微生物在水污染治理中的作用

第九章微生物在水污染治理中的作用第一節(jié)水體的自凈作用有機污染物排入水體后，水中的好氧細菌將有機物氧化分解，同時進行繁殖。當(dāng)水體中有機污染物濃度很高時，大量細菌的生長繁殖會迅速耗盡水中的溶解氧，使水中出現(xiàn)缺氧或厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致魚類、好氧原生動物、輪蟲、浮游甲殼動物死亡。厭氧細菌大量繁殖對有機物進行厭氧分解。隨著有機物的降解，水中BOD濃度不斷下降。當(dāng)有機物分解殆盡后，細菌失去營養(yǎng)源，其數(shù)量會減少，而光能自養(yǎng)型微生物利用水中溶解的無機物大量繁殖，隨著無機營養(yǎng)物的消耗，使光合自養(yǎng)型微生物數(shù)量也減少，水體BOD、溶解氧恢復(fù)到原有水平，自凈過程完成。一、水體的自凈二、污水系統(tǒng)及污化指示生物

污化系統(tǒng)及指示生物污化系統(tǒng)多污帶α－中污帶β－中污帶寡污帶水色暗灰色灰色濁度低清澈溶解氧極低或無低升高恢復(fù)正常BOD＞10mg/L5～10＜5＜3H2S強烈H2S氣味H2S氣味沒有無無細菌（個/mL）100萬以上10萬以上10萬以下100以下指示生物以厭氧細菌、兼性細菌為主，還有變形蟲、水蚯蚓。無魚類、顯花植物細菌、藍藻、綠藻、裸藻、游泳型纖毛蟲、輪蟲、水蚯蚓硅藻、綠藻、鼓藻、固著型纖毛蟲，出現(xiàn)水生植物、輪蟲、水蚤、昆蟲金魚藻、硅藻、黃藻、鐘蟲、旋輪蟲、浮游甲殼動物、水生植物、魚三、污、廢水生物處理方法分類區(qū)別好氧生物處理法厭氧生物處理法有機物降解徹底不徹底耗時短長臭氣無臭氣大且出水顏色深曝氣設(shè)備需要、較復(fù)雜不需要動力消耗大小且產(chǎn)能處理有機物濃度不能過高很高構(gòu)筑物容積很大較大處理對象城市污水或其它低濃度有機廢水高濃度有機廢和污泥達標(biāo)排放一般可以需與好氧方法聯(lián)用才能達標(biāo)排放常見類型活性污泥法、生物膜法厭氧消化法第二節(jié)活性污泥法中的微生物及其作用1、活性污泥的性質(zhì)顏色：黃褐色；水質(zhì)不同，也可呈深灰、灰褐、灰白色等。大?。航q絮狀顆粒大小約為0.02mm～0.2㎜；密度：比重約為1.002～1.006。2、活性污泥生物相生物相主要有：細菌、原生動物、霉菌、輪蟲、線蟲等。細菌以菌膠團形式構(gòu)成活性污泥的主體、絲狀微生物是活性污泥的骨架。一、活性污泥的性質(zhì)和生物相二、活性污泥法的生物凈化機理有機質(zhì)＋微生物＋氧微生物細胞增長CO2、H2O、SO42－、NH3、PO43－等＋能量熱能釋出隨水排出由于活性污泥表面積很大（2000~10000m2/m3混合液），具有很強的吸附能力，可以吸附廢水中的有機物。廢水與活性污泥接觸后，其中有機質(zhì)可以在約1～30min的短時間內(nèi)被吸附到活性污泥上。還可以吸附某些金屬離子，使之與有機物形成絡(luò)合物而得以去除。1、生物吸附2、氧化分解有機物分解有機物O2微生物合成細胞物質(zhì)（微生物的增殖）CO2、H2O、NH3、SO42－、PO43－+能量3、其它微生物吸收或吞食未分解徹底的有機物。三、活性污泥中微生物的指示作用1、原生動物和微型后生動物的指示作用

在污水處理生態(tài)系統(tǒng)中形成了一條特定的食物鏈，即細菌→植物性鞭毛蟲→肉足蟲→動物性鞭毛蟲→游泳型纖毛蟲、吸管蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲。（1）根據(jù)生物演替判斷活性污泥的成熟程度a、活性污泥培養(yǎng)初期以鞭毛蟲、變形蟲為優(yōu)勢種；b、活性污泥培養(yǎng)中期以游泳型纖毛蟲、鞭毛蟲為優(yōu)勢種；c、活性污泥培養(yǎng)成熟期以鐘蟲等固著型纖毛蟲、楯纖蟲、輪蟲為優(yōu)勢種。（2）根據(jù)據(jù)生物種類類判斷活性性污泥和處處理水質(zhì)的的效果a、出現(xiàn)大大量固著型型的纖毛蟲蟲和楯纖蟲蟲、輪蟲時時，說明活性污泥泥狀況良好好，廢水中中溶解氧適適當(dāng)，出水水水質(zhì)好；b、當(dāng)游泳泳型纖毛蟲蟲和鞭毛蟲蟲、根足蟲蟲等出現(xiàn)，，說明活性污泥結(jié)結(jié)構(gòu)松散，，出水水質(zhì)質(zhì)差，運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)不正常，必須采采取調(diào)節(jié)措措施；c、當(dāng)出現(xiàn)現(xiàn)線蟲則說說明缺氧。。（3）根據(jù)據(jù)生物形態(tài)態(tài)和數(shù)量的的變化判斷斷處理條件件在生物處理理過程中，，運行條件件的突然變變化（如進進水水量、、有機物濃度、溶解解氧、溫度度、pH值值、有毒物物質(zhì)等），，會影響處處理效果。。通過鏡檢中原生生動物形態(tài)態(tài)和數(shù)量的的變化情況況，了解進進水水質(zhì)及及運行條件件正常與否，進進而采取相相應(yīng)的措施施。如當(dāng)溶解氧氧不足或其其他環(huán)境條條件惡化時時，鐘蟲會會變得不活活躍或數(shù)量減少、或或蟲體變態(tài)態(tài)尾柄脫落落，產(chǎn)生次次生纖毛環(huán)環(huán)呈游泳生生活；繼而而蟲體變成胞囊囊或蟲體變變長直至死死亡。如廢廢水水質(zhì)改改善，環(huán)境境條件恢復(fù)復(fù)正常，蟲體可可恢復(fù)原狀狀及活力。。2、絲狀微微生物的指指示作用絲狀微生物物附著于菌菌膠團上或或與之交織織在一起，成為活活性污泥的的骨架。其中，硫磺磺細菌能將將水中硫化化氫氧化為為硫，并以以硫粒形式存存于體內(nèi)。。當(dāng)水中溶溶解氧高時時（大于1mg/L），體內(nèi)內(nèi)硫粒可進進一步氧化化而消失。。因此，通通過對硫磺細細菌體內(nèi)硫硫粒存在與與否的觀察察，可間接接推測水中溶解解氧的狀況況。四、活性污污泥的培養(yǎng)養(yǎng)與馴化在城市污水水或與之類類似的工業(yè)業(yè)廢水中，，由于營養(yǎng)養(yǎng)和菌種都已具具備，可調(diào)調(diào)整BOD5至200mg/L～300mg/L后，在在曝氣池內(nèi)連連續(xù)曝氣，，一般在15℃～20℃下經(jīng)經(jīng)一周左右右就會出現(xiàn)活性性污泥絮狀狀體。培養(yǎng)養(yǎng)過程中，，要及時適適當(dāng)?shù)負Q水和排放剩剩余污泥，，以補充營營養(yǎng)和排出出代謝產(chǎn)物物。換水可采取間斷斷換水或連連續(xù)換水方方式。（一）活性性污泥的培培養(yǎng)1、間斷換換水混合液在曝曝氣到開始始出現(xiàn)活性性污泥絮狀狀體后，即即停止曝氣，靜靜止沉淀1h～1.5h，排排放約占總總體積60％～70％的上清液液，再補充充生活污水水或糞便水水，繼續(xù)曝曝氣。當(dāng)污泥沉降比比大于30％時，說說明池中混混合液污泥泥濃度已滿滿足要求。第第一次換水水后，應(yīng)每每天換水一一次，這樣樣重復(fù)7d～10d，便可可達到活性性污泥成熟熟。2、連續(xù)換換水當(dāng)池容積大大采用間斷斷換水有困困難時，可可改用連續(xù)續(xù)換水。即當(dāng)當(dāng)池中出現(xiàn)現(xiàn)活性污泥泥絮狀體后后，可連續(xù)續(xù)地向池內(nèi)投加生生活污水，，并連續(xù)地地出水和回回流，其投投加量可控制在池池內(nèi)每天換換水一次的的程度，回回流量可采采用進水量的50%，污泥泥經(jīng)兩周左左右即可培培養(yǎng)成熟。。如果工業(yè)廢廢水的性質(zhì)質(zhì)與生活污污水相差很很大時，用用生活污水培養(yǎng)養(yǎng)的活性污污泥須用工工業(yè)廢水進進行馴化。。馴化的方法是混合合液中逐漸漸增加工業(yè)業(yè)廢水的比比例，直到到達到滿負荷。為了縮短培培養(yǎng)和馴化化時間，可可將兩個階階段合并起起來進行。就是是在培養(yǎng)過過程中，不不斷地加入入少量的工工業(yè)廢水，使微生生物在培養(yǎng)養(yǎng)過程中逐逐漸適應(yīng)新新的環(huán)境。。（二）活性性污泥的馴馴化五、活性污污泥性能監(jiān)監(jiān)測1、生物相相觀察2、SV（（污泥沉降降比）是指曝氣池池混合液在在量筒中靜靜置30min，其其沉淀污泥泥與原混合液液的體積比比，以％表表示，該指指標(biāo)能夠相相對地反映污泥濃度度和污泥的的凝聚、沉沉降性能，，用以控制制污泥的排放量和早早期膨脹。。最好2h～4h測測定一次。。3、MLSS(污泥泥濃度)表示活性污污泥微生物物量的相對對指標(biāo)，其其單位用mg/L。。通常MLSS＝＝1500mg/L～2000mg/L。。4、SVI（污泥指指數(shù)）是指曝氣池池混合液經(jīng)經(jīng)30min靜沉，，1g干污污泥所占的的體積，單位為mL/g，該該指標(biāo)能夠夠更好地評評價污泥的的凝聚性能能和沉降性性能，其值過過低，說明明泥粒細小小、密實，，無機成分分多；過高高又說明污泥沉降降性能不好好，將要或或已經(jīng)發(fā)生生膨脹現(xiàn)象象。城市污水處處理活性污污泥的SVI值介于于50ml/g～150ml/g之間。六、活性性污泥膨脹脹和控制對對策提問：什么是活性性污泥膨脹脹？正常的活性性污泥顆粒粒體積膨脹脹，繼而分分裂為沉降降性很差的的小顆粒污污泥，引起起二沉池池池面飄泥嚴嚴重，出水水水質(zhì)急劇劇變差的現(xiàn)現(xiàn)象。本質(zhì)—污泥密度變變小或黏附附能力下降降。分非絲狀菌污污泥膨脹與絲狀菌污泥泥膨脹兩類1.非非絲狀污泥泥膨脹①曝氣力度過過大，污泥泥碎裂膨脹脹提問：原因因——？氣泡夾帶,密度降低低；氣泡機機械破碎；；細菌處于對對數(shù)期多糖分泌減減少②缺氧、厭氧膨脹漂漂泥提問：原因因——？二沉池底部部淤泥厭氧氧產(chǎn)氣（反反硝化N2、CH4)③進水水質(zhì)有有過量的表表面活性物物質(zhì)和油脂脂類化合物物；提問：原因因——？油及泡沫降降低污泥密密度④生物中毒（pH波動動大、補堿堿過量、溫溫度過高、、CODcr濃度驟驟然升高、、含酚及其其衍生物，，醇、醛和和某些有機機酚、硫化化物、重金金屬及鹵化化物過高等等）污泥膨脹原因——？？細菌——休克死亡、、粘液分泌泌減少⑤新污泥膨脹脹現(xiàn)象未馴化污泥泥對新類型型廢水不適適應(yīng)，不沉降或沉沉降極慢，長時間曝氣氣馴化后恢恢復(fù)正常；；提問：原因因——？類似中毒⑥BOD/N過高⑦假菌絲或后后生動物鉆鉆噬污泥膨膨脹大腸埃希氏氏菌及芽孢孢桿菌形成成暫時性假絲狀生長長或后生動動物鉆噬而而形成的膨膨脹污泥。。（很少見）原因—高含含水率菌膠膠團占優(yōu)勢勢原因——絲狀細菌（（球衣菌、、硫細菌））或真菌優(yōu)優(yōu)勢過度生生長絲狀菌優(yōu)勢勢生長條件件：A.曝氣池DO長期維持在在較低（＜0.1~0.2mg/l）B.水溫過高（（＞25℃）、pH過過低（＜6.5）C.硫化物過高高硫細菌（絲絲狀菌一種種）以硫化化氫為食2.絲絲狀污泥膨膨脹（95％污污泥膨脹））

C.營養(yǎng)失衡廢水C/N比高，N少；無機機金屬離子子較少原因——菌絲體儲備備營養(yǎng)物稀稀少、表面面積大，在在稀溶液中爭奪營養(yǎng)養(yǎng)物質(zhì)的能能力強，更適合于貧貧瘠環(huán)境（包括溶解解氧、各種種營養(yǎng)物））的生長；D.毒物沖擊原因—菌絲體耐受受能力強3.污泥膨膨脹的預(yù)防與控制對策提問：基于上述原原理如何預(yù)防污泥膨脹？？A.設(shè)調(diào)節(jié)池(及及事故池)控制高負荷荷（BOD、毒物））沖擊B.控制溶解氧氧溶解氧濃度度必須控制制在3～4mg/L。C調(diào)節(jié)廢水的的營養(yǎng)配比比盡量逼近BOD5與N和P的的比例BOD5：N：P＝＝100：：5：1。補N——尿素或含氮量高的的污泥消化化池上清液液補P——磷酸鈉鈉D.改革工藝藝將活性污污泥法改改為生物物膜法在曝氣池池中加填填料改為為生物接接觸氧化化法SBR(即序批批式間歇歇曝氣反反應(yīng)器)法提問：發(fā)生后如如何處理理？A．投加加次氯酸鈉鈉（10~20mg/l內(nèi)）、H2O2（100~200mg/l內(nèi)）有選擇的的控制絲絲狀微生生物的過過渡生長長B．投加加混凝劑劑FeSO4和FeCl3、干污泥泥或濃縮縮消化污污泥增加絮體體密度、、強度，，使已膨膨脹的污污泥恢復(fù)復(fù)正常C.強化化補氮（（C:N＝100：20～30）D.替換換污泥最直接的的方法避免—控制方法4.微生物泡泡沫及其預(yù)防與控制對策氣泡附著著于大量量絲狀菌菌上（Nocardiaspp.andMicrothrixparvicella））影響？飄泥產(chǎn)生條件件——(1)高高油脂脂含量;(2)污污泥齡齡（污泥泥總量/外排剩剩余污泥泥量）過過長（>9d);(3)低低溶解解氧orsepticity.第二節(jié)好好氧生物物膜法生物填料料表面附著著的生物物薄膜進進行污染染物降解解的生物物處理法法。于19世世紀末，，在研究究土壤凈凈化污水水的過濾濾田的基基礎(chǔ)上，，開發(fā)并并應(yīng)用于于生產(chǎn)。。由于效效果不如如后來出出現(xiàn)的活活性污泥泥法，一一度被長長期擱置置，60年代以以后，由由于新型型合成材材料的大大量生產(chǎn)產(chǎn)和環(huán)境境保護對對于水要要求的進進一步提提高，生生物膜法法又獲得得了新的的發(fā)展。。好氧生物物膜法構(gòu)構(gòu)筑物有有普通濾池、高負荷荷生物濾濾池、塔塔式生物物濾池，，還有生物轉(zhuǎn)盤盤、接觸氧化化法(即浸沒沒濾池法法)等。生物填料料懸浮型生生物填料料投加量普普通接觸觸氧化水水解調(diào)調(diào)節(jié)池好好氧或或厭氧流流化床好好氧好好氧氧或厭生物物塘或或厭氧濾濾池反反應(yīng)池池體積%8-13515-253-540-60懸掛型填填料彈性立體體填料網(wǎng)網(wǎng)片片式立體體填料軟性填料料生物填料上的生物膜普通生物物濾池生物轉(zhuǎn)盤一、好氧氧生物膜膜中的微微生物群群落根據(jù)位置置與功能能不同———生物膜生生物、生生物膜面面生物及及濾池掃掃除生物物。普通濾池池內(nèi)生物物膜的微微生物群群落表橫向縱向各不相同同濾掃生物物膜面生物物膜生物2~3mm0.3mm好氧區(qū)生物濾池池（塔））中的分分層特征征表相當(dāng)于多污帶相當(dāng)于中污帶相當(dāng)于寡污帶同一類型型廢水好氧活性性污泥法法與生物濾池池法處理效果果對比據(jù)《微生生物生態(tài)態(tài)學(xué)》優(yōu)缺點對對比第三節(jié)厭厭氧活性性污泥法法和厭氧氧生物膜膜法廢水的厭厭氧處理理主要用用于高濃度有有機廢水水的前處處理;一、厭氧氧法的優(yōu)優(yōu)點提問：優(yōu)點有哪哪些？1．產(chǎn)生的沼沼氣可用用于發(fā)電電或作為為能源沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間，是一種很好的燃料。以日排COD10t的工廠為例，若COD去除率為80%，甲烷產(chǎn)量為理論的80%時，則可日產(chǎn)甲烷2240m3,其熱值相當(dāng)于3.85t原煤，可發(fā)電5400度電。2．對營養(yǎng)養(yǎng)物的需需求量少少好氧方法法BOD：N：：P=100：：5：1，而厭氧方方法為（350~500）：：5：1，相比而言言對N、、P的需需求要小小的多，因此厭厭氧處理理時可以以不添加加或少添添加營養(yǎng)養(yǎng)鹽。4．產(chǎn)生的的污泥量量少，運運行費用用低?繁殖慢；；不需要要曝氣基于這些些優(yōu)點，，厭氧處處理在食食品、釀釀造、制制糖等工工業(yè)中得得到了廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用。但但厭氧處處理也存存在缺點點提問：？？1．出水的有有機物濃濃度高于于好氧處處理；發(fā)酵分解解有機物物不完全全；2．對溫度變變化較為為敏感；；工業(yè)中需需要設(shè)置置進水的的控溫裝裝置，37℃。。3．厭氧微生生物對有有毒物質(zhì)質(zhì)較為敏敏感；但經(jīng)過毒毒物馴化化處理的厭厭氧菌對對毒物的的耐受力力常常會會極大地地提高。。二、厭氧氧法的缺缺點4.初初次啟動動過程緩緩慢,處處理時間間長好氧處理理體系的的活性污污泥或生生物膜通通常只需需要7天就可以培培育成功功，而厭厭氧處理理體系的的活性污污泥或生生物膜一一般需要要8~12周才可以培培育成功功5．處處理理過過程程中中產(chǎn)產(chǎn)生生臭臭氣氣和和有有色色物物質(zhì)質(zhì)提問問：：是什什么么？？臭氣氣主主要要是是SRB形成成的的具具有有臭臭味味的的硫化化氫氫氣氣體體以及及硫醇醇、氨氣氣、、有有機機酸酸等的的臭臭氣氣。。同同時時硫硫化化氫氫還還會會與與水水中中的的鐵鐵離離子子等等金金屬屬離離子子反反應(yīng)應(yīng)形形成成黑色色的的硫硫化化物物沉淀淀，，使使處處理理后后的的廢廢水水顏顏色色較較深深，，需需要要添添加加后后處處理理設(shè)設(shè)施施，，進進一一步步脫脫色色脫脫臭臭。。三、、厭厭氧氧活活性性污污泥泥法法（一一））厭厭氧氧活活性性污污泥泥的的性性質(zhì)質(zhì)和和組組成成由兼性性厭厭氧氧菌菌和和專專性性厭厭氧氧菌菌與與廢廢水水中中的的有有機機雜雜質(zhì)質(zhì)形成成的的污污泥泥顆顆粒粒。。呈灰色色至黑色色，有生生物物吸吸附附作作用用、、生生物物降降解解作作用用和和絮絮凝凝作作用用，，有有一一定定的的沉沉降降性性能能；；顆粒粒厭厭氧氧活活性性污污泥泥的的直直徑徑在在0．．5mm以上上。。微生生物物的的組組成成主主要要有有六六種種：：由外外到到內(nèi)內(nèi)水解解細細菌菌、發(fā)酵酵細細菌菌、氫細細菌菌和和乙乙酸酸菌菌、甲烷烷菌菌、硫酸酸鹽鹽還還原原菌菌、厭氧氧原原生生動動物物其中中產(chǎn)甲甲烷烷絲絲菌菌是厭厭氧氧活活性性污污泥泥的的中中心心骨骨架架（二二））厭厭氧氧活活性性污污泥泥凈凈化化廢廢水水的的作作用用機機理理復(fù)雜雜污污染染物物的的厭厭氧氧降降解解過過程程可可以以分分為為四四個個階階段段水解解階階段段、、發(fā)酵酵階階段段（（又又稱稱酸酸化化階階段段））、、產(chǎn)乙乙酸酸階階段段、產(chǎn)甲甲烷烷階階段段框圖圖表表示示見見下下圖圖1．．水水解解階階段段在細細菌菌胞胞外外酶酶的的作作用用下下大大分分子子的的有有機機物物水水解解為為小小分分子子的的有有機機物物2．．發(fā)發(fā)酵酵階階段段梭