微生物生態(tài)學(xué)-10-0污染物的微生物處理1課件

第十章

污染物的微生物處理第十章

污染物的微生物處理1污染物處理方法：物理、化學(xué)和微生物法污染物微生物處理方法的優(yōu)點(diǎn)：微生物的特性（種類多、代謝類型多樣、繁殖快、易培養(yǎng)和遺傳改造）決定微生物是污染物處理的主力軍；不造成二次污染；費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益高；可處理各種污染物（構(gòu)建多功能高效降解菌）。污染物處理方法：物理、化學(xué)和微生物法污染物微生物處理方法的優(yōu)2一、BOD第一節(jié)基本概念BOD（BiologicalOxygenDemand）——生物需氧量，指水中有機(jī)污染物在需氧微生物作用下氧化分解所消耗的O2量。BOD52020℃條件下恒溫培養(yǎng)5d，有機(jī)污染物在需氧微生物作用下氧化分解所消耗的O2量，單位是mg/L。干凈河水，BOD<1.0×10－6g/LBOD>1.0×10－5g/L，河水被污染生活污水，BOD≈3.3×10－4g/L一般情況下，如果水中懸浮的固體物不超過3.0×10－5g/L、BOD在2.0×10－5g/L左右，可排放，不會造成污染。一、BOD第一節(jié)基本概念BOD（BiologicalO3二、COD（ChemicalOxygenDemand）三、TOD（TotalOxygenDemand）化學(xué)需氧量，指水中有機(jī)物被氧化劑氧化時所消耗的O2量。強(qiáng)氧化劑：硫酸存在時，K2Cr2O7使有機(jī)物化學(xué)氧化。有機(jī)碳、NH4+和有機(jī)氮被氧化過程中所消耗的總氧量。二、COD（ChemicalOxygenDemand）三4第二節(jié)廢水的微生物處理一、廢水處理的基本過程一般處理（預(yù)處理）二級處理目的：去除固體物、油脂、泥沙，對污水進(jìn)行中和調(diào)節(jié)，讓排入二級處理系統(tǒng)的污水更適合于微生物生長，加快處理效果。利用微生物的代謝活動去除污水中可溶性的有機(jī)物，經(jīng)過一、二級處理，可去除80～90％的BOD。二級處理的效果取決于微生物的代謝活動。二級處理的方法：厭氧和好氧兩大類。二級處理產(chǎn)生的生物量可通過沉淀與污水分離。第二節(jié)廢水的微生物處理一、廢水處理的基本過程一般處理（預(yù)5三級處理一、廢水處理的基本過程目的：去除微生物無法降解的污染物和無機(jī)營養(yǎng)物，如含氮和含磷的無機(jī)鹽以及生物量。在某些情況下，三級處理排除水還要進(jìn)行消毒。污水處理的總目的降低污水中的BOD；減少病原菌數(shù)目；減少無機(jī)營養(yǎng)物含量，如N、P的含量。三級處理一、廢水處理的基本過程目的：去除微生物無法降解的污染6二、廢水微生物處理的方法活性污泥法生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法厭氧發(fā)酵法氧化塘法光合細(xì)菌處理法基因工程法二、廢水微生物處理的方法活性污泥法7三、活性污泥法1.活性污泥（Activatedsludge）指污水中需氧微生物通過大量繁殖，加上污水中有機(jī)和無機(jī)膠體和懸浮物等組成的一種肉眼可見的絨絮狀泥粒。對污水中污染物有很強(qiáng)的吸附能力和降解能力，顏色可表現(xiàn)為深灰、灰褐、灰白等，一般情況下無臭味，泥粒大小約為0.02mm～0.2mm，比重比水稍重，靜置時發(fā)生沉淀?；钚晕勰嘀械奈⑸镏饕屑?xì)菌、真菌和原生動物。三、活性污泥法1.活性污泥（Activatedsludg82.活性污泥反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)沉淀池再生池曝氣池沉淀池一級處理二級處理三級處理肥料污泥濃縮池凈水污水回流污泥污泥生污泥2.活性污泥反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)沉淀池再生池曝氣池沉淀池一級處93.活性污泥中的微生物（1）細(xì)菌氣桿菌、亞硝化單胞菌、假單胞菌、芽孢桿菌、棒桿菌、諾卡氏菌、球衣菌、螺菌、動膠菌、產(chǎn)堿桿菌、大腸桿菌、絲狀細(xì)菌等G-細(xì)菌為主要菌不同類型的污水含有不同的細(xì)菌群體如抗生素廠污水中，假單胞菌為主。3.活性污泥中的微生物（1）細(xì)菌氣桿菌、亞硝化單胞菌、假單103.活性污泥中的微生物（2）原生動物纖毛蟲、鞭毛蟲、輪蟲、線蟲等污水中有機(jī)物負(fù)荷過重或處于不利條件時，纖毛蟲很少，鞭毛蟲很多。當(dāng)曝氣池中出現(xiàn)大量纖毛蟲時，說明污水處理效果良好。作用：穩(wěn)定活性污泥中的微生物群體，改善排出的水質(zhì)，對活性污泥的絮凝起一定作用。3.活性污泥中的微生物（2）原生動物纖毛蟲、鞭毛蟲、輪蟲、113.活性污泥中的微生物（3）真菌主要是絲狀真菌，如毛霉屬、根霉屬、曲霉屬、青霉屬、頭孢霉屬、木霉屬等，大約有20種真菌。數(shù)量不大，不是活性污泥微生物區(qū)系中的主要成員。某些絲狀真菌會引起污泥膨脹，如地霉屬占優(yōu)勢時。3.活性污泥中的微生物（3）真菌主要是絲狀真菌，如毛霉屬、124.活性污泥的培養(yǎng)和馴化活性污泥的培養(yǎng)——為形成活性污泥的微生物生長提供合適的物理和化學(xué)條件，在這些條件下，經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)，便形成活性污泥，以便用于廢水處理?；钚晕勰嗟呐囵B(yǎng)方法一定量的糞便、肥沃的土壤受污水污染過的污泥曝氣池廢液加水稀釋高效污染物降解菌米泔水補(bǔ)充碳源BOD200～300mg/L一定時間培養(yǎng)4.活性污泥的培養(yǎng)和馴化活性污泥的培養(yǎng)——為形成活性污泥的13活性污泥的馴化——在上述培養(yǎng)好的活性污泥（或采集其他有關(guān)工廠污水處理池中的活性污泥）中，逐漸減少上述混合物的加入量，逐漸增加所要處理的廢水量，最后加入的全部為廢水。在這培養(yǎng)過程中，能夠適應(yīng)并降解某些污染物的微生物數(shù)目逐漸增多，而不能適應(yīng)或?qū)δ承┪廴疚锩舾械奈⑸飻?shù)目逐漸減少，這樣通過營養(yǎng)競爭，不適應(yīng)的微生物逐漸被淘汰死亡。活性污泥的培養(yǎng)和馴化的時間大約各需10d～15d，活性污泥在馴化過程中，如果污泥中葡匐纖毛蟲和固著型纖毛蟲逐漸增多，且較為穩(wěn)定，處理效果逐漸提高，并趨于穩(wěn)定，就說明活性污泥的馴化已完成。活性污泥的馴化——在上述培養(yǎng)好的活性污泥（或采集其他有關(guān)工廠145.絮凝作用在活性污泥法中，絮凝物的增加是必需的，因為只有通過絮凝作用才能產(chǎn)生透明的排出水，并可以在沉淀池中通過沉淀得到合適濃度的污泥，這部分污泥還需再循環(huán)回到曝氣池中。在活性污泥中，生枝動膠菌（Z.ramigera）主要負(fù)責(zé)絮凝作用，因為它能分泌一種膠體物質(zhì)(多糖和多聚氨基酸)，使其他微生物吸附到這種膠體物質(zhì)上并被包埋。5.絮凝作用在活性污泥法中，絮凝物的增加是必需的，因為只有156.活性污泥的膨脹指在曝氣池運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)污泥結(jié)構(gòu)松散，沉降能力下降，污泥隨水飄浮出曝氣池外的異常現(xiàn)象。污泥膨脹會嚴(yán)重干擾曝氣池的處理效果和排除水的水質(zhì)，因此要嚴(yán)防污泥膨脹的發(fā)生。污泥膨脹是由于活性污泥中的微生物群體生長失去平衡的結(jié)果。6.活性污泥的膨脹指在曝氣池運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)污泥結(jié)構(gòu)松散，16污泥膨脹的控制方法加入FeCl3和FeSO4使漂浮的活性污泥增加混凝沉降作用。加入次氯酸鈉（濃度必須在10～20mg/L）和H2O2（濃度在100～200mg/L），提高pH值到8，以便抑制或殺死球衣細(xì)菌等絲狀菌。加H2O2還可以給反應(yīng)器提供氧氣,也可利用臭氧殺死絲狀菌。改變條件生物方法好氧法——通過設(shè)計底物濃度成梯度增加的一系列反應(yīng)抑制絲狀菌生長。缺氧法無氧法通過改變反應(yīng)器的培養(yǎng)條件促進(jìn)形成絮凝體細(xì)菌的生長，減少絲狀菌的生長從活性污泥和土壤中分離到的有些細(xì)菌和放線菌能裂解絲狀細(xì)菌。污泥膨脹的控制方法加入FeCl3和FeSO4使漂浮的活性污泥177.活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)能產(chǎn)生高質(zhì)量的排除水，凈化效率高，臭氣輕微；處理費(fèi)用較合理；反應(yīng)的體積小，占地面積小。產(chǎn)生的污泥量大；對水質(zhì)、水量的變動比較敏感，對負(fù)荷的沖擊抗性弱；容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)7.活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)能產(chǎn)生高質(zhì)量的排除水，凈化效率高，臭18四、現(xiàn)代生物工程處理法高效降解菌處理污水固定化酶和固定化細(xì)胞處理污水基因工程菌處理污水四、現(xiàn)代生物工程處理法高效降解菌處理污水191.高效降解菌在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中，通過富集和馴化培養(yǎng)等技術(shù)，可以分離到降解污染物能力很強(qiáng)的微生物菌株，在實(shí)驗室中經(jīng)過物理和化學(xué)方法誘變，可以進(jìn)一步提高這些菌株的降解能力。（1）應(yīng)用氰化合物降解菌、苯酚降解菌、鉻還原菌等已成功應(yīng)用于污水處理。（2）高效降解菌須具備的條件適應(yīng)性強(qiáng)；在食物和空間上具有強(qiáng)的競爭力；繁殖快；高效降解性能穩(wěn)定；能在活性污泥菌膠團(tuán)中或生物膜上長期定居，且具絮凝能力。（3）高效降解菌種類假單胞菌，無色桿菌，產(chǎn)堿桿菌等1.高效降解菌在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中，通過富集和馴202.固定化酶和固定化細(xì)胞在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中分離到的高效污染物降解菌也可以通過固定化后用于處理污水。一般用包埋法固定細(xì)胞(海藻酸鈉)。具有不用提取酶和固定化的細(xì)胞可以通過培養(yǎng)進(jìn)行擴(kuò)增等優(yōu)點(diǎn)。固定化酶的方法有吸附法、包埋法。優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定；細(xì)胞不致隨水流而流失；可反復(fù)使用；由于細(xì)胞密度大處理能力強(qiáng)，有利于連續(xù)化、自動化處理污水。缺點(diǎn)：生產(chǎn)酶和固定化酶的費(fèi)用太高。把固定化細(xì)胞和固定化酶與電子傳感器組成的生物傳感器在污水處理方面也有許多重要的用途。這些傳感器可用于BOD、氨、有機(jī)酸和甲烷的定量測定。2.固定化酶和固定化細(xì)胞在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中分離213.利用基因工程菌處理污水美國科學(xué)家70年代，將降解芳烴、萜烯、多環(huán)芳烴的幾個質(zhì)粒，經(jīng)結(jié)合轉(zhuǎn)移到一株能降解脂肪烴的假單胞菌中，構(gòu)建了一株可同時降解4種烴類的新菌株，稱之為超級細(xì)菌（Superbacteria）。這個多質(zhì)粒菌株在自然生態(tài)環(huán)境中，能在幾小時內(nèi)把原油中的60％烴類消耗掉，而野生菌株要達(dá)到同樣的結(jié)果需1年以上。3.利用基因工程菌處理污水美國科學(xué)家70年代，將降解芳烴、22重金屬污染物的微生物處理一、生物吸附（Biosorption）二、利用固定化細(xì)胞吸附重金屬三、硫化物沉淀法四、磷酸鹽沉淀法五、利用微生物的轉(zhuǎn)化作用去除重金屬目前用于重金屬污染物處理的微生物方法重金屬污染物的微生物處理一、生物吸附（Biosorption231.生物吸附與生物累積

通常所說的生物吸附僅指失活微生物的吸附作用，而微生物活細(xì)胞去除金屬離子的作用一般稱為生物累積。

生物吸附主要是生物體細(xì)胞壁表面的一些具有金屬絡(luò)合、配位能力的基團(tuán)起作用，如巰基、羧基、羥基等基團(tuán)。這些基團(tuán)通過與吸附的金屬離子形成離子鍵或共價鍵來達(dá)到吸附金屬離子的目的。生物累積主要是利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生的能量，通過單價或二價離子的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把金屬離子輸送到細(xì)胞內(nèi)部。

1.生物吸附與生物累積242.生物吸附原理

大多數(shù)類型的生物對重金屬的吸附隨金屬溶液pH下降明顯減少。重金屬被生物中的離子置換。

典型的金屬吸附與pH的關(guān)系表明，藻類的弱酸性羧基和真菌細(xì)胞壁是吸附金屬離子的主要成分。2.生物吸附原理25生物吸附劑的預(yù)處理堿處理可以去除細(xì)胞壁上的無定形多糖，改變葡聚糖和甲殼質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而允許更多的重金屬離子吸附在其表面上。同時NaOH可以溶解細(xì)胞上一些不利于吸附的雜質(zhì)，暴露出細(xì)胞上更多的活性結(jié)合位點(diǎn)，使吸附量增大。此外NaOH還可以使細(xì)胞壁上的H+離子解離下來，導(dǎo)致負(fù)電性官能團(tuán)增多，吸附量也會增大。生物吸附劑的預(yù)處理26生物吸附的影響因素1.pH當(dāng)溶液的pH值很低時，H+會占據(jù)大量的吸附活性位點(diǎn)，從而阻止陽離子與吸附活性點(diǎn)的接觸，導(dǎo)致吸附量的下降。但是pH值過高也不利于生物吸附。生物吸附的影響因素272.競爭吸附目標(biāo)金屬離子以外的其他金屬陽離子對生物吸附的影響主要體現(xiàn)在競爭吸附效應(yīng)上。（1）同類金屬離子間發(fā)生顯著的競爭吸附；（2)不同類的金屬離子間的競爭吸附效果不明顯；（3）其他類離子對邊緣離子的吸附有一定影響。2.競爭吸附（1）同類金屬離子間發(fā)生顯著的競爭吸附；28重金屬的微生物轉(zhuǎn)化金屬對微生物的毒性強(qiáng)度固然與其濃度有關(guān)，但更取決于其存在狀態(tài)。例如，六價鉻比三價鉻毒得多；在各種汞化物中，甲基汞的毒性最強(qiáng)；有機(jī)錫比無機(jī)錫毒，烷基錫比芳基錫毒，三烷基錫比四烷基錫更毒。重金屬的微生物轉(zhuǎn)化金屬對微生物的毒性強(qiáng)度固然與其濃度有關(guān)，但29重金屬的異化還原一些微生物能利用重金屬或放射性元素作為終端電子受體，這是一種酶學(xué)過程，叫做異化還原（dissimilatorymetalreduction），也叫做直接金屬還原（directmetalreduction）其他一些微生物能通過非酶學(xué)機(jī)制間接地還原金屬和放射性物質(zhì)，通常是微生物末端產(chǎn)物和金屬的化學(xué)反應(yīng)。重金屬的異化還原一些微生物能利用重金屬或放射性元素作為終端電30直接還原2乙酰-CoA葡萄糖2丙酮酸KrebsCycleNADHFADHe-e-e-e-細(xì)胞色素系統(tǒng)e-e-e-O2,Fe(III),NO3-,SO42-,etc.H2O,Fe(II),N2,S2-,etc.直接還原2乙酰-CoA葡萄糖2丙酮酸KrebsNADHF31間接還原硫酸鹽還原細(xì)菌產(chǎn)生硫化氫可以還原三價鐵（ferric）為二價鐵（ferrous）:2HFeO2+3H2S2FeS+So+4H2O(atpH7-9)間接還原硫酸鹽還原細(xì)菌產(chǎn)生硫化氫可以還原三價鐵（ferr32已知可通過微生物異化還原的金屬Cr(VI)Fe(III)U(VI)Mn(IV)Se(VI),(IV),(0)Tc(VII)Hg(II)Cu(II)Co(III)Pd(II)Np(V)Pu(IV)Mo(VI)V(V)Au(III),(I)Ag(I)已知可通過微生物異化還原的金屬Cr(VI)Co(III)33異化還原鐵離子的細(xì)菌：BacterialFe(III)ReductionGeobactermetallireducensShewanellaputrefaciensShewanellaalgaDesulfovibriospp.Desulfuromonasspp.Desulfotomaculumspp.Desulfuromusaspp.AquaspirillummagnetotacticumFerribacteriumlimneticumAeromonashydrophilaSulfurospirillumbarnesiiPantoeaagglomeransFerrimonasbalaericaGeothrixfermentensGeovibrioferrireducensGeospirillumsp.Pelobactercarbinolicus異化還原鐵離子的細(xì)菌：BacterialFe(III)R34許多極端微生物可還原Fe(III):BacterialFe(III)ReductionDeinococcusradioduransDeferribacterthermophilusFerroglobusplacidusGeoglobusahangariPyrobaculumislandicumThermoterrabacteriumferrireducensThermoanaerobactersp.ThiobacillusferrooxidansThermussp.SeveralthermophilicisolatesfromthedeepsubsurfacerelatedtoThermoanaerobacterspp.Psychrotrophicenrichmentsfrompermafrostanddeepmarinesedimentsamples.許多極端微生物可還原Fe(III):Bacterial35鈾還原導(dǎo)致鈾的沉淀和固定U6+溶解態(tài)U4+固定態(tài)U6+solU6+solU4+insolU6+sol鈾還原導(dǎo)致鈾的沉淀和固定U6+溶解態(tài)U4+固定態(tài)U6+sol36U(VI)Reduction許多短鏈有機(jī)酸和氫化物可以作為U(VI)還原的碳源和能源在土壤和地下水環(huán)境中，酶催化的異化反應(yīng)是U(VI)生物學(xué)還原的機(jī)制U(VI)Reduction許多短鏈有機(jī)酸和氫化物可以作為37bacteria營養(yǎng)電子供體沉淀的U4+目標(biāo):促進(jìn)鈾的還原和固定增加細(xì)菌生物量來增加酶介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化避免產(chǎn)生過多的生物量導(dǎo)致孔隙堵塞(阻礙營養(yǎng)向U還原帶的流動)U6+作為終端e-受體bacteria營養(yǎng)電子供體沉淀的目標(biāo):促進(jìn)鈾的還原和固定38第十章

污染物的微生物處理第十章

污染物的微生物處理39污染物處理方法：物理、化學(xué)和微生物法污染物微生物處理方法的優(yōu)點(diǎn)：微生物的特性（種類多、代謝類型多樣、繁殖快、易培養(yǎng)和遺傳改造）決定微生物是污染物處理的主力軍；不造成二次污染；費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益高；可處理各種污染物（構(gòu)建多功能高效降解菌）。污染物處理方法：物理、化學(xué)和微生物法污染物微生物處理方法的優(yōu)40一、BOD第一節(jié)基本概念BOD（BiologicalOxygenDemand）——生物需氧量，指水中有機(jī)污染物在需氧微生物作用下氧化分解所消耗的O2量。BOD52020℃條件下恒溫培養(yǎng)5d，有機(jī)污染物在需氧微生物作用下氧化分解所消耗的O2量，單位是mg/L。干凈河水，BOD<1.0×10－6g/LBOD>1.0×10－5g/L，河水被污染生活污水，BOD≈3.3×10－4g/L一般情況下，如果水中懸浮的固體物不超過3.0×10－5g/L、BOD在2.0×10－5g/L左右，可排放，不會造成污染。一、BOD第一節(jié)基本概念BOD（BiologicalO41二、COD（ChemicalOxygenDemand）三、TOD（TotalOxygenDemand）化學(xué)需氧量，指水中有機(jī)物被氧化劑氧化時所消耗的O2量。強(qiáng)氧化劑：硫酸存在時，K2Cr2O7使有機(jī)物化學(xué)氧化。有機(jī)碳、NH4+和有機(jī)氮被氧化過程中所消耗的總氧量。二、COD（ChemicalOxygenDemand）三42第二節(jié)廢水的微生物處理一、廢水處理的基本過程一般處理（預(yù)處理）二級處理目的：去除固體物、油脂、泥沙，對污水進(jìn)行中和調(diào)節(jié)，讓排入二級處理系統(tǒng)的污水更適合于微生物生長，加快處理效果。利用微生物的代謝活動去除污水中可溶性的有機(jī)物，經(jīng)過一、二級處理，可去除80～90％的BOD。二級處理的效果取決于微生物的代謝活動。二級處理的方法：厭氧和好氧兩大類。二級處理產(chǎn)生的生物量可通過沉淀與污水分離。第二節(jié)廢水的微生物處理一、廢水處理的基本過程一般處理（預(yù)43三級處理一、廢水處理的基本過程目的：去除微生物無法降解的污染物和無機(jī)營養(yǎng)物，如含氮和含磷的無機(jī)鹽以及生物量。在某些情況下，三級處理排除水還要進(jìn)行消毒。污水處理的總目的降低污水中的BOD；減少病原菌數(shù)目；減少無機(jī)營養(yǎng)物含量，如N、P的含量。三級處理一、廢水處理的基本過程目的：去除微生物無法降解的污染44二、廢水微生物處理的方法活性污泥法生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法厭氧發(fā)酵法氧化塘法光合細(xì)菌處理法基因工程法二、廢水微生物處理的方法活性污泥法45三、活性污泥法1.活性污泥（Activatedsludge）指污水中需氧微生物通過大量繁殖，加上污水中有機(jī)和無機(jī)膠體和懸浮物等組成的一種肉眼可見的絨絮狀泥粒。對污水中污染物有很強(qiáng)的吸附能力和降解能力，顏色可表現(xiàn)為深灰、灰褐、灰白等，一般情況下無臭味，泥粒大小約為0.02mm～0.2mm，比重比水稍重，靜置時發(fā)生沉淀?；钚晕勰嘀械奈⑸镏饕屑?xì)菌、真菌和原生動物。三、活性污泥法1.活性污泥（Activatedsludg462.活性污泥反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)沉淀池再生池曝氣池沉淀池一級處理二級處理三級處理肥料污泥濃縮池凈水污水回流污泥污泥生污泥2.活性污泥反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)沉淀池再生池曝氣池沉淀池一級處473.活性污泥中的微生物（1）細(xì)菌氣桿菌、亞硝化單胞菌、假單胞菌、芽孢桿菌、棒桿菌、諾卡氏菌、球衣菌、螺菌、動膠菌、產(chǎn)堿桿菌、大腸桿菌、絲狀細(xì)菌等G-細(xì)菌為主要菌不同類型的污水含有不同的細(xì)菌群體如抗生素廠污水中，假單胞菌為主。3.活性污泥中的微生物（1）細(xì)菌氣桿菌、亞硝化單胞菌、假單483.活性污泥中的微生物（2）原生動物纖毛蟲、鞭毛蟲、輪蟲、線蟲等污水中有機(jī)物負(fù)荷過重或處于不利條件時，纖毛蟲很少，鞭毛蟲很多。當(dāng)曝氣池中出現(xiàn)大量纖毛蟲時，說明污水處理效果良好。作用：穩(wěn)定活性污泥中的微生物群體，改善排出的水質(zhì)，對活性污泥的絮凝起一定作用。3.活性污泥中的微生物（2）原生動物纖毛蟲、鞭毛蟲、輪蟲、493.活性污泥中的微生物（3）真菌主要是絲狀真菌，如毛霉屬、根霉屬、曲霉屬、青霉屬、頭孢霉屬、木霉屬等，大約有20種真菌。數(shù)量不大，不是活性污泥微生物區(qū)系中的主要成員。某些絲狀真菌會引起污泥膨脹，如地霉屬占優(yōu)勢時。3.活性污泥中的微生物（3）真菌主要是絲狀真菌，如毛霉屬、504.活性污泥的培養(yǎng)和馴化活性污泥的培養(yǎng)——為形成活性污泥的微生物生長提供合適的物理和化學(xué)條件，在這些條件下，經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)，便形成活性污泥，以便用于廢水處理?；钚晕勰嗟呐囵B(yǎng)方法一定量的糞便、肥沃的土壤受污水污染過的污泥曝氣池廢液加水稀釋高效污染物降解菌米泔水補(bǔ)充碳源BOD200～300mg/L一定時間培養(yǎng)4.活性污泥的培養(yǎng)和馴化活性污泥的培養(yǎng)——為形成活性污泥的51活性污泥的馴化——在上述培養(yǎng)好的活性污泥（或采集其他有關(guān)工廠污水處理池中的活性污泥）中，逐漸減少上述混合物的加入量，逐漸增加所要處理的廢水量，最后加入的全部為廢水。在這培養(yǎng)過程中，能夠適應(yīng)并降解某些污染物的微生物數(shù)目逐漸增多，而不能適應(yīng)或?qū)δ承┪廴疚锩舾械奈⑸飻?shù)目逐漸減少，這樣通過營養(yǎng)競爭，不適應(yīng)的微生物逐漸被淘汰死亡?；钚晕勰嗟呐囵B(yǎng)和馴化的時間大約各需10d～15d，活性污泥在馴化過程中，如果污泥中葡匐纖毛蟲和固著型纖毛蟲逐漸增多，且較為穩(wěn)定，處理效果逐漸提高，并趨于穩(wěn)定，就說明活性污泥的馴化已完成?；钚晕勰嗟鸟Z化——在上述培養(yǎng)好的活性污泥（或采集其他有關(guān)工廠525.絮凝作用在活性污泥法中，絮凝物的增加是必需的，因為只有通過絮凝作用才能產(chǎn)生透明的排出水，并可以在沉淀池中通過沉淀得到合適濃度的污泥，這部分污泥還需再循環(huán)回到曝氣池中。在活性污泥中，生枝動膠菌（Z.ramigera）主要負(fù)責(zé)絮凝作用，因為它能分泌一種膠體物質(zhì)(多糖和多聚氨基酸)，使其他微生物吸附到這種膠體物質(zhì)上并被包埋。5.絮凝作用在活性污泥法中，絮凝物的增加是必需的，因為只有536.活性污泥的膨脹指在曝氣池運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)污泥結(jié)構(gòu)松散，沉降能力下降，污泥隨水飄浮出曝氣池外的異?，F(xiàn)象。污泥膨脹會嚴(yán)重干擾曝氣池的處理效果和排除水的水質(zhì)，因此要嚴(yán)防污泥膨脹的發(fā)生。污泥膨脹是由于活性污泥中的微生物群體生長失去平衡的結(jié)果。6.活性污泥的膨脹指在曝氣池運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)污泥結(jié)構(gòu)松散，54污泥膨脹的控制方法加入FeCl3和FeSO4使漂浮的活性污泥增加混凝沉降作用。加入次氯酸鈉（濃度必須在10～20mg/L）和H2O2（濃度在100～200mg/L），提高pH值到8，以便抑制或殺死球衣細(xì)菌等絲狀菌。加H2O2還可以給反應(yīng)器提供氧氣,也可利用臭氧殺死絲狀菌。改變條件生物方法好氧法——通過設(shè)計底物濃度成梯度增加的一系列反應(yīng)抑制絲狀菌生長。缺氧法無氧法通過改變反應(yīng)器的培養(yǎng)條件促進(jìn)形成絮凝體細(xì)菌的生長，減少絲狀菌的生長從活性污泥和土壤中分離到的有些細(xì)菌和放線菌能裂解絲狀細(xì)菌。污泥膨脹的控制方法加入FeCl3和FeSO4使漂浮的活性污泥557.活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)能產(chǎn)生高質(zhì)量的排除水，凈化效率高，臭氣輕微；處理費(fèi)用較合理；反應(yīng)的體積小，占地面積小。產(chǎn)生的污泥量大；對水質(zhì)、水量的變動比較敏感，對負(fù)荷的沖擊抗性弱；容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)7.活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)能產(chǎn)生高質(zhì)量的排除水，凈化效率高，臭56四、現(xiàn)代生物工程處理法高效降解菌處理污水固定化酶和固定化細(xì)胞處理污水基因工程菌處理污水四、現(xiàn)代生物工程處理法高效降解菌處理污水571.高效降解菌在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中，通過富集和馴化培養(yǎng)等技術(shù)，可以分離到降解污染物能力很強(qiáng)的微生物菌株，在實(shí)驗室中經(jīng)過物理和化學(xué)方法誘變，可以進(jìn)一步提高這些菌株的降解能力。（1）應(yīng)用氰化合物降解菌、苯酚降解菌、鉻還原菌等已成功應(yīng)用于污水處理。（2）高效降解菌須具備的條件適應(yīng)性強(qiáng)；在食物和空間上具有強(qiáng)的競爭力；繁殖快；高效降解性能穩(wěn)定；能在活性污泥菌膠團(tuán)中或生物膜上長期定居，且具絮凝能力。（3）高效降解菌種類假單胞菌，無色桿菌，產(chǎn)堿桿菌等1.高效降解菌在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中，通過富集和馴582.固定化酶和固定化細(xì)胞在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中分離到的高效污染物降解菌也可以通過固定化后用于處理污水。一般用包埋法固定細(xì)胞(海藻酸鈉)。具有不用提取酶和固定化的細(xì)胞可以通過培養(yǎng)進(jìn)行擴(kuò)增等優(yōu)點(diǎn)。固定化酶的方法有吸附法、包埋法。優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定；細(xì)胞不致隨水流而流失；可反復(fù)使用；由于細(xì)胞密度大處理能力強(qiáng)，有利于連續(xù)化、自動化處理污水。缺點(diǎn)：生產(chǎn)酶和固定化酶的費(fèi)用太高。把固定化細(xì)胞和固定化酶與電子傳感器組成的生物傳感器在污水處理方面也有許多重要的用途。這些傳感器可用于BOD、氨、有機(jī)酸和甲烷的定量測定。2.固定化酶和固定化細(xì)胞在污水處理中的應(yīng)用從自然環(huán)境中分離593.利用基因工程菌處理污水美國科學(xué)家70年代，將降解芳烴、萜烯、多環(huán)芳烴的幾個質(zhì)粒，經(jīng)結(jié)合轉(zhuǎn)移到一株能降解脂肪烴的假單胞菌中，構(gòu)建了一株可同時降解4種烴類的新菌株，稱之為超級細(xì)菌（Superbacteria）。這個多質(zhì)粒菌株在自然生態(tài)環(huán)境中，能在幾小時內(nèi)把原油中的60％烴類消耗掉，而野生菌株要達(dá)到同樣的結(jié)果需1年以上。3.利用基因工程菌處理污水美國科學(xué)家70年代，將降解芳烴、60重金屬污染物的微生物處理一、生物吸附（Biosorption）二、利用固定化細(xì)胞吸附重金屬三、硫化物沉淀法四、磷酸鹽沉淀法五、利用微生物的轉(zhuǎn)化作用去除重金屬目前用于重金屬污染物處理的微生物方法重金屬污染物的微生物處理一、生物吸附（Biosorption611.生物吸附與生物累積

通常所說的生物吸附僅指失活微生物的吸附作用，而微生物活細(xì)胞去除金屬離子的作用一般稱為生物累積。

生物吸附主要是生物體細(xì)胞壁表面的一些具有金屬絡(luò)合、配位能力的基團(tuán)起作用，如巰基、羧基、羥基等基團(tuán)。這些基團(tuán)通過與吸附的金屬離子形成離子鍵或共價鍵來達(dá)到吸附金屬離子的目的。生物累積主要是利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生的能量，通過單價或二價離子的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把金屬離子輸送到細(xì)胞內(nèi)部。

1.生物吸附與生物累積622.生物吸附原理

大多數(shù)類型的生物對重金屬的吸附隨金屬溶液pH下降明顯減少。重金屬被生物中的離子置換。

典型的金屬吸附與pH的關(guān)系表明，藻類的弱酸性羧基和真菌細(xì)胞壁是吸附金屬離子的主要成分。2.生物吸附原理63生物吸附劑的預(yù)處理堿處理可以去除細(xì)胞壁上的無定形多糖，改變葡聚糖和甲殼質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而允許更多的重金屬離子吸附在其表面上。同時NaOH可以溶解細(xì)胞上一些不利于吸附的雜質(zhì)，暴露出細(xì)胞上更多的活性結(jié)合位點(diǎn)，使吸附量增大。此外NaOH還可以使細(xì)胞壁上的H+離子解離下來，導(dǎo)致負(fù)電性官能團(tuán)增多，吸附量也會增大。生物吸附劑的預(yù)處理64生物吸附的影響因素1.pH當(dāng)溶液的pH值很低時，H+會占據(jù)大量的吸附活性位點(diǎn)，從而阻止陽離子與吸附活性點(diǎn)的接觸，導(dǎo)致吸附量的下降。但是pH值過高也不利于生物吸附。生物吸附的影響因素652.競爭吸附目標(biāo)金屬離子以外的其他金屬陽離子對生物吸附的影響主要體現(xiàn)在競爭吸附效應(yīng)上。（1）同類金屬離子間發(fā)生顯著的競爭吸附；（2)不同類的金屬離子間的競爭吸附效果不明顯；（3）其他類離子對邊緣離子的吸附有一定影響。2.競爭吸附（1）同類金屬離子間發(fā)生顯著的競爭吸附；66重金屬的微生物轉(zhuǎn)化金屬對微生物的毒性強(qiáng)度固然與其濃度有關(guān)，但更取決于其存在狀態(tài)。例如，六價鉻比三價鉻毒得多；在各種汞化物中，甲基汞的毒性最強(qiáng)；有機(jī)錫比無機(jī)錫毒，烷基錫比芳基錫毒，三烷基錫比四烷基錫更毒。重金屬的微生物轉(zhuǎn)化金屬對微生物的毒性強(qiáng)度固然與其濃度有關(guān)，但67重金屬的異化還原一些微生物能利用重金屬或放射性元素作為終端電子受體，這是一種酶學(xué)過程，叫做異化還原（dissimilatorymetalreduction），也叫做直接金屬還原（directmetalreduction）其他一些微生物能通過非酶學(xué)機(jī)制間接地還原金屬和放射性物質(zhì)，通常是微生物末端產(chǎn)物和金屬的化學(xué)反應(yīng)。重金屬的異化還原一些微生物能利用重金屬或放射性元素作為終端電68直接還原2乙酰-CoA葡萄糖2丙酮酸KrebsCycleNADHFADHe-e-e-e-細(xì)胞色素系統(tǒng)e-e-e-O2,Fe(III),NO3-,SO42-,etc.H2O,Fe(II),N2,S2-,etc.直接還原2乙酰-CoA葡萄糖2丙酮酸KrebsNADHF69間接還原硫酸鹽還原細(xì)菌產(chǎn)生硫化氫可以還原三價鐵（ferric）為二價鐵（ferrous）:2HFeO2+3H2S2FeS+So+4H2O(atpH7-9)間接還原硫酸鹽還原細(xì)菌產(chǎn)生硫化氫可以還原三價鐵（ferr70已知可通過微生物異化還原的金屬Cr(VI)Fe