環(huán)境微生物學第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及

1、第九章第九章 水環(huán)境污染控制與治理的水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理生態(tài)工程及微生物學原理第一節(jié)第一節(jié) 污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制第三節(jié)第三節(jié) 厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落第一節(jié)第一節(jié) 污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng) 關(guān)于廢水生物處理關(guān)于廢水生物處理 該法由該法由Arden和和Lockett發(fā)明，并與發(fā)明，并與1914年在年在英英國曼徹斯特國曼徹斯特建成世界上第一個活性污泥法廢水生建成世界上第一個活性污泥法

2、廢水生物處理試驗廠。物處理試驗廠。 在當前污水處理領(lǐng)域中，活性污泥法是應用最在當前污水處理領(lǐng)域中，活性污泥法是應用最為廣泛的技術(shù)之一，并成為廢水處理領(lǐng)域的主導為廣泛的技術(shù)之一，并成為廢水處理領(lǐng)域的主導技術(shù)。技術(shù)。 世界上第一座污水廠建在哪里？世界上第一座污水廠建在哪里？好氧處理（低濃度廢水）好氧處理（低濃度廢水）厭氧處理（高濃度廢水）厭氧處理（高濃度廢水） 微生物與氧的關(guān)系微生物與氧的關(guān)系 微生物的生長方式微生物的生長方式活性污泥法（懸浮生長）活性污泥法（懸浮生長）生物膜法（固著生長）生物膜法（固著生長）（一）廢水生物處理方法（一）廢水生物處理方法 關(guān)于好氧生物處理關(guān)于好氧生物處理 關(guān)于厭氧生

3、物處理關(guān)于厭氧生物處理 微生物生長方式微生物生長方式 包括生物處理單元的廢水處理典型流程包括生物處理單元的廢水處理典型流程污水污水進一步處理或排放進一步處理或排放 一級處理一級處理去除固體污染物去除固體污染物 二級處理二級處理去除呈膠體和溶解態(tài)去除呈膠體和溶解態(tài)有機物有機物 三級處理三級處理去除難降解有去除難降解有機物和機物和N、P一沉池一沉池二沉池二沉池沉砂池沉砂池消毒消毒生物處理設(shè)備生物處理設(shè)備活性污泥法活性污泥法或生物膜法或生物膜法污泥處理污泥處理污泥處理或回流污泥處理或回流一、好氧活性污泥法一、好氧活性污泥法（一）好氧活性污泥中的微生物群落（一）好氧活性污泥中的微生物群落1. 1. 好

4、氧活性污泥的組成和性質(zhì)好氧活性污泥的組成和性質(zhì) 好氧活性污泥組成好氧活性污泥組成： 好氧微生物；好氧微生物； 兼性微生物；兼性微生物； 微生物上吸附的有機的和無機的固體雜質(zhì)。微生物上吸附的有機的和無機的固體雜質(zhì)。三者共同組成好氧活性污泥三者共同組成好氧活性污泥 “活性污泥活性污泥”名稱的由來？名稱的由來？ 好氧活性污泥性質(zhì)好氧活性污泥性質(zhì) 含水量極高，在含水量極高，在99左右；左右； 密度比水略高，為密度比水略高，為1.0021.006，具沉降性能；，具沉降性能； 有生物活性，具有吸附、氧化有機物的能力；有生物活性，具有吸附、氧化有機物的能力； 有自我繁殖能力；有自我繁殖能力； 呈弱酸性，對進

5、水呈弱酸性，對進水pH波動有一定的承受能力。波動有一定的承受能力。活性活性污泥污泥上清液上清液2. 2. 好氧活性污泥的存在狀態(tài)好氧活性污泥的存在狀態(tài) 兩種基本的反應器形式兩種基本的反應器形式 完全混合式曝氣池完全混合式曝氣池 特點：特點：活性污泥均勻分布在曝氣池內(nèi)，并處于活性污泥均勻分布在曝氣池內(nèi)，并處于激烈運動中。激烈運動中。進水，進水，Q出水出水, Q攪拌攪拌 推流式曝氣池推流式曝氣池 特點：特點：各個區(qū)段微生物的種類和數(shù)量存在差異，各個區(qū)段微生物的種類和數(shù)量存在差異，沿推流方向微生物種類逐漸增多，在同一區(qū)段沿推流方向微生物種類逐漸增多，在同一區(qū)段中微生物種群和數(shù)量基本相同。中微生物種群

6、和數(shù)量基本相同。進水，進水，Q出水，出水，Q廢水濃度廢水濃度C1廢水濃度廢水濃度C2斷面斷面1斷面斷面23. 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 活性污泥結(jié)構(gòu)和功能的中心是什么？活性污泥結(jié)構(gòu)和功能的中心是什么？ 菌膠團菌膠團 菌膠團是由起絮凝作用的細菌組成的團塊，其上也生長菌膠團是由起絮凝作用的細菌組成的團塊，其上也生長著其它微生物，如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生著其它微生物，如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物和某些后生動物，組成一個小小的生態(tài)系統(tǒng)。動物和某些后生動物，組成一個小小的生態(tài)系統(tǒng)。菌膠團菌膠團鐘蟲鐘蟲 活性污泥的主體細菌是什么？活性污泥的主體細菌是什么？

7、 異養(yǎng)型的原核細菌為主。異養(yǎng)型的原核細菌為主。 活性污泥上的優(yōu)勢種群主要有：活性污泥上的優(yōu)勢種群主要有：動膠桿菌屬；動膠桿菌屬；假單胞菌屬；假單胞菌屬；產(chǎn)堿桿菌屬；產(chǎn)堿桿菌屬；黃桿菌屬；黃桿菌屬；大腸桿菌屬大腸桿菌屬 至于哪些細菌在活性污泥中占優(yōu)勢，則又取至于哪些細菌在活性污泥中占優(yōu)勢，則又取決于廢水種類。決于廢水種類。4. 4. 好氧活性污泥微生物的濃度和數(shù)量好氧活性污泥微生物的濃度和數(shù)量 兩個表征活性污泥量的指標兩個表征活性污泥量的指標MLSSMLSS、MLVSSMLVSSMLSS混合液懸浮固體：混合液懸浮固體：單位容積混合液內(nèi)單位容積混合液內(nèi)所含有的活性污泥的干固體總重量，常用單位：所含

8、有的活性污泥的干固體總重量，常用單位：g/L，mg/L。MLVSS混合液揮發(fā)性懸浮固體：混合液揮發(fā)性懸浮固體：單位容積混單位容積混合液內(nèi)所含有的活性污泥的揮發(fā)性干固體總重合液內(nèi)所含有的活性污泥的揮發(fā)性干固體總重量，常用單位：量，常用單位：g/L，mg/L。二者區(qū)別：二者區(qū)別：前者表示活性污泥干物質(zhì)總重，既包前者表示活性污泥干物質(zhì)總重，既包括有機物，又包括無機物；后者表示活性污泥括有機物，又包括無機物；后者表示活性污泥中有機物的量，即活性物質(zhì)的量。中有機物的量，即活性物質(zhì)的量。 （二（二）好氧活性污泥凈化廢水的作用機理好氧活性污泥凈化廢水的作用機理 好氧活性污泥凈化反應過程好氧活性污泥凈化反應過

9、程：第一步：第一步：初期吸附去除初期吸附去除 污水與活性污泥接觸初污水與活性污泥接觸初期，短時間內(nèi)污水中的有機物被吸附到活性污期，短時間內(nèi)污水中的有機物被吸附到活性污泥表面而得以去除的過程。泥表面而得以去除的過程。 活性污泥有很大的比表面積，表面上富集著活性污泥有很大的比表面積，表面上富集著大量的微生物，外部覆蓋著多糖類的粘質(zhì)層，大量的微生物，外部覆蓋著多糖類的粘質(zhì)層，具有很強的吸附有機物的能力，是物理吸附和具有很強的吸附有機物的能力，是物理吸附和生物吸附交織在一起的吸附作用。生物吸附交織在一起的吸附作用。第二步：第二步：微生物的代謝作用去除微生物的代謝作用去除 被吸附在活性被吸附在活性污泥上

10、的有機物，大的分子被水解為小的分子，污泥上的有機物，大的分子被水解為小的分子，小的分子直接進入微生物細胞內(nèi)，進行微生物小的分子直接進入微生物細胞內(nèi)，進行微生物的代謝作用。的代謝作用。 一部分被氧化分解，以一部分被氧化分解，以CO2的形式排出系統(tǒng)；的形式排出系統(tǒng)； 一部分合成細胞物質(zhì)，以剩余污泥的形式排一部分合成細胞物質(zhì)，以剩余污泥的形式排出處理系統(tǒng)。出處理系統(tǒng)。 （三（三）好氧活性污泥法的好氧活性污泥法的 推流式活性污泥法；推流式活性污泥法； 完全混合式活性污泥法；完全混合式活性污泥法； 接觸氧化法；接觸氧化法； 分段布水推流式活性污泥法；分段布水推流式活性污泥法； 氧化溝式活性污泥法；氧化溝

11、式活性污泥法； 吸附再生活性污泥法；吸附再生活性污泥法； 階段曝氣活性污泥法；階段曝氣活性污泥法； 污水廠曝氣池污水廠曝氣池造紙廢水曝氣池造紙廢水曝氣池曝氣池構(gòu)造曝氣池構(gòu)造 曝氣裝置曝氣裝置 沉淀池沉淀池 沉淀池沉淀池 沉淀池出水沉淀池出水沉淀池沉淀池 沉淀池出水沉淀池出水二沉池二沉池 污水廠污水廠（四）氧化塘（穩(wěn)定塘）中的微生物群落及其處理（四）氧化塘（穩(wěn)定塘）中的微生物群落及其處理廢水機理廢水機理什么是穩(wěn)定塘？什么是穩(wěn)定塘？ 穩(wěn)定塘是經(jīng)過人工修整的池塘，主要依靠自然穩(wěn)定塘是經(jīng)過人工修整的池塘，主要依靠自然生物凈化功能使污水得到凈化的一種污水生物生物凈化功能使污水得到凈化的一種污水生物處理技

12、術(shù)。處理技術(shù)。其中的生物有：其中的生物有： 細菌細菌 藻類藻類 原生動物原生動物后生動物后生動物 水生水生植物植物 水生動物水生動物1.1.氧化塘內(nèi)的生物群落氧化塘內(nèi)的生物群落 凈化機理凈化機理 污水在池塘內(nèi)緩慢流動，長時間停留，通過微污水在池塘內(nèi)緩慢流動，長時間停留，通過微生物的代謝活動和包括水生植物在內(nèi)的多種生生物的代謝活動和包括水生植物在內(nèi)的多種生物的綜合作用，使有機物得到凈化。物的綜合作用，使有機物得到凈化。2.2.氧化塘處理廢水的機理氧化塘處理廢水的機理 生態(tài)特點：生態(tài)特點： 菌藻共生體系菌藻共生體系 是穩(wěn)定塘內(nèi)最基本的生態(tài)系是穩(wěn)定塘內(nèi)最基本的生態(tài)系統(tǒng)；統(tǒng)； 其它水生植物和水生動物的

13、作用是輔助性的，其它水生植物和水生動物的作用是輔助性的，它們的活動從不同的途徑強化了污水的凈化作用。它們的活動從不同的途徑強化了污水的凈化作用。 氧化溝氧化溝 氧化溝氧化溝 氧化溝出水口氧化溝出水口 某造紙廠氧化溝某造紙廠氧化溝（五）菌膠團的作用（五）菌膠團的作用： 判斷污水處理程度和污泥成熟程度；判斷污水處理程度和污泥成熟程度； 判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好壞；判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好壞； 判斷進水水質(zhì)變化和運行中出現(xiàn)的問題。判斷進水水質(zhì)變化和運行中出現(xiàn)的問題。（六）原生動物及后生動物的作用（六）原生動物及后生動物的作用： 判斷污水處理程度和污泥成熟程度；判斷污水處理程度和污泥成熟程度； 判

14、斷活性污泥和處理水質(zhì)的好壞；判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好壞； 判斷進水水質(zhì)變化和運行中出現(xiàn)的問題。判斷進水水質(zhì)變化和運行中出現(xiàn)的問題。水體自凈和有機廢水凈化過程中微生物演變的過程（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)取菌種或擴大培養(yǎng)取菌種或擴大培養(yǎng)馴化馴化培養(yǎng)達到設(shè)計流量培養(yǎng)達到設(shè)計流量投加菌種投加菌種小流量進水或悶曝小流量進水或悶曝達到設(shè)計流量達到設(shè)計流量適用于：適用于：活性污泥來源與本廠水質(zhì)不同活性污泥來源與本廠水質(zhì)不同適用于：適用于：活性污泥來源與本廠水質(zhì)基本相同活性污泥來源與本廠水質(zhì)基本相同二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法 關(guān)于生物膜法關(guān)于生物膜法 污水的生物膜處理法是與活性污

15、泥法并列的一污水的生物膜處理法是與活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理技術(shù)。種污水好氧生物處理技術(shù)。 這類處理法的實質(zhì)是使細菌和菌類一類的微生物這類處理法的實質(zhì)是使細菌和菌類一類的微生物和原生動物、后生動物一類的微型動物附著在濾料和原生動物、后生動物一類的微型動物附著在濾料上或某些載體上生長繁育，并在其上形成膜狀生物上或某些載體上生長繁育，并在其上形成膜狀生物污泥污泥生物膜。生物膜。二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法（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 好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性微生物粘附在生物濾池濾料上或生物轉(zhuǎn)盤盤片

16、上的微生物粘附在生物濾池濾料上或生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。 生物膜生物生物膜生物（以菌膠團為主）（以菌膠團為主） 生物膜面生生物膜面生物物（原生動物）原生動物） 濾池掃除生物濾池掃除生物（后生動物）（后生動物）參與凈化反應微生物多樣化；參與凈化反應微生物多樣化；生物的食物鏈長；生物的食物鏈長；能夠存活世代時間長的微生物；能夠存活世代時間長的微生物；生物相分離。生物相分離。 在一個生物濾在一個生物濾池內(nèi)，濾池內(nèi)不同池內(nèi)，濾池內(nèi)不同高度的生物膜物種高度的生物膜物種種群和數(shù)量存在差種群和數(shù)量存在差異，生物相分層。異，生物相分層。 生物膜上

17、存在生物膜上存在好氧層和厭氧層，好氧層和厭氧層，生物膜內(nèi)外存在著生物膜內(nèi)外存在著多種物質(zhì)的傳質(zhì)過多種物質(zhì)的傳質(zhì)過程。程。 污水與生物膜接觸，其中的有機污染物作為營養(yǎng)污水與生物膜接觸，其中的有機污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物膜上的微生物攝取，污水得到凈化，物質(zhì)，為微生物膜上的微生物攝取，污水得到凈化，微生物得到繁衍繁殖。微生物得到繁衍繁殖。生物膜吸生物膜吸附污水中附污水中有機物有機物微生物的微生物的代謝作用代謝作用代謝產(chǎn)物隨水流走，代謝產(chǎn)物隨水流走，脫落的生物膜被后脫落的生物膜被后生動物吞食。生動物吞食。生物膜加厚，生物膜加厚，老化生物膜老化生物膜脫落脫落污水得以凈化污水得以凈化（二）好氧生物膜的

18、培養(yǎng)（二）好氧生物膜的培養(yǎng)1.1.自然掛膜法；自然掛膜法；2.2.活性污泥掛膜法活性污泥掛膜法; ;3.3.優(yōu)勢菌種掛膜法優(yōu)勢菌種掛膜法廢水流過載體廢水流過載體載體上逐漸生成生物膜載體上逐漸生成生物膜利用活性污泥作為菌種同廢水以一起進入處理系利用活性污泥作為菌種同廢水以一起進入處理系統(tǒng)統(tǒng)活性污泥附著在載體上生成生物膜活性污泥附著在載體上生成生物膜利用優(yōu)勢功能菌作為菌種利用優(yōu)勢功能菌作為菌種使之附著在載體上形使之附著在載體上形成生物膜成生物膜第二節(jié)第二節(jié) 活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制泥水分離困難，上清液稀少；泥水分離困難，上清液稀少；污泥結(jié)構(gòu)松散、體積膨脹，污泥結(jié)

19、構(gòu)松散、體積膨脹，SVI值增高；值增高；池面漂泥嚴重，出水水質(zhì)變差。池面漂泥嚴重，出水水質(zhì)變差。 活性污泥膨脹現(xiàn)象是怎樣的？活性污泥膨脹現(xiàn)象是怎樣的？ 在活性污泥處理系統(tǒng)運行過程中，有時會出現(xiàn)在活性污泥處理系統(tǒng)運行過程中，有時會出現(xiàn)異常情況，異常情況，“活性污泥膨脹活性污泥膨脹”現(xiàn)象為主要的異?，F(xiàn)現(xiàn)象為主要的異?，F(xiàn)象之一。象之一。 引起活性污泥膨脹的原因是什么？引起活性污泥膨脹的原因是什么？絲狀菌大量繁殖引起絲狀膨脹污泥；絲狀菌大量繁殖引起絲狀膨脹污泥；污泥中結(jié)合水異常增多引起菌膠團膨脹污泥。污泥中結(jié)合水異常增多引起菌膠團膨脹污泥。 曝氣池中有正常活性污泥和膨脹污泥。膨脹污泥曝氣池中有正?；钚?/p>

20、污泥和膨脹污泥。膨脹污泥包括由絲狀細菌引起的絲狀膨脹污泥和有非絲狀包括由絲狀細菌引起的絲狀膨脹污泥和有非絲狀細菌引起的菌膠團膨脹污泥。細菌引起的菌膠團膨脹污泥。一般用污泥體積指數(shù)一般用污泥體積指數(shù)SVI來衡量污泥沉降性能。來衡量污泥沉降性能。 引起活性污泥膨脹的致因微生物是什么？引起活性污泥膨脹的致因微生物是什么？諾卡氏菌屬；諾卡氏菌屬；浮游球菌屬；浮游球菌屬；發(fā)硫菌屬發(fā)硫菌屬貝日阿托氏細菌；貝日阿托氏細菌； 從各污水廠膨脹污泥中分離出的常出現(xiàn)的微生物從各污水廠膨脹污泥中分離出的常出現(xiàn)的微生物主要有：主要有：絲狀菌形態(tài)絲狀菌形態(tài) 溫度：溫度：溫度變動常使絲狀菌競爭優(yōu)勢生長；溫度變動常使絲狀菌競

21、爭優(yōu)勢生長； 溶解氧溶解氧：低溶解氧下，絲狀菌優(yōu)勢生長；：低溶解氧下，絲狀菌優(yōu)勢生長； 可溶性有機物及種類可溶性有機物及種類：有機物分解不徹底時造成小分子：有機物分解不徹底時造成小分子有機物和揮發(fā)酸積累，為絲狀菌創(chuàng)造了良好條件；有機物和揮發(fā)酸積累，為絲狀菌創(chuàng)造了良好條件； 有機負荷：有機負荷：低負荷、超負荷、有機物濃度過小及低負荷、超負荷、有機物濃度過小及N、P不不足等都會引發(fā)污泥膨脹；足等都會引發(fā)污泥膨脹； pH：pH過低或波動也會引發(fā)污泥膨脹。過低或波動也會引發(fā)污泥膨脹。一、活性污泥絲狀膨脹的成因一、活性污泥絲狀膨脹的成因（二）環(huán)境因素（二）環(huán)境因素 導致絲狀膨脹的主要是由于絲狀細菌大量繁

22、殖造成的。導致絲狀膨脹的主要是由于絲狀細菌大量繁殖造成的。（一）微生物因素（一）微生物因素 對溶解氧的競爭：對溶解氧的競爭：維持曝氣池內(nèi)溶解氧大于維持曝氣池內(nèi)溶解氧大于2mg/L是重要的工程控制參數(shù)；是重要的工程控制參數(shù)； 對可溶性有機物的競爭：對可溶性有機物的競爭：低分子糖類和有機酸低分子糖類和有機酸有利于絲狀細菌生長；有利于絲狀細菌生長； 對氮、磷的競爭：對氮、磷的競爭：N、P缺乏時，絲狀菌首先獲缺乏時，絲狀菌首先獲得得N、P從而得以優(yōu)勢生長；從而得以優(yōu)勢生長； 有機物沖擊負荷影響：有機物沖擊負荷影響：沖擊負荷造成溶解氧降沖擊負荷造成溶解氧降低，從而使絲狀菌優(yōu)勢生長。低，從而使絲狀菌優(yōu)勢生

23、長。（三）引起活性污泥絲狀膨脹的機理有哪些？（三）引起活性污泥絲狀膨脹的機理有哪些？二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策解決污泥絲狀膨脹的問題，根本是要控制引起解決污泥絲狀膨脹的問題，根本是要控制引起絲狀微生物過度生長的環(huán)境因子，主要對策有：絲狀微生物過度生長的環(huán)境因子，主要對策有：1. 控制溶解氧：控制溶解氧：溶解氧濃度必需在溶解氧濃度必需在2mg/L以上；以上；2. 控制有機物負荷：控制有機物負荷：不宜過高，保證氮、磷營養(yǎng)；不宜過高，保證氮、磷營養(yǎng)；3. 改革工藝改革工藝。第三節(jié)第三節(jié) 厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落生物群落 厭

24、氧生物處理厭氧生物處理是利用厭氧微生物達到污水、污是利用厭氧微生物達到污水、污泥處理及獲取沼氣過程的統(tǒng)稱，亦稱泥處理及獲取沼氣過程的統(tǒng)稱，亦稱厭氧消化厭氧消化。厭氧消化常用于厭氧消化常用于高濃度有機廢水高濃度有機廢水剩余污泥剩余污泥城市垃圾等城市垃圾等厭氧生物處理與好氧生物處理法相比有哪些優(yōu)厭氧生物處理與好氧生物處理法相比有哪些優(yōu)點？點？1. 可直接處理高濃度有機廢水，耗能少，運行費可直接處理高濃度有機廢水，耗能少，運行費用低；用低；2. 污泥產(chǎn)率低；污泥產(chǎn)率低；3. 需要的營養(yǎng)物少，對氮、磷需求量低；需要的營養(yǎng)物少，對氮、磷需求量低；4. 可回收有用能源可回收有用能源沼氣。沼氣。一、厭氧消化

25、一、厭氧消化甲烷發(fā)酵甲烷發(fā)酵 厭氧消化過程厭氧消化過程是微生物在厭氧條件下分解有機質(zhì)產(chǎn)生是微生物在厭氧條件下分解有機質(zhì)產(chǎn)生沼氣的過程。沼氣的過程。（一）厭氧降解理論與機制（一）厭氧降解理論與機制四段論（三段論）：四段論（三段論）： 厭氧降解具有多步驟性，現(xiàn)在比較普遍接受的理論為四厭氧降解具有多步驟性，現(xiàn)在比較普遍接受的理論為四階段理論，如下：階段理論，如下：水解發(fā)酵階段水解發(fā)酵階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 同型產(chǎn)乙酸階段同型產(chǎn)乙酸階段 產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段 可以認為，參與厭氧降解的微生物主要為這四大類群，可以認為，參與厭氧降解的微生物主要為這四大類群，這幾類菌群相互交替作用，且各要求不同的

26、基質(zhì)與條件，這幾類菌群相互交替作用，且各要求不同的基質(zhì)與條件，形成了極為復雜的相互作用體系。形成了極為復雜的相互作用體系。有機物厭氧降解（甲烷發(fā)酵）四階段示意圖有機物厭氧降解（甲烷發(fā)酵）四階段示意圖簡單有機物簡單有機物（簡單糖類、有機酸、醇等）（簡單糖類、有機酸、醇等）復雜有機物復雜有機物揮發(fā)酸（乙酸、揮發(fā)酸（乙酸、H2、CO2、甲酸等）甲酸等）CO2/ H2產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌非產(chǎn)甲烷菌非產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌CH4乙酸乙酸水解細菌水解細菌發(fā)酵細菌發(fā)酵細菌同型產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌1. 水解發(fā)酵階段水解發(fā)酵階段：復雜有機物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等復雜有機物

27、如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等在微生物作用下降解至其基本結(jié)構(gòu)單位或簡單有機酸、醇在微生物作用下降解至其基本結(jié)構(gòu)單位或簡單有機酸、醇等（乙醇、乙酸、丁酸、丙酮、丁二醇等（乙醇、乙酸、丁酸、丙酮、丁二醇）。）。2. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：主要是將第一階段中產(chǎn)生的或原已存主要是將第一階段中產(chǎn)生的或原已存在于物料中的簡單有機物經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化生成乙酸、在于物料中的簡單有機物經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化生成乙酸、H2、及及CO2，引起作用的菌統(tǒng)稱產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌。，引起作用的菌統(tǒng)稱產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌。上述上述1、2和和3三個階段可合稱為不產(chǎn)甲烷階段，其作用微三個階段可合稱為不產(chǎn)甲烷階段，其作用微生物稱非甲烷菌。生物稱

28、非甲烷菌。4. 產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷階段：在甲烷細菌的作用下將乙酸（包括甲酸）、在甲烷細菌的作用下將乙酸（包括甲酸）、CO2、H2轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為CH4。3. 同型產(chǎn)乙酸階段：同型產(chǎn)乙酸階段：同型產(chǎn)乙酸細菌將同型產(chǎn)乙酸細菌將H2和和CO2轉(zhuǎn)化為乙轉(zhuǎn)化為乙酸的過程。酸的過程。 產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)甲烷菌的分類地位？產(chǎn)甲烷菌的分類地位？a. 是嚴格專性厭氧菌，遇氧立刻受到抑制，甚至死亡；是嚴格專性厭氧菌，遇氧立刻受到抑制，甚至死亡；b. 生長特別緩慢，人工培養(yǎng)下要經(jīng)過生長特別緩慢，人工培養(yǎng)下要經(jīng)過18d80d才能長出菌落；才能長出菌落；c. 對環(huán)境影響非常敏感，對生態(tài)因子的要求非?？量?，各種對環(huán)境影響

29、非常敏感，對生態(tài)因子的要求非?？量?，各種生態(tài)因子的生態(tài)幅均較窄；生態(tài)因子的生態(tài)幅均較窄；d. 屬古細菌；屬古細菌；e. 分離培養(yǎng)非常困難，全世界報道的產(chǎn)甲烷菌大體有分離培養(yǎng)非常困難，全世界報道的產(chǎn)甲烷菌大體有40多種。多種。屬原核生物界，為古細菌。屬原核生物界，為古細菌。了解：了解： 產(chǎn)甲烷菌的生理特征有哪些？產(chǎn)甲烷菌的生理特征有哪些？ 產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)甲烷機制：產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)甲烷機制：由酸和醇的甲基生成甲烷；由酸和醇的甲基生成甲烷；由醇的氧化使二氧化碳形成甲烷和有機酸；由醇的氧化使二氧化碳形成甲烷和有機酸；脂肪酸以水為供氫體產(chǎn)生甲烷；脂肪酸以水為供氫體產(chǎn)生甲烷；利用氫使二氧化碳還原形成甲烷；利用氫

30、使二氧化碳還原形成甲烷；在氫和水存在時，一氧化碳還原形成甲烷；在氫和水存在時，一氧化碳還原形成甲烷；非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值：值：非產(chǎn)非產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生有機酸使甲烷菌產(chǎn)生有機酸使pH下降，產(chǎn)甲烷菌利用有機酸，從而下降，產(chǎn)甲烷菌利用有機酸，從而避免有機酸的積累。避免有機酸的積累。 產(chǎn)甲烷細菌和非產(chǎn)甲烷細菌的關(guān)系是怎樣的？產(chǎn)甲烷細菌和非產(chǎn)甲烷細菌的關(guān)系是怎樣的？非產(chǎn)甲烷細菌為產(chǎn)甲烷細菌提供生長繁殖的底物：非產(chǎn)甲烷細菌為產(chǎn)甲烷細菌提供生長繁殖的底物：非產(chǎn)非產(chǎn)甲烷菌通過生命活動，為產(chǎn)甲烷菌提供形成甲烷所提供甲烷菌通過生命活動，為產(chǎn)甲烷菌提供形成

31、甲烷所提供的碳源、供氫體和氮源；的碳源、供氫體和氮源；非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供適宜的氧化還原電位：非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供適宜的氧化還原電位：非產(chǎn)非產(chǎn)甲烷菌中的兼性厭氧菌將進料中的氧消耗掉，從而降低甲烷菌中的兼性厭氧菌將進料中的氧消耗掉，從而降低氧化還原電位氧化還原電位非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除了有毒物質(zhì)：非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除了有毒物質(zhì)：非產(chǎn)甲烷菌可將非產(chǎn)甲烷菌可將進料中的烷烴類、長鏈脂肪酸、重金屬等去除掉，解除對進料中的烷烴類、長鏈脂肪酸、重金屬等去除掉，解除對產(chǎn)甲烷菌的毒害。產(chǎn)甲烷菌的毒害。產(chǎn)甲烷菌為非產(chǎn)甲烷菌的生化反應接觸了反饋抑制；產(chǎn)甲烷菌為非產(chǎn)甲烷菌的生化反應接觸了反饋抑制；了解：

32、了解：（二）厭氧處理工藝（二）厭氧處理工藝1.單相厭氧消化工藝：單相厭氧消化工藝：普通消化池、厭氧接觸消化池、升流普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床（式厭氧污泥床（UASB)、上流式污泥床濾池（、上流式污泥床濾池（UBF)、厭、厭氧折流板反應器（氧折流板反應器（ABR）、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。）、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。2. 兩相厭氧消化工藝：兩相厭氧消化工藝：將兩個反應器將兩個反應器產(chǎn)酸相（非產(chǎn)甲烷產(chǎn)酸相（非產(chǎn)甲烷菌群）和產(chǎn)甲烷相（產(chǎn)甲烷菌群）串連，該工藝可采用各菌群）和產(chǎn)甲烷相（產(chǎn)甲烷菌群）串連，該工藝可采用各種類型的厭氧反應器串連。種類型的厭氧反應器串連。出出水水普通消化池普通消化池上流式污

33、泥床濾池上流式污泥床濾池出出水水污污水水上流式污泥床濾池（上流式污泥床濾池（UBF）厭氧折流板反應器厭氧折流板反應器（ABR)發(fā)酵氣發(fā)酵氣產(chǎn)酸相產(chǎn)酸相產(chǎn)甲烷相產(chǎn)甲烷相兩相厭氧消化工藝兩相厭氧消化工藝（三）厭氧活性污泥微生物（三）厭氧活性污泥微生物1. 菌種來源：菌種來源：2. 厭氧活性污泥的馴化和培養(yǎng)。厭氧活性污泥的馴化和培養(yǎng)。 河溝底泥、動物糞便等；河溝底泥、動物糞便等； 城市生活污水處理廠的濃縮污泥；城市生活污水處理廠的濃縮污泥； 同類水質(zhì)處理廠的厭氧活性污泥。同類水質(zhì)處理廠的厭氧活性污泥。 與好氧活性污泥培養(yǎng)和馴化過程基本相同與好氧活性污泥培養(yǎng)和馴化過程基本相同,需控制厭需控制厭氧環(huán)境，

34、并要保證一定的溫度（中溫氧環(huán)境，并要保證一定的溫度（中溫35左右或高溫左右或高溫大于大于60 ）。）。3. 厭氧活性污泥的組成和性質(zhì)厭氧活性污泥的組成和性質(zhì)厭氧活性污泥中的微生物的組成有哪些？厭氧活性污泥中的微生物的組成有哪些？ 有有5 5種：種：水解發(fā)酵細菌；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌；水解發(fā)酵細菌；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌； 同型產(chǎn)乙酸同型產(chǎn)乙酸細菌；細菌； 產(chǎn)甲烷細菌；厭氧的原生動物產(chǎn)甲烷細菌；厭氧的原生動物 對于單相厭氧工藝：對于單相厭氧工藝： 五種共存。五種共存。 對于兩相厭氧工藝：對于兩相厭氧工藝： 產(chǎn)酸相產(chǎn)酸相主要為水解發(fā)酵細菌；主要為水解發(fā)酵細菌； 產(chǎn)甲烷相產(chǎn)甲烷相主要為產(chǎn)甲烷菌。主要為產(chǎn)甲烷菌。

35、在厭氧生物處理中，常常形成顆粒污泥。在厭氧生物處理中，常常形成顆粒污泥。厭氧顆粒污厭氧顆粒污泥泥是一種規(guī)則或不規(guī)則的擬球形的粒狀結(jié)構(gòu)，是由許多產(chǎn)是一種規(guī)則或不規(guī)則的擬球形的粒狀結(jié)構(gòu)，是由許多產(chǎn)甲烷菌和非產(chǎn)甲烷菌組成的較特殊的厭氧消化污泥。甲烷菌和非產(chǎn)甲烷菌組成的較特殊的厭氧消化污泥。4. 團粒化的顆粒厭氧活性污泥及其形成機制探討團?；念w粒厭氧活性污泥及其形成機制探討 顆粒污泥的結(jié)構(gòu)：顆粒污泥的結(jié)構(gòu)：以絲狀的產(chǎn)甲烷菌為骨架，與其它微生以絲狀的產(chǎn)甲烷菌為骨架，與其它微生物一起團粒化形成的顆粒狀結(jié)構(gòu)。物一起團?；纬傻念w粒狀結(jié)構(gòu)。顆粒污泥掃描電鏡照片顆粒污泥掃描電鏡照片顆粒污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)顆粒污泥內(nèi)部

36、結(jié)構(gòu) 顆粒污泥內(nèi)部水解發(fā)酵細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等在顆粒顆粒污泥內(nèi)部水解發(fā)酵細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等在顆粒內(nèi)部生長繁殖，相互交錯，互營共生，互相協(xié)調(diào)，共同降解廢水。內(nèi)部生長繁殖，相互交錯，互營共生，互相協(xié)調(diào)，共同降解廢水。（1）單相厭氧消化法：）單相厭氧消化法：例：例：UASB反應器內(nèi)的顆粒污泥：反應器內(nèi)的顆粒污泥：以絲狀的產(chǎn)甲烷菌為骨架，與其他微生物一起團粒化，其以絲狀的產(chǎn)甲烷菌為骨架，與其他微生物一起團?；?，其顆粒的結(jié)構(gòu)和微生物的分布與水質(zhì)、消化罐類型、進水方顆粒的結(jié)構(gòu)和微生物的分布與水質(zhì)、消化罐類型、進水方式、水力條件等因素有關(guān)。式、水力條件等因素有關(guān)。表層微生物：表層微生物

37、：主要是水解、發(fā)酵細菌，產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細菌主要是水解、發(fā)酵細菌，產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細菌和氫營養(yǎng)型古菌，它們之間呈和氫營養(yǎng)型古菌，它們之間呈區(qū)位化分布區(qū)位化分布；顆粒內(nèi)部：顆粒內(nèi)部：存在大量產(chǎn)甲烷菌，與產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌緊密結(jié)合，存在大量產(chǎn)甲烷菌，與產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌緊密結(jié)合，互營互生互營互生。（2）兩相厭氧消化法：）兩相厭氧消化法：第一相（缺氧或厭氧）：第一相（缺氧或厭氧）：基本組成為兼性厭氧的水解發(fā)基本組成為兼性厭氧的水解發(fā)酵細菌和少量的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌；酵細菌和少量的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌；第二相（絕對厭氧）：第二相（絕對厭氧）：有少量的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，絕大多有少量的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，絕大多數(shù)為專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌。數(shù)為專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌。二、光合細菌處理高濃度有機廢水二、光合細菌處理高濃度有機廢水 有機光合細菌有機光合細菌PSB（Potosyntetic Bacteria） 關(guān)于有機光合細菌的研究是目前的一個研究熱點。關(guān)于有機光合細菌的研究是目前的一個研究熱點。 Gest在在science上首次報道光合細菌（上首次報道光合細菌（PSB）在光照厭）在光照厭氧條件下可產(chǎn)