环境课件9水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

第九章污水生物处理及微生物学原理 9 1污水生物处理中的生态系统 污水生物处理方法根据微生物与氧的关系 好氧处理和厌氧处理微生物在构筑物生长状态 活性污泥法和生物膜法活性污泥 生物絮凝体 是由细菌 原生动物等微生物与悬浮物质 胶体物质混杂在一起形成的具有吸附分解有机物质能力的絮状体 生物膜是附着在填料上呈薄膜状的活性污泥 9 1 1好氧活性污泥法 活性污泥法又称曝气法 是以废水中的有机污染物作为培养基 底物 在人工曝气充氧的条件下 对各种微生物群体进行混合连续培养 使之形成活性污泥 并利用活性污泥在水中的凝聚 吸附 氧化 分解和沉淀等作用 去除废水中的有机污染物的废水处理方法 1 好氧活性污泥的组成和性质 好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性微生物 兼有少量的厌氧微生物 与污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 组成 具有活性的微生物群体 Ma 微生物自身氧化的残留物 Me 原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质 Mi 原污水挟入的无机物质 Mii 一 好氧活性污泥中的微生物群落 性质 绒粒大小0 02 0 2mm 比表面积20 100cm2 mL 颜色各异 正常为黄褐色的絮绒颗粒状 含水率99 左右 密度1 002 1 006 具有沉降性能和生物活性 及吸附和氧化有机物的能力 有自我繁殖的能力 呈弱酸性 约6 7 一 好氧活性污泥中的微生物群落 2 好氧活性污泥的存在状态 完全混合式曝气池中 以悬浮状态存在 池内任一点 微生物群落基本相同 推流式曝气池中 各区段之间的微生物种群和数量有差异 随推流方向微生物种类依次增多 在区段内各点微生物群落基本相同 一 好氧活性污泥中的微生物群落 3 好氧活性污泥中的微生物群落结构和功能的中心 菌胶团其它微生物 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 线虫等 及病原微生物 活性污泥的主体细菌 多为G 如动胶菌属和丛毛单胞菌属 一 好氧活性污泥中的微生物群落 4 活性污泥数量的指标 1 MLSS 即混合液悬浮固体浓度 表示在单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物质的总质量 单位以mg L MLSS Ma Me Mi Mii 2 MLVSS 即混合液挥发性悬浮固体浓度 指混合液活性污泥中有机固体物质的浓度 单位为mg L MLVSS Ma Me Mi 一 好氧活性污泥中的微生物群落 5 活性污泥的沉降 浓缩性能 1 SV30 污泥沉降比 混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率 以 表示 作用 反应曝气池正常运行的污泥量 控制剩余污泥的排放量 及早发现污泥膨胀等异常现象的发生 一 好氧活性污泥中的微生物群落 2 SVI SludgeVolumeIndex 污泥体积指数 污泥指数 曝气池出口处混合液经30min静置沉淀后 每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积 以mL计 单位mL g 一般常控制SVI在50 150之间为宜 1 净化废水的作用机理 生物絮凝 生物吸附 生物氧化 沉淀作用 二 好氧活性污泥净化废水的作用机理 2 生物吸附 降解有机物的过程 在有氧条件下 絮凝性微生物吸附废水中的有机物 水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物 同时微生物合成自身细胞 其它的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物 二 好氧活性污泥净化废水的作用机理 A推流式活性污泥法 三 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 B分段布水推流式活性污泥法 三 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 C完全混合式活性污泥法 三 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 D氧化沟活性污泥法 三 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 E序批式间歇曝气法 SBR 三 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 F接触氧化稳定法 三 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 菌胶团 狭义指动胶菌属 Zoogloea 形成的细菌团块 广义指所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集形成的菌胶团块 菌胶团细菌是活性污泥的主体 它的作用 具有很强的吸附 氧化分解有机物的能力 为原生动物 微型后生动物提供了良好的生存环境 附着场所 具有指示作用 通过菌胶团的颜色 透明度 数量 颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能 四 菌胶团的作用 1 指示作用 微生物出现的先后次序是 细菌 植物性鞭毛虫 肉足类 变形虫 动物性鞭毛虫 游泳型纤毛虫 固着型纤毛虫 轮虫 1 根据微生物的演替判断水质和污水处理程度及判断活性污泥培养成熟程度 五 原生动物及微型后生动物的作用 1 指示作用 2 根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏固着型纤毛虫 轮虫等出现 说明活性污泥正常 出水水质好 草履虫属 眼虫属等出现 说明活性污泥结构松散 出水水质差 线虫出现则说明缺氧 3 根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题 五 原生动物及微型后生动物的作用 2 净化作用腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物 动物性原生动物 微型后生动物吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小生物 3 促进絮凝和沉淀作用原生动物分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用 钟虫等固着型原生动物的尾柄周围分泌粘性物质 许多尾柄交织粘集在一起和细菌凝聚成大的絮体 五 原生动物及微型后生动物的作用 1 间歇式曝气培养 不同水质的活性污泥 1 菌种来源 取自污水处理厂的活性污泥 取自不同水质废水处理厂的活性污泥 取自相同水质废水处理厂的活性污泥 取自本厂集水池或沉淀池的下脚污泥或本厂污水长期流经的河流淤泥经扩大培养后备用 六 好氧活性污泥的培养 1 间歇式曝气培养 2 驯化 用间歇式曝气培养法驯化进低浓度废水培养 曝气23h 沉淀1h 倾去上清夜 再进同浓度的新鲜废水 继续曝气培养 每一浓度运行3 7d 调高一个浓度 如同前一个浓度的操作方法运行 逐级提高废水浓度 一直到原废水浓度为止 六 好氧活性污泥的培养 3 培养 将驯化好的活性污泥改用连续曝气培养法继续培养 菌胶团结构紧密 以钟虫等固着型纤毛虫为主 有轮虫出现 SV30达50 以上 SVI在100mL g左右 钟虫等固着型纤毛虫大量出现 4 运行 2 连续曝气培养 相同水质的活性污泥 接种适量活性污泥 维持DO 1mg L左右 闷曝几天 以小流量进入 每调整一个流量梯度要维持一周的运行时间 随着进水流量逐渐增大 DO的浓度要逐渐提高 当进水达到设计流量时 工业废水进水BOD5在200 300mg L MLSS维持在3000mg L左右 DO维持在2 3mg L为好 若生活污水的进水BOD5在150 250mg L MLSS维持在2000mg L左右 DO维持在1 2mg L 六 好氧活性污泥的培养 9 1 2好氧生物膜法 生物膜法又称生物过滤法 是指使废水流过生长在固定支承物表面上的生物膜 并通过生物氧化和各相间的物质交换作用 去除废水中有机污染物的废水处理方法 构筑物 普通滤池 高负荷生物滤池 塔式生物滤池 生物转盘 接触氧化池 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黏附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性 薄膜状的微生物混合群体 是生物膜法净化污废水的工作主体 一 好氧生物膜中的微生物群落 2 好氧生物膜中的微生物群落及其功能 3 好氧生物膜的结构 生物滤池分上 中 下层 上层全是细菌 有少数鞭毛虫中层微生物种类比上层稍多 有菌胶团 浮游球衣菌 鞭毛虫 变形虫 豆形虫 肾形虫等 下层微生物种类较多 有菌胶团 浮游球衣菌外 有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫及轮虫 一 好氧生物膜中的微生物群落 4 好氧生物膜的净化作用机理 一 好氧生物膜中的微生物群落 1 自然挂膜法2 活性污泥挂膜法3 优势菌种挂膜法 二 好氧生物膜的培养 9 2活性污泥丝状膨胀及其控制对策 正常活性污泥 菌胶团占优势 辅以少量的丝状细菌 大量钟虫类的固着型纤毛虫 旋轮虫等组成的活性污泥 膨胀污泥 由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥 由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥 SVI 200mL g标志着活性污泥发生膨胀 SVI 200mL g为正常活性污泥 一般在50 150mL g 最好在100mL g左右 9 2 1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泥丝状膨胀 致因微生物常见的有诺卡氏菌属 浮游球衣菌属 微丝菌属 发硫菌属 贝日阿托氏菌属等 二 活性污泥丝状膨胀的环境因素 1 温度2 溶解氧3 可溶性有机物及其种类4 有机物浓度或有机负荷5 pH 三 活性污泥丝状膨胀的机理 可用表面积与容积比假说解释 在单位体积中 呈丝状扩展生长的丝状细菌的表面积与容积之比较絮凝性菌胶团细菌的大 对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势 絮凝性菌胶团细菌处于劣势 丝状细菌就能大量生长繁殖成优势菌 从而引起活性污泥丝状膨胀 优势竞争表现在如下几方面 对DO的竞争 对可溶性有机物的竞争 对氮 磷的竞争 有机物冲击负荷影响 9 2 2控制活性污泥丝状膨胀的对策 1 控制DO 溶解氧需控制在2mg L以上2 控制有机负荷 控制BOD5污泥负荷在0 2 0 3kg kgMLSS d为宜 3 改革工艺 活性污泥法改为生物膜法 可将二次沉淀池的沉淀法改为气浮法 采用A B法 A O系统 A2 O系统 A2 O2系统及SBR法处理工艺 9 3厌氧生物处理及其微生物 9 3 1厌氧消化法 甲烷发酵厌氧消化法是指在无氧条件下 由兼性微生物及专性厌氧微生物的作用下 将有机物降解 最终产物为二氧化碳和甲烷气的生物处理方法 9 3 1 1甲烷发酵理论与机制水解阶段 复杂有机物 水解和发酵型细菌 酸化阶段 简单有机物 产氢 产乙酸细菌 甲烷化阶段 乙酸 氢气 产甲烷菌 CH4 CO2 三阶段理论 甲烷发酵的三个阶段 产甲烷菌产生甲烷的机制 14CH3COOH 14CH4 CO214CH3OH 14CH4 CO2 2CH3CH2OH 14CO2 14CH4 2CH3COOH 2C3H7COOH CO2 H2O CH4 4CH3COOH 4H2 CO2 CH4 2H2O 3H2 CO CH4 H2O2H2O 4CO 4CH4 3CO2 9 3 1 2厌氧活性污泥的培养 1 厌氧活性污泥的菌种来源 牛 羊 猪 鸡等禽畜粪便含有丰富的水解型细菌和产甲烷菌 城市生活污水处理厂的浓缩污泥 同类水质处理厂的厌氧活性污泥2 厌氧活性污泥的驯化与培养 9 3 1 2厌氧活性污泥的培养 3 厌氧活性污泥的组成和性质组成 水解细菌 发酵细菌 古菌 厌氧的原生动物性质 颜色呈灰色至黑色 具有生物吸附 降解和絮凝作用 具有沉降性能 直径 0 5mm 9 3 2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可利用光合细菌 PhotosynteticBacteria PSB 处理光合细菌是一类能进行光合作用的原核微生物的总称 除蓝细菌外 都能在厌氧光照条件下进行不产氧的光合作用 光合细菌 红螺菌属 红假单胞菌属和红微菌属 光合细菌处理高浓度有机废水的流程 9 3 3含硫酸盐废水的厌氧微生物处理 化学法降低SO42 加CaO和Ca OH 2生成CaSO4沉淀可去除 厌氧生物处理法 即SRB法 9 4氧化塘中的微生物群落及其处理废水机制 氧化塘 oxidationponds 也叫稳定塘 stabilizationponds 或生物塘 是土地经过人工适当的修整 设围堤和防渗层的池塘 是主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生