菌是构成活性污泥絮状体的是构成活性污泥絮状体的主要成分主要成分,有很强的有很强的吸附、氧化有机物的能力。吸附、氧化有机物的能力。4菌胶团细菌特点菌胶团细菌特点 无芽孢杆菌无芽孢杆菌，有鞭毛能运动，可形成荚膜，可利用碳，有鞭毛能运动，可形成荚膜，可利用碳水化合物、明胶、酪素和蛋白胨，无硝化作用，不产生水化合物、明胶、酪素和蛋白胨，无硝化作用，不产生H2S。形成絮状体的好处形成絮状体的好处（1）可使细菌可使细菌避免微型动物所吞噬避免微型动物所吞噬。（。（2）利于）利于污泥的沉降污泥的沉降。（2）丝状菌）丝状菌 有有浮游球衣菌浮游球衣菌、贝氏硫细菌贝氏硫细菌、发发硫细菌硫细菌等，也是活性等，也
5、是活性污泥的重要组成成分。它们可污泥的重要组成成分。它们可交叉交叉于菌胶团内，或于菌胶团内，或附着附着生生长于絮状体的长于絮状体的表面表面，少数种类的丝状菌还可，少数种类的丝状菌还可游离游离于污泥絮于污泥絮状体之间。状体之间。丝状菌也具有丝状菌也具有很强的氧化分解有机物的能力很强的氧化分解有机物的能力，起着一定，起着一定的净化作用。的净化作用。但但若丝状菌若丝状菌数量超过数量超过菌胶团细菌，严重时可菌胶团细菌，严重时可引起引起活性污泥膨胀活性污泥膨胀，可，可降低活性污泥降低活性污泥的净化功能。的净化功能。62、活性污泥中的真核生物、活性污泥中的真核生物 （1）真菌）真菌:有头孢属、芽枝霉属、青
6、霉属、毛霉属、根霉有头孢属、芽枝霉属、青霉属、毛霉属、根霉属、曲霉属、镰刀霉属、漆斑菌属、粘帚霉属、瓶霉属、短属、曲霉属、镰刀霉属、漆斑菌属、粘帚霉属、瓶霉属、短梗霉属、木霉属等。梗霉属、木霉属等。真菌在活性污泥中的出现往往与水质有关。一般真菌在活性污泥中的出现往往与水质有关。一般碳水化碳水化合物高、合物高、pH低的酸性工业废水低的酸性工业废水中容易生长真菌，而头孢属中容易生长真菌，而头孢属真菌出现率最高。真菌出现率最高。7（2）原生动物）原生动物 是是最简单的真核生物最简单的真核生物，大部分都是，大部分都是单细胞生物单细胞生物或或单细胞群单细胞群体体，原生动物细胞内有细胞核和细胞器，结构十分
7、复杂。其，原生动物细胞内有细胞核和细胞器，结构十分复杂。其全部生活在水全部生活在水中，至少包含中，至少包含5万种的原生生物。万种的原生生物。活性污泥中能见到的原生动物有活性污泥中能见到的原生动物有80属，属，288个种。个种。有有鞭毛鞭毛纲纲（绿眼虫）、（绿眼虫）、肉足纲肉足纲（变形虫）、（变形虫）、孢子纲孢子纲（疟原虫）和（疟原虫）和纤纤毛纲毛纲（草履虫）（草履虫）4个纲。个纲。9101）活性污泥中的原生动物的作用）活性污泥中的原生动物的作用 I）捕食捕食细菌，以降低游离细菌的数量。细菌，以降低游离细菌的数量。II）促进促进活性污泥的活性污泥的絮凝作用絮凝作用，许多原生动物可，许多原生动物可
8、分泌多糖分泌多糖类类物质，促进活性污泥形成絮凝体。物质，促进活性污泥形成絮凝体。III）吸收和分解废水中的有机物质。）吸收和分解废水中的有机物质。2）原生动物出现特点：）原生动物出现特点：I）原生动物）原生动物种群数量种群数量与活性污泥中与活性污泥中游离细菌数量游离细菌数量有直接有直接的相关性，但与的相关性，但与菌胶团细菌数量无关菌胶团细菌数量无关。只是因为原生动物。只是因为原生动物只吃自由活动细菌，而吃不到菌胶团内的细菌。只吃自由活动细菌，而吃不到菌胶团内的细菌。11 II）原生动物）原生动物种属的变化种属的变化可在一定程度上反映水质和处理可在一定程度上反映水质和处理效果。效果。运行初期运行
9、初期，以鞭毛虫类、根足虫类为主；，以鞭毛虫类、根足虫类为主；以后以后出现自由出现自由游泳型纤毛虫类；而当游泳型纤毛虫类；而当活性污泥处理后期活性污泥处理后期，匍匐或附着型的，匍匐或附着型的纤毛虫占优势。纤毛虫占优势。III）不同废水处理的活性污泥中，原生动物的个体数和优）不同废水处理的活性污泥中，原生动物的个体数和优势种不同。势种不同。在在城市污水城市污水的活性污泥中高频率出现的原生动物的活性污泥中高频率出现的原生动物是是沟钟虫、小口钟虫沟钟虫、小口钟虫和和有助盾纤虫有助盾纤虫。12（3）微型后生动物）微型后生动物 原生动物以外的原生动物以外的多细胞动物多细胞动物叫叫后生动物后生动物，因为体型
10、微小，因为体型微小，也叫微型后生动物。主要有轮虫、线虫、寡毛虫（飘体，也叫微型后生动物。主要有轮虫、线虫、寡毛虫（飘体虫、颤蚓、水丝蚓等）、浮游甲壳动物、苔藓动物。虫、颤蚓、水丝蚓等）、浮游甲壳动物、苔藓动物。轮虫和线虫则是轮虫和线虫则是线形动物门线形动物门，而寡毛类为，而寡毛类为环节动物门环节动物门。它们多以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食。所以出它们多以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食。所以出现较晚。一般来说：现较晚。一般来说：线虫线虫可在可在城市污水城市污水厂的活性污泥中大量存在；厂的活性污泥中大量存在；轮虫轮虫的出的出现反映有机物质含量较低，现反映有机物质含量较低，水质较好水质较好
11、；而而寡毛类寡毛类以颤蚯以颤蚯蚓为代表，是活性污泥中蚓为代表，是活性污泥中体形最大体形最大，分化程度高级的多细，分化程度高级的多细胞生物。胞生物。131415（二）活性污泥的特性活性污泥的特性 1、具有很强的吸附能力、具有很强的吸附能力 废水中的废水中的Fe、Cu、Pb、Ni、Zn等金属离子，大约等金属离子，大约30%-90%能被活性污泥吸附去除。生活污水在能被活性污泥吸附去除。生活污水在10-30 min内内，80%-90%的的BOD可由活性污泥的吸附作用而去除。可由活性污泥的吸附作用而去除。2、具有良好的沉降性能、具有良好的沉降性能 活性污泥因具有絮状结构而有良好的沉降性能活性污泥因具有絮
12、状结构而有良好的沉降性能(密度为密度为1.002-1.006)，使处理水比较容易地与污泥分离，最终达到，使处理水比较容易地与污泥分离，最终达到净化废水的目的。净化废水的目的。3、具有强的分解、氧化有机物的能力、具有强的分解、氧化有机物的能力 (1)被活性污泥吸附的大分子有机物质，首先在微生物细被活性污泥吸附的大分子有机物质，首先在微生物细胞分泌的胞分泌的胞外酶胞外酶作用下，变成小分子有机物作用下，变成小分子有机物.(2)小分子有机物透过细胞膜小分子有机物透过细胞膜进入微生物细胞进入微生物细胞，在，在胞内酶胞内酶的的作用下，经过一系列生化途径氧化，并释放能量。作用下，经过一系列生化途径氧化，并释
13、放能量。与此同时，微生物可利用呼吸释放的能量，将氧化过程与此同时，微生物可利用呼吸释放的能量，将氧化过程中的一引起中间产物中的一引起中间产物转变为细胞物质转变为细胞物质，这样微生物得到，这样微生物得到生长生长繁殖繁殖，有机物不断地被氧化分解。，有机物不断地被氧化分解。4、具有较长的食物链、具有较长的食物链 在活性污泥和生物膜对废水的生物处理过程中，一般都在活性污泥和生物膜对废水的生物处理过程中，一般都能看到存在着能看到存在着“有机物有机物-细菌细菌-原生动物原生动物-微型后生动物微型后生动物”这样这样的食物链。的食物链。食物链越长食物链越长，能量消耗的比例就越大能量消耗的比例就越大。据推算，由
14、细菌。据推算，由细菌得到的原生动物的收获率约为得到的原生动物的收获率约为0.5，而由细菌到微型后生动，而由细菌到微型后生动物的收获率仅为物的收获率仅为0.3。若微型后生动物捕食原生动物，则产。若微型后生动物捕食原生动物，则产生的生物量更小生的生物量更小。（三）活性污泥法处理废水的过程（三）活性污泥法处理废水的过程 活性污泥法：活性污泥法：在人工充氧条件下，对污水中的各种在人工充氧条件下，对污水中的各种微生微生物群体物群体进行进行培养和驯化培养和驯化，形成活性污泥，利用活性污泥的吸，形成活性污泥，利用活性污泥的吸附和氧化作用，分解污水中有机物质的方法。附和氧化作用，分解污水中有机物质的方法。1
15、1、活性污泥分解有机污染物过程、活性污泥分解有机污染物过程 （1 1）初期吸附）初期吸附 活性污泥有巨大的比表面积，且活性污泥有巨大的比表面积，且表面表面上含有上含有多糖类粘性多糖类粘性物质物质，因此，其对废水中的有机物质有，因此，其对废水中的有机物质有很强的吸附能力很强的吸附能力。当。当与废水接触，废水中的与废水接触，废水中的有机物质有机物质便迅速吸附到活性污泥表面便迅速吸附到活性污泥表面。（2）降解为小分子物）降解为小分子物,进入微生物体进入微生物体 有机物有机物:一旦被吸附一旦被吸附在活性污泥表面，便在微生物细胞分泌的在活性污泥表面，便在微生物细胞分泌的胞外酶胞外酶作用下，变作用下，变成
16、小分子有机物，然后透过细胞膜进入微生物细胞成小分子有机物，然后透过细胞膜进入微生物细胞.（3）体内氧化降解）体内氧化降解：被运入的小分子物，再在：被运入的小分子物，再在胞内酶胞内酶的的作用下，经过一系列生化途径氧化分解，并释放能量，与此作用下，经过一系列生化途径氧化分解，并释放能量，与此同时，微生物利用呼吸释放的能量，将氧化过程中的一引起同时，微生物利用呼吸释放的能量，将氧化过程中的一引起中间产物转变为中间产物转变为细胞物质细胞物质，这样微生物得到，这样微生物得到生长繁殖生长繁殖，有机，有机物不断地被氧化分解。物不断地被氧化分解。2、活性污泥法净化基本过程活性污泥法净化基本过程 （1）向废水中
17、曝气充氧）向废水中曝气充氧，形成活性污泥颗粒，形成活性污泥颗粒 曝气可使各种以该废水中有机物作为营养物质的微曝气可使各种以该废水中有机物作为营养物质的微生物生物大量生长繁殖大量生长繁殖，形成菌胶团的细菌逐渐形成絮状体，形成菌胶团的细菌逐渐形成絮状体,原生动原生动物附着其上，丝状的细菌与真菌交织穿插其间，形成一颗颗物附着其上，丝状的细菌与真菌交织穿插其间，形成一颗颗浮于混合液中的浮于混合液中的絮状颗粒絮状颗粒，每一颗粒就是一个微生物群体。，每一颗粒就是一个微生物群体。21（2）有机污染物的吸附和摄入代谢）有机污染物的吸附和摄入代谢 废水有机物被活性污泥颗粒大量废水有机物被活性污泥颗粒大量吸附吸附
18、、并被、并被摄入摄入微生物微生物体内。一部分在氧的作用下，转化为微生物本身的结构组分体内。一部分在氧的作用下，转化为微生物本身的结构组分和新的细胞，另一部分则完全被氧化为和新的细胞，另一部分则完全被氧化为CO2和和H2O等物质。等物质。（3）活性污泥颗粒沉降）活性污泥颗粒沉降 污染物被同化为微生物有机体，然后进入沉淀池，絮状污染物被同化为微生物有机体，然后进入沉淀池，絮状化的活性污泥颗粒能很好地沉降至池底，上清液为处理过化的活性污泥颗粒能很好地沉降至池底，上清液为处理过的水。的水。22233、活性污泥法除污工艺流程、活性污泥法除污工艺流程（1）在曝气池中活性污泥与废水充分混合）在曝气池中活性污
19、泥与废水充分混合 在曝气池中，活性污泥和待处理废水在曝气池中，活性污泥和待处理废水充分混合充分混合，形成混，形成混合液，在合液，在曝气池曝气池充足的氧气条件下，有机废水被充足的氧气条件下，有机废水被氧化降解氧化降解，污染物浓度被降低。，污染物浓度被降低。注意：注意：活性污泥微生物的新陈代谢需活性污泥微生物的新陈代谢需充足的氧气充足的氧气。为增加曝气。为增加曝气池中的含氧量，可通过池中的含氧量，可通过鼓风曝气鼓风曝气、机械曝气机械曝气等方法，由管等方法，由管道系统将空气以道系统将空气以微型气泡逸出微型气泡逸出的方式，在混合液中扩散，的方式，在混合液中扩散，并带动混合液的混合和搅拌。并带动混合液的
20、混合和搅拌。（2）二次沉淀）二次沉淀 氧化降解的废水，经二次沉淀池沉淀，进行固液分离，氧化降解的废水，经二次沉淀池沉淀，进行固液分离，下层为分离出的活性污泥，上层为已处理的清水，排出沉淀下层为分离出的活性污泥，上层为已处理的清水，排出沉淀池。池。对于下层分离出的活性污泥，大部分送回曝气池进行对于下层分离出的活性污泥，大部分送回曝气池进行活活性污泥回流性污泥回流，其余作为，其余作为废弃物排出废弃物排出。普通活性污泥法运行特点：普通活性污泥法运行特点：（1）BOD去除可达去除可达90%以上，处理效果极好。以上，处理效果极好。（2）适用于净化、稳定程度较高的废水。）适用于净化、稳定程度较高的废水。（
21、3）采取渐减供气方式，前端采用高氧，后端采用低供）采取渐减供气方式，前端采用高氧，后端采用低供氧方式。氧方式。（四）污水处理系统中的酶（四）污水处理系统中的酶 1、污水系统中酶的来源、污水系统中酶的来源 （1）微生物分泌）微生物分泌 微生物中含有大量的酶，可分泌到环境中，参与污水中微生物中含有大量的酶，可分泌到环境中，参与污水中有机物的降解。有机物的降解。如丝状菌含有两种特异的酶，一种能使氨氧化成亚硝酸如丝状菌含有两种特异的酶，一种能使氨氧化成亚硝酸，另一种能使亚硝酸进一步氧化成硝酸。另外，细菌的脲，另一种能使亚硝酸进一步氧化成硝酸。另外，细菌的脲酶和蛋白酶活性也高于原生动物，分解蛋白胨和肽，
22、产生酶和蛋白酶活性也高于原生动物，分解蛋白胨和肽，产生氨基酸，供原生动物生长。氨基酸，供原生动物生长。28 （2）人、畜类的排泄）人、畜类的排泄 在人畜的粪便和尿中存在大量的酶类，如粪便和尿中存在人畜的粪便和尿中存在大量的酶类，如粪便和尿中存在淀粉酶、蛋白酶，在粪便中还存在在淀粉酶、蛋白酶，在粪便中还存在CAT，但正常新鲜的，但正常新鲜的尿液一般无尿液一般无CAT活性。活性。（3）动植物残体）动植物残体 土壤中存在许多酶，如淀粉酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酯土壤中存在许多酶，如淀粉酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酯酶、蔗糖酶、酶、蔗糖酶、CAT、-半乳糖苷酶等，这些酶除来自微生半乳糖苷酶等，这些酶除来自微生物
23、的分泌外，大部分来源于动、植物的残体。物的分泌外，大部分来源于动、植物的残体。29（4）活性污泥中微生物体内的酶）活性污泥中微生物体内的酶 活性污泥中微生物体内的酶与上述这些酶类一起，参活性污泥中微生物体内的酶与上述这些酶类一起，参与了有机污染物的降解。现知，胃蛋白酶、淀粉酶、脂与了有机污染物的降解。现知，胃蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶存在于絮凝体的表面，而胰蛋白酶则在絮凝体颗粒肪酶存在于絮凝体的表面，而胰蛋白酶则在絮凝体颗粒周围的污水中也有所分布。周围的污水中也有所分布。302、环境因素对活性污泥中酶活性的影响、环境因素对活性污泥中酶活性的影响 （1）温度）温度:实验指出，活性污泥在有氧条件下能分
24、解甲基实验指出，活性污泥在有氧条件下能分解甲基兰染料，而当温度升高到兰染料，而当温度升高到50 时，就丧失分解染料的能力时，就丧失分解染料的能力。由于高温可使酶钝化失活。已知蛋白酶的最适温度为。由于高温可使酶钝化失活。已知蛋白酶的最适温度为22.5,CAT为为10-20。（2）pH:过酸过碱会影响酶的活性。脂肪酶的最适过酸过碱会影响酶的活性。脂肪酶的最适pH为为6.5，蛋白酶为，蛋白酶为7.88.0；CAT为为7。31（3）受重金属的抑制）受重金属的抑制 研究发现，研究发现，Cr对污泥中的许多酶活性都有抑制作用；对污泥中的许多酶活性都有抑制作用；Hg2+、Pb2+、Cu2+、Co2+对对CAT
25、活性都有不同程度的抑制活性都有不同程度的抑制作用，作用，200mol/L的的HgCl2可完全抑制可完全抑制CAT的活性。而的活性。而 Zn、KCN、Hg2+对对-或或-糖苷酶、糖苷酶、-或或-半乳糖苷酶都有不半乳糖苷酶都有不同程度的抑制作用。同程度的抑制作用。（4）有机毒物的抑制）有机毒物的抑制 有报道指出，苯酚、苯甲酸、苯胺可抑制活性污泥中的有报道指出，苯酚、苯甲酸、苯胺可抑制活性污泥中的CAT活性；活性；0.5 mmol/L磺乙酸、磺乙酸、p-羟基苯汞可使蛋白酶完羟基苯汞可使蛋白酶完全失活。全失活。32二、生物膜法二、生物膜法 利用微生物在固体（填料）表面的附着生长对废水进行生利用微生物在
26、固体（填料）表面的附着生长对废水进行生物处理的技术，称物处理的技术，称生物膜法生物膜法（Biofilm）。其特点是微生物被）。其特点是微生物被固定在一特定膜上进行水的净化。固定在一特定膜上进行水的净化。（一）生物膜载体（一）生物膜载体 1、无机类载体、无机类载体 有碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、炭纤有碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。维、矿渣、活性炭、金属等。2、有机类载体、有机类载体 主要有各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等，其中还主要有各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等，其中还有聚合物类载体，如有聚合物类载体，如PVC、PE、PS、PP等。
27、等。3 3、软性纤维载体、软性纤维载体 它是经过它是经过特殊处理的合成纤维特殊处理的合成纤维，质轻，强度大。它的比，质轻，强度大。它的比表面积大大增加，孔隙率高，截污能力强，对微生物的增殖表面积大大增加，孔隙率高，截污能力强，对微生物的增殖无抑制作用，同时还可避免纤维结团堵塞。无抑制作用，同时还可避免纤维结团堵塞。（二）（二）生物膜中的微生物生物膜中的微生物 1、细菌、细菌 有有好氧、兼性好氧、兼性和和厌氧菌厌氧菌三类。三类。生物膜表面生物膜表面是好气的，分是好气的，分布好氧菌；布好氧菌；中间中间是兼性的，分布兼性菌；与是兼性的，分布兼性菌；与载体接触面载体接触面处于处于厌氧状态，分布厌氧菌。
28、厌氧状态，分布厌氧菌。这三种不同的微环境各有优势种。这三种不同的微环境各有优势种。(1)好氧层好氧层：专性好氧专性好氧芽孢杆菌属芽孢杆菌属细菌占优势。细菌占优势。(2)兼性层：兼性细菌数量最多，主要有兼性层：兼性细菌数量最多，主要有假单孢菌属、产假单孢菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、微球菌属、动胶杆菌碱杆菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、微球菌属、动胶杆菌属属等等6个属细菌。个属细菌。(3)厌氧层：能见到专性厌氧的厌氧层：能见到专性厌氧的反硫化弧菌属反硫化弧菌属细菌存在于细菌存在于膜和载体的界面上，还可发现膜和载体的界面上，还可发现贝氏硫细菌贝氏硫细菌和和发硫细菌发硫细菌。另外，还存在另外，
29、还存在大肠杆菌大肠杆菌和和产气杆菌等肠道杆菌产气杆菌等肠道杆菌。2、真菌、真菌 在好气区还可能生长在好气区还可能生长丝状真菌丝状真菌。但在正常情况下，真菌受到但在正常情况下，真菌受到细菌营养竞争的抑制细菌营养竞争的抑制，只有，只有在在酸性酸性或在或在BOD高高的特殊工业废水中，真菌才可能在滤膜上的特殊工业废水中，真菌才可能在滤膜上超过细菌而占优势。超过细菌而占优势。3、原生动物、原生动物 在普通生物滤池、生物转盘等生物膜中，出现频率高的在普通生物滤池、生物转盘等生物膜中，出现频率高的原生动物为原生动物为纤毛虫纤毛虫和和肉足类肉足类，尤其是纤毛虫类占优势。，尤其是纤毛虫类占优势。与活性污泥不同的
30、是：呈与活性污泥不同的是：呈分枝状增殖分枝状增殖的种类如的种类如独缩虫、累独缩虫、累枝虫、盖虫枝虫、盖虫等常占优势，有时可见到由这些种的数百个细胞等常占优势，有时可见到由这些种的数百个细胞组成的群体。组成的群体。在一个生物滤池中，在一个生物滤池中，上层上层有有植鞭毛虫植鞭毛虫分布，那里有足够分布，那里有足够的有机物可供他们与细菌竞争；的有机物可供他们与细菌竞争；纤毛虫纤毛虫则分布在滤膜则分布在滤膜好气层好气层的各个部位，其中，在的各个部位，其中，在滤膜表层滤膜表层往往是往往是游动的纤毛虫游动的纤毛虫占优势占优势，而，而较下层较下层为为有柄纤毛虫有柄纤毛虫占优势。占优势。4 4、微型后生动物、微
31、型后生动物 生物膜上出现的后生动物有生物膜上出现的后生动物有轮虫类、线虫类、昆虫类、轮虫类、线虫类、昆虫类、腹足类、寡毛类腹足类、寡毛类等。与活性污泥相比，等。与活性污泥相比，轮虫类轮虫类的种类大体相的种类大体相同，但个体数多得多，而同，但个体数多得多，而线虫类数目线虫类数目较多。较多。在生物膜上出现的在生物膜上出现的寡毛类寡毛类有：有：仙女虫属、吻盲虫属和飘仙女虫属、吻盲虫属和飘体虫属等体虫属等。据报道，。据报道，1mg1mg生物膜上有时可达生物膜上有时可达10001000个以上的寡个以上的寡毛类微型后生动物。毛类微型后生动物。（三）生物膜净化过程（三）生物膜净化过程 1、挂膜和驯化阶段挂膜
32、和驯化阶段 生物膜法系统投入运转时，首先要生物膜法系统投入运转时，首先要培养和驯化生物膜培养和驯化生物膜。微生物在载体表面生长繁殖，形成生物膜的过程称微生物在载体表面生长繁殖，形成生物膜的过程称挂膜挂膜。使膜上的微生物产生一定的变异，逐渐适应所处理的污使膜上的微生物产生一定的变异，逐渐适应所处理的污水水质的过程称水水质的过程称驯化驯化。通过对生物膜的驯化处理，可生产出。通过对生物膜的驯化处理，可生产出适合不适合不同性质污水处理的生物膜同性质污水处理的生物膜。39 2、微生物吸附、吸收、氧化分解阶段、微生物吸附、吸收、氧化分解阶段 在生物膜表面，总是吸附着一层薄薄的污水称在生物膜表面，总是吸附着
33、一层薄薄的污水称“附着水或附着水或结合水层结合水层”，而其外是能自由流动的污水称，而其外是能自由流动的污水称“运动水层运动水层”。附着水层附着水层中的有机物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧中的有机物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解，浓度随之下降，化分解，浓度随之下降，运动水层运动水层中高浓度的有机污染物便中高浓度的有机污染物便迅速扩散迅速扩散到吸附水层，进入生物膜被微生物分解。到吸附水层，进入生物膜被微生物分解。这过程中微生物代谢所需这过程中微生物代谢所需O2，经，经运动水层、附着水层运动水层、附着水层而而进入生物膜，微生物代谢有机物的产物则沿相反方向的移动进入生物膜，微生物代谢有机物的
34、产物则沿相反方向的移动。403、形成新的生物膜阶段、形成新的生物膜阶段 生物膜在处理污水过程中会生物膜在处理污水过程中会不断增厚不断增厚，附着在载体一面，附着在载体一面的就的就形成厌氧区形成厌氧区，近，近结合水层区的结合水层区的生物膜就分成生物膜就分成好氧层好氧层，两，两者之间的兼性层。者之间的兼性层。随着厌氧的增厚，生物膜的老化、剥落，随着厌氧的增厚，生物膜的老化、剥落，又开始形成又开始形成新的生物膜新的生物膜。有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等。有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等。4243（四）生物膜法的特点（四）生物膜法的特点 1、微生物多样性高、微生物多样性高 包括好氧、厌氧细
35、菌、真菌和藻类等。那些增殖速度小的包括好氧、厌氧细菌、真菌和藻类等。那些增殖速度小的生物、对搅拌相当敏感微型后生动物也会出现在生物膜中。生物、对搅拌相当敏感微型后生动物也会出现在生物膜中。因此与活性污泥相比，因此与活性污泥相比，生物膜的生物多样性高生物膜的生物多样性高，相互作用，相互作用复杂，复杂，构成的生态系统稳定构成的生态系统稳定，更能承受环境条件的变动。如水，更能承受环境条件的变动。如水温降到温降到5，在生物膜上仍存在各种生物。，在生物膜上仍存在各种生物。2、生物膜各段的微生物类群不同、生物膜各段的微生物类群不同 微生物群落的种类组成随微生物群落的种类组成随废水净化过程废水净化过程而相应
36、地发生变化而相应地发生变化。在。在多段式多段式生物膜法处理中，与净化过程相对应，会分别出生物膜法处理中，与净化过程相对应，会分别出现不同的现不同的微生物优势种微生物优势种。443、生物膜中的食物链较长、生物膜中的食物链较长 在生物膜上不仅栖息着在生物膜上不仅栖息着捕食细菌的生物捕食细菌的生物，而且还存在着其，而且还存在着其它更高营养级的生物，因而它更高营养级的生物，因而食物链食物链比活性污泥中的长。比活性污泥中的长。食物链长，高营养级的生物多食物链长，高营养级的生物多,对有机污染物的对有机污染物的消耗多消耗多,所所产生的大部分污泥，可被其本身消化产生的大部分污泥，可被其本身消化,剩余的污泥量少
37、剩余的污泥量少,净化效净化效率高率高。454、具有较高的脱氮能力、具有较高的脱氮能力 在生物膜中存在繁殖速度较小的硝化细菌，尤其是在在生物膜中存在繁殖速度较小的硝化细菌，尤其是在NH4+较高的生物膜法废水处理中，生物膜上的较高的生物膜法废水处理中，生物膜上的硝化细菌硝化细菌常能占优势地增殖。此外，常能占优势地增殖。此外，脱氮细菌脱氮细菌发育良好，在生物膜发育良好，在生物膜内部发生一定的脱氮作用。内部发生一定的脱氮作用。5、单位处理能力强、单位处理能力强 大量微生物占据了整个反应器的空间，单位体积生物量大量微生物占据了整个反应器的空间，单位体积生物量远比活性污泥法高，因此单位处理废水的能力强。远
38、比活性污泥法高，因此单位处理废水的能力强。46 6、操作运行稳定、操作运行稳定 因生态系统的结构复杂，对水力和有机物负荷的承受因生态系统的结构复杂，对水力和有机物负荷的承受能力强，操作运行稳定。能力强，操作运行稳定。7、系统维护方便、系统维护方便 系统操作维护方便，能耗低，系统操作维护方便，能耗低，无需污泥回流无需污泥回流。47 第二节第二节 废水的厌氧处理废水的厌氧处理一、厌氧生物处理的原理及过程一、厌氧生物处理的原理及过程（高（高BOD的废水处理）的废水处理）（一）原理：厌氧生物处理（一）原理：厌氧生物处理(Anaerobic process)指在厌氧条件下指在厌氧条件下,厌氧微生物分解水
39、中的有机物并产生甲烷厌氧微生物分解水中的有机物并产生甲烷和和CO2的过程的过程,又称又称厌氧发酵厌氧发酵。厌氧微生物主要包括厌氧有机物分解菌（不产生甲烷的厌厌氧微生物主要包括厌氧有机物分解菌（不产生甲烷的厌氧微生物）和甲烷菌。氧微生物）和甲烷菌。48与好氧生物处理的主要区别为与好氧生物处理的主要区别为 1）废水中有机物浓度较高，）废水中有机物浓度较高，BOD超过超过1500 mg/L，此时，若，此时，若用好氧生物处理效果较差。用好氧生物处理效果较差。2）厌氧生物降解常以碳、硫、氮和一些盐类物质作为受氢体）厌氧生物降解常以碳、硫、氮和一些盐类物质作为受氢体，而不以氧为受氢体。分解碳素有机物后的产
40、物为甲烷。，而不以氧为受氢体。分解碳素有机物后的产物为甲烷。3）处理过程中剩余污泥产量低，因而污泥处置费用少。）处理过程中剩余污泥产量低，因而污泥处置费用少。4）由于不需要充氧设备，工艺所需的能量消耗相当低，所需）由于不需要充氧设备，工艺所需的能量消耗相当低，所需要的氮磷养分较少。要的氮磷养分较少。49（二）厌氧生物处理过程（二）厌氧生物处理过程：分三个阶段：分三个阶段 1、第一阶段：水解阶段、第一阶段：水解阶段 指在厌氧微生物分解菌分泌的胞外酶作用下，复杂的有机指在厌氧微生物分解菌分泌的胞外酶作用下，复杂的有机物分解为脂肪酸、醇类、物分解为脂肪酸、醇类、CO2、氨和氢的过程。、氨和氢的过程。
41、常见的厌氧微生物常见的厌氧微生物有纤维素菌、脂肪菌、蛋白质分解菌有纤维素菌、脂肪菌、蛋白质分解菌。在它们作用的下，纤维素水解成多糖、蛋白质水解成多肽和在它们作用的下，纤维素水解成多糖、蛋白质水解成多肽和氨基酸、脂肪水解成甘油和脂肪酸。氨基酸、脂肪水解成甘油和脂肪酸。502、第二阶段：酸化阶段、第二阶段：酸化阶段，产生乙酸和氢产生乙酸和氢 在产酸菌如乙酸细菌、某些芽孢杆菌和产氢菌作用下，将在产酸菌如乙酸细菌、某些芽孢杆菌和产氢菌作用下，将脂肪酸、芳香族酸如苯基醋酸和吲哚乙酸等产物还原成乙酸脂肪酸、芳香族酸如苯基醋酸和吲哚乙酸等产物还原成乙酸和氢的过程。和氢的过程。3、第三阶段：甲烷化阶段、第三阶
42、段：甲烷化阶段 由甲烷菌利用由甲烷菌利用CO2和氢或和氢或CO和氢合成甲烷；或由甲烷菌和氢合成甲烷；或由甲烷菌利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺裂解生成甲烷。利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺裂解生成甲烷。注意：上述三个阶段在厌氧生物处理过程中，实际上是同注意：上述三个阶段在厌氧生物处理过程中，实际上是同步进行的。步进行的。5152二、厌氧反应器中的微生物二、厌氧反应器中的微生物 主要有主要有2类：不产甲烷菌和甲烷菌类：不产甲烷菌和甲烷菌1、不产甲烷菌、不产甲烷菌 它们参与产它们参与产甲烷以前所有分解有机物的过程甲烷以前所有分解有机物的过程，并产生小，并产生小分子有机酸。这类微生物中有厌氧菌和兼性厌氧菌，
43、还有分子有机酸。这类微生物中有厌氧菌和兼性厌氧菌，还有少量好氧菌、真菌和原生动物。少量好氧菌、真菌和原生动物。其中细菌起着重要的作用，而其中细菌起着重要的作用，而原生动物数量不多原生动物数量不多，但能，但能见于发酵器中，如鞭毛虫、纤毛虫和变形虫等。见于发酵器中，如鞭毛虫、纤毛虫和变形虫等。532、甲烷菌、甲烷菌 1）类型：分为四种）类型：分为四种,八叠球状、杆状、球状和螺旋状。八叠球状、杆状、球状和螺旋状。2）作用特点）作用特点 (1)严格的厌氧环境。严格的厌氧环境。氧和氧化剂对甲烷菌有很强的氧和氧化剂对甲烷菌有很强的毒毒性，甚至，硝酸盐等容易释放出氧的化合物可能会使甲烷性，甚至，硝酸盐等容易
44、释放出氧的化合物可能会使甲烷菌死亡。菌死亡。（2）代谢最佳）代谢最佳pH为为6.77.2。若产酸菌和甲烷菌在代谢。若产酸菌和甲烷菌在代谢平衡上发生改变，如产酸菌数量急增，会降低平衡上发生改变，如产酸菌数量急增，会降低pH而抑制而抑制甲烷菌的生长。甲烷菌的生长。54（3）甲烷菌只能利用）甲烷菌只能利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等少数等少数简单有机化合物裂解生成甲烷。但各种甲烷菌都能利用简单有机化合物裂解生成甲烷。但各种甲烷菌都能利用氢氢作为生长和产甲烷的电子供体。作为生长和产甲烷的电子供体。（4）甲烷菌世代时间较长，有的可达）甲烷菌世代时间较长，有的可达46天，所以厌氧天，
45、所以厌氧发酵设备的投产期较长。发酵设备的投产期较长。55（5）在厌氧发酵器中只有）在厌氧发酵器中只有很少部分的有机物转化为甲烷新很少部分的有机物转化为甲烷新菌体菌体，所以厌氧处理废水产生的，所以厌氧处理废水产生的剩余污泥极少剩余污泥极少，一般不，一般不超过处理工艺的超过处理工艺的1/6。（6）在厌氧发酵产生的气体中，约）在厌氧发酵产生的气体中，约55%80%为甲烷，其为甲烷，其中中72%的甲烷来自乙酸盐的转化，的甲烷来自乙酸盐的转化，13%是由丙酸盐转化是由丙酸盐转化的，还有的，还有15%是经其他中间产物转化产生的。是经其他中间产物转化产生的。56三、厌氧生物处理的影响因素三、厌氧生物处理的影
46、响因素1、温度、温度 厌氧发酵实际上是利用微生物的分解酶对有机物的降解厌氧发酵实际上是利用微生物的分解酶对有机物的降解过程，所以在一定的温度范围内，对废水、消化池进行加过程，所以在一定的温度范围内，对废水、消化池进行加热和保温热和保温,均可提高发酵速度。常采用中温发酵温度均可提高发酵速度。常采用中温发酵温度35 38,高温发酵温度高温发酵温度52 55。572、pH pH明显影响厌氧发酵过程。由于甲烷菌的最适作用明显影响厌氧发酵过程。由于甲烷菌的最适作用pH为中性，所以在酸化和甲烷化分开的工艺中，要求为中性，所以在酸化和甲烷化分开的工艺中，要求甲烷化阶段甲烷化阶段pH控制在控制在7.0 7.5
47、。因此。因此,废水在厌氧处理前废水在厌氧处理前必须对其中的无机酸和碱进行中和处理。必须对其中的无机酸和碱进行中和处理。3、营养成分、营养成分 当污水中的当污水中的C、N、P含量不足或比例不当时，会影响含量不足或比例不当时，会影响厌氧发酵。对厌氧发酵。对N和和P的需要量比好氧生物处理低，一般的需要量比好氧生物处理低，一般采用采用BOD:N:P=200:5:1。584、有机负荷、有机负荷 某些化学污染物超过一定浓度时，会对厌氧发酵有抑制作某些化学污染物超过一定浓度时，会对厌氧发酵有抑制作用，甚至完全破坏厌氧发酵过程。如用，甚至完全破坏厌氧发酵过程。如Cu、Ni和和Cd的允许浓的允许浓度为度为100
48、 200 mg/L，甲醛必须小于，甲醛必须小于100 mg/L，四苯小于，四苯小于440 mg/L等。等。四、厌氧生物处理类型（四、厌氧生物处理类型（P266）1、普通厌氧反应器、普通厌氧反应器 2、厌氧接触反应器、厌氧接触反应器 3、上流式厌氧污泥床反应器、上流式厌氧污泥床反应器 4、厌氧生物滤池、厌氧生物滤池 5、厌氧流化床反应器、厌氧流化床反应器 6、厌氧处理活性污泥、厌氧处理活性污泥 59 第三节第三节 光合细菌法、脱氮除磷光合细菌法、脱氮除磷 一、光合细菌（一、光合细菌（PSB）法）法 1、光合细菌特点、光合细菌特点 光合细菌是一大类能进行光合作用的原核生物，如绿硫光合细菌是一大类能
49、进行光合作用的原核生物，如绿硫细菌、紫色硫细菌等。特点为：细菌、紫色硫细菌等。特点为：（1）在）在黑暗有氧条件黑暗有氧条件下，以有机物为呼吸基质，进行好氧下，以有机物为呼吸基质，进行好氧异养生长；异养生长；（2）在）在厌氧光照厌氧光照条件下，以小分子有机物如条件下，以小分子有机物如H2S、异丙醇、异丙醇、脂肪酸等作为光合作用的电子供体，进行光能自养生长。、脂肪酸等作为光合作用的电子供体，进行光能自养生长。60 如：紫色硫细菌如：紫色硫细菌/绿色硫细菌以绿色硫细菌以H2S 为供氢体为供氢体 再例：紫色非硫细菌以异丙醇、脂肪酸等有机物作为氢供体再例：紫色非硫细菌以异丙醇、脂肪酸等有机物作为氢供体6
50、1 如废水处理的光合细菌（废水处理的光合细菌（PSB）-红螺菌科红螺菌科，它们不仅能在，它们不仅能在有氧黑暗条件下，以有机物作为呼吸基质，进行好氧异养生有氧黑暗条件下，以有机物作为呼吸基质，进行好氧异养生长。而且能在厌氧光照条件下，以低级脂肪酸、多种二羧酸长。而且能在厌氧光照条件下，以低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用的电子供体，进行光能异养生长。的电子供体，进行光能异养生长。因此，因此，PSB既不像好氧的活性污泥细菌受污水中既不像好氧的活性污泥细菌受污水中氧浓度氧浓度的的限制，又不像严格的厌氧甲烷菌等
