微生物在水污染治理中的作用.ppt

第九章微生物在水污染治理中的作用,第一节水体的自净作用,有机污染物排入水体后，水中的好氧细菌将有机物氧化分解，同时进行繁殖。当水体中有机污染物浓度很高时，大量细菌的生长繁殖会迅速耗尽水中的溶解氧，使水中出现缺氧或厌氧状态，导致鱼类、好氧原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡。厌氧细菌大量繁殖对有机物进行厌氧分解。随着有机物的降解，水中BOD浓度不断下降。当有机物分解殆尽后，细菌失去营养源，其数量会减少，而光能自养型微生物利用水中溶解的无机物大量繁殖，随着无机营养物的消耗，使光合自养型微生物数量也减少，水体BOD、溶解氧恢复到原有水平，自净过程完成。,一、水体的自净,二、污水系统及污化指示生物,污化系统及指示生物,三、污、废水生物处理方法分类,第二节活性污泥法中的微生物及其作用,1、活性污泥的性质颜色：黄褐色；水质不同，也可呈深灰、灰褐、灰白色等。大小：绒絮状颗粒大小约为0.02mm0.2；密度：比重约为1.0021.006。2、活性污泥生物相生物相主要有：细菌、原生动物、霉菌、轮虫、线虫等。细菌以菌胶团形式构成活性污泥的主体、丝状微生物是活性污泥的骨架。,一、活性污泥的性质和生物相,二、活性污泥法的生物净化机理,能量,热能释出,随水排出,由于活性污泥表面积很大（200010000m2/m3混合液），具有很强的吸附能力，可以吸附废水中的有机物。废水与活性污泥接触后，其中有机质可以在约130min的短时间内被吸附到活性污泥上。还可以吸附某些金属离子，使之与有机物形成络合物而得以去除。,1、生物吸附,2、氧化分解有机物,有机物,O2,微生物,合成,细胞物质（微生物的增殖）,CO2、H2O、NH3、SO42、PO43+能量,3、其它微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。,三、活性污泥中微生物的指示作用,1、原生动物和微型后生动物的指示作用在污水处理生态系统中形成了一条特定的食物链，即细菌植物性鞭毛虫肉足虫动物性鞭毛虫游泳型纤毛虫、吸管虫固着型纤毛虫轮虫。,（1）根据生物演替判断活性污泥的成熟程度a、活性污泥培养初期以鞭毛虫、变形虫为优势种；b、活性污泥培养中期以游泳型纤毛虫、鞭毛虫为优势种；c、活性污泥培养成熟期以钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫为优势种。,（2）根据生物种类判断活性污泥和处理水质的效果a、出现大量固着型的纤毛虫和楯纤虫、轮虫时，说明活性污泥状况良好，废水中溶解氧适当，出水水质好；b、当游泳型纤毛虫和鞭毛虫、根足虫等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质差，运转不正常，必须采取调节措施；c、当出现线虫则说明缺氧。,（3）根据生物形态和数量的变化判断处理条件在生物处理过程中，运行条件的突然变化（如进水水量、有机物浓度、溶解氧、温度、pH值、有毒物质等），会影响处理效果。通过镜检中原生动物形态和数量的变化情况，了解进水水质及运行条件正常与否，进而采取相应的措施。如当溶解氧不足或其他环境条件恶化时，钟虫会变得不活跃或数量减少、或虫体变态尾柄脱落，产生次生纤毛环呈游泳生活；继而虫体变成胞囊或虫体变长直至死亡。如废水水质改善，环境条件恢复正常，虫体可恢复原状及活力。,2、丝状微生物的指示作用,丝状微生物附着于菌胶团上或与之交织在一起，成为活性污泥的骨架。其中，硫磺细菌能将水中硫化氢氧化为硫，并以硫粒形式存于体内。当水中溶解氧高时（大于1mg/L），体内硫粒可进一步氧化而消失。因此，通过对硫磺细菌体内硫粒存在与否的观察，可间接推测水中溶解氧的状况。,四、活性污泥的培养与驯化,在城市污水或与之类似的工业废水中，由于营养和菌种都已具备，可调整BOD5至200mg/L300mg/L后，在曝气池内连续曝气，一般在1520下经一周左右就会出现活性污泥絮状体。培养过程中，要及时适当地换水和排放剩余污泥，以补充营养和排出代谢产物。换水可采取间断换水或连续换水方式。,（一）活性污泥的培养,1、间断换水,混合液在曝气到开始出现活性污泥絮状体后，即停止曝气，静止沉淀1h1.5h，排放约占总体积6070的上清液，再补充生活污水或粪便水，继续曝气。当污泥沉降比大于30时，说明池中混合液污泥浓度已满足要求。第一次换水后，应每天换水一次，这样重复7d10d，便可达到活性污泥成熟。,2、连续换水,当池容积大采用间断换水有困难时，可改用连续换水。即当池中出现活性污泥絮状体后，可连续地向池内投加生活污水，并连续地出水和回流，其投加量可控制在池内每天换水一次的程度，回流量可采用进水量的50%，污泥经两周左右即可培养成熟。,如果工业废水的性质与生活污水相差很大时，用生活污水培养的活性污泥须用工业废水进行驯化。驯化的方法是混合液中逐渐增加工业废水的比例，直到达到满负荷。为了缩短培养和驯化时间，可将两个阶段合并起来进行。就是在培养过程中，不断地加入少量的工业废水，使微生物在培养过程中逐渐适应新的环境。,（二）活性污泥的驯化,五、活性污泥性能监测,1、生物相观察2、SV（污泥沉降比）是指曝气池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。最好2h4h测定一次。,3、MLSS(污泥浓度)表示活性污泥微生物量的相对指标，其单位用mg/L。通常MLSS1500mg/L2000mg/L。4、SVI（污泥指数）是指曝气池混合液经30min静沉，1g干污泥所占的体积，单位为mL/g，该指标能够更好地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒细小、密实，无机成分多；过高又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值介于50ml/g150ml/g之间。,六、活性污泥膨胀和控制对策,提问：什么是活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。本质污泥密度变小或黏附能力下降。分非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类,1.非丝状污泥膨胀,曝气力度过大，污泥碎裂膨胀提问：原因？气泡夹带,密度降低；气泡机械破碎；细菌处于对数期多糖分泌减少缺氧、厌氧膨胀漂泥提问：原因？二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化N2、CH4)进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；提问：原因？油及泡沫降低污泥密度,生物中毒（pH波动大、补碱过量、温度过高、CODcr浓度骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）污泥膨胀原因？细菌休克死亡、粘液分泌减少新污泥膨胀现象未驯化污泥对新类型废水不适应，不沉降或沉降极慢，长时间曝气驯化后恢复正常；提问：原因？类似中毒,BOD/N过高,假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性假丝状生长或后生动物钻噬而形成的膨胀污泥。（很少见）,原因高含水率菌胶团占优势,原因丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长丝状菌优势生长条件：A.曝气池DO长期维持在较低（0.10.2mg/l）B.水温过高（25）、pH过低（6.5）C.硫化物过高硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食,2.丝状污泥膨胀（95污泥膨胀）,C.营养失衡废水C/N比高，N少；无机金属离子较少原因菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在稀溶液中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境（包括溶解氧、各种营养物）的生长；D.毒物冲击原因菌丝体耐受能力强,3.污泥膨胀的预防与控制对策,提问：基于上述原理如何预防污泥膨胀？A.设调节池(及事故池)控制高负荷（BOD、毒物）冲击B.控制溶解氧溶解氧浓度必须控制在34mg/L。C调节废水的营养配比尽量逼近BOD5与N和P的比例BOD5：N：P100：5：1。补N尿素或含氮量高的污泥消化池上清液补P磷酸钠,D.改革工艺将活性污泥法改为生物膜法在曝气池中加填料改为生物接触氧化法SBR(即序批式间歇曝气反应器)法,提问：发生后如何处理？A投加次氯酸钠（1020mg/l内）、H2O2（100200mg/l内）有选择的控制丝状微生物的过渡生长B投加混凝剂FeSO4和FeCl3、干污泥或浓缩消化污泥增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常C.强化补氮（C:N100：2030）D.替换污泥最直接的方法,4.微生物泡沫及其预防与控制对策,气泡附着于大量丝状菌上（Nocardiaspp.andMicrothrixparvicella）影响？飘泥产生条件(1)高油脂含量;(2)污泥龄（污泥总量/外排剩余污泥量）过长（9d);(3)低溶解氧orsepticity.,第二节好氧生物膜法,生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等。,生物填料,悬浮型生物填料,投加量普通接触氧化水解调节池好氧或厌氧流化床好氧好氧或厌生物塘或厌氧滤池反应池体积%8-13515-253-540-60,悬挂型填料弹性立体填料网片式立体填料,软性填料,生物填料上的生物膜,普通生物滤池,一、好氧生物膜中的微生物群落,根据位置与功能不同生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。普通滤池内生物膜的微生物群落表,横向纵向各不相同,滤扫生物,膜面生物,膜生物,生物滤池（塔）中的分层特征表,相当于多污带,相当于中污带,相当于寡污带,同一类型废水好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比,据微生物生态学,优缺点对比,第三节厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法,废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;一、厌氧法的优点提问：优点有哪些？1产生的沼气可用于发电或作为能源,沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电5400度电。,2对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。4产生的污泥量少，运行费用低?繁殖慢；不需要曝气基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点,提问：？1出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；2对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，37。3厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。,二、厌氧法的缺点,4.初次启动过程缓慢,处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要812周才可以培育成功5处理过程中产生臭气和有色物质提问：是什么？臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。,三、厌氧活性污泥法,（一）厌氧活性污泥的性质和组成由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在05mm以上。微生物的组成主要有六种：由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架,（二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理,复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段（又称酸化阶段）、产乙酸阶段、产甲烷阶段框图表示见下图,1水解阶段在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物2发酵阶段梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等,复杂有机物,1水解2发酵,脂肪酸,乙酸,H2+CO2,3产乙酸,CH4+CO2,H2S+CO2,硫酸盐还原,硫酸盐还原,3产乙酸阶段上一阶段的产物被进一步