水处理生物学(第九讲).ppt

第二篇 水处理工艺与过程的微生物学 原理与技术应用,废水生物处理法：利用微生物处理废水的方法。 根据对氧气的要求： 好氧生物处理 厌氧生物处理 5.1 好氧生物处理原理与过程 好氧生物处理： 在有氧的条件下借好氧微生物的作 用处理废水。,第五章 典型水处理工艺与过程的微生物学原理,好氧微生物,有机物充足,废水中有机物,微生物增多,有机物少,菌体死亡,无机物，随水排出,微生物细胞物质,与废水分离,通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀,废水好氧生物处理作用对象 溶解的有机物直接渗入细胞内被吸收 固体的、胶体的有机物间接吸收 附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性 物质，渗入细胞。 废水好氧生物处理的优缺点 优点：无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD5 8090 缺点：设备复杂,废水好氧生物处理的方法 活性污泥法 生物膜法（生物滤池法、生物转盘法） 氧化塘（生物塘）法 污水灌溉 一、好氧活性污泥法 （1）概念： 好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌 氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与污（废）水中有 机和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒 粒。,（2）好氧活性污泥的组成和性质 组成 好氧微生物， 兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)， 其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。,好氧活性污泥的性质 颜色以棕褐色为佳，黑色说明厌氧、白色说明无机物过多。 含水率在99左右，密度为1.0021.006 大小为0.020.2mm 比表面积为20100cm2/mL之间 弱酸性(pH约为6.7)，当进水改变时，对进水pH 的变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细菌形成的菌胶团，在其上生 长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生 动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等)。 菌胶团中的细菌 菌胶团中的细菌来源于土壤、水和空气； 它们多数是革兰氏阴性菌（G-）； 动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占70。,生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌： 工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似， 但优势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的 细菌。, 活性污泥中的其它微生物 在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后生动物； 它们的数量相比较细菌而言要少得多； 通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫和原生动物中的轮虫； 这些微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系； 它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组成、浓度)、温度、供氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。, 菌胶团 在微生物学领域里，将动胶菌属形成的细菌团块称 为菌胶团。 在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的 絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。 菌胶团的功能 吸附和氧化分解有机物；菌胶团是细菌的存在形 式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%, 有 107108个/mL ，他们是生物处理的主力军，一旦菌胶 团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机 物去除率明显下降，甚至无去除能力。 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微 型后生动物提供了良好的生存环境。 ,菌胶团形成的机理 粘性多糖的粘着作用 很多细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细 菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘 稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样 就形成了菌胶团的雏形。 ,纤维素性质多糖的勾连作用 将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚 膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网 状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，这些纤 维是细菌的胞外分泌物。 ,原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用； 实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫 能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性 污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大。 ,（4）好氧活性污泥净化废水的作用机理 活性污泥的净化反应过程就是有机污染物作为营养 物质被活性污泥微生物摄取、代谢和利用，从而使污水 得到净化，微生物获得能量和新的细胞，活性污泥得到 增长的过程。此过程是通过几个阶段作用完成的。 ,工艺流程, 絮凝、吸附作用 正常发育的活性污泥微生物体内，存在大量的由蛋 白质、碳水化合物和核酸组成的生物聚合物，这些生物 聚合物是带有电荷的电介质； 由这种微生物形成的生物絮凝体，都具有生理、物 理、化学吸附作用和凝聚、沉淀作用，在其与废水接触 后，能够使废水中呈悬浮状和肢体状的有机污染物失 稳、凝聚，并被吸附在活性污泥表面。 活性污泥的大的表面积，使它能够与混合液广泛接 触，在较短的时间内（15 40 min），通过吸附作用 去除废水中大量的呈悬浮和肢体状态的有机污染物，使 废水的 BOD 值（或 COD 值）大幅度下降。, 活性污泥中微生物的代谢及其增殖规律 活性污泥中微生物的代谢活性,好氧处理过程中的微生物机制,增殖规律 活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与 有机基质的相对数量，即有机基质（F）与微生物 （M）的比值（F / M），它也是影响有机物去除速 率、氧利用速率的重要因素。,活性污泥中微生物的 增殖曲线, 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩 正常的活性污泥在静置状态下，于 30 min 内即可 基本完成絮凝沉淀和成层沉淀过程。 对活性污泥的凝聚、沉淀性能，可用 SVI、SV 和 MLSS 等 3 项指标共同评价。 混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspended solids, MLSS） 这项指标表示活性污泥在曝气池内的浓度，包括 活性污泥组成的各种物质，单位用 mg/L 或 g/m3 表示。,挥发性悬浮固体浓度（mixed liquor volatile suspended solids, MLVSS） 这项指标表示有机悬浮固体的浓度，单位为 mg/L 或 g/m3。 这项指标能够比较准确地表示微生物的数量。 在条件一定时，MLVSS/MLSS 比值较稳定，城市污水的活性污泥为 0.75 0.85。,污泥沉降比（Sludge volume，SV） 污泥沉降比是指将曝气池流出来的混合液在量筒中静置 30min，其沉淀污泥与原混合液的体积比，以表示。 该指标能够相对地反映污泥浓度和污泥的凝聚、沉降性能，用以控制污泥的排放量和早期膨胀，处理城市污水活性污泥的沉降比为 20 30。,污泥容积指数（Sludge volume index, SVI） SVI = 或 SVI = SV（%） 如某曝气池的污泥沉降比为 30%，混合液中活 性污泥浓度为 2500 mg/L，则可求得污泥容积指数 为： SVI = 30 = 120（mL/g）,污泥容积指数是指混合液经 30min 静沉， l g 干污泥所形成的污泥体积，单位为 mL/g。,SVI 值能够更好地评价污泥的凝聚性能和沉性能，其值过低，说明泥粒细小，密实，无机成分多；过高说明污泥沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象。 城市污水处理活性污泥的 SVI 值为 50 150 mL/g。 注意以下两种情况： 一是工业废水处理活性污泥的 SVI 值有时偏高或偏低也属正常； 二是高浓度活性污泥法系统中的 MLSS 值较高，即使污泥沉降性能较差，SVI 值也不会很高。,（5）活性污泥净化反应的影响因素 营养物质 碳是构成微生物细胞的重要物质，参与活性污泥 处理的微生物对碳源的需求量较大，一般 BOD5不应 低于 l00 mg/L。 微生物对氮和磷的需要量可按 BOD：N：P = 100：5：1 来考虑。 溶解氧 对混合液中的游离细菌来说，溶解氧保持在0.3 mg/L 即可满足要求； 在曝气池内（絮体）的溶解氧浓度一般宜保持在 不低于 2 mg/L 程度（以出口处为准）。 ,pH 值 活性污泥微生物的最适 pH 值为 6.5 8.5。如果 pH 值降至 4.5 以下，原生动物会全部消失，丝状菌 将占优势，易于产生污泥膨胀现象； 当 pH 值超过 9.0时，微生物的代谢速率将受到影 响。 温度 活性污泥微生物的最适温度范围是 15 30。 一般水温低于 10，即可对活性污泥的功能产 生不利影响。 ,有毒物质（抑制物质） 对微生物有毒害作用或抑制作用的物质较多，大 致可分为重金属、氰化物、H2S、卤族元素及其化合 物等无机物质，以及酚、醇、醛、染料等有机化合物。 只有在有毒物质在环境中达到某一浓度时，毒害与 抑制作用才显露出来，这一浓度称为有毒物质极限允许 浓度。 缓慢地、逐步地向污水中增高有毒物质的浓度，微 生物能够逐渐适应并得到变异、驯化。 有机负荷率 曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的 有机基质质量，即 F / M 值kg BOD /（kg MLSSd）。 ,（6） 活性污泥系统的进展 氧化沟 又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。荷 兰卫生工程研究所于20世纪50年代研制开发的。 第一座氧化沟是1954年由巴斯维尔（Pasveer）设 计并投入运行。一般主要用于日处理水量在5000m3以 下的城市废水和有机废水。 优点： 对水温、水质、水量的变动有较强适应性。 产泥量低，排泥量少。 充分曝气处理，水质良好。 ,原废水,格栅,沉砂池,氧化沟,回流污泥,出水,二次 沉淀池,以氧化沟为单元的废水处理流程,氧化沟的平面图,AB法废水处理工艺 又叫吸附生物降解（Adsorption Biodegradation） 工艺的简称。德国20世纪70年代中期开创的。,格栅,沉砂池,中间沉淀池,吸附池,曝气池,二次沉淀池,回流污泥,AB法废水处理工艺流程,原废水,处理水,二、好氧生物膜 （1）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。 普通滤池的生物膜厚度在 2 3 mm，当 BOD 负 荷大，水力负荷小时厚度会增加。随着生物生长老化或 水流速度增加，生物膜会发生脱落。,生物膜： 附着生物体 ：好氧微生物（膜外层），厌氧微生物 （接触滤料）； 液膜：附着水层，流动水层。,生物滤池和生物转盘,（2）生物滤池的结构： 三个主要部分： 滤床 ：池体 、滤料 布水系统 排水系统,生物滤池的结构图,1,旋转布水器,2,滤料,3,集水沟,4,总排水沟,5,渗水装置,滤料 滤料是生物膜赖以生存的载体。 滤料应具备以下特性： 能为微生物的栖息提供大量的表面积。 能使废水以液膜状均匀分布在其表面。 有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔隙流到池底，保证有良好的通风。 适合于生物膜的形成与黏附。 有较好的机械强度，不易变形与破碎。 滤料的材料：碎石、卵石、炉渣。 近年使用塑料滤料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）,布水系统 作用 ：是将废水均匀地喷洒在滤料上。 排水系统 滤床底部，作用是收集。排出处理后的废水保证滤 池通风。,旋转布水器示意图,（3）生物滤池工作的基本原理 在滤池内设置固定的滤料，当废水自上而下滤过 时，由于废水不断与滤料接触，微生物在滤料表面繁 殖，逐渐形成生物膜。 生物膜是由多种微生物组成的一个生态系统。 当 生物膜形成并达到一定厚度时，氧就无法透入生物膜内 层，造成内层的厌氧状态，使生物膜的附着力减弱。 此时，在水流的冲刷下，生物膜开始脱落。随后在 滤料上又会生长新的生物膜。如此循环往复，废水流经 生物膜后得以净化。,（4）生物滤池中的微生物 污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季24周 形成生物膜，冬季需2个月。 细菌：多数为G-，能形成菌胶团。无色杆菌、黄 杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌； 真菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌 藻类：小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面）； 原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫 ； 后生动物：轮虫、线虫。,（5）生物膜法的进展 生物流化床 20世纪70年代开发出的一种新型生物膜法废水处 理构筑物采用相对密度1的细小惰性颗粒（砂、焦炭、 陶粒、活性炭等）为载体，微生物生长于载体表面形成 生物膜； 废水（先经充氧或在床内充氧）自下向上流动，