成信工環(huán)境工程微生物學(xué)課件第11-15章 微生物在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

第11-15章

微生物在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用主要內(nèi)容水污染控制中的應(yīng)用固體廢棄物處理中的應(yīng)用大氣污染治理中的應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)固定化技術(shù)環(huán)境監(jiān)測(水、氣中W監(jiān)測，PCR技術(shù))微生物在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用11-15章好氧堆肥厭氧堆肥除臭VOC脫硫脫硝水污染控制中的應(yīng)用廢水好氧生物處理廢水厭氧生物處理生物脫氮除磷(深度/討論自學(xué))硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌聚磷菌廢水好氧生物處理活性污泥法生物膜法活性污泥法擴(kuò)散管示意圖曝氣頭布置曝氣池活性污泥法好氧活性污泥的微生物種群好氧活性污泥凈化廢水的反應(yīng)原理活性污泥中微生物的作用活性污泥的培養(yǎng)影響好氧生物處理的因素污泥膨脹問題活性污泥法以好氧性細(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。1.什么是活性污泥？活性污泥法顆粒大小約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。2.活性污泥中的生物相好氧活性污泥的微生物種群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。2、真菌類

3、原生動(dòng)物——纖毛蟲類，鞭毛蟲類，肉足蟲類4.后生動(dòng)物

——輪蟲類，線蟲類3.活性污泥凈化過程:----高的吸附能力----強(qiáng)的氧化分解能力----良好的沉淀性能活性污泥活性污泥的凈化反應(yīng)原理活性污泥的凈化反應(yīng)原理活性污泥中微生物的作用凈化作用指示作用促進(jìn)絮凝和沉淀細(xì)菌植物性鞭毛蟲肉足蟲動(dòng)物性鞭毛蟲游泳性纖毛蟲吸管蟲固著型纖毛蟲輪蟲根據(jù)它們的演替和活動(dòng)規(guī)律判斷污泥的馴化程度；根據(jù)它們的種類，判斷污泥和處理水質(zhì)的好壞；有機(jī)、無機(jī)顆粒物游離細(xì)菌微小生物好氧污泥的培養(yǎng)間歇式曝氣培養(yǎng)連續(xù)曝氣培養(yǎng)菌種來源；馴化?培養(yǎng)

1、營養(yǎng)物質(zhì)影響好氧生物處理的因素C、H、O、N約占90～97%，其余3～10%為無機(jī)元素。生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；對(duì)于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BODNP=10051

投加N和P。其它無機(jī)營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；2、溫度是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞；最適宜溫度15～30C。影響好氧生物處理的因素3、pH值一般好氧微生物的最適宜pH在6.59之間；pH6.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動(dòng)也會(huì)影響混合液的pH值。影響好氧生物處理的因素4、溶解氧廢水的好氧生物處理中，反應(yīng)器中必須保證有足夠的溶解氧，使微生物進(jìn)行有氧呼吸，一般為2～4mg/L為宜。5、有毒物質(zhì)

工業(yè)廢水中，存在著對(duì)微生物有抑制、毒害作用的化學(xué)物質(zhì)，如重金屬及其化合物、酚、氰等。影響好氧生物處理的因素活性污泥的膨脹主要原因:

絲狀菌在數(shù)量上超過菌膠團(tuán)

a.C/N過高，缺少營養(yǎng)——高度親水性化合物——污泥膨脹

b.DO不足——根本原因（容積負(fù)荷、基質(zhì)、流量）

c.水溫高d.pH過低活性污泥的膨脹污泥解體污泥腐化污泥上浮

泡沫問題活性污泥的膨脹2.后果:1、活性污泥系統(tǒng)中合適的溶解氧水平2.水－保持均質(zhì)勻量進(jìn)水及合適的營養(yǎng)3.投加某種物質(zhì)來增加污泥的比重或殺死過量的絲狀菌活性污泥的膨脹3.措施:其他問題主要的工藝：SBR,AB,氧化溝等反應(yīng)器/池的設(shè)計(jì)、計(jì)算運(yùn)行、管理——<水污染控制工程>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)好氧生物膜法1.生物膜法的定義好氧生物膜法好氧生物膜法2、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。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。好氧生物膜法2、生物膜的凈化原理好氧生物膜法2、生物膜的凈化原理好氧生物膜法3、生物膜的生物相普通濾池內(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。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，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(duì)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、昆蟲幼蟲等好氧生物膜法3、生物膜的生物相好氧生物膜法好氧生物膜法好氧——小結(jié)活性污泥法：1.絮狀體的菌膠團(tuán)2.易污泥膨脹3.產(chǎn)生的剩余污泥多------生物膜法：1.固著薄膜2.填料貴，易堵塞3.污泥量相對(duì)要小4.負(fù)荷小，規(guī)模小，占地面積大----好氧——處理負(fù)荷低，能耗較高；出水水質(zhì)較好厭氧法

廢水厭氧生物處理是指在無氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化。廢水厭氧生物處理厭氧污泥法/生物膜法厭氧污泥中的主要微生物群落厭氧法的主要工藝（三）厭氧活性污泥處理的工藝流程其中厭氧活性污泥反應(yīng)器是工藝中的核心廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器↑37℃厭氧活性污泥反應(yīng)器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥（三）厭氧活性污泥處理的工藝流程厭氧污泥中的主要微生物群落厭氧生物處理是一個(gè)依靠三大主要類群的細(xì)菌完成的復(fù)雜的微生物學(xué)過程。水解發(fā)酵菌產(chǎn)酸菌甲烷菌厭氧污泥中的主要微生物群落1.非產(chǎn)甲烷菌的特點(diǎn)

厭氧、兼性厭氧對(duì)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)生長周期：幾十分鐘——幾小時(shí)厭氧污泥中的主要微生物群落2.產(chǎn)甲烷菌的特點(diǎn)屬于一種特殊的古細(xì)菌；嚴(yán)格厭氧有一種特殊的輔酶輔酶F420;輔酶F430——血紅蛋白相似——鎳生物排他性生長周期長產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌厭氧微生物群體間的關(guān)系產(chǎn)酸菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)產(chǎn)酸菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧還原條件產(chǎn)酸菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)乙酸菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持適宜的pH厭氧處理廢水的影響因素

pH溫度（范圍廣，酶活力）營養(yǎng)物質(zhì)與微量元素

有毒物質(zhì)氧化還原電位厭氧法的主要工藝厭氧生物濾池(AF)上流式厭氧污泥床(UASB)膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(EGSB)沼氣出水進(jìn)水AFinfluentSludgebed污泥沉降沼氣阻擋收集effluent小結(jié)!!優(yōu)點(diǎn)：負(fù)荷高占地小產(chǎn)生污泥量小無能耗，資源化，產(chǎn)沼氣----

缺點(diǎn):產(chǎn)物:分解不完全;出水水質(zhì)差，臭味，須進(jìn)一步處理啟動(dòng)、反應(yīng)時(shí)間思考題??！厭氧法和好氧法的區(qū)別？生物種群反應(yīng)條件耗能方面負(fù)荷方面（處理對(duì)象）產(chǎn)泥方面能源利用方面……出水水質(zhì)臭味/感官……生物脫氮除磷1.水體的富營養(yǎng)化2.生物脫氮3.生物除磷太湖的富營養(yǎng)化水體的富營養(yǎng)化云南滇池巢湖太湖概念：指大量的氮磷等營養(yǎng)元素物質(zhì)進(jìn)入水體，使水中藻類等浮游生物旺盛增殖，從而破壞水體的生態(tài)平衡的現(xiàn)象。水體的富營養(yǎng)化1.水體富營養(yǎng)化的定義水體的富營養(yǎng)化2.發(fā)生機(jī)理環(huán)境條件：溫度，水動(dòng)力學(xué)有機(jī)物，營養(yǎng)源：N,P某些礦物質(zhì)和維生素水體的富營養(yǎng)化3.不良后果感官，色度DO減少，魚類的大量死亡水質(zhì)惡化，增加處理成本加速湖泊的衰亡藻類毒素-----生物脫氮有機(jī)廢水要脫氮??

?生物脫氮生物脫氮機(jī)理：生物脫氮是在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2和NxO氣體的過程。其中包括氨化、硝化和反硝化三個(gè)反應(yīng)過程。1.氨化反應(yīng)：生物脫氮微生物分解有機(jī)氮化合物（蛋白質(zhì)、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等）產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用。很多細(xì)菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強(qiáng)并釋放出氨的微生物稱為氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有機(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：2.硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，生長率低，對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機(jī)負(fù)荷等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。生物脫氮3.硝化過程的影響因素：（a）好氧環(huán)境條件，并保持一定的堿度：在硝化反應(yīng)過程中，釋放H+，使pH下降，硝化菌對(duì)pH的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨態(tài)氮（以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以CaCO3計(jì)）7.14g。對(duì)硝化菌的適宜的pH為7.0-8.1。

生物脫氮（b）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過高：硝化菌是自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬。（c）硝化反應(yīng)的適宜溫度是20~30℃，15℃以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度下降，5℃時(shí)完全停止。生物脫氮3.硝化過程的影響因素：（d）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）SRTn，必須大于其最小的世代時(shí)間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般認(rèn)為硝化菌最小世代時(shí)間在適宜的溫度條件下為3d。SRTn值與溫度密切相關(guān)，溫度低，SRTn取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。（e）有毒有害物質(zhì)、重金屬、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等。生物脫氮3.硝化過程的影響因素：反硝化反應(yīng)是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮?dú)獾倪^程。4.反硝化反應(yīng)：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2為電子進(jìn)行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。生物脫氮5.反硝化過程的控制條件生物脫氮

（a）DO<0.5mg.L(b)溫度5-30度

(c)pH7.5生物脫氮生物脫氮

有機(jī)廢水要經(jīng)過脫氮，必須要“好氧”階段和“厭氧”階段相互交替完成。有機(jī)廢水好氧厭氧出水有機(jī)廢水厭氧好氧出水部分污水回流A/O

磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要元素。

磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場及含磷工業(yè)廢水。危害：促進(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。生物除磷含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-)

、磷酸二氫鹽H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸