水處理微生物課件第十章

1、,第十章 污水生物處理系統(tǒng)中的主要微生物,一 廢水處理中的幾個概念 二 廢水的好氧生物處理 三 廢水的厭氧生物處理 微生物的脫氮除磷 用生物法處理廢水對水質(zhì)的要求,本節(jié)主要內(nèi)容,廢水生物處理法：利用微生物處理廢水的方法。 根據(jù)對氧氣的要求,好氧生物處理 厭氧生物處理,生物處理單元：,處理廢水的微生物 處理構(gòu)筑物,生態(tài)系統(tǒng)：生物與生物、生物與非生物（環(huán)境）之間的相 互關(guān)系。 各類處理系統(tǒng)中的微生物都為混合培養(yǎng)的微生物系統(tǒng)，,一 廢水生物處理中的一些概念,二 廢水的好氧生物處理,1 概念： 在有氧的條件下借好氧微生物的作用處理廢水。 又叫廢水生物處理。,廢水中 有機(jī)物,好氧 微生物,無機(jī)物，隨水排

2、出,微生物 細(xì)胞物質(zhì),有機(jī)物充足,微生物增多,有機(jī)物少,菌體死亡,與廢水 分離,O2,通過物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下來。,（一）廢水的好氧生物處理概述,2 廢水好氧生物處理作用對象,溶解的有機(jī)物直接滲入細(xì)胞內(nèi)被吸收 固體的、膠體的有機(jī)物間接吸收 附在菌體外，由細(xì)菌所分泌的胞外酶分解為溶解性物質(zhì)，滲入細(xì)胞。,3 廢水好氧生物處理的優(yōu)缺點 優(yōu)點：無臭氣、時間短。條件適宜可除去BOD5 8090 缺點：設(shè)備復(fù)雜,4 廢水好氧生物處理的方法 活性污泥法、生物膜法（生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法） 氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。,曝氣池中形成的污泥（土壤微生物群）！ 菌膠團(tuán)！,活性污泥法是一種應(yīng)用最廣的廢水好

3、氧生物處理技術(shù),（二） 好氧活性污泥法中的微生物,1 什么是好氧活性污泥,好氧活性污泥是在曝氣狀態(tài)下由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物)與污(廢)水中有機(jī)的和無機(jī)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒。,活性污泥的形成是一種自然現(xiàn)象。 例如，如果向一桶含糞便污水中不斷地加入空氣，并持續(xù)維持水中的溶解氧，那末經(jīng)過一段時間后，就會產(chǎn)生褐色絮花狀的泥粒，在顯微鏡下會看到，污泥里充滿了各種各樣的微生物，這就是典型的好氧活性污泥。 微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài),2 好氧活性污泥的組成和性質(zhì),（1）組成 好氧微生物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物)與其上吸附的有機(jī)的和無機(jī)的

4、固體雜質(zhì)組成。 （2）好氧活性污泥的性質(zhì) 顏色以棕褐色為佳 黑色說明厭氧、白色說明無機(jī)物過多 含水率在99左右 密度為10021006 大小為00202mm 比表面積為20100cm2ml之間 弱酸性(pH約為67) 當(dāng)進(jìn)水改變時，對進(jìn)水pH的變化有一定的承受能力。,3好氧活性污泥中的微生物群落,中心是能起絮凝作用的細(xì)菌形成的菌膠團(tuán)，在其上生長著其他微生物。如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物和某些微型后生動物(輪蟲及線蟲等)。 A菌膠團(tuán) 在微生物學(xué)領(lǐng)域里，將動膠菌屬形成的細(xì)菌團(tuán)塊稱為菌膠團(tuán)。 在水處理工程領(lǐng)域內(nèi)，則將所有具有莢膜或粘液的絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。,提問

5、：菌膠團(tuán)有哪些功能？ 吸附和氧化分解有機(jī)物； 菌膠團(tuán)是細(xì)菌的存在形式，細(xì)菌占到活性污泥中微生物總量的99%, 有107108個/ml ，他們是生物處理的主力軍，一旦菌膠團(tuán)受到各種因素的影響和破壞，則活性污泥法對有機(jī)物去除率明顯下降，甚至無去除能力。 菌膠團(tuán)對有機(jī)物的吸附和分解，為原生動物和微型后生動物提供了良好的生存環(huán)境； 例如菌膠團(tuán)本身為原生動物、微型后生動物提供附著場所；菌膠團(tuán)中的細(xì)菌可以去除毒物、自身作為動物食料。,a. 菌膠團(tuán)的功能, 粘性多糖的粘著作用 很多細(xì)菌莢膜相互間粘著時就會形成一個由許多細(xì)菌共有的大莢膜，當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入老齡后，細(xì)菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了細(xì)菌大莢膜的增

6、大，這樣就形成了菌膠團(tuán)的雛形。,b. 菌膠團(tuán)的形成機(jī)理, 纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用 將菌膠團(tuán)置于電子顯微鏡下觀察時發(fā)現(xiàn)，在大莢膜增大的同時，在其外側(cè)出現(xiàn)了許多類似于纖維素網(wǎng)狀的物質(zhì)，據(jù)分析這些物質(zhì)的成分也是多糖，如圖所示,活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片,提問：這些纖維素從何而來？ 細(xì)菌的胞外分泌物 原生動物分泌的胞外粘液的粘著作用； 實驗證明小口鐘蟲、累枝蟲和尾草履蟲等纖毛蟲能分泌一些促進(jìn)凝聚的糖類，在促進(jìn)自身粘附在活性污泥上的同時，加速菌膠團(tuán)的進(jìn)一步增大；,小口鐘蟲,c. 菌膠團(tuán)中的細(xì)菌,菌膠團(tuán)中的細(xì)菌來源于土壤、水和空氣。它們多數(shù)是革蘭氏陰性菌，如動膠菌屬和叢毛單胞菌屬，它們可占70，生

7、活污水好氧處理時菌膠團(tuán)中的主要細(xì)菌見下表,工業(yè)廢水處理中的菌膠團(tuán)細(xì)菌組成與之類似，但優(yōu)勢菌主要是對特定工業(yè)廢物起主要降解作用的細(xì)菌,B活性污泥中的其它微生物,在菌膠團(tuán)上層居住的是放線菌、真菌及原生動物、后生動物。它們的數(shù)量相比較細(xì)菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、諾卡氏菌、發(fā)硫菌、頭孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生動物中的鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲和原生動物中的輪蟲。這些微生物與菌膠團(tuán)細(xì)菌構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)體系，它們之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，它們的種類、數(shù)量隨營養(yǎng)條件(廢水種類、化學(xué)組成、濃度)、溫度、供氧、pH等環(huán)境條件改變也在不停的發(fā)生著變化。,(三) 好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理,

8、好氧活性污泥的凈化作用機(jī)理見下圖好氧活性污泥吸附和降解,用框圖表示見下圖,后處理,曝氣池,沉淀池,污泥回流,凈水外排,污泥及余渣消化罐,活性污泥的優(yōu)勢： （1）可以連續(xù)反復(fù)使用 好氧活性污泥由于是由有生命的微生物組成，能自我繁殖，且易于分離，而化學(xué)藥劑只能一次使用，故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越。,（2）可以降解水中的溶解性有機(jī)物，這也是物理化學(xué)方法難以做到的。,(四) 好氧活性污泥運行中微生物造成的問題,常見故障：二次沉淀池中固液分離（泥水分離）出現(xiàn)問題。 起因：污泥絮狀體的結(jié)構(gòu)不正常。,正常的絮狀體的結(jié)構(gòu)有兩類：,微結(jié)構(gòu)：直徑75um，易破碎。 宏結(jié)構(gòu)：微生物凝聚在絲狀微生物周圍，較大不規(guī)則。

9、,絮體不穩(wěn)定、破裂 細(xì)菌不凝聚，為游離個體。,原因：低溶氧、低pH值,現(xiàn)象：污泥在沉淀池中呈懸浮狀，高濃度地隨水流流出。,由“硬”洗滌劑的使用而引起諾卡氏菌屬的絲狀微生物超量生長，氣泡又附著在諾卡氏菌的菌體上。 溫度18，長泥齡（9天）利于該菌生長。,微結(jié)構(gòu)絮體造成,A 不凝聚,B 起泡沫（厚、棕色泡沫）,在過度曝氣時，紊流剪切絮塊成碎塊。,概念：活性污泥的性能發(fā)生變化，絮塊漂浮水面，比重減輕，隨著水流而排出。該異常現(xiàn)象稱之。 由絲狀細(xì)菌和其它絲狀微生物大量增殖引起。,造成的結(jié)果：稀薄污泥回流至曝氣池。 出水BOD5升高。,C 污泥膨脹,BOD;N及BOD:P很高， 特別N不足 （BOD:N:

10、P=100:5:1) 進(jìn)水中低分子碳水化合 物過多 水溫低 溶氧低 低pH 重金屬等有毒物流入多。,調(diào)節(jié)水的酸堿度 將沉淀污泥和消化污泥攪拌混合 添加鐵鹽（FeCl2550mg/L)、 鋁鹽(10100mg/L)、 氯(1020mg/L、 H2O2)(40200mg/L）， 前兩者連續(xù)添加，后兩者間歇添加。 降低溶解氧濃度（曝氣池1mg/L) 對回流污泥在曝氣。,產(chǎn)生原因：,防止措施：,（五） 生物濾池中的微生物（生物膜法）,包括：,生物膜法又稱固定膜法。主要去除廢水中溶解的和膠體的有機(jī)污染物。,微生物為附著型,1 生物濾池的結(jié)構(gòu),三個主要部分,濾料,濾料是生物膜賴以生存的載體。 濾料應(yīng)具備以

11、下特性： （1）能為微生物的棲息提供大量的表面積。 （2）能使廢水以液膜狀均勻分布在其表面。 （3）有足夠大的孔隙率，使生物膜能隨水通過孔隙流到池底。保證有良好的通風(fēng)。 （4）適合于生物膜的形成與黏附 （5）有較好的機(jī)械強(qiáng)度，不易變形與破碎。,濾料的材料：碎石、卵石、爐渣。 近年使用塑料濾料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）,1 生物濾池的結(jié)構(gòu),布水系統(tǒng),作用 是將廢水均勻地噴灑在濾料上。,排水系統(tǒng),濾床底部，作用是收集。排出處理后的廢水保證濾池通風(fēng)。,旋轉(zhuǎn)布水器示意圖,1 生物濾池的結(jié)構(gòu),2 生物濾池工作的基本原理,在濾池內(nèi)設(shè)置固定的濾料，當(dāng)廢水自上而下濾過時，由于廢水不斷與濾料接觸，微生物在濾料表面繁

12、殖，逐漸形成生物膜。生物膜是由多種微生物組成的一個生態(tài)系統(tǒng)。 當(dāng)生物膜形成并達(dá)到一定厚度時，氧就無法透入生物膜內(nèi)層，造成內(nèi)層的厭氧狀態(tài)，使生物膜的附著力減弱。此時，在水流的沖刷下，生物膜開始脫落。隨后在濾料上又會生長新的生物膜。如此循環(huán)往復(fù)，廢水流經(jīng)生物膜后得以凈化。,生物濾池的結(jié)構(gòu)圖,3 什么是生物膜？,微生物在濾料表面繁殖形成的膜狀結(jié)構(gòu)。是一個生態(tài)系統(tǒng)。,結(jié)構(gòu)由兩部分組成,膜內(nèi)生物不停挖洞，膜多孔。 大量有機(jī)物在好氧區(qū)被分解。 厭氧區(qū)增厚使膜脫落，新膜形成,濾料,4 生物濾池中的微生物,污水中含有生物膜所需的各種微生物。夏季24周形成生物膜。冬季需2個月。,細(xì)菌：多數(shù)為G-，能形成菌膠團(tuán)。

13、無色桿菌、黃 桿菌、極毛桿菌、球衣細(xì)菌、貝氏硫桿菌 真菌：鐮刀菌、青霉、毛霉、地霉、多種酵母菌 藻類：小球藻、藍(lán)藻、綠藻（僅在濾池表面） 原生動物：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲 后生動物：輪蟲、線蟲。,（六） 好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展,1 活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展,（1）氧化溝 又稱循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形。荷蘭衛(wèi)生工程研究所于20世紀(jì)50年代研制開發(fā)的。 第一座氧化溝是1954年由巴斯維爾（Pasveer）設(shè)計并投入運行。一般主要用于日處理水量在5000m3以下的城市廢水和有機(jī)廢水。,優(yōu)點：對水溫、水質(zhì)、水量的變動有較強(qiáng)適應(yīng)性。 產(chǎn)泥量低，排泥量少。 充分曝氣處理，水質(zhì)良好。,以氧化溝為單元

14、的廢水處理流程,氧化溝的平面圖,1 活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展,（2）AB法廢水處理工藝 又叫吸附生物降解（Adsorption Biodegradation）工藝的簡稱。德國20世紀(jì)70年代中期開創(chuàng)的。,2 生物膜法的進(jìn)展 生物流化床,20世紀(jì)70年代開發(fā)出的一種新型生物膜法廢水處理構(gòu)筑物。,采用相對密度1的細(xì)小惰性顆粒（砂、焦炭、陶粒、活性炭等）為載體，微生物生長于載體表面形成生物膜，廢水（先經(jīng)充氧獲在床內(nèi)充氧）自下向上流動，使載體處于流化狀態(tài)，其上附著的生物膜可與載體充分接觸。流化床內(nèi)生物固體濃度很高，氧和有機(jī)物的傳遞效率也高。高效。,生物流化床示意圖,（六） 好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展,兩項生物流化

15、床工藝,三 廢水的厭氧生物處理,（一） 厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物 （二） 厭氧微生物群體間的關(guān)系 （三） 厭氧生物處理的影響因素 （四） 厭氧法處理廢水的特征 （五） 厭氧法處理廢水的應(yīng)用,（一） 厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物,廢水的厭氧生物處理： 在無氧的條件下，借多種厭氧微生 物的作用處理廢水。又叫厭氧消化。,1881年法國報道了羅伊斯.莫拉斯（Louis Mouras）發(fā)明的“自動凈化器”。開始了利用厭氧消化處理廢水的歷史。至今已100多年。,1979年布利安特（Bryant）等人提出厭氧消化的三階段4 類群理論。,發(fā)酵細(xì)菌作用階段（水解發(fā)酵階段） 產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段

16、（產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段） 產(chǎn)甲烷階段,三階段4類群理論,1 發(fā)酵細(xì)菌作用階段,碳水化合物 蛋白質(zhì) 類脂,（1）原理：,胞外酶,單糖 氨基酸 脂肪酸,發(fā)酵,醇 低級脂肪酸,（2）參加的微生物：,發(fā)酵細(xì)菌群,梭菌屬（Clostridium) 丁酸弧菌屬（Butyrivibrio） 擬桿菌屬（Bacteroides),大多專性厭氧；適宜Ph4.58,（3）特性,2 產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段,上階段產(chǎn)物 （丙酸、丁酸、醇等）,醋酸、甲胺 CO2、H2,（1）原理,（2）參加的微生物,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群 同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群,互營單胞菌屬 互營桿菌屬 梭菌屬 暗桿菌屬,絕對厭氧菌獲兼性厭氧菌；適宜pH 4.58,三階段

17、4類群理論,（3）特性：,3 產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用階段,（厭氧消化的控制階段）,（1）原理,H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH,（2）參加的微生物,產(chǎn)甲烷桿菌屬 產(chǎn)甲烷短桿菌屬 產(chǎn)甲烷球菌屬,嚴(yán)格厭氧菌 中溫菌對溫度敏感 pH 適宜6.87.2 增殖速率慢,三階段4類群理論,（3）特性：,厭氧消化三階段四類群,廢水中有機(jī)物,脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇類,乙酸,H2 + CO2,不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌相互依賴、相互制約。表現(xiàn)在： 1 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌未產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需的的基質(zhì)。 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的產(chǎn)物氫、二氧化碳、乙酸提供給產(chǎn)甲烷細(xì)菌。產(chǎn)甲烷細(xì)菌為厭氧環(huán)境有機(jī)物分解食物鏈最后環(huán)

18、節(jié)。 2 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件。 厭氧發(fā)酵初期的加料等帶入的空氣中的氧被不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的代謝作用，使發(fā)酵液的氧化還原電位不斷下降，為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長條件。,（二） 厭氧微生物群體間的關(guān)系,3 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì) 苯環(huán)、氰化物可被不產(chǎn)甲烷細(xì)菌降解。 4 產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制。 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物可以抑制其本身的不斷形成。 如氫的積累抑制產(chǎn)氫細(xì)菌的產(chǎn)氫，酸的積累抑制產(chǎn)酸細(xì) 菌的產(chǎn)酸。而產(chǎn)甲烷細(xì)菌可以利用氫、乙酸、二氧化碳 等，解除反饋。 5 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值。 不產(chǎn)甲烷菌分解糖等產(chǎn)生酸，降低

19、pH 產(chǎn)甲烷菌分解酸產(chǎn)生甲烷，pH 上升,（二） 厭氧微生物群體間的關(guān)系,對厭氧生物及厭氧消化的影響尤為顯著。,厭氧消化 最佳溫度,55左右嗜熱菌（高溫消化） 35左右嗜溫菌（中溫消化）,取舍： 高溫消化的反應(yīng)速率為中溫消化的1.51.9倍，但甲烷在氣體中占比例低。消化不徹底。 高溫消化需較多的能量，不經(jīng)濟(jì)。,1 溫度,溫度對厭氧消化的影響,（三） 厭氧生物處理的影響因素,不產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜pH 4.58 產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜pH 6.87.2,在pH8.2的環(huán)境中，厭氧消化會受到嚴(yán)重抑制。主要對甲烷細(xì)菌的抑制。,厭氧消化的最佳pH 值為6.87.2.,2 pH 值,（三） 厭氧生物處理的影響因素,有

20、機(jī)污泥不溶性有機(jī)質(zhì)、纖維素含量高的污水。 高濃度有機(jī)廢水一般先厭氧處理將污物，后好氧處理。 大量稀釋或降低好氧處理進(jìn)水量，則處理費用較昂貴。,1 處理對象：有機(jī)污泥和高濃度的有機(jī)廢水,2 時間長：3035 ，需15天。,生化需氧量去除率5090,與好氧處理法比較,3 能量需求大大降低,不需供給氧氣，同時還可產(chǎn)生甲烷 每去除1kg COD好氧生物處理一般需消耗0.51.0 kW.h電能。 每去除1kg COD 厭氧生物處理約能產(chǎn)生3.5 kW.h電能。,（四） 厭氧法處理廢水的特征,4 污泥產(chǎn)量極低,厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。,5 處理后有機(jī)物濃度高于好氧處理,6 有臭氣產(chǎn)生,7

21、設(shè)備較簡單,厭氧消化池,我國常用的為圓柱形。鋼筋混凝土,浮蓋式消化池,（五） 厭氧法處理廢水的應(yīng)用,四 廢水的生物脫氮除磷技術(shù),（一） 水體的富營養(yǎng)化 （二） 廢水的生物脫氮 （三） 廢水的生物除磷 （四） 生物脫氮和除磷的影響因素,（一） 水體的富營養(yǎng)化,水體富營養(yǎng)化（eutrophication） 由于N 、P在水體中含量過高，而引起藻類、某些細(xì) 菌大量繁殖，其它生物種類減少，以至水質(zhì)惡化。,是近30年在廢水處理中才出現(xiàn)的一個術(shù)語。,開始富營養(yǎng)化的條件, 水體中可溶性磷 0.01mg/L N :P5:1 N ：是富營養(yǎng)化的主要因素（NH4+、 NO3-、 NO2-、 有機(jī)N） P: 可溶性

22、磷酸鹽 與不溶性磷酸鹽相互轉(zhuǎn)化。,N:P比例取決于 （1）生物轉(zhuǎn)化（有機(jī)N和無機(jī)N間轉(zhuǎn)化） （2）流入水體的水（出水的N、P超標(biāo)）,（二） 廢水的生物脫氮,1 生物脫氮的基本原理,生物脫氮是污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被異養(yǎng)型微生物氧化分解，轉(zhuǎn)化為氨氮，然后由自養(yǎng)型硝化細(xì)菌將其轉(zhuǎn)化為NO3-，最后再由反硝化細(xì)菌將NO3-還原為N2，從而達(dá)到脫氮的目的。,硝化作用有O2,反硝化 細(xì)菌,反硝化 作用無O2,N2、NO2,最終完成生物脫氮,（二） 廢水的生物脫氮,2 參與生物脫氮的微生物,氨化細(xì)菌 硝化細(xì)菌,亞硝酸細(xì)菌 硝酸細(xì)菌,反硝化細(xì)菌,3 生物脫氮工藝,活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝 缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng) 氧化溝硝化脫氮工藝 生物轉(zhuǎn)盤硝化脫氮工藝,（二） 廢水的生物脫氮,活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝分單級、2級、3級流程 是由巴茨（Barth）開創(chuàng)的活性污泥法脫氮流程。它是以 氨化、硝化、反硝化 3 相反應(yīng)過程為基礎(chǔ)建立的。,（1）活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝,活性污泥法傳統(tǒng)脫氮工藝（3級）流程示意圖,原廢水,污泥回流,剩余污泥,污泥回流,剩余污泥,處理水,污泥回流,（2）缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng),沉淀 池,缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng),原廢水,內(nèi)循環(huán) （硝化液回流）,回流污泥,處理水,（三） 廢水的生物除磷,20世紀(jì)70