第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件

第九章

水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理

第九章

水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理1第一節(jié)

污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)城市生活污水和工業(yè)廢水生物處理的方法很多，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系分為好氧處理和厭氧處理兩大類。根據(jù)微生物在構(gòu)筑物中處于懸浮狀態(tài)或固著狀態(tài)，分為活性污泥法和生物膜法。第一節(jié)

污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)城市生活污水和工業(yè)廢2一、好氧活性污泥法普通活性污泥法是依據(jù)水的自凈作用原理發(fā)展而來(lái)的初沉池曝氣池二沉池廢水→→→→出水回流污泥剩余污泥一、好氧活性污泥法普通活性污泥法是依據(jù)水的自凈作用原理發(fā)展3初次沉淀池曝氣池二次沉淀池污泥消化池初次沉淀池曝氣池二次沉淀池污泥消化池4（一）

好氧活性污泥中的微生物群落1、好氧活性污泥的組成與性質(zhì)

好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物與污（廢）水中有機(jī)的和無(wú)機(jī)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒（floc）。（1）組成：細(xì)菌、微型動(dòng)物為主體的各種好氧、兼性厭氧微生物+懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)形成的絮狀體。（2）性質(zhì)：含水率99%，密度1.002-1.006，pH6.7，絨粒大小0.02-0.2mm，比表面積20-100cm2/ml。2、好氧活性污泥的存在狀態(tài)：完全混合式：懸浮狀態(tài)，均勻分布推流式：不均勻分布，隨推流方向微生物種類依次增多（一）

好氧活性污泥中的微生物群落2、好氧活性污泥的存在53、好氧活性污泥中微生物群落活性污泥的結(jié)構(gòu)和功能的中心是能起絮凝作用的細(xì)菌形成的菌膠團(tuán)，其上生長(zhǎng)著各種類型的微生物，形成一個(gè)微生物群落。（1）細(xì)菌：活性污泥主要成分是細(xì)菌，來(lái)源于土壤、水、空氣。某些屬出現(xiàn)頻率很高，尤其是動(dòng)膠菌屬和假單胞菌屬。此外還有一類絲狀細(xì)菌存在，如球衣菌屬、發(fā)硫菌、貝氏硫菌屬。它們大多數(shù)是化能異養(yǎng)菌，以有機(jī)質(zhì)為主要營(yíng)養(yǎng)源，好氧或兼性厭氧，以G-占優(yōu)勢(shì)。許多菌具有莢膜或微莢膜，部分細(xì)菌有纖毛，與絮狀體形成密切相關(guān)。3、好氧活性污泥中微生物群落（1）細(xì)菌：活性污泥主要成分是細(xì)6動(dòng)膠菌屬動(dòng)膠菌屬7球衣菌屬球衣菌屬8第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件9（2）真菌：主要為絲狀真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、鐮刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出現(xiàn)在pH低的廢水中。真菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估計(jì)與絮狀水體形成及膨脹有關(guān)。（3）微型動(dòng)物：原生動(dòng)物和少數(shù)多細(xì)胞動(dòng)物，原生動(dòng)物占總數(shù)90%。數(shù)量種類與污水的類型不同而不同，生活污水中原生動(dòng)物量大于工業(yè)廢水。以纖毛蟲(chóng)綱占優(yōu)勢(shì)，多細(xì)胞動(dòng)物有輪蟲(chóng)、顫蚓、線蟲(chóng)等。原生動(dòng)物在廢水凈化中的作用僅次于細(xì)菌。（4）藻類：較少，有綠藻如小球藻屬，藍(lán)細(xì)菌顫藻屬。（2）真菌：主要為絲狀真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、鐮刀霉104、好氧活性污泥中微生物濃度和數(shù)量濃度常用1升活性污泥混合液中恒重的干固體mg數(shù)表示，即MLSSmixedliquorsuspendedsolids——混合液懸浮固體。一般生活污水MLSS2000-3000mg/L工業(yè)廢水MLSS3000mg/L高濃度工業(yè)廢水MLSS3000-5000mg/L1ml污泥中細(xì)菌數(shù)107-108個(gè)4、好氧活性污泥中微生物濃度和數(shù)量11（二）活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理凈化作用過(guò)程：1、吸附：廢水與活性污泥充分接觸，形成懸濁混合液，污染物被比表面積大的絮凝性微生物吸附。2、胞外分解和吸收：呈膠態(tài)的大分子有機(jī)物被吸附后，首先被微生物分泌的胞外水解酶分解為小分子物質(zhì)，這些小分子物質(zhì)與溶解性有機(jī)物一起在透膜酶作用下或在濃度梯度推動(dòng)下選擇性吸收入胞。在細(xì)菌內(nèi)氧化分解，中間代謝物被其他細(xì)菌吸收無(wú)機(jī)化為水和二氧化碳。3、其他微生物吸收或吞食未分解的有機(jī)物4、凝聚、沉淀：絮狀體的作用（二）活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理凈化作用過(guò)程：12（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程（1）推流式曝氣法：

采用長(zhǎng)方形曝氣池，處理時(shí)廢水與活性污泥從曝氣池一端同時(shí)進(jìn)入，經(jīng)曝氣機(jī)的推流作用，原污水與活性污泥向前推進(jìn)到末端。該法BOD和懸浮物的去除率達(dá)90-95%，適用于處理水質(zhì)要求高水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。缺點(diǎn)：對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)能力不強(qiáng)；所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空氣是沿池平均分布的；曝氣池相對(duì)龐大，占地多，能耗高。（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程缺點(diǎn)：13（4）分段布水推流式曝氣法也稱多點(diǎn)進(jìn)水曝氣法。廢水沿池多點(diǎn)進(jìn)入，使有機(jī)物在曝氣池中分布均勻。（3）接觸氧化穩(wěn)定法也稱吸附再生法。曝氣池分為接觸氧化池（吸附池）和穩(wěn)定池（再生池）。廢水先進(jìn)入接觸氧化池，充分混合后進(jìn)入沉淀池，回流污泥進(jìn)入穩(wěn)定池，曝氣但不加廢水，使活性污泥中有機(jī)物進(jìn)一步分解。（2）完全混合式曝氣法原污水、回流污泥進(jìn)入曝氣池后立即與池內(nèi)原有的混合液充分混合。池內(nèi)水質(zhì)均勻，各部分工作情況基本一樣。缺點(diǎn)主要是出水水質(zhì)上往往不及推流式。（4）分段布水推流式曝氣法（3）接觸氧化穩(wěn)定法（2）完全混合14（5）氧化溝連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池，因其構(gòu)筑物呈封閉的溝渠形而得名。平面上多為橢圓或圓形。具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之間。適合處理高濃度有機(jī)廢水。污泥產(chǎn)量少，能耗低。（5）氧化溝15（四）氧化塘（或氧化溝）的生物群落及其處理廢水機(jī)制氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地來(lái)治理污染。在塘內(nèi)形成藻類、好氧性細(xì)菌和原生動(dòng)物組成共生系統(tǒng)，使廢水得到凈化。

（四）氧化塘（或氧化溝）的生物群落及其處理廢水機(jī)制

161、微生物群落（1）藻類：表層是藻類，如小球藻、柵列藻、衣藻、裸藻、顫藻等。（2）細(xì)菌：存在下層。優(yōu)勢(shì)菌群：假單胞菌、黃桿菌、產(chǎn)堿桿菌、芽孢桿菌、光合細(xì)菌等，在底部厭氧層有硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌等。（3）微型動(dòng)物：主要是纖毛蟲(chóng)，一般有鐘蟲(chóng)、膜袋蟲(chóng)等種類，最高1000個(gè)/ml。還有輪蟲(chóng)、甲殼類、搖蚊幼蟲(chóng)（底泥中）1、微生物群落172、

處理機(jī)制利用細(xì)菌與藻類的互生關(guān)系來(lái)分解有機(jī)污染物的廢水處理系統(tǒng)。2、處理機(jī)制18第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件19（五）菌膠團(tuán)的作用定義：廣義講，將所有具有莢膜或粘液或明膠質(zhì)的絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。形成菌膠團(tuán)的主要細(xì)菌是動(dòng)膠菌，有的種胞外有莢膜，在污水中可凝聚成肉眼可見(jiàn)的絮狀物。此外該菌有胞外小纖毛能將絮狀物中的細(xì)胞交織在一起，這種交織作用使許多細(xì)胞互相粘連形成最初的活性污泥凝聚體。（五）菌膠團(tuán)的作用20作用：1、

很強(qiáng)的生物吸附和氧化分解有機(jī)物的能力2、

為原生動(dòng)物提供良好的生存環(huán)境3、

為原生動(dòng)物、微型動(dòng)物提供附著場(chǎng)所4、

具有指示作用作用：21（六）原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物的作用1、指示作用：原因在于原生動(dòng)物是較高等動(dòng)物，耐毒力比細(xì)菌好，對(duì)環(huán)境因素改變比較敏感，環(huán)境條件改變可引起它們種群、數(shù)量及代謝活力的變化；個(gè)體大，在低倍鏡下可見(jiàn)便于觀察。（1）判斷污水處理程度：（六）原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物的作用1、指示作用：原因在于原22（2）指示污泥性質(zhì)和好壞：

正常污泥：鐘蟲(chóng)屬、累枝蟲(chóng)屬、蓋蟲(chóng)屬等固著性或匍匐性種數(shù)

污泥惡化：絮凝體0.1-0.2mm以下，優(yōu)勢(shì)種屬有豆形蟲(chóng)、草履蟲(chóng)、眼蟲(chóng)、波豆蟲(chóng)屬等快速游泳型種屬。嚴(yán)重惡化時(shí)微型動(dòng)物幾乎不出現(xiàn)。

污泥膨脹：攝食絲狀菌的裸口目旋毛科、全毛類原生動(dòng)物及擬輪毛蟲(chóng)等。

污泥解體：絮凝體細(xì)小，針狀分解。優(yōu)勢(shì)種為變形蟲(chóng)屬、簡(jiǎn)便蟲(chóng)屬等肉足類。（2）指示污泥性質(zhì)和好壞：23（3）指示水質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題形態(tài)變化：環(huán)境條件惡劣時(shí)——形成孢囊；pH超過(guò)正常范圍——鐘蟲(chóng)纖毛停止擺動(dòng)，蟲(chóng)體收縮成團(tuán)

生殖方式：出現(xiàn)有性生殖時(shí)往往預(yù)示環(huán)境條件變差或種群處于衰老期。優(yōu)勢(shì)種變化：高負(fù)荷，曝氣不足——小鞭毛蟲(chóng)；水停留時(shí)間過(guò)短——小的游泳型纖毛蟲(chóng)；很高負(fù)荷及難降解物——小裸變形蟲(chóng)和鞭毛蟲(chóng)；溶氧不足——阿托氏菌屬、扭頭蟲(chóng)屬和新態(tài)蟲(chóng)屬過(guò)分曝氣——肉足類及輪蟲(chóng)類。（3）指示水質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題242、凈化作用

腐生性營(yíng)養(yǎng)的某些鞭毛蟲(chóng)通過(guò)滲透作用吸收污水中溶解性有機(jī)物；動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)的原生動(dòng)物可吞食有機(jī)顆粒和游離細(xì)菌，利于凈化水質(zhì)。3、絮凝和沉淀作用原生動(dòng)物可以分泌一定的粘液協(xié)同和促進(jìn)細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。（4）指示細(xì)菌活力：小口鐘蟲(chóng)在細(xì)菌生長(zhǎng)活躍旺盛的對(duì)數(shù)期出現(xiàn)，溝鐘蟲(chóng)需要細(xì)菌的代謝副產(chǎn)物，出現(xiàn)在細(xì)菌生長(zhǎng)的衰老期2、凈化作用3、絮凝和沉淀作用（4）指示細(xì)菌活力：小口鐘蟲(chóng)在25（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)1、間歇式曝氣培養(yǎng)（1）菌種來(lái)源：污水處理廠的活性污泥；工廠集水池或沉淀池污泥或污水流經(jīng)的河流淤泥。（2）馴化：傾去上清液，加入同濃度新鮮廢水調(diào)高1個(gè)濃度低濃度廢水培養(yǎng)重復(fù)操作曝氣23h沉淀1h重復(fù)3-7天原廢水濃度（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)1、間歇式曝氣培養(yǎng)傾去上清液，26（3）培養(yǎng)：改用連續(xù)曝氣培養(yǎng)法培養(yǎng)，用鏡檢和化學(xué)測(cè)定分析判斷活性污泥的成熟度，若菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)緊密，原生動(dòng)物以鐘蟲(chóng)等固著型纖毛蟲(chóng)為主，沉降性能好，說(shuō)明進(jìn)入成熟期。2、連續(xù)曝氣培養(yǎng)

用現(xiàn)成的與本廠相同水質(zhì)處理廠的活性污泥做菌種可直接用連續(xù)曝氣培養(yǎng)。接種小流量進(jìn)水增加一個(gè)濃度梯度設(shè)計(jì)流量悶曝運(yùn)行一周（3）培養(yǎng)：改用連續(xù)曝氣培養(yǎng)法培養(yǎng)，用鏡檢和化學(xué)測(cè)定分析判斷27

二、好氧生物膜法

28主要類型：

生物濾池：普通生物濾池；高負(fù)荷生物濾池；塔式生物濾池

生物轉(zhuǎn)盤

生物接觸氧化法（淹沒(méi)式生物濾池）

主要類型：29第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件30生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤31（一）生物膜中的微生物群落1、好氧生物膜：由各種微生物組成的，附著在各種支撐體上的一層粘性固定化薄膜。是生物膜法處理系統(tǒng)的工作主體，厚約2-3mm，一般呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔很多，表面積很大，因此有很強(qiáng)的吸附作用，利于微生物進(jìn)一步對(duì)這些吸附的有機(jī)物的分解。（一）生物膜中的微生物群落322、好氧生物膜中的微生物群落及其功能（1）生物膜生物：細(xì)菌：以動(dòng)膠菌為主，其他的還有好氧的芽孢桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬，專性厭氧的脫硫弧菌屬等。另一主要的細(xì)菌是絲狀細(xì)菌。在生物膜中絲狀細(xì)菌不會(huì)引起膨脹，特別是球衣細(xì)菌降解有機(jī)物能力非常強(qiáng)，在凈化廢水中起重要作用。此外，絲狀菌大量生長(zhǎng)，菌絲體交叉粘連形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)水流起到過(guò)濾作用。真菌：種類和數(shù)量都很豐富，約30%是真菌藻類：在生物濾池上部，藻類的主要作用是向生物膜供氧2、好氧生物膜中的微生物群落及其功能真菌：種類和數(shù)量都33（2）生物膜面生物固著型纖毛蟲(chóng)：鐘蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)屬；游泳型纖毛蟲(chóng)：豆形蟲(chóng)、尖毛蟲(chóng)等。它們是動(dòng)物中的主要類群，其優(yōu)勢(shì)種隨生物膜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他環(huán)境條件變化而更替，可作為水處理的指示生物。能促進(jìn)濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率。（3）濾池掃除生物體形較大的無(wú)脊椎動(dòng)物如輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)，環(huán)節(jié)動(dòng)物門的瓢體蟲(chóng)、沙蠶，節(jié)肢動(dòng)物水螨，軟體動(dòng)物蝸牛等，去除濾池中的污泥，防止污泥積聚和堵塞。（2）生物膜面生物（3）濾池掃除生物343、好氧生物膜的結(jié)構(gòu)生物濾池中的生物膜分為水層、好氧層、厭氧層

上層：營(yíng)養(yǎng)濃度高，主要是細(xì)菌，少數(shù)鞭毛蟲(chóng)中層：廢水中的營(yíng)養(yǎng)物，微生物代謝產(chǎn)物，種類較多，有菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、鞭毛蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、腎形蟲(chóng)等下層：有機(jī)物濃度低，低分子有機(jī)物較多。菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、固著型纖毛蟲(chóng)，少數(shù)游泳型纖毛蟲(chóng)。3、好氧生物膜的結(jié)構(gòu)354、凈化作用機(jī)理4、凈化作用機(jī)理36（二）好氧生物膜的培養(yǎng)——掛膜1、自然掛膜法

將帶有自然菌種的工業(yè)廢水用泵慢速打入空的生物濾池中，循環(huán)3-7后改為慢速連續(xù)進(jìn)水。在這過(guò)程中，廢水中的自然菌種和空氣微生物附在濾料上，逐漸形成一層粘性的微生物薄膜，當(dāng)進(jìn)水流量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，濾池由上而下形成正常分層的微生物相就可以進(jìn)行正式運(yùn)行。2、活性污泥掛膜法取處理生活污水或處理工業(yè)廢水的活性污泥做菌種3、優(yōu)勢(shì)菌種掛膜法從自然環(huán)境或廢水處理中篩選分離得到對(duì)某種工業(yè)廢水有強(qiáng)降解能力的菌株，還可以是遺傳育種或基因工程菌。（二）好氧生物膜的培養(yǎng)——掛膜3、優(yōu)勢(shì)菌種掛膜法37第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制對(duì)策第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制對(duì)策38正常的活性污泥沉降性能很好，但當(dāng)活性污泥性能發(fā)生變化，比重減輕，SVI值增加時(shí)，污泥會(huì)因結(jié)構(gòu)松散而造成沉降困難，在二次沉淀池中出現(xiàn)池面飄泥現(xiàn)象，污泥隨出水排出，使出水有機(jī)物濃度增高，這一現(xiàn)象稱為污泥膨脹。污泥膨脹有兩種：絲狀膨脹——絲狀細(xì)菌引起；菌膠團(tuán)膨脹——非絲狀細(xì)菌引起。都可用SVI（Sludgevolumeindex）衡量，當(dāng)SVI大于200ml/g時(shí)表示發(fā)生膨脹，小于200為正常，通常在50-150，最好是100。正常的活性污泥沉降性能很好，但當(dāng)活性污泥性能發(fā)生變39一、活性污泥絲狀膨脹的成因（一）致因微生物最常出現(xiàn)的有10幾種，如諾卡氏菌、微絲菌、浮游球衣菌、發(fā)硫菌等。除了常見(jiàn)的絲狀細(xì)菌外，也包括某些放線菌、絲狀真菌以及在一定生活階段或一定條件下，菌體能集合成鏈狀的芽孢桿菌屬、埃希氏菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬的某些菌株。（二）活性污泥絲狀膨脹的成因1、溫度：菌膠團(tuán)細(xì)菌如動(dòng)膠菌最適生長(zhǎng)溫度28-30℃，浮游球衣菌是25-30℃，兩者差別不大，但浮游球衣菌是微量好氧能競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)。一、活性污泥絲狀膨脹的成因（二）活性污泥絲狀膨脹的成因402、溶解氧菌膠團(tuán)細(xì)菌是嚴(yán)格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在微氧條件下也能正常生長(zhǎng)。貝日阿托氏菌、發(fā)硫菌在0.5mg/L時(shí)生長(zhǎng)最好。3、可溶性有機(jī)物及其種類絲狀細(xì)菌能吸收可溶性有機(jī)物，尤其是低分子的糖類和有機(jī)酸，厭氧條件下有機(jī)物不徹底分解產(chǎn)生有機(jī)酸，使絲狀細(xì)菌大量生長(zhǎng)。2、溶解氧414、有機(jī)物濃度（有機(jī)負(fù)荷）

浮游球衣菌較能適應(yīng)貧營(yíng)養(yǎng)的生長(zhǎng)條件，在C、N含量較低的條件下能良好生長(zhǎng)。在生活污水和食品類有機(jī)廢水中BOD5100-200mg/L，浮游細(xì)菌可呈優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，數(shù)量超過(guò)60%，使污泥發(fā)生膨脹。動(dòng)膠菌適于營(yíng)養(yǎng)較豐富的條件，對(duì)碳源利用率高，C：N大于10呈絮狀生長(zhǎng)，小于10-5則分散生長(zhǎng)。4、有機(jī)物濃度（有機(jī)負(fù)荷）42（三）活性污泥絲狀膨脹的機(jī)理

表面積/容積比假設(shè)：在單位體積中，絲狀細(xì)菌的表面積與容積比較菌膠團(tuán)細(xì)菌大，對(duì)有限制性的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件的爭(zhēng)奪占優(yōu)勢(shì)，大量生長(zhǎng)成為優(yōu)勢(shì)菌引起活性污泥膨脹，兩者的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)在于以下方面：1、對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)：氧充分條件下好氧的動(dòng)膠菌生長(zhǎng)良好。如果曝氣池溶解氧長(zhǎng)期維持在低水平，利于絲狀細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)。2、可溶性有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng)：低分子糖類和有機(jī)酸利于絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)（三）活性污泥絲狀膨脹的機(jī)理1、對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)：氧充分條件下434、有機(jī)物沖擊負(fù)荷的影響如果曝氣池中有機(jī)物濃度突然增加，供氧量不變，由于好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)。3、對(duì)C、N的競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物濃度較低時(shí)，利于絲狀菌生長(zhǎng)而且還可蓄積營(yíng)養(yǎng)物，更進(jìn)一步抑制動(dòng)膠菌的生長(zhǎng)。4、有機(jī)物沖擊負(fù)荷的影響3、對(duì)C、N的競(jìng)爭(zhēng)441、控制溶解氧

保持曝氣池內(nèi)有足夠的溶解氧（>2mg/L），可在曝氣池中用強(qiáng)化曝氣、射流曝氣等方法控制高負(fù)荷下的污泥膨脹。2、控制有機(jī)負(fù)荷

有機(jī)負(fù)荷可用容積負(fù)荷表示，即單位反應(yīng)器容積每日接受的廢水中有機(jī)污染物的量。污染負(fù)荷在0.2-0.3kgBOD/kgMLSS.d為宜。二、控制活性污泥絲狀膨脹的對(duì)策根本在于控制引起絲狀細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的環(huán)境因子。1、控制溶解氧二、控制活性污泥絲狀膨脹的對(duì)策453、改革工藝（1）投加某種物質(zhì)來(lái)增加污泥的比重或殺滅絲狀菌

投加鐵鹽、鋁鹽等混凝劑，可以通過(guò)其凝聚作用增加活性污泥的比重。絲狀菌的比表面積大，遇到有害化學(xué)藥劑時(shí)，遭受破壞的主要是絲狀菌，常用的化學(xué)藥劑是氯氣，投加臭氧、過(guò)氧化氫也能起作用。（2）采用新工藝：將活性污泥法改用生物膜法。A-B（吸附生物降解法，adsorptionbiodegradtion）、A/O（anoxic-oxic）法、A2/O、A2/O2、SBR法等。3、改革工藝46第三節(jié)

厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的

微生物群落第三節(jié)

厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的

微生物群落47當(dāng)廢水有機(jī)物濃度較高時(shí)（一般BOD5大于1500mg/L），一般的活性污泥和生物膜法都難以處理只有采用厭氧消化法解決。

當(dāng)廢水有機(jī)物濃度較高時(shí)（一般BOD5大于1500mg/48沼氣池豬、沼、草（菜、漁、林）、豬的生態(tài)模式養(yǎng)殖場(chǎng)廢水利用沼液灌溉牧草沼氣池豬、沼、草（菜、漁、林）、豬的生態(tài)模式養(yǎng)殖場(chǎng)廢水49優(yōu)點(diǎn)：1、

處理1kgCOD可產(chǎn)生0.35m3甲烷——沼氣2、

處理設(shè)備負(fù)荷高，占地少3、

對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求量少：COD：N：P=350-500：5：1,相比而言對(duì)N、P的需求要小的多，因此厭氧處理時(shí)可以不添加或少添加營(yíng)養(yǎng)鹽4、

運(yùn)行經(jīng)費(fèi)經(jīng)濟(jì)，污泥量少。

不足：1、處理時(shí)間長(zhǎng)；2、出水的有機(jī)物濃度高于好氧處理；3、處理過(guò)程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)4、對(duì)溫度變化和有毒物質(zhì)較為敏感優(yōu)點(diǎn)：不足：50廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器↑37℃厭氧活性污泥反應(yīng)器沉淀池出水回流污泥剩余污泥一、厭氧消化——甲烷發(fā)酵工藝：廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器↑37℃厭氧活性沉淀池出水回流污泥剩余污泥51消化池：?jiǎn)渭?jí)低效、單級(jí)高效、兩級(jí)（相）消化2級(jí)(平流沉淀+厭氧污泥消化)消化池：?jiǎn)渭?jí)低效、單級(jí)高效、兩級(jí)（相）消化2級(jí)(平流沉淀+厭52反應(yīng)器：基于微生物固定化原理設(shè)計(jì)，污泥濃度高，反應(yīng)快速。如厭氧濾器，上流式厭氧污泥反應(yīng)器（UASB）。influent污泥沉降沼氣阻擋收集effluent反應(yīng)器：基于微生物固定化原理設(shè)計(jì)，污泥濃度高，反應(yīng)快速。如厭53微生物群落：分解蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、纖維素的專性或兼性厭氧菌；專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌（一）甲烷發(fā)酵理論與機(jī)制1、水解階段：高分子有機(jī)物被細(xì)菌胞外酶分解為小分子，其水解產(chǎn)物能溶解于水并透過(guò)細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。微生物群落主要是水解、發(fā)酵性細(xì)菌。2、產(chǎn)乙酸階段：前一階段產(chǎn)物被產(chǎn)乙酸細(xì)菌轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2。微生物群落為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，碳酸鹽還原菌。3、產(chǎn)甲烷階段：兩種途徑。一是氫的氧化和二氧化碳還原成甲烷，占28%，二是乙酸鹽裂解，剩下的甲基還原為甲烷，占72%。4、同型產(chǎn)乙酸階段：由同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將H2、CO2轉(zhuǎn)化為乙酸。微生物群落：分解蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、纖維素的專性或兼性厭氧菌54復(fù)雜有機(jī)物1水解發(fā)酵脂肪酸

乙酸H2+CO22產(chǎn)乙酸CH4+CO23產(chǎn)甲烷3產(chǎn)甲烷復(fù)雜有機(jī)物1水解發(fā)酵脂肪酸乙酸H2+CO22產(chǎn)乙酸55產(chǎn)甲烷機(jī)制：1、酸和醇的甲基形成甲烷：CH3COOH→CH4+CO2

4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O3、水還原脂肪酸產(chǎn)生CH42C3H7COOH+CO2+2H2O→CH4+4CH3COOH2、由醇的氧化使CO2還原成CH4、有機(jī)酸2CH3CH2OH+14CO2→14CH4+2CH3COOH2C3H7CH2OH+14CO2→14CH4+2C3H7COOH4、H2還原CO2為CH44H2+CO2→CH4+2H2O5、H2或H2O將CO還原為CH4.3H2+CO→CH4+H2O2H2O+4CO→CH4+3CO2產(chǎn)甲烷機(jī)制：3、水還原脂肪酸產(chǎn)生CH42、由醇的氧化使CO256（二）厭氧活性污泥的培養(yǎng)

1、菌種來(lái)源：牲畜糞便；生活污水處理廠的濃縮污泥；同類水質(zhì)處理廠的厭氧污泥。2、馴化與培養(yǎng)：馴化過(guò)程與活性污泥法類似。培養(yǎng)進(jìn)水量由小到大，逐步提高濃度。成熟的厭氧活性污泥呈顆粒狀，也稱顆粒污泥。由于產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)速度慢，所以顆粒污泥馴化、培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)。（二）厭氧活性污泥的培養(yǎng)1、菌種來(lái)源：牲畜糞便；生活污水處理573、顆粒污泥的組成與性質(zhì)

微生物組成：水解菌、發(fā)酵菌、產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌（氫營(yíng)養(yǎng)型、乙酸營(yíng)養(yǎng)型）、厭氧原生動(dòng)物，這些微生物在顆粒污泥內(nèi)生長(zhǎng)、繁殖，相互提供營(yíng)養(yǎng)，菌絲交錯(cuò)相互接合形成復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu)。3、顆粒污泥的組成與性質(zhì)58物理性質(zhì)：

形狀：相對(duì)規(guī)則的球形或橢圓形，邊緣清晰，直徑0.14-5mm，最大7mm顏色：黑色或灰色密度：1.030-1.080之間表面特征：有許多孔隙和空洞沉降性能：不良——18-20m/h；良好——18-50m/h（典型值）；很好——50-100m/h。物理性質(zhì)：59化學(xué)性質(zhì)：一般含碳40.5%，氫7%，N-10%（1）

無(wú)機(jī)灰分含量因生長(zhǎng)基質(zhì)的不同差異較大，8-66%?；曳值脑黾訉⑻岣哳w粒污泥密度，過(guò)高導(dǎo)致孔隙率降低，主要元素有Fe、Ca、Si、P、S，Ca可促進(jìn)顆粒化形成。（2）胞外多聚物在一些細(xì)菌表面常有一層薄薄的粘液層，即胞外多聚物，主要是胞外聚多糖和蛋白質(zhì)，與好氧污泥分泌物不同（碳水化合物），但好氧產(chǎn)量高4-7倍。ECP與顆粒污泥的形成有密切關(guān)系，可以改變細(xì)菌的表面電荷和能量引起細(xì)菌的凝聚。化學(xué)性質(zhì)：一般含碳40.5%，氫7%，N-10%604、顆粒污泥的形成機(jī)制顆粒的形成過(guò)程由多個(gè)階段組成：細(xì)菌與基體（細(xì)菌、有機(jī)無(wú)機(jī)材料）的吸引粘連過(guò)程；微生物聚集體的形成；成熟污泥的形成。細(xì)菌與基體的吸引粘連過(guò)程是顆粒污泥的形成開(kāi)始階段，也是決定污泥結(jié)構(gòu)的重要階段。Ca2+、Mg2+的電荷中和作用以及ECP可以降低排斥位能，促進(jìn)細(xì)菌向基體接近，然后通過(guò)細(xì)菌的附屬物如菌絲或ECP將細(xì)菌粘接到基體上，隨著粘接到基體上的細(xì)菌數(shù)目的增加形成各種微生物的聚集體。4、顆粒污泥的形成機(jī)制細(xì)菌與基體的吸引粘連過(guò)程是顆61微生物聚集體的形成

相互聚集在一起形成具有框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)核，從而使產(chǎn)乙酸菌及氫營(yíng)養(yǎng)菌附著其上，最后是發(fā)酵性細(xì)菌（產(chǎn)酸菌及其他氫營(yíng)養(yǎng)菌）在外圍生長(zhǎng)，形成顆粒污泥。微生物聚集體的形成62不同工藝中形成的顆粒污泥形成過(guò)程、結(jié)構(gòu)有所不同：?jiǎn)蜗鄥捬跸ǎ汉袇捬踅到膺^(guò)程中的所有細(xì)菌兩相厭氧消化法：廢水處理在兩個(gè)不同的反應(yīng)器中依次完成：進(jìn)行水解和酸化的酸化反應(yīng)器、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷的甲烷反應(yīng)器。不同反應(yīng)器中，污泥細(xì)菌的組成區(qū)別很大。前者中基本是水解發(fā)酵菌、少量產(chǎn)甲烷菌；后者主要是產(chǎn)甲烷菌和少量產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷菌。不同工藝中形成的顆粒污泥形成過(guò)程、結(jié)構(gòu)有所不同：63二、光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水BOD5>10，000mg/L高濃度有機(jī)廢水可用有機(jī)光合細(xì)菌（PhotosynthicBacteria，PSB）處理。PSB法的工藝流程：1、可溶化處理：PSB只能利用低分子化合物，因此要先用水解性細(xì)菌將大分子化合物水解成小分子化合物。2、由光合細(xì)菌將小分子化合物進(jìn)一步降解，大幅度降低有機(jī)物濃度3、用藻類或好氧處理法使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。PSB法的關(guān)鍵在于可溶化處理和保持系統(tǒng)中PSB為優(yōu)勢(shì)菌群。二、光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水PSB法的工藝流程：64目前可用于有機(jī)廢水處理的PSB主要是紅螺菌科的紅螺菌屬、紅假單胞菌屬和紅微菌屬，含有菌綠素a、b和類胡蘿卜素，使細(xì)胞呈棕紅、淡紅或紫紅色。

目前可用于有機(jī)廢水處理的PSB主要是紅螺菌科的紅螺65PSB能在厭氧光照條件下以各種小分子有機(jī)物作為光合作用的電子供體，進(jìn)行光能異樣生長(zhǎng)，也能在好氧黑暗條件下進(jìn)行好氧異養(yǎng)生長(zhǎng)，因此PSB既不象活性污泥法中的好氧污泥菌受水中溶解氧濃度的限制，即使是微弱的光源也能進(jìn)行厭氧的能量代謝，又不象嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌對(duì)氧的存在十分敏感，在有氧條件下仍能分解有機(jī)物PSB能在厭氧光照條件下以各種小分子有機(jī)物作為66

優(yōu)點(diǎn)：（1）有機(jī)負(fù)荷高（2）設(shè)備規(guī)模小，占地面積?。?）易于管理（4）除氮效果好（5）產(chǎn)生的菌體可以綜合利用缺點(diǎn)：（1）需要不斷添加菌體（2）菌體細(xì)胞自然沉降困難（3）出水還需進(jìn)一步處理優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：67三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理去除硫酸鹽的目的：厭氧消化中SRB與產(chǎn)甲烷菌存在競(jìng)爭(zhēng)：（1）對(duì)氫的競(jìng)爭(zhēng)利用:SRB和產(chǎn)甲烷菌都能用氫做底物，且SRB生長(zhǎng)較快，有較好的底物親和力，在對(duì)氫利用上SRB比產(chǎn)甲烷菌強(qiáng)，假如有足夠的硫酸鹽，所有的氫都可被SRB利用，使產(chǎn)甲烷菌無(wú)法利用氫還原二氧化碳為甲烷。（2）對(duì)乙酸的競(jìng)爭(zhēng)：乙酸是厭氧消化中最重要的中間產(chǎn)物，約70%COD由此降解。從細(xì)菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)上看SRB比產(chǎn)甲烷菌更有效利用乙酸，特別是在低濃度下。三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理68去除硫酸鹽的微生物處理：SRB法。利用SRB的硫酸鹽還原作用，將硫酸鹽還原成硫化氫，從水中溢出，用盛有氫氧化鈉的吸收塔吸收硫化氫。去除硫酸鹽的微生物處理：SRB法。利用SRB的硫酸鹽69第九章

水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理

第九章

水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理70第一節(jié)

污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)城市生活污水和工業(yè)廢水生物處理的方法很多，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系分為好氧處理和厭氧處理兩大類。根據(jù)微生物在構(gòu)筑物中處于懸浮狀態(tài)或固著狀態(tài)，分為活性污泥法和生物膜法。第一節(jié)

污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)城市生活污水和工業(yè)廢71一、好氧活性污泥法普通活性污泥法是依據(jù)水的自凈作用原理發(fā)展而來(lái)的初沉池曝氣池二沉池廢水→→→→出水回流污泥剩余污泥一、好氧活性污泥法普通活性污泥法是依據(jù)水的自凈作用原理發(fā)展72初次沉淀池曝氣池二次沉淀池污泥消化池初次沉淀池曝氣池二次沉淀池污泥消化池73（一）

好氧活性污泥中的微生物群落1、好氧活性污泥的組成與性質(zhì)

好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物與污（廢）水中有機(jī)的和無(wú)機(jī)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒（floc）。（1）組成：細(xì)菌、微型動(dòng)物為主體的各種好氧、兼性厭氧微生物+懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)形成的絮狀體。（2）性質(zhì)：含水率99%，密度1.002-1.006，pH6.7，絨粒大小0.02-0.2mm，比表面積20-100cm2/ml。2、好氧活性污泥的存在狀態(tài)：完全混合式：懸浮狀態(tài)，均勻分布推流式：不均勻分布，隨推流方向微生物種類依次增多（一）

好氧活性污泥中的微生物群落2、好氧活性污泥的存在743、好氧活性污泥中微生物群落活性污泥的結(jié)構(gòu)和功能的中心是能起絮凝作用的細(xì)菌形成的菌膠團(tuán)，其上生長(zhǎng)著各種類型的微生物，形成一個(gè)微生物群落。（1）細(xì)菌：活性污泥主要成分是細(xì)菌，來(lái)源于土壤、水、空氣。某些屬出現(xiàn)頻率很高，尤其是動(dòng)膠菌屬和假單胞菌屬。此外還有一類絲狀細(xì)菌存在，如球衣菌屬、發(fā)硫菌、貝氏硫菌屬。它們大多數(shù)是化能異養(yǎng)菌，以有機(jī)質(zhì)為主要營(yíng)養(yǎng)源，好氧或兼性厭氧，以G-占優(yōu)勢(shì)。許多菌具有莢膜或微莢膜，部分細(xì)菌有纖毛，與絮狀體形成密切相關(guān)。3、好氧活性污泥中微生物群落（1）細(xì)菌：活性污泥主要成分是細(xì)75動(dòng)膠菌屬動(dòng)膠菌屬76球衣菌屬球衣菌屬77第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件78（2）真菌：主要為絲狀真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、鐮刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出現(xiàn)在pH低的廢水中。真菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估計(jì)與絮狀水體形成及膨脹有關(guān)。（3）微型動(dòng)物：原生動(dòng)物和少數(shù)多細(xì)胞動(dòng)物，原生動(dòng)物占總數(shù)90%。數(shù)量種類與污水的類型不同而不同，生活污水中原生動(dòng)物量大于工業(yè)廢水。以纖毛蟲(chóng)綱占優(yōu)勢(shì)，多細(xì)胞動(dòng)物有輪蟲(chóng)、顫蚓、線蟲(chóng)等。原生動(dòng)物在廢水凈化中的作用僅次于細(xì)菌。（4）藻類：較少，有綠藻如小球藻屬，藍(lán)細(xì)菌顫藻屬。（2）真菌：主要為絲狀真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、鐮刀霉794、好氧活性污泥中微生物濃度和數(shù)量濃度常用1升活性污泥混合液中恒重的干固體mg數(shù)表示，即MLSSmixedliquorsuspendedsolids——混合液懸浮固體。一般生活污水MLSS2000-3000mg/L工業(yè)廢水MLSS3000mg/L高濃度工業(yè)廢水MLSS3000-5000mg/L1ml污泥中細(xì)菌數(shù)107-108個(gè)4、好氧活性污泥中微生物濃度和數(shù)量80（二）活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理凈化作用過(guò)程：1、吸附：廢水與活性污泥充分接觸，形成懸濁混合液，污染物被比表面積大的絮凝性微生物吸附。2、胞外分解和吸收：呈膠態(tài)的大分子有機(jī)物被吸附后，首先被微生物分泌的胞外水解酶分解為小分子物質(zhì)，這些小分子物質(zhì)與溶解性有機(jī)物一起在透膜酶作用下或在濃度梯度推動(dòng)下選擇性吸收入胞。在細(xì)菌內(nèi)氧化分解，中間代謝物被其他細(xì)菌吸收無(wú)機(jī)化為水和二氧化碳。3、其他微生物吸收或吞食未分解的有機(jī)物4、凝聚、沉淀：絮狀體的作用（二）活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理凈化作用過(guò)程：81（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程（1）推流式曝氣法：

采用長(zhǎng)方形曝氣池，處理時(shí)廢水與活性污泥從曝氣池一端同時(shí)進(jìn)入，經(jīng)曝氣機(jī)的推流作用，原污水與活性污泥向前推進(jìn)到末端。該法BOD和懸浮物的去除率達(dá)90-95%，適用于處理水質(zhì)要求高水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。缺點(diǎn)：對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)能力不強(qiáng)；所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空氣是沿池平均分布的；曝氣池相對(duì)龐大，占地多，能耗高。（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程缺點(diǎn)：82（4）分段布水推流式曝氣法也稱多點(diǎn)進(jìn)水曝氣法。廢水沿池多點(diǎn)進(jìn)入，使有機(jī)物在曝氣池中分布均勻。（3）接觸氧化穩(wěn)定法也稱吸附再生法。曝氣池分為接觸氧化池（吸附池）和穩(wěn)定池（再生池）。廢水先進(jìn)入接觸氧化池，充分混合后進(jìn)入沉淀池，回流污泥進(jìn)入穩(wěn)定池，曝氣但不加廢水，使活性污泥中有機(jī)物進(jìn)一步分解。（2）完全混合式曝氣法原污水、回流污泥進(jìn)入曝氣池后立即與池內(nèi)原有的混合液充分混合。池內(nèi)水質(zhì)均勻，各部分工作情況基本一樣。缺點(diǎn)主要是出水水質(zhì)上往往不及推流式。（4）分段布水推流式曝氣法（3）接觸氧化穩(wěn)定法（2）完全混合83（5）氧化溝連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池，因其構(gòu)筑物呈封閉的溝渠形而得名。平面上多為橢圓或圓形。具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之間。適合處理高濃度有機(jī)廢水。污泥產(chǎn)量少，能耗低。（5）氧化溝84（四）氧化塘（或氧化溝）的生物群落及其處理廢水機(jī)制氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地來(lái)治理污染。在塘內(nèi)形成藻類、好氧性細(xì)菌和原生動(dòng)物組成共生系統(tǒng)，使廢水得到凈化。

（四）氧化塘（或氧化溝）的生物群落及其處理廢水機(jī)制

851、微生物群落（1）藻類：表層是藻類，如小球藻、柵列藻、衣藻、裸藻、顫藻等。（2）細(xì)菌：存在下層。優(yōu)勢(shì)菌群：假單胞菌、黃桿菌、產(chǎn)堿桿菌、芽孢桿菌、光合細(xì)菌等，在底部厭氧層有硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌等。（3）微型動(dòng)物：主要是纖毛蟲(chóng)，一般有鐘蟲(chóng)、膜袋蟲(chóng)等種類，最高1000個(gè)/ml。還有輪蟲(chóng)、甲殼類、搖蚊幼蟲(chóng)（底泥中）1、微生物群落862、

處理機(jī)制利用細(xì)菌與藻類的互生關(guān)系來(lái)分解有機(jī)污染物的廢水處理系統(tǒng)。2、處理機(jī)制87第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件88（五）菌膠團(tuán)的作用定義：廣義講，將所有具有莢膜或粘液或明膠質(zhì)的絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。形成菌膠團(tuán)的主要細(xì)菌是動(dòng)膠菌，有的種胞外有莢膜，在污水中可凝聚成肉眼可見(jiàn)的絮狀物。此外該菌有胞外小纖毛能將絮狀物中的細(xì)胞交織在一起，這種交織作用使許多細(xì)胞互相粘連形成最初的活性污泥凝聚體。（五）菌膠團(tuán)的作用89作用：1、

很強(qiáng)的生物吸附和氧化分解有機(jī)物的能力2、

為原生動(dòng)物提供良好的生存環(huán)境3、

為原生動(dòng)物、微型動(dòng)物提供附著場(chǎng)所4、

具有指示作用作用：90（六）原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物的作用1、指示作用：原因在于原生動(dòng)物是較高等動(dòng)物，耐毒力比細(xì)菌好，對(duì)環(huán)境因素改變比較敏感，環(huán)境條件改變可引起它們種群、數(shù)量及代謝活力的變化；個(gè)體大，在低倍鏡下可見(jiàn)便于觀察。（1）判斷污水處理程度：（六）原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物的作用1、指示作用：原因在于原91（2）指示污泥性質(zhì)和好壞：

正常污泥：鐘蟲(chóng)屬、累枝蟲(chóng)屬、蓋蟲(chóng)屬等固著性或匍匐性種數(shù)

污泥惡化：絮凝體0.1-0.2mm以下，優(yōu)勢(shì)種屬有豆形蟲(chóng)、草履蟲(chóng)、眼蟲(chóng)、波豆蟲(chóng)屬等快速游泳型種屬。嚴(yán)重惡化時(shí)微型動(dòng)物幾乎不出現(xiàn)。

污泥膨脹：攝食絲狀菌的裸口目旋毛科、全毛類原生動(dòng)物及擬輪毛蟲(chóng)等。

污泥解體：絮凝體細(xì)小，針狀分解。優(yōu)勢(shì)種為變形蟲(chóng)屬、簡(jiǎn)便蟲(chóng)屬等肉足類。（2）指示污泥性質(zhì)和好壞：92（3）指示水質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題形態(tài)變化：環(huán)境條件惡劣時(shí)——形成孢囊；pH超過(guò)正常范圍——鐘蟲(chóng)纖毛停止擺動(dòng)，蟲(chóng)體收縮成團(tuán)

生殖方式：出現(xiàn)有性生殖時(shí)往往預(yù)示環(huán)境條件變差或種群處于衰老期。優(yōu)勢(shì)種變化：高負(fù)荷，曝氣不足——小鞭毛蟲(chóng)；水停留時(shí)間過(guò)短——小的游泳型纖毛蟲(chóng)；很高負(fù)荷及難降解物——小裸變形蟲(chóng)和鞭毛蟲(chóng)；溶氧不足——阿托氏菌屬、扭頭蟲(chóng)屬和新態(tài)蟲(chóng)屬過(guò)分曝氣——肉足類及輪蟲(chóng)類。（3）指示水質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題932、凈化作用

腐生性營(yíng)養(yǎng)的某些鞭毛蟲(chóng)通過(guò)滲透作用吸收污水中溶解性有機(jī)物；動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)的原生動(dòng)物可吞食有機(jī)顆粒和游離細(xì)菌，利于凈化水質(zhì)。3、絮凝和沉淀作用原生動(dòng)物可以分泌一定的粘液協(xié)同和促進(jìn)細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。（4）指示細(xì)菌活力：小口鐘蟲(chóng)在細(xì)菌生長(zhǎng)活躍旺盛的對(duì)數(shù)期出現(xiàn)，溝鐘蟲(chóng)需要細(xì)菌的代謝副產(chǎn)物，出現(xiàn)在細(xì)菌生長(zhǎng)的衰老期2、凈化作用3、絮凝和沉淀作用（4）指示細(xì)菌活力：小口鐘蟲(chóng)在94（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)1、間歇式曝氣培養(yǎng)（1）菌種來(lái)源：污水處理廠的活性污泥；工廠集水池或沉淀池污泥或污水流經(jīng)的河流淤泥。（2）馴化：傾去上清液，加入同濃度新鮮廢水調(diào)高1個(gè)濃度低濃度廢水培養(yǎng)重復(fù)操作曝氣23h沉淀1h重復(fù)3-7天原廢水濃度（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)1、間歇式曝氣培養(yǎng)傾去上清液，95（3）培養(yǎng)：改用連續(xù)曝氣培養(yǎng)法培養(yǎng)，用鏡檢和化學(xué)測(cè)定分析判斷活性污泥的成熟度，若菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)緊密，原生動(dòng)物以鐘蟲(chóng)等固著型纖毛蟲(chóng)為主，沉降性能好，說(shuō)明進(jìn)入成熟期。2、連續(xù)曝氣培養(yǎng)

用現(xiàn)成的與本廠相同水質(zhì)處理廠的活性污泥做菌種可直接用連續(xù)曝氣培養(yǎng)。接種小流量進(jìn)水增加一個(gè)濃度梯度設(shè)計(jì)流量悶曝運(yùn)行一周（3）培養(yǎng)：改用連續(xù)曝氣培養(yǎng)法培養(yǎng)，用鏡檢和化學(xué)測(cè)定分析判斷96

二、好氧生物膜法

97主要類型：

生物濾池：普通生物濾池；高負(fù)荷生物濾池；塔式生物濾池

生物轉(zhuǎn)盤

生物接觸氧化法（淹沒(méi)式生物濾池）

主要類型：98第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理2008121123260928課件99生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤100（一）生物膜中的微生物群落1、好氧生物膜：由各種微生物組成的，附著在各種支撐體上的一層粘性固定化薄膜。是生物膜法處理系統(tǒng)的工作主體，厚約2-3mm，一般呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔很多，表面積很大，因此有很強(qiáng)的吸附作用，利于微生物進(jìn)一步對(duì)這些吸附的有機(jī)物的分解。（一）生物膜中的微生物群落1012、好氧生物膜中的微生物群落及其功能（1）生物膜生物：細(xì)菌：以動(dòng)膠菌為主，其他的還有好氧的芽孢桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬，專性厭氧的脫硫弧菌屬等。另一主要的細(xì)菌是絲狀細(xì)菌。在生物膜中絲狀細(xì)菌不會(huì)引起膨脹，特別是球衣細(xì)菌降解有機(jī)物能力非常強(qiáng)，在凈化廢水中起重要作用。此外，絲狀菌大量生長(zhǎng)，菌絲體交叉粘連形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)水流起到過(guò)濾作用。真菌：種類和數(shù)量都很豐富，約30%是真菌藻類：在生物濾池上部，藻類的主要作用是向生物膜供氧2、好氧生物膜中的微生物群落及其功能真菌：種類和數(shù)量都102（2）生物膜面生物固著型纖毛蟲(chóng)：鐘蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)屬；游泳型纖毛蟲(chóng)：豆形蟲(chóng)、尖毛蟲(chóng)等。它們是動(dòng)物中的主要類群，其優(yōu)勢(shì)種隨生物膜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他環(huán)境條件變化而更替，可作為水處理的指示生物。能促進(jìn)濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率。（3）濾池掃除生物體形較大的無(wú)脊椎動(dòng)物如輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)，環(huán)節(jié)動(dòng)物門的瓢體蟲(chóng)、沙蠶，節(jié)肢動(dòng)物水螨，軟體動(dòng)物蝸牛等，去除濾池中的污泥，防止污泥積聚和堵塞。（2）生物膜面生物（3）濾池掃除生物1033、好氧生物膜的結(jié)構(gòu)生物濾池中的生物膜分為水層、好氧層、厭氧層

上層：營(yíng)養(yǎng)濃度高，主要是細(xì)菌，少數(shù)鞭毛蟲(chóng)中層：廢水中的營(yíng)養(yǎng)物，微生物代謝產(chǎn)物，種類較多，有菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、鞭毛蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、腎形蟲(chóng)等下層：有機(jī)物濃度低，低分子有機(jī)物較多。菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、固著型纖毛蟲(chóng)，少數(shù)游泳型纖毛蟲(chóng)。3、好氧生物膜的結(jié)構(gòu)1044、凈化作用機(jī)理4、凈化作用機(jī)理105（二）好氧生物膜的培養(yǎng)——掛膜1、自然掛膜法

將帶有自然菌種的工業(yè)廢水用泵慢速打入空的生物濾池中，循環(huán)3-7后改為慢速連續(xù)進(jìn)水。在這過(guò)程中，廢水中的自然菌種和空氣微生物附在濾料上，逐漸形成一層粘性的微生物薄膜，當(dāng)進(jìn)水流量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，濾池由上而下形成正常分層的微生物相就可以進(jìn)行正式運(yùn)行。2、活性污泥掛膜法取處理生活污水或處理工業(yè)廢水的活性污泥做菌種3、優(yōu)勢(shì)菌種掛膜法從自然環(huán)境或廢水處理中篩選分離得到對(duì)某種工業(yè)廢水有強(qiáng)降解能力的菌株，還可以是遺傳育種或基因工程菌。（二）好氧生物膜的培養(yǎng)——掛膜3、優(yōu)勢(shì)菌種掛膜法106第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制對(duì)策第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制對(duì)策107正常的活性污泥沉降性能很好，但當(dāng)活性污泥性能發(fā)生變化，比重減輕，SVI值增加時(shí)，污泥會(huì)因結(jié)構(gòu)松散而造成沉降困難，在二次沉淀池中出現(xiàn)池面飄泥現(xiàn)象，污泥隨出水排出，使出水有機(jī)物濃度增高，這一現(xiàn)象稱為污泥膨脹。污泥膨脹有兩種：絲狀膨脹——絲狀細(xì)菌引起；菌膠團(tuán)膨脹——非絲狀細(xì)菌引起。都可用SVI（Sludgevolumeindex）衡量，當(dāng)SVI大于200ml/g時(shí)表示發(fā)生膨脹，小于200為正常，通常在50-150，最好是100。正常的活性污泥沉降性能很好，但當(dāng)活性污泥性能發(fā)生變108一、活性污泥絲狀膨脹的成因（一）致因微生物最常出現(xiàn)的有10幾種，如諾卡氏菌、微絲菌、浮游球衣菌、發(fā)硫菌等。除了常見(jiàn)的絲狀細(xì)菌外，也包括某些放線菌、絲狀真菌以及在一定生活階段或一定條件下，菌體能集合成鏈狀的芽孢桿菌屬、埃希氏菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬的某些菌株。（二）活性污泥絲狀膨脹的成因1、溫度：菌膠團(tuán)細(xì)菌如動(dòng)膠菌最適生長(zhǎng)溫度28-30℃，浮游球衣菌是25-30℃，兩者差別不大，但浮游球衣菌是微量好氧能競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)。一、活性污泥絲狀膨脹的成因（二）活性污泥絲狀膨脹的成因1092、溶解氧菌膠團(tuán)細(xì)菌是嚴(yán)格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在微氧條件下也能正常生長(zhǎng)。貝日阿托氏菌、發(fā)硫菌在0.5mg/L時(shí)生長(zhǎng)最好。3、可溶性有機(jī)物及其種類絲狀細(xì)菌能吸收可溶性有機(jī)物，尤其是低分子的糖類和有機(jī)酸，厭氧條件下有機(jī)物不徹底分解產(chǎn)生有機(jī)酸，使絲狀細(xì)菌大量生長(zhǎng)。2、溶解氧1104、有機(jī)物濃度（有機(jī)負(fù)荷）

浮游球衣菌較能適應(yīng)貧營(yíng)養(yǎng)的生長(zhǎng)條件，在C、N含量較低的條件下能良好生長(zhǎng)。在生活污水和食品類有機(jī)廢水中BOD5100-200mg/L，浮游細(xì)菌可呈優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，數(shù)量超過(guò)60%，使污泥發(fā)生膨脹。動(dòng)膠菌適于營(yíng)養(yǎng)較豐富的條件，對(duì)碳源利用率高，C：N大于10呈絮狀生長(zhǎng)，小于10-5則分散生長(zhǎng)。4、有機(jī)物濃度（有機(jī)負(fù)荷）111（三）活性污泥絲狀膨脹的機(jī)理

表面積/容積比假設(shè)：在單位體積中，絲狀細(xì)菌的表面積與容積比較菌膠團(tuán)細(xì)菌大，對(duì)有限制性的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件的爭(zhēng)奪占優(yōu)勢(shì)，大量生長(zhǎng)成為優(yōu)勢(shì)菌引起活性污泥膨脹，兩者的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)在于以下方面：1、對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)：氧充分條件下好氧的動(dòng)膠菌生長(zhǎng)良好。如果曝氣池溶解氧長(zhǎng)期維持在低水平，利于絲狀細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)。2、可溶性有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng)：低分子糖類和有機(jī)酸利于絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)（三）活性污泥絲狀膨脹的機(jī)理1、對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)：氧充分條件下1124、有機(jī)物沖擊負(fù)荷的影響如果曝氣池中有機(jī)物濃度突然增加，供氧量不變，由于好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)。3、對(duì)C、N的競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物濃度較低時(shí)，利于絲狀菌生長(zhǎng)而且還可蓄積營(yíng)養(yǎng)物，更進(jìn)一步抑制動(dòng)膠菌的生長(zhǎng)。4、有機(jī)物沖擊負(fù)荷的影響3、對(duì)C、N的競(jìng)爭(zhēng)1131、控制溶解氧

保持曝氣池內(nèi)有足夠的溶解氧（>2mg/L），可在曝氣池中用強(qiáng)化曝氣、射流曝氣等方法控制高負(fù)荷下的污泥膨脹。2、控制有機(jī)負(fù)荷

有機(jī)負(fù)荷可用容積負(fù)荷表示，即單位反應(yīng)器容積每日接受的廢水中有機(jī)污染物的量。污染負(fù)荷在0.2-0.3kgBOD/kgMLSS.d為宜。二、控制活性污泥絲狀膨脹的對(duì)策根本在于控制引起絲狀細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的環(huán)境因子。1、控制溶解氧二、控制活性污泥絲狀膨脹的對(duì)策1143、改革工藝（1）投加某種物質(zhì)來(lái)增加污泥的比重或殺滅絲狀菌

投加鐵鹽、鋁鹽等混凝劑，可以通過(guò)其凝聚作用增加活性污泥的比重。絲狀菌的比表面積大，遇到有害化學(xué)藥劑時(shí)，遭受破壞的主要是絲狀菌，常用的化學(xué)藥劑是氯氣，投加臭氧、過(guò)氧化氫也能起作用。（2）采用新工藝：將活性污泥法改用生物膜法。A-B（吸附生物降解法，adsorptionbiodegradtion）、A/O（anoxic-oxic）法、A2/O、A2/O2、SBR法等。3、改革工藝115第三節(jié)

厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的

微生物群落第三節(jié)

厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的

微生物群落116當(dāng)廢水有機(jī)物濃度較高時(shí)（一般BOD5大于1500mg/L），一般的活性污泥和生物膜法都難以處理只有采用厭氧消化法解決。

當(dāng)廢水有機(jī)物濃度較高時(shí)（一般BOD5大于1500mg/117沼氣池豬、沼、草（菜、漁、林）、豬的生態(tài)模式養(yǎng)殖場(chǎng)廢水利用沼液灌溉牧草沼氣池豬、沼、草（菜、漁、林）、豬的生態(tài)模式養(yǎng)殖場(chǎng)廢水118優(yōu)點(diǎn)：1、

處理1kgCOD可產(chǎn)生0.35m3甲烷——沼氣2、

處理設(shè)備負(fù)荷高，占地少3、

對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求量少：COD：N：P=350-500：5：1,相比而言對(duì)N、P的需求要小的多，因此厭氧處理時(shí)可以不添加或少添加營(yíng)養(yǎng)鹽4、

運(yùn)行經(jīng)費(fèi)經(jīng)濟(jì)，污泥量少。

不足：1、處理時(shí)間長(zhǎng)；2、出水的有機(jī)物濃度高于好氧處理；3、處理過(guò)程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)4、對(duì)溫度變化和有毒物質(zhì)較為敏感優(yōu)點(diǎn)：不足：119廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器↑37℃厭氧活性污泥反應(yīng)器沉淀池出水回流污泥剩余污泥一、厭氧消化——甲烷發(fā)酵工藝：廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器↑37℃厭氧活性沉淀池出水回流污泥剩余污泥120消化池：?jiǎn)渭?jí)低效、單級(jí)高效、兩級(jí)（相）消化2級(jí)(平流沉淀+厭氧污泥消化)消化池：?jiǎn)渭?jí)低效、單級(jí)高效、兩級(jí)（相）消化2級(jí)(平流沉淀+厭121反應(yīng)器：基于微生物固定化原理設(shè)計(jì)，污泥濃度高，反應(yīng)快速。如厭氧濾器，上流式厭氧污泥反應(yīng)器（UASB）。influent污泥沉降沼氣阻擋收集effluent反應(yīng)器：基于微生物固定化原理設(shè)計(jì)，污泥濃度高，反應(yīng)快速。如厭122微生物群落：分解蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、纖維素的專性或兼性厭氧菌；專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌（一）甲烷發(fā)酵理論與機(jī)制1、水解階段：高分子有機(jī)物被細(xì)菌胞外酶分解為小分子，其水解產(chǎn)物能溶解于水并透過(guò)細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。微生物群落主要是水解、發(fā)酵性細(xì)菌。2、產(chǎn)乙酸階段：前一階段產(chǎn)物被產(chǎn)乙酸細(xì)菌轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2。微生物群落為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，碳酸鹽還原菌。3、產(chǎn)甲烷階段：兩種途徑。一是氫的氧化和二氧化碳還原成甲烷，占28%，二是乙酸鹽裂解，剩下的甲基還原為甲烷，占72%。4、同型產(chǎn)乙酸階段：由同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將H2、CO2轉(zhuǎn)化為乙酸。微生物群落：分解蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、纖維素的專性或兼性厭氧菌123復(fù)雜有機(jī)物1水解發(fā)酵脂肪酸

乙酸H2+CO22產(chǎn)乙酸CH4+CO23產(chǎn)甲烷3產(chǎn)甲烷復(fù)雜有機(jī)物1水解發(fā)酵脂肪酸乙酸H2+CO22產(chǎn)乙酸124產(chǎn)甲烷機(jī)制：1、酸和醇的甲基形成甲烷：CH3COOH→CH4+CO2

4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O3、水還原脂肪酸產(chǎn)生CH42C3H7COOH+CO2+2H2O→CH4+4CH3COOH2、由醇的氧化使CO2還原成CH4、有機(jī)酸2CH3CH2OH+14CO2→14CH4+2CH3COOH2C3H7CH2OH+14CO2→14CH4+2C3H7COOH4、H2還原CO2為CH44H2+CO2→CH4+2H2O5、H2或H2O將CO還原為CH4.3H2+CO→CH4+H2O2H2O+4CO→CH4+3CO2產(chǎn)甲烷機(jī)制：