第11章 污水生物處理系統(tǒng)中的主要微生物

污水生物處理系統(tǒng)中的主要微生物普通活性污泥法的基本流程剩余污泥排水污泥回流曝氣池二沉池初沉池污水11.1污水生物處理的基本原理好氧處理厭氧處理一、污水生物處理的基本原理二、污水生物處理的基本類型三、污水生物處理系統(tǒng)中的微生物懸浮生長型：活性污泥法附著生長型：生物膜法生物處理構(gòu)筑物中包含著一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。利用微生物處理污水的方法叫生物處理法。一、污水的好氧生物處理11.2有機(jī)污染物好氧生物處理的基本

原理及其主要的微生物

好氧生物處理是在有氧的情況下，利用好氧微生物的作用來進(jìn)行的。二、活性污泥法處理構(gòu)筑物內(nèi)的微生物（一）活性污泥生態(tài)學(xué)其常見微生物細(xì)菌：假單胞菌、無色菌、黃桿菌……絲狀菌：硫細(xì)菌、霉菌……原生動(dòng)物：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲……后生動(dòng)物：輪蟲對(duì)于正常城市污水的活性污泥混合液，一般：活性污泥中微生物的數(shù)量細(xì)菌：占主體，可占混合液干重90~95%；線蟲：平均100個(gè)左右/mL；輪蟲：100~200個(gè)/mL；

一般為：107~109個(gè)/mL；其它后生動(dòng)物：100個(gè)以下/mL；原生動(dòng)物：可達(dá)5000~20000個(gè)/mL，其中70~90%為纖毛類；固纖可達(dá)1000個(gè)以上/mL對(duì)于正常運(yùn)行的活性污泥，如果出現(xiàn)輻射變形蟲、多核變形蟲等（肉足蟲）增多，可能會(huì)出現(xiàn)活性污泥絮體變小，出水會(huì)混濁、SS升高。如果這類微生物急增，須進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)整（減小回流污泥量和曝氣量）活性污泥中微生物種類、數(shù)量的改變具有重要的指示作用在活性污泥恢復(fù)過程中，會(huì)出現(xiàn)漫游蟲、斜管蟲、尖毛蟲等（游泳型纖毛蟲）一旦出現(xiàn)絲狀菌增殖的趨勢，4~7天后SVI就會(huì)急劇上升，甚至?xí)^200（活性污泥膨脹）SVI(污泥體積指數(shù))：指曝氣池混合液經(jīng)30min靜沉后,相應(yīng)的1g干污泥所占的容積(以mL計(jì))。即:SVI=SV30/MLSS,

SVI正常以70~100為宜0min15min30min

活性污泥絮體（絮粒）大?。ǘ┗钚晕勰喾ㄟ\(yùn)行中微生物造成的問題微結(jié)構(gòu)宏結(jié)構(gòu)

活性污泥絮體結(jié)構(gòu)

（平均直徑）：大粒：>500

m中粒：50~500

m細(xì)?。?lt;50

m：絮體形成菌，直徑<75

m：絲狀菌骨架一般為50~1000

m活性污泥絮體的宏結(jié)構(gòu)——絲狀菌適量活性污泥絮體的宏結(jié)構(gòu)——絲狀菌過量絲狀菌適量的活性污泥絮體絲狀菌過多的活性污泥絮體針狀絮體（1）現(xiàn)象1、不凝聚（或污泥解體）曝氣過量造成絮體碎裂，或者毒物進(jìn)入，沖擊負(fù)荷，造成細(xì)菌不能凝聚成絮體二沉池中出現(xiàn)細(xì)小的上浮顆粒，出水混濁，無泥水界面。（2）原因針對(duì)性處理（3）對(duì)策2.1、針狀絮凝物泥齡高細(xì)小密實(shí)的絮凝體、出水有混濁（尚清澈），但有針絮隨水流走（2）原因增大剩余污泥排放，適當(dāng)提高有機(jī)負(fù)荷率（F/M）（3）對(duì)策（1）現(xiàn)象2、微小絮體（1）現(xiàn)象2.2、散落狀絮凝物泥齡低（污泥未成熟）二沉池表面可看到松散的絮狀物懸浮，但出水尚清澈，沉速較慢。（2）原因減小剩余污泥排放量，適當(dāng)降低F/M（3）對(duì)策（1）現(xiàn)象*3、污泥腐化有死角區(qū)產(chǎn)生厭氧有大塊污泥上浮，污泥腐敗變黑、有惡臭。（2）原因消除死角、改進(jìn)刮泥設(shè)備等（3）對(duì)策（1）現(xiàn)象*4、污泥上浮二沉池停留時(shí)間過長、硝酸鹽濃度較高，產(chǎn)生了反硝化。污泥在二沉池中呈塊狀上?。?）原因增加回流污泥量或及時(shí)排泥，在曝氣池末端增加供氧（3）對(duì)策對(duì)于泡沫問題，應(yīng)認(rèn)真觀察分析，確認(rèn)泡沫種類及產(chǎn)生原因，對(duì)癥下藥。5、泡沫（1）啟動(dòng)泡沫。在污泥培養(yǎng)過程中出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是正常情況。（2）反硝化泡沫。（3）生物泡沫。

某些諾卡氏菌屬的絲狀菌與生物泡沫形成有關(guān)的微生物（1）噴灑水（2）減小SRT，增加剩余污泥量，將絲

狀微生物排出處理系統(tǒng)（3）生物選擇器生物泡沫消除辦法（1）現(xiàn)象6、絲狀菌引起的污泥膨脹DO濃度過低、污泥負(fù)荷率低、曝氣池進(jìn)水中含有較多化糞池出水，營養(yǎng)不足、低pH值（pH<6.5）膨脹后污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的結(jié)構(gòu)松散和體積膨脹，含水率上升，澄清液稀少（但較清澈），鏡檢絲狀菌多（2）原因活性污泥的絲狀菌膨脹的機(jī)制在不利的環(huán)境中，絲狀菌的適應(yīng)性、競爭力強(qiáng)有機(jī)負(fù)荷沖擊有機(jī)負(fù)荷的高或低DO低低分子可溶性有機(jī)物氮磷營養(yǎng)素的不足有機(jī)負(fù)荷的影響活性污泥的絲狀菌膨脹的對(duì)策控制污泥負(fù)荷：控制負(fù)荷在

0.2～0.45kgBOD5/(kgMLSS·d)之間為宜控制營養(yǎng)比例：BOD5∶N∶P＝100∶5∶1控制DO：曝氣池出口的DO在2mg/L以上加氯、臭氧或過氧化氫投加混凝劑：石灰、FeCl3、高分子絮凝劑。改善污泥的絮凝同時(shí)也會(huì)增加絮體的強(qiáng)度胞外多聚物（ECP）分泌過多，呈糊狀或果凍狀外觀7、非絲狀菌引起的污泥膨脹又稱菌膠團(tuán)膨脹或黏性膨脹發(fā)生的比較少，約占污泥膨脹的10%。溫度在20℃以上時(shí)易發(fā)生絲狀菌膨脹，而在低溫（15℃以下）、高負(fù)荷情況下，可能發(fā)生菌膠團(tuán)膨脹普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化等三、生物膜法及其主要微生物（一）好氧生物膜中微生物群落生物膜微生物：菌膠團(tuán)為主生物膜面生物：固著型纖毛蟲、游泳型纖毛蟲濾池掃除生物：輪蟲、線蟲、寡毛類生物濾池生物轉(zhuǎn)盤生物接觸氧化（二）生物膜中微生物的演替規(guī)律

若以溶解氧控制考慮生態(tài)演替規(guī)律的話，主要體現(xiàn)在從生物外表面到濾料(或盤片)表面優(yōu)勢微生物種群變化順序上，即按好氧→兼性→厭氧的順序變化。

總之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈現(xiàn)種類依次增多，數(shù)量依次減少的變化。微型動(dòng)物基本上按照鞭毛蟲→游泳型纖毛蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲、線蟲的順序出現(xiàn)。

若以有機(jī)營養(yǎng)因子控制生態(tài)演替規(guī)律，主要體現(xiàn)在沿廢水流向出現(xiàn)的優(yōu)勢微生物種群。在生物濾池的下層(或轉(zhuǎn)盤前邊盤片)，有機(jī)物濃度高，生物膜厚，主要由菌膠團(tuán)菌組成；在中層(或盤片)，有機(jī)物濃度開始降低，開始大量出現(xiàn)絲狀菌，并伴有少量的原生動(dòng)物，鞭毛蟲、游泳型纖毛蟲等。在上層(或盤片)如有機(jī)物濃度減少，生物膜變薄，種類多，數(shù)量少，有柄纖毛蟲和輪蟲占優(yōu)勢。

11.3有機(jī)污染物厭氧生物處理的基本原理及其主要微生物一、參與厭氧處理的微生物一般分為兩大類：（1）不產(chǎn)甲烷的微生物

（2）產(chǎn)甲烷細(xì)菌有機(jī)物（多糖、脂肪、蛋白質(zhì)）丙酸、丁酸等脂肪酸及乳酸、芳香酸等有機(jī)酸、醇類等H2+CO2乙酸CH4（1）發(fā)酵細(xì)菌（4）同型產(chǎn)乙酸菌（3）產(chǎn)甲烷菌20%4%（2）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌厭氧接觸工藝二、厭氧處理的主要控制因素產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)于溫度和酸堿度的反應(yīng)都相當(dāng)敏感。一般的產(chǎn)甲烷細(xì)菌都是中溫性的、最適宜的溫度在25～40℃之間，高溫性產(chǎn)甲烷細(xì)菌的適宜溫度則在50～60℃之間。在廢水厭氧分解處理構(gòu)筑物內(nèi)，常采用30～35℃的發(fā)酵溫度。產(chǎn)甲烷細(xì)菌生長最適宜的pH范圍約在6.8～7.2產(chǎn)酸細(xì)菌適宜的pH范圍較廣，在4.5～8之間在實(shí)際運(yùn)行中，有機(jī)酸的控制較pH值更為重要，因當(dāng)酸量積累至足以降低pH值時(shí)，厭氧處理的效果已經(jīng)顯著下降，甚至停止產(chǎn)氣。在用厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，常保持處理構(gòu)筑物內(nèi)的pH值在6.5～7.5（最好在6.8～7.2）。三、厭氧處理的各種反應(yīng)器應(yīng)用最普遍的是消化池接觸消化池、厭氧生物濾池、UASB、

EGSB等厭氧消化池UASB反應(yīng)器——升流式厭氧污泥床UASB反應(yīng)器EGSB反應(yīng)器——厭氧顆粒污泥膨脹床污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化混合液回流A/O生物脫氮工藝污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化一、生物脫氮11.4無機(jī)污染物生物處理的基本原理及其主要微生物Anoxic/Oxic，簡稱A/O工藝（1）污泥齡（SRT）:大于20~30d（2）溶解氧（DO）：活性污泥DO>2mg/L（4）pH：氨氧化菌：7.0~7.8；亞硝酸氧化菌：7.7~8.1（5）營養(yǎng)物質(zhì)：

BOD5/TN、氨氮濃度均影響硝化細(xì)菌的比例生物膜DO>3mg/L（一）硝化過程的主要影響因素（3）溫度：12℃下降，5℃停止；

30℃活性最大，超過30℃酶變性

（6）毒物：重金屬、有機(jī)物（二）反硝化過程的主要影響因素（1）營養(yǎng)物質(zhì)

BOD5/TN>3（2）溶解氧（DO）活性污泥：DO<0.5mg/L；

生物膜：DO<1.5mg/L（3）溫度最佳溫度40℃，適宜溫度20~40℃（4）pH

最適范圍：7.0~7.5二、生物除磷異染顆?；瘜W(xué)組分為多聚偏磷酸鹽，為磷源和能源貯藏物厭氧分解釋放Pi，好氧吸收Pi合成PHB聚β-羥基丁酸鹽，是一種碳源和能源的貯藏物有機(jī)物厭氧代謝的產(chǎn)物

能量

能量有機(jī)物（BOD5）PHBCO2、H2O有機(jī)物：異染顆粒Pi異染顆粒P的變化：厭氧－好氧活性污泥法（Anaerobic/Oxic，A2/O法）除磷工藝流程圖回流污泥厭氧池好氧池出水初沉池初沉污泥二沉池PHA：聚β-羥基鏈烷酸PHA：PHB+PHV（聚β-羥基戊酸），以PHB為主剩余污泥（1）DO/氧化還原電位影響生物除磷的主要因素（2）溫度：影響不大（4）NOx－N：

NO3－N<0.2mg/L（3）pH：中性－弱堿性（5）C源：BOD5/TP>15（20~30）（6）SRT：短些好(3.5~7d)厭氧池：Eh>0時(shí)不能釋磷Eh應(yīng)控在-200~-300mV好氧池：DO>2mg/L缺氧好氧二沉池進(jìn)水回流污泥剩余污泥出水厭氧混合液回流厭氧/缺氧/好氧脫氮除磷工藝Anaerobic/Anoxic/Oxic，簡稱A2/O工藝生物脫氮工藝的進(jìn)展短程硝化反硝化控制溫度、泥齡、DO、pH等節(jié)約需氧量、減少有機(jī)碳源、縮短反應(yīng)時(shí)間、減少反應(yīng)器容積NH3-NNO2--NNO3--NN2硝化硝化反硝化生物脫氮工藝的進(jìn)展厭氧氨氧化（ANAMMOX）與短程硝化組合：亞硝化–厭氧氨氧化組合工藝0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-

+H++0.5H2O0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2ONH4++0.75O2→0.5N2+H++1.5H2O厭氧氨氧化菌NH4++NO2-→N2+2H2O缺氧好氧二沉池進(jìn)水回流污泥剩余污泥出水厭氧混合液回流厭氧/缺氧/好氧脫氮除磷工藝Anaerobic/Anoxic/Oxic，簡稱A2/O工藝倒置A2/O工藝生物除磷工藝的進(jìn)展針對(duì)同步脫氮除磷中硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷影響的改進(jìn)缺氧好氧二沉池進(jìn)水污泥回流剩余污泥出水厭氧混合液回流UCT工藝好氧二沉池進(jìn)水回流污泥剩余污泥出水厭氧硝化混合液回流缺氧缺氧混合液回流改良型UCT（MUCT）工藝缺氧好氧二沉池進(jìn)水回流污泥(50%~100%)剩余污泥出水厭氧硝化混合液回流（100%~200%）缺氧缺氧混合液回流（100%~200%）反硝化除磷機(jī)理新機(jī)理發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致的生物除磷工藝進(jìn)展反硝化聚磷菌（DPB）的發(fā)現(xiàn)DPB可以利用硝酸鹽作為電子受體，在反硝化的過程中過量吸磷。通過創(chuàng)造厭氧—缺氧交替的環(huán)境可以富集DPB。BCFS工藝（一種變型的UCT工藝）接觸池：主要是控制絲狀菌

缺氧池：反硝化除磷

缺氧/好氧混合池：反硝化脫氮混合池好氧池二沉池進(jìn)水污泥回