微生物與環(huán)境保護(hù)-污水的生物處理

微生物對污染物的降解與轉(zhuǎn)化污染介質(zhì)的生物處理污染環(huán)境的生物修復(fù)環(huán)境污染的微生物監(jiān)測微生物與環(huán)境保護(hù)12023/2/20污染介質(zhì)的生物處理污水的生物處理廢渣與廢氣的生物處理22023/2/20教學(xué)目的和教學(xué)要求了解我國水體污染現(xiàn)狀及其危害，掌握有機(jī)污水好氧和厭氧生物處理的方法和基本原理，進(jìn)一步掌握氮磷污水深度處理技術(shù)及其微生物學(xué)原理，了解其它無機(jī)污染物廢水生物處理的方法及其基本原理。3污水的生物處理污水（wastewater）：亦稱廢水，指在生活與生產(chǎn)活動(dòng)中排放水的總稱，是水環(huán)境污染的主要污染源之一；42023/2/20水源的污染是危害最大、最廣的環(huán)境污染。污水的種類很多，包括生活污水、農(nóng)牧業(yè)污水、工業(yè)有機(jī)廢水和有毒污水等。這些污水必須先經(jīng)處理，除去其雜質(zhì)與污染物，待水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，才能排入自然水體或直接供給生產(chǎn)和生活重復(fù)使用。5污水的生物處理一、水體污染及其危害（一）我國的水資源形勢：城市和農(nóng)業(yè)缺水十分嚴(yán)重;全國80％的水域，45％的地下水，90％以上的城市水域受到不同程度的污染。第一節(jié)概述6課外讀物《水污染及其防治》《現(xiàn)代環(huán)境微生物學(xué)技術(shù)》《環(huán)境工程微生物學(xué)》7

（二）水體主要污染物及其危害1、物理污染2、化學(xué)污染3、生物污染8水體主要污染物及其危害1、物理污染顏色：說明污染物的含量濁度：膠體或細(xì)小懸浮物溫度：地表水一年0-35℃，地下水穩(wěn)定懸浮物：影響水的透明度→光合作用放射性：蓄積在人體內(nèi)造成長期危害91、物理污染熱污染的危害：來源冷卻水水中溶解性氣體發(fā)生顯著變化水中化學(xué)生化反應(yīng)速率上升生物種群、群落變化：20℃硅藻；30℃綠藻；35℃藍(lán)藻102、化學(xué)污染無機(jī)無毒無機(jī)有毒有機(jī)無毒有機(jī)有毒112、化學(xué)污染無機(jī)無毒：酸、堿、無機(jī)鹽類。危害：使淡水的礦化度增高，影響用水水質(zhì)富營養(yǎng)化12無機(jī)有毒：1）重金屬：汞、鉻、鎘、鉛、砷危害：富集、致癌2）氰化物：含CN-的物質(zhì)，急性中毒死亡3）氟化物：氟骨癥、損害腎臟2、化學(xué)污染13二、化學(xué)污染有機(jī)無毒：主要是需氧有機(jī)物耗氧有機(jī)物是水體中最普遍的一種污染物。生活污水和某些工業(yè)廢水中所含的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、木質(zhì)素等有機(jī)物，可在微生物的作用下最終分解為簡單的無機(jī)化合物。這些化合物在分解過程中需要消耗大量的氧氣。14有機(jī)有毒：主要是需氧有機(jī)物酚類化合物：煤氣、焦化、石油化工、制藥、油漆有機(jī)農(nóng)藥：有機(jī)磷、有機(jī)氯多環(huán)芳烴：由石油、煤、可燃?xì)獾炔煌耆紵蚋邷靥幚項(xiàng)l件下產(chǎn)生多氯聯(lián)苯：電器絕緣和塑料增塑劑洗滌劑：泡沫、富含磷、表面活性劑2、化學(xué)污染153、生物污染生物污染是指城市生活污水、醫(yī)院污水或污水處理廠排水排入地表后，引起病源微生物污染病原微生物：條件允許會(huì)大量增殖164、富營養(yǎng)化存在天然和人為兩種類型共性：水體中N、P營養(yǎng)物質(zhì)富集，引起藻類及其它浮游生物的迅速繁殖，水體溶解氧下降，使魚類或其他生物大量死亡、水質(zhì)惡化的現(xiàn)象17水體富營養(yǎng)化182023/2/204、富營養(yǎng)化危害因優(yōu)勢浮游生物的顏色不同水面往往呈現(xiàn)蘭色、紅色、棕色、乳白色等，視占優(yōu)勢的浮游生物的顏色而異。在海水中稱作赤潮（redtide）,在淡水中稱作水華（waterbloom）。限制因素：氮、磷富營養(yǎng)化關(guān)鍵：源源不斷流入水體中的營養(yǎng)物質(zhì)N、P的負(fù)荷量關(guān)鍵因素：溶解氧、溫度、水體的形態(tài)19全需氧量化學(xué)需氧量生化需氧量或生物化學(xué)需氧量總有機(jī)碳總氮總磷二、污染物濃度指標(biāo)及其意義20污染物濃度指標(biāo)及其意義全需氧量（totaloxygendemand,TOD）指水中全部有機(jī)物在被徹底氧化成H2O、CO2、NO3-、SO42-等無機(jī)物過程中所消耗的氧。一般情況下TOD與理論需氧量（theoreticaloxygendemand,ThOD）相近。21污染物濃度指標(biāo)及其意義化學(xué)需氧量（chemicaloxygendemand,COD）指用強(qiáng)氧化劑（K2CrO7或KMnO4）使污染物氧化所消耗的氧量，所有能被氧化劑氧化的有機(jī)物與無機(jī)物均包括在內(nèi)。測定結(jié)果分別標(biāo)記為CODCr或CODMn。不標(biāo)記的COD實(shí)際批CODCr.由于CODMn測定法的氧化能力低于K2CrO7法，在一般情況下，CODMn≤CODCr由于某些物質(zhì)不能被此類氧化劑氧化，因此一般情況下COD≤TOD22污染物濃度指標(biāo)及其意義生化需氧量或生物化學(xué)需氧量（biochemicaloxygendemand,BOD）指微生物在有足夠溶解氧存在的條件下，分解有機(jī)物所消耗的氧量。常用BOD5，即5日生化需氧量。它表示在20℃條件下培養(yǎng)5日時(shí)的氧的消耗量。BOD20為20日生化需氧量。不加特殊說明的BOD指BOD5。23污染物濃度指標(biāo)及其意義總有機(jī)碳（totalorganiccarbon,TOC）指污水中有機(jī)物的總含碳量。由于有機(jī)物都含有碳元素，因此TOC能完全反映污水中有機(jī)物的總含量。24污染物濃度指標(biāo)及其意義總氮（totalnitrogen,TN）指污水中所有含氮化合物（包括有機(jī)氮化合物、氨、硝酸根、醚硝酸根等）的總含氮量，是表示污水被氮污染的綜合指標(biāo)。有機(jī)氮化合物、氨、硝酸根和亞硝酸根中的氮分別稱為有機(jī)氮、氨氮、硝酸氮和亞硝酸氮25污染物濃度指標(biāo)及其意義總磷（totalphosphorus,TP）指污水中所有含磷化合物（包括有機(jī)磷化合物、正磷酸根、偏磷酸根等）的總含磷量，是表示污水被磷污染的綜合指標(biāo)。26三、污水排放標(biāo)準(zhǔn)及處理要求根據(jù)污水受納水體的功能，排放標(biāo)準(zhǔn)分為一級、二級和三級等3個(gè)等級，一級標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)。27項(xiàng)目一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)pH6~96~96~9BOD5/(mg/L)2030-COD/(mg/L)60120-氨氮/(mg/L)1525-磷酸鹽（以P計(jì)，mg/L）0.51.0-三、污水排放標(biāo)準(zhǔn)及處理要求282023/2/20四、污水處理的一般技術(shù)途徑污水處理技術(shù)可分為物理處理法、化學(xué)處理法、生物化學(xué)或生物處理法。根據(jù)處理對象與程度，污水處理可為一級處理、二級處理和三級處理。29四、污水處理的一般技術(shù)途徑

污水一級、二級、三級處理的目的各是什么？30一級處理（primarytreatment）:主要通過過濾、沉淀等物理學(xué)方法去除污水中粗大固形物及部分懸浮物。浮油的刮除亦屬此。二級處理（secondarytreatment）：在一級處理基礎(chǔ)上，主要去除水中有機(jī)物。由于多年來以生物法作為二級處理的主要手段，故常稱作生物處理或生化處理。近年來二級處理亦有采用化學(xué)或物理化學(xué)為主體的工藝。三級處理（tertiarytreatment）：亦稱深度處理(advancedtreatment)。系使二級處理后的出水進(jìn)一步凈化，使各種有機(jī)和無機(jī)污染物去除率達(dá)98%以上。可采用物理、化學(xué)、生物學(xué)等各種手段。31322023/2/20第二節(jié)有機(jī)污水的生物處理33一、生物處理的優(yōu)點(diǎn)和基本類型1、生物處理的優(yōu)點(diǎn)①效率高

普通活性污泥水處理廠，每天1m3曝氣池能轉(zhuǎn)換1~2kg干有機(jī)物，100倍于森林。②效果好

BOD去除率達(dá)90%~95%，COD去除率為60%~70%。生物處理的優(yōu)點(diǎn)含酚廢水：萃取法：100mg/L生物法：≤1mg/L34③適用范圍廣（與微生物特點(diǎn)相關(guān)）④成本低、運(yùn)行費(fèi)用少；⑤可處理的水量大，方法成熟生物處理是廢水二級處理的首選方法生物處理的優(yōu)點(diǎn)352、生物處理的基本類型生物處理的方法很多好氧處理厭氧處理活性污泥法生物膜法微生物在構(gòu)筑物中的狀態(tài)

微生物與氧的關(guān)系36二、有機(jī)污水生物處理的基本原理1、吸附作用(absorption)

吸附作用在污水處理廠密集的微生物生態(tài)系統(tǒng)中可能起著主要作用。通過微生物的吸附特性得以去除廢水中的一些不可降解的污染物，如合成有機(jī)物、金屬鹽類以及一些放射性物質(zhì)。372．生物氧化和細(xì)胞合成作用生物氧化和細(xì)胞合成作用是通過微生物酶的作用進(jìn)行的。CHON十O2

——→C5H7O2N(有機(jī)物)(新細(xì)胞)C5H7O2N十5O2→5CO2十NH3十2H2O十能量(細(xì)胞)(維持能)38問題：簡述有機(jī)污水好氧生物處理的生化過程392023/2/20（一）活性污泥法又稱曝氣法，是利用含有好氧微生物的活性污泥，在通氣條件下，使污水凈化的生物學(xué)方法。此法是現(xiàn)今處理有機(jī)廢水的最主要的方法。1、活性污泥的概念：以好氧性細(xì)菌為主體的微生物和水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的肉眼可見的絮狀顆粒。三、好氧生物處理40顆粒大小約0.05~0.5mm，表面積為20~100cm2/mL，比重約1.002~1.006，靜置時(shí)能立即凝聚成較大的絨粒而沉降。絮狀體一般呈黃褐色，因水質(zhì)不同也有呈深灰、灰褐，灰白等色。41歷史1912年，英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）將污水裝在玻璃瓶里，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)對污水長時(shí)間曝氣，玻璃瓶里會(huì)出現(xiàn)污泥，水質(zhì)也得到明顯改善。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，將那些沒有洗干凈而附著有污泥的瓶子用作污水曝氣實(shí)驗(yàn)，污水處理效果更好。他們稱這種自己生長的污泥為“活性污泥”（ActivatedSludge）。讓曝氣后的污水靜止沉淀，倒出上層已經(jīng)凈化的清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣可以大大縮短污水處理的時(shí)間。1914年，第一座活性污泥法污水處理廠在英國曼徹斯特建立。42通過以活性污泥或生物膜形式存在的微生物旺盛的代謝活動(dòng)，氧化分解有機(jī)污染物，使污水凈化。2、活性污泥法的作用特點(diǎn)43微生物的代謝，無論合成或分解，都是一系列極為復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有分解、合成、氧化、還原、轉(zhuǎn)移、異構(gòu)等各種反應(yīng)，絕大多數(shù)是在特定的酶促作用中進(jìn)行的。44452023/2/20活性污泥中的微生物不斷地氧化分解污泥所吸附的有機(jī)質(zhì)，合成新的微生物細(xì)胞。活性污泥具有良好的沉降性能，使處理水與污泥分開，達(dá)到凈化的目的。46472023/2/20流程和原理典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成。48污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機(jī)站送來的壓縮空氣，通過鋪設(shè)在曝氣池底部的空氣擴(kuò)散裝置，以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處于劇烈攪動(dòng)的狀態(tài)，形成懸浮狀態(tài)。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應(yīng)得以正常進(jìn)行。49第一階段，污水中的有機(jī)污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團(tuán)的表面上，這是由于其巨大的比表面積和多糖類黏性物質(zhì)。同時(shí)一些大分子有機(jī)物在細(xì)菌胞外酶作用下分解為小分子有機(jī)物。第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機(jī)物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍?；钚晕勰喾磻?yīng)進(jìn)行的結(jié)果，污水中有機(jī)污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以凈化處理。50經(jīng)過活性污泥凈化作用后的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水作為處理水排出系統(tǒng)。經(jīng)過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度；增殖的微生物從系統(tǒng)中排出，稱為“剩余污泥”。事實(shí)上，污染物很大程度上從污水中轉(zhuǎn)移到了這些剩余污泥中。51活性污泥法的原理形象說法：微生物“吃掉”了污水中的有機(jī)物，這樣污水變成了干凈的水。它本質(zhì)上與自然界水體自凈過程相似，只是經(jīng)過人工強(qiáng)化，污水凈化的效果更好。5253初級曝氣池542023/2/20SECONDARYCLARIFIER552023/2/20具有很強(qiáng)的吸附能力：活性污泥的比表面積大、菌膠團(tuán)表面有豐富的粘液物質(zhì)。據(jù)研究，10~30min內(nèi)，生活污水中BOD的85%~90%可因活性污泥的作用而除去。3、活性污泥的特征56很強(qiáng)的分解、氧化有機(jī)物的能力和pH緩沖力活性污泥是多種微生物和有機(jī)物顆粒的聚集體，分解、氧化有機(jī)物的能力和pH緩沖力巨大。57良好的沉降性能在污水處理過程中，活性污泥能將一些金屬離子吸附，使與有機(jī)物形成絡(luò)合物而得以沉降除去。活性污泥的特征58活性污泥法是一個(gè)連續(xù)的處理過程，因而易于采用計(jì)算機(jī)控制而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控自動(dòng)化。此外，活性污泥法處理廢水的效率可以根據(jù)具體條件而作較大的調(diào)整，因而可用于處理流速及濃度發(fā)生較大變化的污水。活性污泥法被廣泛用于處理城市生活污水和各種工業(yè)廢水。59不足之處傳統(tǒng)活性污泥法會(huì)排放出大量剩余污泥。這些污泥中飽含著各種污染物，所以處理和處置這些污泥也是一大難題。現(xiàn)在的活性污泥法發(fā)展趨勢是污泥減量化和與厭氧法組合處理工藝?，F(xiàn)在世界各國，包括我國都發(fā)展了各種處理系統(tǒng)以減少剩余污泥的產(chǎn)量，顆?；钚晕勰喾ň褪且环N行之有效的方法。這種方法是把活性污泥培養(yǎng)成顆粒狀，用顆?；钚晕勰嗤耆V化廢水中的有機(jī)物，而不形成新的微生物細(xì)胞，或者只在顆粒活性污泥內(nèi)部維持微生物細(xì)胞的新老更替。604、活性污泥中的生物相1、細(xì)菌

起主導(dǎo)作用，活性污泥中有多種細(xì)菌；主要的優(yōu)勢種有：產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬等。好氧活性污泥由哪些微生物組成？它們在污水處理中各起什么作用？6162動(dòng)膠菌屬63球衣菌屬642023/2/20活性污泥中，細(xì)菌大多數(shù)以菌膠團(tuán)的形式存在，呈游離狀態(tài)的較少；生枝動(dòng)膠菌是最早發(fā)現(xiàn)的菌膠團(tuán)形成菌;現(xiàn)已知道埃希氏菌屬、假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬的一些菌株均可以產(chǎn)生菌膠團(tuán)。652023/2/20662023/2/20在活性污泥中的一些絲狀細(xì)菌，如球衣菌屬、貝日阿托氏菌屬和硫發(fā)菌屬等，附著在菌膠團(tuán)上或與之交織在一起，成為活性污泥的骨架。672023/2/20貝日阿托氏菌屬682023/2/202、原生動(dòng)物纖毛蟲類：游泳型和固著型鞭毛蟲類肉足蟲類69原生動(dòng)物702023/2/202、原生動(dòng)物原生動(dòng)物在活性污泥中的作用?1)促進(jìn)絮凝:有的原生動(dòng)物能分泌黏液,促進(jìn)生物絮凝,從而改善活性污泥的泥水分離特性.2)凈化作用:大部分原生動(dòng)物是動(dòng)物性營養(yǎng),能吞食游離細(xì)菌和微小污泥,有利于改善水質(zhì).腐生鞭毛蟲等可吸收污水中的有機(jī)物.3)指示作用:根據(jù)出現(xiàn)的原生動(dòng)物的種類可以判斷活性污泥的狀態(tài)和處理水質(zhì)的好壞.在活性污泥的運(yùn)行初期,微型動(dòng)物出現(xiàn)的規(guī)律是,先出現(xiàn)以有機(jī)物顆粒為食的鞭毛蟲和肉足蟲;隨著細(xì)菌增殖,開始出現(xiàn)以細(xì)菌為食的纖毛蟲;隨著菌膠團(tuán)的增加,固著型纖毛蟲逐漸代替泳動(dòng)纖毛蟲;污水處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),以有柄纖毛蟲為優(yōu)勢.因此,根據(jù)原生物動(dòng)物和微型動(dòng)物的種類交替可以判斷污泥培養(yǎng)的成熟度.713、真菌類青霉屬(Penicillium)頭孢霉屬(Cephalosporium)枝孢屬(Cladosporium)鐮孢霉(Fusarium)地霉屬(Geotrichum)假絲酵母屑(Candida)紅酵母屬(Rhodotorula)724、后生動(dòng)物輪蟲類(rotifers)線蟲類(nematodes)732023/2/20線蟲742023/2/205、活性污泥法的影響因素1）水中溶解氧(DO)

溶解氧太低會(huì)影響到活性污泥微生物的正常代謝活動(dòng)，凈化功能下降，易于滋生絲狀菌產(chǎn)生污泥膨脹?；旌弦喝芙庋鯘舛冗^高，氧轉(zhuǎn)移效率降低，浪費(fèi)動(dòng)力費(fèi)用，還會(huì)引起絮凝體分散。問題：影響好氧活性污泥法處理效果的主要因素是什么？75DO應(yīng)保持在2.0~4.0mg／L左右?；钚晕勰喾ㄏ牡腛2是通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)或機(jī)械曝氣系統(tǒng)供給。762）溫度和pH一般認(rèn)為活性污泥處理中的適宜溫度為15~30℃，<10℃和>30℃都會(huì)影響處理效果?；钚晕勰辔⑸锏淖钸mpH值介于6.0~8.0之間。pH<4.5，原生動(dòng)物全部消失，真菌將占優(yōu)勢，容易產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。pH>9.0，微生物的代謝速率也會(huì)受到影響。773）營養(yǎng)鹽濃度和平衡活性污泥的生物合成，取決于能源物質(zhì)的性質(zhì)、濃度、氮和磷等的平衡，少量的鉀、鈉、硫、鈣、鎂、鐵以及痕量的銅、鋅、鉆、鋁等都是必要的。一般認(rèn)為BOD：N：P的比例為100：5：1是適宜的784）食料微生物比（污泥負(fù)荷）又稱有機(jī)底物(F)與微生物量(M)的比值,F/M比(foodtomicroorganism)F/M比既影響微生物的生長和代謝活動(dòng)，又影響活性污泥系統(tǒng)的效率。

通常以污泥負(fù)荷BOD/MLSS(污泥干重,亦稱污泥濃度或混合液懸浮固體濃度(mixedliquorsuspendedsolids)之比來表示79污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷污泥負(fù)荷(sludgeloading)每日每千克混合液中的懸浮固體所能承受的BOD千克數(shù)，其單位是kgBOD／(kgMLSSd)。容積負(fù)荷(volumeloading)每立方米曝氣池體積每日所承受的BODkg數(shù)，其單位是kgBOD／(m3d)。

805）污泥齡（P216）污泥齡

c(sludgeage)指曝氣池中微生物細(xì)胞的停留時(shí)間。有回流的活性污泥法，污泥齡就是曝氣池全池污泥平均更新一次所需要的時(shí)間(以天計(jì))。普通活性污泥法—般

c為5~15d，延時(shí)限氣法

c為20~30d，高負(fù)荷活性污泥法

c為0.3~2.5d。816）有毒物質(zhì)無機(jī)物和有機(jī)物兩類

無機(jī)物有重金屬、硫化氫、鹵族元素及其化合物，有機(jī)物有酚、醇、醛等。重金屬及其鹽類是蛋白質(zhì)沉淀劑，其離子易與細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)合，使之變性。826、活性污泥的膨脹及其控制正常的活性污泥：具有絮凝作用的菌膠團(tuán)細(xì)菌占優(yōu)勢，同時(shí)有少量絲狀細(xì)菌穿插其中，上面附有鐘蟲、楯纖蟲和輪蟲一類低等動(dòng)物。當(dāng)活性污泥性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，不易沉降，絮凝物隨水漂流，致使出水BOD增高。這一現(xiàn)象稱為污泥膨脹(sludgebulking)，1）活性污泥的膨脹832）引起污泥膨脹的原因和條件（1）污泥膨脹類型有絲狀菌性膨脹和非絲狀菌性膨脹兩種非絲狀菌膨脹因高黏性物質(zhì)大量積累而引起的膨脹。低溫季節(jié)容易產(chǎn)生，出現(xiàn)這種污泥膨脹時(shí)，廢水凈化效果良好，上清液清澈，但污泥難于沉淀。84絲狀菌性膨脹絲狀菌性膨脹是由于絲狀菌異常增長而引起的；活性污泥呈棉絮狀，沉降性能變差。通常所說的膨脹是指絲狀菌性膨脹(filamentousbulking)。85導(dǎo)致產(chǎn)生絲狀菌性膨脹的微生物球衣菌(Sphaerotilus)貝日阿托氏菌(Beggiatoa)硫發(fā)菌(Thiothrix)諾卡氏菌(Nocardia)芽孢桿菌(Bacillus)假單胞菌(Pseudomonas)黃桿菌(Flavobacterium)地霉(Geotrichum)木霉(Tricboderma)絲狀的酵母86污水處理廠常見的污泥膨脹(1)缺氮和缺磷的廢水：如造紙廢水、含酚廢水和印染廢水，污泥膨脹比較嚴(yán)重。(2)溫度過高：夏秋季膨脹現(xiàn)象頻繁。有時(shí)低水溫也會(huì)有問題。87(3)污泥負(fù)荷過低或高：一般認(rèn)為污泥負(fù)荷超過0.35kgBOD／(kgMLSSd)就會(huì)膨脹。(4)廢水中懸浮物低，低分子糖類多；(5)有毒金屬、硫化物等毒物流入。88

解決辦法(1)改進(jìn)污水處理工藝推流式一般不容易發(fā)生膨脹，完全混合法易發(fā)生膨脹，采用間歇式進(jìn)水可抑制膨脹發(fā)生?；钚晕勰囵囸I可抑制絲狀菌的增長：菌膠團(tuán)形成菌貯存能力高，絲狀菌貯存能力低。89

解決辦法(2)分析污泥膨脹原因，改變運(yùn)行條件廢水中含硫化物較高引起硫發(fā)菌繁衍造成的，預(yù)曝氣氧化除去硫化物，降低了硫發(fā)菌的含量，可消除膨脹；提高溶氧濃度，溶氧>21mg/L以上；降低污泥負(fù)荷，控制BOD負(fù)荷為0.2~0.3kg／(kg.MLSSd)。90

解決辦法(3)投加絮凝劑在原因不明的情況下，投入絮凝劑可起到明顯的效果。如投加鐵鹽(三氯化鐵5~50mg/L)鋁鹽(按礬土計(jì)10~100mg/L)高分子絮凝劑91

解決辦法(4)投加氧化劑絲狀細(xì)菌膨脹加氯氣或加過氧化氫有效氯濃度為10~20mg/L(>20mg/L污泥解絮)；過氧化氫濃度為100~200mg/L。球衣菌對這些物質(zhì)較敏感，而菌膠團(tuán)形成菌不敏感。濃度不能過高，避免污泥解絮。92（二）生物膜法利用固著在惰性材料表面的膜狀生物群落處理污水的方法稱為生物膜法(biofilmprocess)，是一種重要的生物處理方法。亦稱固著膜法(fixed-filmprocess)，主要結(jié)構(gòu)是生物濾池(biologicalfilter)英國稱為溶濾池(percolatingfilter)，美國稱為滴濾池(tricklingfilter)。93942023/2/20生物濾池951、基本特點(diǎn)和類型1）生物濾池的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：耗能少、維持費(fèi)用低、運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便，抗毒物沖擊能力強(qiáng)，污泥量少。缺點(diǎn)：規(guī)模較小，占地多如果建立生物濾池污水處理廠的處理能力超過5萬人污水的規(guī)模，占地太多，不適于城市和土地緊缺地區(qū)使用962）生物膜法類型生物濾池

生物濾池分普通生物濾池(conventionalbiologicalfilter)和高負(fù)荷生物濾池(highratebiologicalfilter)。長方形或圓形池子(鋼筋混凝土或磚石結(jié)構(gòu))，池內(nèi)裝有濾料(石子、爐渣或塑料濾料等)，濾料層上有布水裝置，下有排水系統(tǒng)。97塔式生物濾池(biologicaltower)

塔高7~24m，采用塑料濾料(聚氯乙烯和聚丙烯)，內(nèi)部通風(fēng)良好，水流紊動(dòng)劇烈，水力沖刷較強(qiáng)。生物轉(zhuǎn)盤(biologicaldisc)

1960年德國斯圖加特工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的一種方法，在廢水池子中安裝轉(zhuǎn)盤，像水車一樣旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤浸入水中吸附有機(jī)物獲得營養(yǎng)，轉(zhuǎn)盤離開水后獲得氧氣。98塔式生物濾池992023/2/20塔式生物濾池1002023/2/20生物轉(zhuǎn)盤1012023/2/20生物接觸氧化(biologicalcontactoxidation)池中裝填一定數(shù)量的填料，附著在填料上的微生物依靠機(jī)械充氧獲氧，氧化分解有機(jī)物，又稱淹沒式生物濾池，是介于活性污泥法和生物濾池法之間的處理工藝。停留時(shí)間為0.5h~15h，BOD負(fù)荷1~6BODkg/(m3d)，去除效率80％~90％(BOD5)。102生物流化床(biologicalfluidizedbed)

以砂、焦炭或活性炭等細(xì)小惰性材料作為生物膜載體，廢水(先經(jīng)充氧或床內(nèi)充氧)自下向上流過濾床使載體層呈流動(dòng)狀態(tài)，加大了生物膜表面積與廢水和氧的接觸，提高了處理效率。MLSS為8~40mg/L，有機(jī)負(fù)荷16BODkg/(m3d)。停留時(shí)間15~45min，BOD和氮去除率＞90％。1032、生物膜的凈化原理污水從上部均勻噴灑到生物濾池表面，薄膜狀吸附于濾料周圍形成附著水(adhesivewater)，沿薄膜流過濾料即流動(dòng)水(flowingwater)。濾料表面微生物迅速繁殖，形成一層充滿微生物的生物膜。革蘭氏陰性菌絲狀細(xì)菌，并有糖萼的形成，有助于生物膜微生物黏結(jié)在濾料表面。104生物膜的凈化原理生物膜具有強(qiáng)烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新細(xì)胞，膜不斷加厚。生物膜達(dá)到一定厚度時(shí)，生物膜內(nèi)層形成厭氧層，厭氧層逐漸擴(kuò)大增厚，隨后造成生物膜整塊脫落。濾料表面又生成新的生物膜，如此循環(huán)往復(fù)不斷更新。105P2221062023/2/201072023/2/203、生物膜中的微生物

普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落有：生物膜生物：起凈化和穩(wěn)定污、廢水水質(zhì)的功能。菌膠團(tuán)為主要組分，輔以浮游球衣菌、藻類等。108生物膜面生物：促進(jìn)濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率的功能。固著型纖毛蟲(例如鐘蟲、累（等)枝蟲、獨(dú)縮蟲等)及游泳型纖毛蟲(例如楯纖蟲、斜管蟲、尖毛蟲、豆形蟲等，濾池掃除生物：去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚堵塞的功能。有輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、顠體蟲等，109具體來說，生物膜由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物和其它動(dòng)物構(gòu)成的食物鏈，對有效地去除水中有機(jī)物起著十分重要的作用。同活性污泥相比，生物膜的食物鏈長而復(fù)雜，還有環(huán)節(jié)動(dòng)物、昆蟲幼蟲等1101）細(xì)菌細(xì)菌在數(shù)目上和生物量上占優(yōu)勢，種類和活性污泥的細(xì)菌種類相似好氧菌(專性或兼性的)主要有動(dòng)膠菌、假單胞菌、產(chǎn)堿桿菌和黃桿菌，硝化細(xì)菌、亞硝化單細(xì)菌和硝化桿菌，專性厭氧菌有脫硫弧菌和產(chǎn)甲烷菌等。絲狀細(xì)菌如浮游球衣菌、貝日阿托氏菌等，但很少占優(yōu)勢，其數(shù)量直接與濾池的有機(jī)負(fù)荷有關(guān)，但不會(huì)引起污泥膨脹。1112）真菌真菌在生物膜中比在活性污泥中多，首先定殖在基質(zhì)上主要的真菌有白地霉、水生鐮孢、瘤孢、紅漿霉和多胞絲胞酵母。絲狀生長有助于氧向生物膜深處擴(kuò)散。1123）藻類生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等受到陽光照射的部分會(huì)有藻類生長。如果藻類過度生長覆蓋濾池表面，可引起濾池堵塞。常見藻類：小球藻、綠球藻、裸藻、絲藻、席藻、毛枝藻以及顫藍(lán)菌等。1134）原生動(dòng)物大量原生動(dòng)物存在，其種類比活性污泥多1mL生物濾池污泥中：肉足類100~4600個(gè)，鞭毛蟲類200~13000個(gè)，纖毛蟲500~10000個(gè)。纖毛蟲類在生物濾池中占很大比例，但比活性污泥法少。出現(xiàn)頻率最高有植鞭毛蟲類屋滴蟲，肉足蟲類變形蟲、簡便蟲、表殼蟲，纖毛蟲類獨(dú)縮蟲、蓋蟲、斜管蟲等。114不同的構(gòu)筑物類型、不同的廢水和不同的季節(jié)，原生動(dòng)物的優(yōu)勢種不同。通常，植鞭毛蟲常存在于上層；纖毛蟲在各部位均分布，游泳型纖毛蟲在上，柄纖毛蟲在下。1155）后生動(dòng)物輪蟲類、線蟲類、環(huán)節(jié)動(dòng)物、昆蟲類、甲殼類等，旋輪蟲較多，有時(shí)比原生動(dòng)物生長還快而成為優(yōu)勢種屬。后生動(dòng)物在生物膜中的運(yùn)動(dòng)和覓食，導(dǎo)致生物膜松動(dòng)，控制生物膜厚度，促進(jìn)了物質(zhì)交換和氧的供應(yīng)。116線蟲，占全部生物的2％~10％，數(shù)量與季節(jié)變化沒有多大關(guān)系。環(huán)節(jié)動(dòng)物主要是寡毛類，如愛勝蚓、顫蚓、水絲蚓等。昆蟲類中最多的是毛蠓，在濾池中很普遍，可達(dá)3萬個(gè)/m2以上，幼蟲吞食生物膜，可抑制生物膜的過度發(fā)展，并使生物膜疏松。117思考題:活性污泥和生物膜法同屬污水好氧處理系統(tǒng)，說明（1）它們適合處理何類污水？(2)污水凈化的生物學(xué)過程？118活性污泥可用于處理流速及濃度發(fā)生較大變化的污水。被廣泛用于處理城市生活污水和各種工業(yè)廢水。如紡織印染、煉油、木材防腐、焦化、石油化工、農(nóng)藥、約緣材料、合成纖維、合成橡膠、電影橡膠與膠片、洗印、造紙和炸藥等許多工業(yè)廢水處理。119生物膜法較多應(yīng)用于特殊行業(yè)的廢水處理中，如印染廢水、石油、制革、造紙、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥及化纖等工業(yè)廢水的處理，特別是中、小流量污水的處理。120活性污泥法的微生物學(xué)過程：活性污泥的比表面大，吸附力強(qiáng)。廢水進(jìn)入曝氣池與活性污泥接觸后，其中有機(jī)物在約1~30min的短時(shí)間內(nèi)被吸附到活性污泥上。大分子的有機(jī)物，先被細(xì)菌的胞外酶分解，成為較小分子化合物，然后攝入菌體內(nèi)。低分子有機(jī)物則可直接吸收。在微生物胞內(nèi)酶作用下，有機(jī)物的一部分被同化形成微生物有機(jī)體，另一部分轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、NH3、SO42+、PO43-等簡單無機(jī)物及能量釋出。活性污泥法的微生物學(xué)過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，其中包括一系列的微生物酶引起的復(fù)雜生化反應(yīng)，是多種微生物連續(xù)協(xié)同作用的結(jié)果。121生物膜法的微生物學(xué)過程：生物膜的表面，總是吸附著一薄層污水，稱之為“附著水”，其外層為能自由流動(dòng)的污水，稱“運(yùn)動(dòng)水”。當(dāng)附著水中的有機(jī)物被生物膜中的微生物吸附并氧化分解時(shí)，附著水層中有機(jī)物濃度隨之降低，而運(yùn)動(dòng)水層中濃度高，因而發(fā)生傳質(zhì)過程。污水中的有機(jī)物不斷轉(zhuǎn)移進(jìn)去被微生物分解。微生物所消耗的氧，沿著空氣、運(yùn)動(dòng)水層、附著水層而進(jìn)入生物膜；微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的無機(jī)物和CO2等，沿相反方向釋出。122生物膜法和活性污泥法有哪些異同之處？123生物膜法和活性污泥法都是好氧生物處理污水的不同反應(yīng)器形式，它們處理廢水、凈化水質(zhì)的機(jī)理是一樣的，生物相也相似。從外觀上看主要區(qū)別在于活性污泥法不需要填充載體，生物污泥是懸浮的，而生物膜法中的微生物是固定在填料上的。此外，生物膜法中的微生物，由于是固定在填料上的，可以形成比較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，其生活能量和消耗能量不象活性污泥法中的微生物那樣大，因此生物膜法的剩余污泥比活性污泥法要少。124比較生物膜法與活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)。125生物膜法和活性污泥法一樣，同屬好氣生物處理方法。但活性污泥法是依靠曝氣池中懸浮流動(dòng)著的活性污泥來分解有機(jī)物的，而生物膜法則主要依靠固著于載體表面的微生物膜來凈化有機(jī)物。

與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特點(diǎn)。

①固著于固體表面上的生物膜對廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，操作穩(wěn)定性好。

②不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較方便。

③由于微生物固著于固體表面，即使增殖速度慢的微生物也能生長繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留時(shí)間長的微生物被排出曝氣池，因此，生物膜中的生物相更為豐富，且沿水流方向膜中生物種群具有一定分布。126④同高營養(yǎng)級的微生物存在，有機(jī)物代謝產(chǎn)生的能量較多的轉(zhuǎn)移高營養(yǎng)級微生物，合成新細(xì)胞即剩余污泥量較少。

⑤采用自然通風(fēng)供氧。

⑥活性生物難以人為控制，因而在運(yùn)行方面靈活性較差。

⑦由于載體材料的比表面積小，故設(shè)備容積負(fù)荷有限，空間效率較低。國外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在處理城市污水時(shí)，生物濾池處理廠的處理效率比活性污泥法處理廠略低。50％的活性污泥法處理廠BOD5去除率高于91％，50％的生物濾池處理廠BOD5去除率為83％，相應(yīng)的出水BOD5分別為14和28mg／L。

127三、氧化塘法P234被世界廣泛采用的主要處理方法。規(guī)?？蓮奶幚硇∮?000人的污水到大于10萬人的污水。美國約有3500個(gè)氧化塘，約占人口的7％。我國從1950年初開始應(yīng)用氧化塘處理城市污水和工業(yè)廢水。1950年代西安利用古運(yùn)河建立了污水庫，70年代武漢修建了鴨兒湖氧化塘處理化工廢水，到90年代初發(fā)展到100多座。128特殊的活性污泥法。氧化塘是人工的、接近自然水生生態(tài)系統(tǒng)，在氧化塘(或氧化溝)內(nèi)，各種生物共存于同一環(huán)境中，保持互生關(guān)系。其食物鏈與自然水體基本相同。氧化塘(或氧化溝)129（一）氧化塘的特點(diǎn)和類型1、氧化塘和活性污泥法的不同點(diǎn)①停留時(shí)間很長②負(fù)荷較低③微生物量較低④不需要曝氣⑤下層有厭氧分解⑥生物以藻菌共生為主，并起主要的凈化作用。1302、氧化塘的基本形式厭氧塘、好氧塘、兼性塘和曝氣塘厭氧塘(anaerobicpond)

一般表面積小、深度大(可達(dá)4.5m)，使池塘處于厭氧狀態(tài)，塘內(nèi)幾乎無藻類，主要靠大氣供氧，因此好氧分解僅限于上面一薄層表層水，塘內(nèi)部主要為厭氧分解。主要反應(yīng)是酸化和甲烷發(fā)酵，一般作為高溫高負(fù)荷污水的預(yù)處理，停留20~50d，BOD去除率為50%-70%。131氧化塘的基本形式好氧塘(oxidationpond)

又叫藻類塘完全依靠藻類光合作用供氧，池很淺，塘深30~40cm，日光可達(dá)塘底，藻類生長旺盛。主要由藻類供氧，塘內(nèi)完全處于好氧狀態(tài)。污水停留時(shí)間在幾天至30天的范圍，冬季溫度對藻類生長不利，故須適當(dāng)延長停留時(shí)間。1321332023/2/20氧化塘的基本形式兼性塘(facultativepond)

最常見的塘型，塘深1.2~2.5m，上層主要由藻類供氧，為好氧層，下層為厭氧層。停留時(shí)間30d左右。凈化效率普遍較高，也易于管理。曝氣塘(aeratedpond)

又稱通氣塘由超負(fù)荷的兼性塘演化而來，塘深一般2~6m，主要靠機(jī)械充氧，全部水層都保持通氣狀態(tài)。停留時(shí)間10d左右。能承受較高濃度廢水，停留時(shí)間短，占地少，但運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較大。134（二）氧化塘凈化污水的原理1、表層好氧菌或兼性厭氧菌氧化分解有機(jī)物，釋放出氮、磷和CO2。表層的藻類利用氮、磷和CO2，光合作用，釋放出氧氣。溶解氧又為好氧菌所利用，這樣構(gòu)成藻菌“共生”體系。2、塘下層和污泥層進(jìn)行厭氧過程，形成CH4、CO2、NH3，和H2S，還有多種可溶性降解產(chǎn)物。1351362023/2/20（三）氧化塘中的生物類群1．細(xì)菌好氧生物處理系統(tǒng)的優(yōu)勢種相似，主要有假單胞菌、黃桿菌、微球菌等。藻類生長層以下和厭氧層以上區(qū)域生活著大量的光合紫色硫細(xì)菌，將產(chǎn)生的硫顆粒沉積在細(xì)胞中。降低塘中硫化氫的濃度，減弱臭味；在塘底層進(jìn)行厭氧過程。梭菌、假單胞菌、脫硫弧菌、脫硫菌、甲烷八疊球菌和甲烷絲菌等。1372、藻類穩(wěn)定塘中另一類重要微生物常見的藻類有：小球藻、柵藻、衣藻、纖維藻、實(shí)球藻、空星藻、裸藻、扁裸藻以及顫藍(lán)菌和微囊藍(lán)菌等。藻類的主要功能是產(chǎn)氧，維持塘的好氧條件。藻類另一個(gè)主要功能是去除植物營養(yǎng)鹽氮和磷。1383、原生動(dòng)物占優(yōu)勢，以順序出現(xiàn)下列原生動(dòng)物：植鞭毛蟲如眼蟲；游泳型纖毛蟲如豆形蟲、草履蟲和游仆蟲等。有柄纖毛蟲如鐘蟲和累枝蟲等出現(xiàn)。甲殼類蚤和輪蟲出現(xiàn)。1394．水生維管束植物鳳眼蓮、水浮洼、水鱉、綠蔭等漂浮植物有很強(qiáng)的耐污能力，蘆葦、水蔥、香蒲等挺水植物有中等耐污能力，眼子菜、茨藻和金魚藻等沉水植物適于生長在寡污帶水中。140四、厭氧處理法（一）厭氧處理法的特點(diǎn)和類型厭氧處理法是在厭氧條件（不存在分子態(tài)氧O2和化合態(tài)氧）或缺氧條件（不存在分子態(tài)氧，但存在NO3-等化合態(tài)氧）下利用厭氧微生物(包括兼性厭氧微生物)分解污水中有機(jī)物的方法，也稱厭氧消化法或厭氧發(fā)酵法。其代謝產(chǎn)物沼氣主要成分是甲烷，故又稱作沼氣發(fā)酵法或甲烷發(fā)酵法。141人工沼氣發(fā)酵研究已有100多年的歷史，從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，許多國家的微生物學(xué)者對纖維素的發(fā)酵進(jìn)行研究。前蘇聯(lián)微生物學(xué)者奧梅梁斯基發(fā)現(xiàn)奧氏甲烷桿菌，提出沼氣發(fā)酵理論，并為開辟沼氣應(yīng)用的途徑奠定了基礎(chǔ)。產(chǎn)甲烷菌有很強(qiáng)的抗菌作用，能使痢疾桿菌、傷寒桿菌、霍亂弧菌等致病菌無法生存。1421．主要優(yōu)缺點(diǎn)有機(jī)負(fù)荷高，去除率高可以直接處理高濃度有機(jī)廢水，不需要大量水稀釋。BOD去除率可達(dá)90%以上，COD去除率約為70％~90％。能降解許多在好氧條件下難以降解的合成化學(xué)品。如原配類染料、偶氮染料、含氯農(nóng)藥等。1432．厭氧反應(yīng)器主要類型：有四種（1）常規(guī)消化池或普通厭氧消化池（conventionaldigester）誕生于20世紀(jì)20年代，是較為常用的一種厭氧反應(yīng)器。污水間歇地或連續(xù)地進(jìn)入消化池，上部排水，頂部排沼氣，水力或機(jī)械攪拌裝置充分混合，水力停留時(shí)間等于固體停留時(shí)間，無污泥回流?；钚晕勰酀舛炔桓?，一般5％。停留時(shí)間25~30d。厭氧處理的核心是厭氧反應(yīng)器144（2）厭氧接觸消化池(anaerobiccontactdigester)誕生于20世紀(jì)50年代中期，被認(rèn)為是現(xiàn)代高效厭反應(yīng)器的開端。該方法受活性污泥法的啟發(fā)，在常規(guī)消化池的基礎(chǔ)上增設(shè)了污泥回流裝置，因此該方法亦稱厭氧活性污泥法。由于采用了污泥回流，使反應(yīng)器中的污泥濃度大幅度增加，污泥停留時(shí)間增長，反應(yīng)器水力停留時(shí)間大為縮短。水力停留時(shí)間一般為0.5~6天,有機(jī)負(fù)荷一般為2~4kg/(m3.d)。適用于處理懸浮物濃度較高的高濃度有機(jī)廢水。145（3）厭氧濾池(anaerobicfilter,AF)反應(yīng)器內(nèi)全部或部分填充填料供微生物附著生長，填料有較大的比表面積和較高的孔隙度。一般為上升式，需要在過濾器后設(shè)沉淀分離裝置分離生物膜。停留時(shí)間一般約0.5~3d。146（4）升流式厭氧污泥床(upflowanaerobicsludgeblanket，UASB)反應(yīng)器是一個(gè)無填料的空容器，運(yùn)行時(shí)污水以一定流速自下進(jìn)入反應(yīng)器，通過一個(gè)懸浮的污泥層，料液和污泥菌體接觸反應(yīng)并產(chǎn)生沼氣小氣泡，氣泡托起使污泥上升，在上部有一個(gè)關(guān)鍵裝置氣—液—固三相分離器，使污泥下沉，氣水分離。折流式厭氧反應(yīng)器(ABR)，效率更高。1471482023/2/20149（二）甲烷發(fā)酵理論與機(jī)制甲烷發(fā)酵理論先后提出了二階段、三階段和四階段發(fā)酵理論。目前應(yīng)用較多的仍是布賴恩特(Bryant)于1979年提出的四階段的發(fā)酵理論：150水解和發(fā)酵性細(xì)菌群將復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸：纖維素、淀粉等水解為單糖，再酵解為丙酮酸；將蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成有機(jī)酸和氨；脂類水解為各種低級脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、長鏈脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氫、氨和硫化氫等。

第一階段：有機(jī)酸的產(chǎn)生151微生物群落是水解、發(fā)酵性細(xì)菌群，有專性厭氧的:梭菌屬(Clostridium)擬桿菌屬(Bacteriodes)丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)真細(xì)菌(Eubacterium)雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)革蘭氏陰性桿菌兼性厭氧的有:鏈球菌腸道菌152據(jù)研究，每mL下水污泥中含有水解、發(fā)酵性細(xì)菌108~109個(gè)，每克揮發(fā)性固體含1010~1011個(gè)，其中蛋白質(zhì)水解菌有107個(gè)，纖維素水解菌有105個(gè)。153微生物群落：微生物群落為產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細(xì)菌；只有少數(shù)被分離出來。硫酸還原菌和其他產(chǎn)乙酸和氫氣的細(xì)菌；第二階段：乙酸和氫氣的產(chǎn)生154產(chǎn)生過程產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細(xì)菌群進(jìn)一步把第一階段的產(chǎn)物分解為乙酸和氫氣；硫酸還原菌和其他產(chǎn)乙酸和氫氣的細(xì)菌將第一階段發(fā)酵的三碳以上的有機(jī)酸、長鏈脂肪酸、芳香族酸及醇等分解為乙酸和氫氣。

第二階段：乙酸和氫氣的產(chǎn)生155第三階段：甲烷的產(chǎn)生微生物：兩組生理不同的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌群一組將H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4；另一組將乙酸脫羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解為CH4。156有28％的甲烷來自H2的氧化和CO2的還原。72％的甲烷來自乙酸鹽的裂解。由于大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨(NH3)以亞硝酸銨(NH4NO2)、碳酸氫銨(NH4HCO3)形式留在污泥中，它們可中和第一階段產(chǎn)生的酸，為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造了生存所需的弱堿性環(huán)境。氨可被產(chǎn)甲烷菌用作氮源。研究表明：157概念：同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將H2和CO2轉(zhuǎn)化為乙酸的過程，稱為同型產(chǎn)乙酸階段；產(chǎn)甲烷菌只能利用H2、CO2、CO、甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等簡單物質(zhì)產(chǎn)生甲烷和組成自身細(xì)胞物質(zhì)。第四階段：同型產(chǎn)乙酸階段158①由酸和醇的甲基形成甲烷。14CH3COOH14CH4+CO2414CH3OH314CH4+CO2+2H2O施大特曼(stadtman)和巴克爾(Barker)及庇涅(Pine)和維施尼(vishhnise)1951和1957年用14C示蹤原子標(biāo)記乙酸的甲基碳原子證明甲烷是由甲基直接形成甲烷產(chǎn)生的機(jī)制：15914CH4+2C3H7COOH1949年，施大特曼和巴克爾于用同位素14CO2使乙醇和丁醇氧化，產(chǎn)生帶同位素14C的甲烷，證明甲烷可由CO2還原形成。②由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機(jī)酸2CH3CH2OH+14CO214CH4+2CH3COOH2C3H7CH2OH+14CO2160CH4+4CH3COOH③脂肪酸有時(shí)用水作還原劑或供氫體產(chǎn)生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2O161

1906

年索根(Soehnge，)及費(fèi)舍爾(Fisher)觀察到：④利用H2使CO2還原形成甲烷4H2+CO2CH4+2H2O162⑤在H2和H2O存在時(shí)，巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcinabarkerii)與甲酸甲烷桿菌(Methanobacteriumformicicum)能將CO還原形成甲烷。3H2+COCH4+H2O2H2O+4COCH4+3CO2巴氏甲烷八疊球菌甲酸甲烷桿菌163幾種物質(zhì)沼氣發(fā)酵的產(chǎn)氣量物質(zhì)乙醇纖維素脂肪蛋白質(zhì)沼氣／mL9748301250704CH4／％75506871CO2／％255032291642023/2/20影響廢水厭氧消化處理效果的因素：厭氧活性污泥中微生物的種類、組成、結(jié)構(gòu)及污泥的顆粒大小。能保證微生物生長條件的、結(jié)構(gòu)好的厭氧消化池。

最根本、最重要的是微生物的種類和組成。

165（三）沼氣發(fā)酵實(shí)例農(nóng)村沼氣池產(chǎn)生的沼氣成為農(nóng)村重要的能源物質(zhì)；大型養(yǎng)殖場的畜禽廢水處理采用沼氣發(fā)酵消除污染；高濃度的生活污水亦可采用沼氣發(fā)酵技術(shù)去除有機(jī)污染物；166第三節(jié)氮磷污水的生物處理167一、生物脫氮技術(shù)二、生物除磷技術(shù)168

氮和磷的排放會(huì)加速導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，其次是氨氮的好氧特性會(huì)使水體的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物對人和其他生物有毒害作用。因此，國內(nèi)外對氮磷的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。本節(jié)闡述生物脫氮除磷技術(shù)。生物脫氮除磷技術(shù)是近20年發(fā)展起來的，一般來說比化學(xué)法和物理化學(xué)法去除氮磷經(jīng)濟(jì)，尤其是能有效地利用常規(guī)的二級生物處理工藝流程進(jìn)行改造達(dá)到生物脫氮除磷的目的，是目前應(yīng)用廣泛和最有前途的氮磷處理方法。169一、生物脫氮

（一）生物脫氮原理污水中氮主要以有機(jī)氮和氨氮形式存在。在生物處理過程中，有機(jī)氮很容易通過微生物的分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮，即氨化作用。傳統(tǒng)的硝化—反硝化生物脫氮的基本原理就在于通過硝化反應(yīng)先將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過反硝化反應(yīng)將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮從水中逸出，從而達(dá)到脫氮的目的。170氮在水中的存在形態(tài)與分類N

無機(jī)NNOx--N(硝態(tài)氮)TKN(凱氏氮)總N(TN)NH3-NNO3-NNO2—-N有機(jī)N（尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)）171硝化反應(yīng)的條件（1）好氧狀態(tài)：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（2）消耗廢水中的堿度：1gNH3-N完全硝化需堿度7.1g（以CaCO3計(jì)），廢水中應(yīng)有足夠堿度，以維持pH值不變。（3）污泥齡θC≥（10-15）d。（4）BOD5≤20mg/L。

172反硝化-1

反硝化包括異化反硝化和同化反硝化，以異化反硝化為主,反硝化菌在DO濃度很低的環(huán)境中，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物作為碳源及電子供體而得到降解。當(dāng)利用的碳源為甲醇時(shí)：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-

反硝化反應(yīng)可使有機(jī)物得到分解氧化，實(shí)際是利用了硝酸鹽中的氧，每還原1gNO3--N所利用的氧量約2.6g。

173反硝化-2

當(dāng)缺乏有機(jī)物時(shí)，則無機(jī)物如氫、H2S等也可作為反硝化反應(yīng)的電子供體（1）反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下，進(jìn)行厭氧呼吸，以NO3-—O為電子受體，以有機(jī)物的氫為電子供體。（2）反硝化過程中，硝酸態(tài)氮有二種轉(zhuǎn)化途徑—同化反硝化（合成細(xì)胞）和異化反硝化（還原為N2↑），但以異化反硝化為主。（3）反硝化反應(yīng)的條件174反硝化反應(yīng)的條件DO<0.5mg/L，一般為0.2～0.3mg/L（處于缺氧狀態(tài)），如果DO較高，反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3--O成為電子受體而使N難還原成N2↑。但是反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的環(huán)境中生活為宜。BOD5/TN≥3～5，否則需另投加碳源，現(xiàn)多采用CH3OH，其分解產(chǎn)物為CO2+H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有機(jī)碳源一般利用原污水中的有機(jī)物。還原1g硝態(tài)氮能產(chǎn)生3.57g堿度，而在硝化反應(yīng)中，1gNH3-N氧化為NO3--N要消耗7.14g堿度，在缺氧-好氧中，反硝化產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化消耗堿度的一半左右。175內(nèi)源反硝化

微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝化C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH-

內(nèi)源反硝化的結(jié)果是細(xì)胞物質(zhì)減少，并會(huì)有NH3的生成。廢水處理中不希望此種反應(yīng)占主導(dǎo)地位，而應(yīng)提供必要的碳源。

176

脫氮新理念

（1）短程硝化-反硝化由傳統(tǒng)硝化-反硝化原理可知，硝化過程是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，應(yīng)該可以分開；而對于反硝化菌，亞硝酸根或硝酸根均可以作為最終受氫體。該方法就是將硝化過程控制在亞硝化階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化，在反硝化過程將亞硝酸根作為最終受氫體，故稱為短程(或簡捷)硝化-硝化。控制硝化反應(yīng)停止在亞硝化階段是實(shí)現(xiàn)短程硝化-反硝化生物脫氮技術(shù)的關(guān)鍵，其主要影響因素有溫度、污泥齡、溶解氧、pH值和游離氨等?？刂戚^高溫度、較低溶解氧和較高pH值和極短的污泥齡條件等，可以抑制硝酸菌生成，使亞硝酸菌占絕對優(yōu)勢，從而使硝化過程控制在亞硝化階段。177

（2）厭氧氨氧化厭氧氨氧化是荷蘭Delft大學(xué)1990年提出的一種新型脫氮工藝?；驹硎窃趨捬鯒l件下以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，將氨氮氧化氮?dú)猓蛘哒f利用氨作為電子供體．將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成氮?dú)?。參與厭氧氨氧化的細(xì)菌是自養(yǎng)菌。厭氧氨氧化過程無需有機(jī)碳源在。（3）亞硝酸型完全自養(yǎng)脫氮基本原理是先將氨氮部分氧化成亞硝酸氮，控制氨根離子與亞硝酸根離子比例為1：1，然后通過厭氧氨氧化作為反硝化實(shí)現(xiàn)脫氮的目的。全過程為自養(yǎng)的好氧亞硝化反應(yīng)結(jié)合自養(yǎng)的厭氧氨氧化反應(yīng)．無需有機(jī)碳源，對氧的消耗比傳統(tǒng)硝化/反硝化減少62.5%，同時(shí)減少堿消耗量和污泥生成量。

178二、硝化—反硝化過程影響因素1．溫度硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是30～35℃，溫度不但影響硝化茵的比增長速率，而且影響硝化菌的活性，在5～35℃的范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，僅超過30℃時(shí)增加幅度減少，當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。對于同時(shí)去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)的系統(tǒng)，溫度低于15℃即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速降低，低溫對硝酸菌的抑制作用更為強(qiáng)烈，因此在低溫12～14℃時(shí)常出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。在30～35℃較高溫度下，亞硝酸菌的最小倍增時(shí)間要小于硝酸菌，因此，通過控制溫度和污泥齡，也可控制反應(yīng)器中亞硝酸菌的絕對優(yōu)勢。反硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍為35～45℃，溫度對硝化菌的影響比反硝化菌大。1792．溶解氧硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度為2～3mg/L，溶解氧濃度0.5～0.7mg/L，是硝化菌可以忍受的極限。硝化可在高溶解氧狀態(tài)下進(jìn)行，高達(dá)60mg/L的溶解氧濃度也不會(huì)抑制硝化的進(jìn)行，為了維持較高的硝化速率，污泥齡降低時(shí)要相應(yīng)地提高溶解氧濃度。溶解氧對反硝化反應(yīng)有很大影響，主要由于氧會(huì)同硝酸鹽競爭電子供體。同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì)抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性，3．pH值硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為7.5～8.5,硝化菌對pH值變化十分敏感，當(dāng)pH值低于7時(shí)，硝化速率明顯降低．低于6和高于9.6時(shí)，硝化反應(yīng)將停止進(jìn)行。反硝化過程的最佳pH值范圍為6.5～7.5，不適宜的PH值會(huì)影響反硝化菌的生長速率和反硝化酶的活性。當(dāng)pH值低于6.0或高于8.0時(shí)，反硝化反應(yīng)將受到強(qiáng)烈抑制。1804．C/N比

C/N比值是影響硝化速率和過程的重要因素。硝化菌是自養(yǎng)菌，硝化菌產(chǎn)率或比增長速率比活性污泥異養(yǎng)菌低得多，若廢水中BOD5值太高，將有助于異養(yǎng)菌迅速增殖，從而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般認(rèn)為，只有BOD5低于20mg/L時(shí)，硝化反應(yīng)才能完成。反硝化過程需要充足的碳源，理論上lgNO2還原為N2需要碳源有機(jī)物2.86g。一般認(rèn)為，當(dāng)廢水的BOD5/TKN值大于4～6時(shí)，可認(rèn)為碳源充足，不需另外投加碳源，反之則要投加甲醇或其他易降解的有機(jī)物作碳源。5、污泥齡為使硝化菌能在連續(xù)流的反應(yīng)系統(tǒng)中存活并維持一定數(shù)量，微生物在反應(yīng)器的停留時(shí)間即污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代期。一般應(yīng)取系統(tǒng)的污泥齡為硝化最小世代期的兩倍以上。較長的污泥齡可增強(qiáng)硝化反應(yīng)的能力，并可減輕有毒物質(zhì)的抑制作用。1816．抑制物質(zhì)對硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過高濃度氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)以及有機(jī)物。一般來說，同樣毒物對亞硝酸菌的影響比對硝酸菌大。反硝化菌對有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低很多，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。在應(yīng)用一般好氧異養(yǎng)菌文獻(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該考慮馴化的影響。生物脫氮工藝包括含碳有機(jī)物的氧化、氨氮的硝化、硝態(tài)氮的反硝化等生物過程，即碳化-硝化-反硝化過程。從完成這些過程的反應(yīng)器來分，脫氮工藝可分為活性污泥脫氮系統(tǒng)和生物膜脫氮系統(tǒng)，其分別采用活