水环境污染控制与治理的生态工程及微生物原理.ppt

第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系 统 废水的生物处理的方法很多，根据微生物与 氧的关系可分为好氧处理和厌氧处理。根 据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着 状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活 性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作 主体。 下图为废 水生物处理的基本过程 第三章 环境污染控制与治理 中的微生物学 水资源污染日益严重 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） 一、好氧活性污泥法 （一）好氧活性污泥中的微生物 1.好氧活性污泥的组成和性质 好氧活性污污泥是由多种多样的好氧微生物和 兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物） 与污（废）水中的有机和无机固体物混凝 交织在一起所形成的絮状体。 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） （1）组成： 微生物（好氧、兼性及少量厌氧） + 固体杂质（有机和无机） （2）性质：絮状，大小为0.02-0.2mm，比表面积在 20-100cm2/ml； 颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则 与水质有关； 含水率在99%，比重1.002-1.006，具有沉降性 能； pH在6-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） 2好氧活性污泥的存在状态 在完成混合式曝气池中，以悬浮状态存在，均匀 分布； 在推流式曝气池内，随推流方向而有变化。 3好氧活性污泥的微生物群落 好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团。 在其上面生长有其他微生物，如酵母菌、霉菌 、放线菌、藻类、原生动物及微型后生动物等 。 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） 4好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 常用MLSS（混合液悬浮固体）或MLVSS（混 合液挥发性悬浮固体）来表示。 一般城市污水处理中，MLSS在2000-3000mg/L， 工业废水在3000 mg/L左右，高浓度工业废水在 3000-5000 mg/L。 1ml好氧活性污泥中的细菌数在107-108个。 显微镜下的活性污泥 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） （二） 好氧活性污泥净化废水的作用机理 主要有两方面的作用：吸附有机物 降解有机物 （三）菌胶团的作用 （1）对有机物进行吸附和氧化分解 （2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存 环境 （3）为原生动物提供附着场所 （4）具有指示作用 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） （四）原生动物及微型后生动物的作用 原生动物和微型后生动物在污（废）水生 物处理和水体污染及自净中起到三方面的 作用： （1）指示作用 （2）净化作用 （3）促进絮凝和沉淀作用 (五) 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 教材227页 沉砂池 ( (六六) ) 氧化塘法氧化塘法 氧化塘亦称稳定糖，是一种大面积敝开式 的污水处理塘。其基本原理是利用藻菌共生系 统来分解污水中的有机污染物，使污水得以净 化。 污水进入长有大量水草和藻的氧化塘后， 其中的有机污染物被好氧微生物氧化分解，产 生CO2，同时消耗O2；藻类进行光合作用，固 定CO2并产生O2。只要该过程处于平衡，可使 污水的BOD5减少8095%。 (七) 好氧活性污泥的培养 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） 二、好氧生物膜法 好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生 物滤池、塔式生物滤池，以及生物转盘、接触 氧化法（即浸没式滤池法）等。 （一）好氧生物膜中的微生物 1好氧生物膜 好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌 氧微生物粘附在生物滤池滤料上或生物转盘盘 片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体 。是生物膜法净化污水的工作主体。 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） 2好氧生物膜中的微生物及其功能 生物膜生物：以菌胶团为 主；净化和降解 作用； 膜面生物：固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫， 起促进滤 池净化速度，提高整体效率的作 用； 滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类的沙 蚕、票页体虫等，起去除滤池内的污泥、 防止污泥积聚和堵塞的功能。 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） 3好氧生物膜的结构 好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥， 生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下 淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不同高 度位置，由于微生物得到的营养不同，造 成微生物种类和数量的不同。 第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统 （ 续） （二）好氧生物膜净化废水的作用机理 在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（ 絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（ 固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫及微型后生动物 ）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小 分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解 的小分子有机物进入体内，并氧化分解之，微 生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生 物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物 膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化 的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。 第二节 活性污泥丝状膨胀及其控制对策 用活性污泥法处理废水，曝气池中的活性污泥， 正常情况下是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌 菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌 ，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋转虫等组成 。 由于某些环境条件的变化，污泥会发生膨胀现 象（可分为由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和 由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥，而又以 丝状膨胀污泥较为普遍），此时，二沉池中会 发生泥水分离困难，池面飘泥严重，造成出水 水质极差。 第二节 活性污泥丝状膨胀及其控制对策 （续） 一 活性污泥丝状膨胀的成因 （一）活性污泥丝状膨胀的致因微生物 由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥 膨胀称为活性污污泥丝丝状膨胀胀。活性污泥 丝状膨胀的致因微生物种类很多，常见 的有：诺卡氏菌属、浮游球衣菌、微丝菌 属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等。 第二节 活性污泥丝状膨胀及其控制对策 （续） （二）活性污泥丝状膨胀的成因 活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物 因素。主导因素是丝状微生物过度生长，环境 因素促进丝状微生物过度生长。 包括：温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类 、有机物浓度（或有机负荷）等。 此外，pH值的变化也可能会引起活性污泥丝状膨 胀。 总之，引起活性污泥丝状膨胀的原因是比较复杂 的，要具体问题具体分析，然后采取相应的措 施予以控制。 第二节 活性污泥丝状膨胀及其控制对策 （续） （三）活性污泥丝状膨胀的机理 二、控制活性污泥丝状膨胀的对策 解决活性污泥丝状膨胀的问题，从根本上说是要控 制引起丝状微生物的过度生长的具体环境因子。 1控制溶解氧 在2mg/L以上 2控制有机负荷 BOD污泥负荷在0.2-0.3kg/kgMLSS.d为宜。 3改革工艺 如二沉池采用气浮法。 4 投加药剂，杀死丝状菌。 第三节 厌氧生物处理中的微生物群落 厌氧生物处理方法的优点：1、经济节能 2、高效性 3、剩余污泥少 4、需要营养 物质少 5、易管理，灵活。缺点：出水水 质差 2、不易处理有毒废水 3、初次启动 时速度慢 好氧生物处理方法的优点是，出水水质好 ，构筑物结构可露天。但也有缺点，就是 产生剩余污泥比较多，污水浓度负荷不能 太高，曝气消耗能源多。 高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法 处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理 。 一、厌氧消化甲烷发酵 沼气发酵，已有多年的研究历史，常用于将城市 的垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩 余污泥等的处理，并从中获得可燃性气体沼 气（甲烷，CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消 化池。 甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它 们是由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专 性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等 组成。 第三节 厌氧生物处理中的微生物群落 （续） 甲烷发酵理论与机制（四阶段理论）： 第一阶段：水解和发酵性细菌群 将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为 丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨 ；将脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，如乙酸、丙酸、 丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢 等。 第二阶段：产氢和产乙酸细菌群 把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。 第三阶段：两组生理特性不同的专性厌氧的产甲烷菌群 一组将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲 烷；另一组是将酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲 酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。 第四阶段：同型产乙酸细菌 将氢气和二氧化碳转化为乙酸。 第三节 厌氧生物处理中的微生物群落 （续） 厌氧活性污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机 杂质交织在一起形成的颗粒污泥。 厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污泥颗粒等 性质，与厌氧消化处理的效果好坏有很大关系。 二、光合细菌处理高浓度有机废水 BOD5在10000mg/L以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆 制品废水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细 菌（PSB）处理。因有机光合细菌只能利用脂肪酸等低分 子化合物，所以，先要用水解性细菌将碳水化合物、蛋白 质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。利用光合细 菌处理的BOD5 去除效果可达95%，甚至达98%。 常用的有机光合细菌有：红螺菌科的红螺菌属、红假单胞 菌属和红微菌属。 第三节 厌氧生物处理中的微生物群落 （续） 三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理 在发酵工业的废水，如味精（即谷氨酸）废水和赖氨酸废 水中含的硫酸根（SO42-）有200-30000mg/L。低浓度的SO42- 可作为好氧微生物的无机营养，但高浓度的SO42-对微生物 有毒害作用。在甲烷发酵中，