第十章 微生物与环境污染控制与治理ppt课件.ppt

第十章微生物与环境污染控制与治理第一节污 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 一 好氧活性污泥法1 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 组成 微生物 好氧 兼性及少量厌氧 固体杂质 有机和无机 性质 絮状 大小为0 02 0 2mm 比表面积在20 100cm2 ml 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 处理生活污水的活性污泥一般为黄褐色 工业污水则与水质有关 具有生物活性 能吸附氧化有机物 2 好氧活性污泥的存在状态悬浮状态 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 活性污泥的主体细菌 优势菌 来源于土壤 水和空气 它们多数是革兰氏阴性菌 如动胶菌属和丛毛单胞菌属 还有其他的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌 好氧活性污泥的细菌能迅速稳定废水中有机污染物 有良好的自我絮凝能力和沉降性能 构成活性污泥的微生物种群相对稳定 但当营养条件 温度 供氧 pH等环境条件改变 会导致优势种群的改变 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 来表示活性污泥中微生物的浓度 即1L活性污泥混合液中所含的固体或挥发性固体物质的量 一般城市污水处理中 MLSS在2000 3000mg L 工业废水在3000mg L左右 高浓度工业废水在3000 5000mg 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 2 好氧活性污泥净化废水的作用机理好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程 1 在有氧的条件下 活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物 2 活性污泥绒粒中的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 污 废 水中的溶解性有机物直接被细菌吸收 在细菌体内氧化分解 其中间代谢产物被另一群细菌吸收 进而无机化 3 原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解彻底的有机物和游离细菌 3 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 4 菌胶团的作用菌胶团 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成的细菌团块 1 具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力 2 为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境 3 为原生动物和微型后生动物提供附着场所 4 具有指示作用 菌胶团的颜色 透明度 数量 颗粒大小及结构的松紧程度可反映好氧活性污泥的性能 5 原生动物及微型后生动物的作用 1 指示作用有机废水净化过程中微生物的演变 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 原生动物及微型后生动物的指示作用表现为以下三个方面 可根据上述原生动物和微型后生动物的演替 根据它们的活动规律判水质和污 废水处理程度 还可判断活性污泥培养成熟程度 活性污泥培养初期 鞭毛虫 变形虫活性污泥培养中期 游泳型纤毛虫 鞭毛虫活性污泥培养成熟期 钟虫等固着型纤毛虫 楯纤虫 轮虫 根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏 如固着型纤毛虫中的钟虫属 累枝虫属 盖纤虫属 聚缩虫属 独缩虫属 楯纤虫属 吸管虫属 漫游虫属内管虫属及轮虫等出现 说明活性污泥正常 出水水质好 当豆形虫属 草履虫属 四膜虫属 屋滴虫属 眼虫属等出现 说明活性污泥结构松散 出水水质差 可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 以钟虫为例 当溶解氧不足或其他环境条件恶劣时 则出现由正常虫体向胞囊演变的一系列变态变化 2 净化作用1ml正常好氧活性污泥的混合液中有5000 20000个原生动物 70 80 是纤毛虫 尤其是小口钟虫 沟钟虫 有肋楯纤虫 漫游虫出现频率高 起重要作用 轮虫则有100 200个 有旋轮虫属 轮虫属 椎轮虫属等 原生动物营养类型多样 腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污 废水中的有机物 动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒 游离细菌和其他微小生物 对净化水质起积极作用 3 促进絮凝和沉淀作用污 废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用 然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在 由于原生动物分泌一定的粘液协同和促使细菌发生絮凝作用 如弯豆形虫量低时 细菌不起絮凝作用 4mg L时细菌产生絮凝作用 10mg L时形成很大的细菌絮凝体 6 好氧活性污泥的培养和驯化菌种来源 生活污水 粪便污水 污水处理厂的活性污泥 本厂集水池或沉淀池的下脚污泥 本厂污水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用 活性污泥的驯化和培养有间歇式曝气培养和连续曝气培养 一般可先在较低废水浓度下曝气 以后逐渐提高废水浓度 一直到原废水浓度 同时应对活性污泥的生物相进行镜检 并进行化学测定分析 以确定活性污泥的成熟程度 7 活性污泥丝状膨胀及其控制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 某些环境条件的变化使污泥会发生膨胀现象活性污泥的沉降可用污泥体积指数SVI SludgeVolumeIndex 表示 SVI在200mL g以下为正常活性污泥 一般在50 150mL g 最好在100mL g左右当SVI在200mL g以上时说明出现了污泥的膨胀 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 1 活性污泥丝状膨胀的原因由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称活性污泥丝状膨胀 致因微生物 经常出现的有诺卡氏菌属 浮游球衣菌 微丝菌属 发硫菌属 贝日阿托氏菌属 亮发菌属 纤发菌属等 丝状菌生长占优势的活性污泥 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 温度构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30 左右 菌胶团细菌如动胶菌属的最适生长温度在28 30 浮游球衣菌最适温度在25 30 两者最适温度尽管差别不大 但浮游球衣菌是好氧和微好氧菌 由于温度影响氧的溶解度 因此 在低溶解氧的条件下 浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而优势生长 溶解氧菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧的需要量差别很大 菌胶团细菌是严格的好氧菌 浮游球衣菌是好氧菌 但在微好氧条件下仍能正常生长 贝日阿托氏菌 发硫菌是微好氧菌 温度适宜而有机废水中溶解氧匮乏时 丝状细菌优势生长 易引起活性污泥丝状膨胀 可溶性有机物及其种类当废水中可溶性有机物 尤其是低分子的糖类和有机酸较多时 丝状细菌呈优势生长 有机物浓度浮游球衣菌在低浓度培养基中呈丝状生长 在生活污水和食品类等有机废水中 BOD5在100 200mg L 浮游球衣菌数量超过菌胶团细菌时 可导致活性污泥丝状膨胀 水中C N和C P失调时也可出现污泥膨胀 pH曝气池的pH保持在6 5 8 0范围内 活性污泥正常发育 如pH低于6 0 有利于丝状细菌生长 菌胶团细菌生长受到抑制 如pH低于4 0 真菌占优势 原生动物大部分消失 若pH超过11 活性污泥被破坏 2 控制活性污泥丝状膨胀的对策 控制溶解氧在2mg L以上 控制有机负荷BOD污泥负荷在0 2 0 3kg kgMLSS d为宜 改革工艺将活性污泥改为生物膜法 如在曝气池中加填料改为生物接触氧化法 工艺 A B法 吸附 生物降解工艺 A O系统 A2 O系统 A2 O2系统 及SBR 序批式间歇曝气反应器 法等 二 好氧生物膜法好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池 高负荷生物滤池 塔式生物滤池 还有生物转盘 接触氧化法等 1 好氧生物膜中的微生物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 它是生物膜净化污 废 水工作的主体 成熟的生物膜厚度可达2 3mm 微生物量通常以每m2滤料上干燥生物膜的重量表示 或以每m3滤料上的生物膜重量表示 生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能 生物膜生物是以菌胶团为主要组分 辅以浮游球衣菌 藻类等 它们起净化和稳定污 废水水质的功能 生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫 它们起促进滤池净化速度 提高滤池整体处理效率的功能 滤池扫除生物有轮虫 线虫 寡毛类的沙蚕等 它们起去除滤池内的污泥 防止污泥积聚和堵塞的功能 3 好氧生物膜的结构 生物滤池不同层次的生物膜所得到的营养不同 致使微生物的种群和数量不同 生物滤池分上 中 下三层 上层营养物浓度高 生长的多为细菌及少量鞭毛虫 中层营养物质减少 微生物种类增加 有菌胶团 浮游球衣菌 鞭毛虫 变形虫 豆形虫 肾形虫等 下层有机物浓度低 低分子有机物较多 微生物种类更多 除有菌胶团 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 还有轮虫等 2 好氧生物膜净化废水的作用机理 生物膜在滤池中是分层的 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 游动性纤毛虫 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 同时生物膜生物吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内 并进行氧化分解 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层 被下一层生物膜生物吸收 进一步被氧化分解为CO2和H2O 老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物 轮虫 线虫等 吞食 通过以上微生物化学和吞食作用 废水得到净化 3 好氧生物膜的培养好氧生物膜的培养有自然挂膜法 活性污泥挂膜法和优势菌种挂膜法 自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水 活性污泥挂膜法用的是活性污泥 与本厂废水混合后进入生物滤池 优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理中筛选获得的菌株 或通过遗传育种获得的优良菌种 甚至是通过基因工程构建的超级菌 它们对某种废水有强降解能力 在挂膜过程中 用泵慢速将污水或混合液通入滤池内 循环运行3 7d 滤料上会逐渐形成一层生物膜 当进水流量达到设计值时 滤池自上而下形成正常的分层微生物相 滤池出水的生化指标接近排放标准 即完成生物膜的培养工作 进入正式运行 三 氧化塘氧化塘是一种利用天然或人工修整的池塘处理废水的构筑物 1 氧化塘的微生物群落藻类 细菌共存于氧化塘中 保持互生关系 还有霉菌 放线菌 原生动物 轮虫 线虫 浮游甲壳动物 寡毛类 软体动物 水生植物 2 氧化塘处理废水的机理有机废水流入氧化塘 其中的细菌吸收水中溶解氧 将有机物氧化分解为H2O CO2 NH3等无机物 细菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营养物质合成细胞物质 在光照条件下 藻类利用H2O和CO2进行光合作用合成糖类和产生氧气 再吸收NH3和SO42 合成蛋白质 吸收PO43 合成核酸 并繁殖新藻体 废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积于塘底 构成污泥 它们在产酸细菌作用下分解成低分子有机酸和醇等 其中一部分进入好氧层被氧化分解 另一部分则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷 第二节厌氧生物处理中的微生物 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 1 甲烷发酵的基本原理甲烷发酵也有活性污泥法和生物膜法 但微生物群落与有氧环境不同 它们是由分解蛋白质 脂肪 淀粉 纤维素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 在出水处附近 有少数厌氧或兼性厌氧的游泳型纤毛虫 甲烷发酵理论与机制 1 水解阶段在水解或发酵性细菌作用下 有机物 糖类 蛋白质 脂质 被解聚 转化成脂肪酸 乙醇 CO2 H2和NH3等 参与本阶段的细菌有专性厌氧菌如梭菌属 拟杆菌属 丁酸弧菌属 真杆菌属和双歧杆菌属和兼性厌氧菌如链球菌属和一些肠道菌 2 产氢产乙酸阶段由厌氧的产氢产乙酸细菌把乙醇和脂肪酸转化成乙酸H2和CO2 1967年Bryant从奥氏甲烷杆菌分离出S菌株和布氏甲烷杆菌 S菌株是厌氧的革兰氏阴性杆菌 它发酵乙醇产生乙酸和氢 布氏甲烷杆菌将乙酸裂解为甲烷和二氧化碳 将氢和二氧化碳合成甲烷 可见 奥氏甲烷杆菌实际上是S菌株和布氏甲烷杆菌的共生体 3 产甲烷阶段参与这一阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群 一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳合成甲烷 另一组是将乙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 2 厌氧活性污泥的培养厌氧活性污泥 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 厌氧活性污泥的菌种来源有同类水质处理厂的厌氧活性污泥 污水处理厂的浓缩污泥及禽畜粪便等 菌种先经驯化后培养 进水量逐渐增加 直至形成颗粒化的成熟厌氧性污泥 3 厌氧生物处理工艺高浓度有机废水厌氧甲烷发酵的消化池 单级低效消化池 单级高效消化池 两级消化池 按反应器工艺厌氧生物处理可分为 厌氧接触消化池 厌氧生物滤池 上流式厌氧污泥床 UASB 厌氧流化床 厌氧膨胀床等 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糖类 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 红螺菌属 红假单胞菌属和红微菌属 三 含硫酸盐废水的厌氧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 当有SO42 存在时 硫酸盐还原菌会与产甲烷菌争夺氢 使产甲烷菌得不到H2 无法还原CO2为CH4 因此 在甲烷发酵之前 需要将SO42 的浓度降低 微生物对含硫酸盐废水的厌氧处理过程称为SRB法 利用在厌氧条件下 硫酸盐还原菌发生反硫化作用 以SO42 为最终电子受体 利用有机物为供氢体 将SO42 还原成H2S从水中溢出 硫酸盐还原菌 脱硫肠状菌属 脱硫叶菌属等15属 严格厌氧菌 栖息在厌氧的淡水和海洋底部沉积物和水中 第三节废水的生物脱氮和除磷 一 废水脱氮除磷的目的意义污 废水二级处理产生NH3 N NO3 N PO43 SO42 部分用于合成微生物细胞 通过排泥得到去除 但出水中的氮和磷仍未达到排放标准 水体中氮 磷含量过多会引起水体富营养化 因此 废水的除磷脱氮十分重要 尤其是当废水处理后被排入一些湖泊 海湾等敏感水体时 二 废水生物脱氮原理及工艺1 生物脱氮原理生物脱氮首先是利用好氧过程 由亚硝化细菌和硝化细菌将废水中的NH3转化成NO3 N 再利用缺氧段经反硝化作用 将NO3 N还原成氮气 N2 溢出水面释放到大气中 参与自然界氮的循环 2 参与生物脱氮的微生物 1 硝化作用段微生物亚硝化细菌和硝化细菌是革兰氏阴性菌 其生长速率受基质浓度 NH3和HNO2 温度 pH 氧浓度控制 全部是好氧菌 绝大多数营化能无机营养 个别的可营化能有机营养 氧化氨的细菌A 好氧氨氧化细菌即亚硝化细菌以NH3作为供氢体 O2作为最终电子受体 产生HNO2 生长温度范围2 30 最适为25 30 pH范围5 8 8 5 最适7 5 8 0 含有黄至淡红的细胞色素 B 厌氧氨氧化细菌厌氧氨氧化细菌为厌氧的 以NH3为供氢体 以NO2 或NO3 为最终电子受体的一类氧化NH3为N2的细菌 C 厌氧氨反硫化细菌厌氧氨反硫化细菌是以NH3为供氢体 以SO42 为最终电子受体的一类将NH3氧化为N2的细菌 氧化亚硝酸细菌即硝化细菌 大多数氧化亚硝酸细菌在pH7 5 8 0 温度25 30 亚硝酸浓度为2 30mmol L时化能无机营养生长最好 硝化杆菌属既进行化能无机营养又可进行化能有机营养 以酵母膏和蛋白胨为氮源 以丙酮酸或乙酸为碳源 硝化杆菌属细胞内贮存物 羧酶体 肝糖 PHB 多聚磷酸盐 含淡黄至淡红的细胞色素的菌株 其他硝化细菌也有类似的贮存物 250 硝化阶段的运行操作运行过程中需要掌握好几个关键 A 泥龄 悬浮固体停留时间SRT 用 表示 是重要的控制指标 可通过排泥控制泥龄 一般控制在5d以上 泥龄要大于硝化细菌的比生长速率 否则泥龄过短 硝化细菌会流失 硝化速率低 B 要供给足够的氧处理生活污水时 溶解氧一般控制在1 2 2 0mg L为宜 工业废水依据其有机物浓度和NH4 含量的高低 适当提高溶解氧 C 控制适度的曝气时间普通的活性污泥法的曝气时间为4 6h甚至8h SBR法 D 维持适宜的碱度在硝化过程中 消耗了碱性物质NH4 生成HNO3 水中pH下降成酸性 对硝化细菌生长不利 可投加NaHCO3维持碱度 E 温度虽然大多数硝化细菌的最适生长温度为25 30 实际上它们的生长温度范围是较广的 为 5 60 2 反硝化作用段微生物 反硝化细菌是所有能以NO3 为最终电子受体 利用低分子有机物作供氢体 将NO3 还原为N2的细菌总称 反硝化阶段运行操作关键指标 碳源 pH 最终电子受体NO3 和NO2 温度和溶解氧等 葡萄糖 乳酸 丙酮酸 甲醇等可作为反硝化细菌的供氢体和碳源 H2S和H2也可作反硝化细菌的供氢体 则其碳源是CO2 能源从氧化有机物获得 最终电子受体是NO3 和NO2 等 最适pH为7 8 在海洋和淡水中溶解氧在0 2mg L以下有利于反硝化 3 生物脱氮的工艺A O A2 O A2O2及SBR等均能取得较好的脱氮效果 经过厌氧 好氧或缺氧 好氧的合理组合 既能除去COD和BOD 又能进行脱氮 还能除磷 图10 13三种基本脱氮组合工艺 图10 14A B两种排列的A O系统示意图N 硝化 DN 反硝化 S 沉淀池 图10 15SBR脱氮系统及A B两种空间时段分配 处理含NH3 N废水时 除了掌握好运行操作的几个关键指标外 硝化和反硝化的合理组合方式和顺序对提高NH3 N的去除率也有很大关系 主要依据CODCr负荷和NH3 N负荷高低选择工艺 废水中的BOD5 TN即C N大于2 86时反硝化正常 采用捷径反硝化 即通过限制充氧量 0 5 1 0mg L 和缩短曝气时间等条件 抑制硝化细菌生长 促使亚硝化细菌生长 迅速将氨氧化为HNO2后 随即利用有机物将HNO2还原为N2的过程 捷径反硝化不仅可缩短曝气时间 减少能耗 还节省碳源 三 废水生物除磷原理及工艺1 生物除磷原理某些微生物在好氧时能大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP 并且能逆浓度过量吸磷合成贮能的多磷酸盐颗粒 异染粒 在体内 供其内源呼吸用 这些细菌称为聚磷菌 在厌氧条件下 聚磷菌在分解体内的聚合磷酸盐的同时产生ATP 并利用ATP将废水中的脂肪酸等有机物摄入细胞 以PHB 聚 羟基丁酸 及糖原等有机颗粒的形式贮存于细胞内 同时将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出细胞 然后转入好氧环境 聚磷菌又能利用聚 羟基丁酸盐所释放的能量来摄取废水中的磷 并合成聚磷酸盐贮存在细胞内 一般来说 微生物在增殖过程中 好氧摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多 因此 如果能创造厌氧 缺氧和好氧条件的交替 让聚磷菌首先在厌氧条件下释放磷 然后在好氧条件下充分过量地吸磷 然后通过排泥 就可以达到从废水中去除磷物质的目的 2 参与生物除磷的微生物具有聚磷能力的微生物目前所知绝大多数是细菌 聚磷的活性污泥是由许多好氧异养菌 厌氧异养菌和兼性厌氧菌组成 从种类上来看 聚磷能力强 数量占优势的有不动杆菌属 假单胞菌属 气单胞菌属和黄杆菌属等60多种 亚硝化杆菌属 亚硝化球菌属 亚硝化叶菌属和硝化杆菌属 硝化球菌属等也具有聚磷能力 3 生物除磷的工艺常见的生物除磷工艺有 Bardenpho生物除磷工艺 Phoredox工艺 A O及A2 O UCT工艺 VIP工艺 旁流除磷的Phostrip工艺 SBR等 图10 16图 10 20 各种工艺各有优缺点 它们的工作主体硝化细菌和除磷细菌的生理稍有不同 两者在对碳源的要求上存在竞争 因此 可根据水质选用合适的工艺 即使是同一个工艺 其排列组合和运行条件也要随着实际条件而进行调整 图10 16A O工艺流程示意图 除磷 图10 17A2 O工艺流程示意图 第五节有机固体废物处理中的微生物 目前有机固体废物 垃圾 处理的方法主要有 堆肥法 填埋法和焚烧法 其中堆肥法和填埋法为生物处理方法 用以处理可生物降解的有机固体废弃物 一 堆肥法1 堆肥法 堆肥化和堆肥的概念堆肥化使依靠自然界广泛分布的细菌 放线菌和真菌等微生物 有控制地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的过程 堆肥是堆肥化的产品 堆肥法就是利用堆肥化过程来处理城市的生活垃圾及其他有机固体废弃物的方法 2 好氧堆肥 1 好氧堆肥的微生物过程有机固体废弃物的主要成分是纤维素 半纤维素 糖类 脂肪和蛋白质等 好氧堆肥在通气条件下 利用好氧微生物分解大分子有机固体废弃物为小分子有机物 部分有机物被矿化成无机物 并放出大量的热能 使温度升高 可达50 65 甚至80 90 最后有机固体废弃物被完全腐熟成稳定的腐殖质 这期间发酵微生物不断地分解有机物 吸收利用中间代谢产物合成自身细胞物质 生长繁殖 以其更大数量的微生物群体分解有机物 最终有机固体废弃物完全腐熟成稳定的腐殖质 267 在整个堆肥过程中 有微生物的演替 堆肥初期由中温性的细菌和真菌 通过分解糖类 蛋白质 脂肪等获得营养生长繁殖 同时产生大量热量 使温度升至50 接着由好热性的细菌 放线菌和真菌分解纤维素和半纤维素 微生物数量不断增加 温度升高至60 真菌停止活动 之后 继续由好热的细菌和放线菌分解纤维素和半纤维素 温度升至70 致病菌和虫卵被杀死 此时 一般的嗜热高温细菌和放线菌也停止活动 堆肥腐熟稳定 2 堆肥工艺堆肥工艺有 静态堆肥工艺 高温动态二次堆肥工艺 立仓式堆肥工艺 滚筒式堆肥工艺等 静态堆肥工艺条状堆肥见下图 工艺简单 设备少 处理成本低 发酵周期50d 操作条件差 人工翻动 第2d 7d 12d各翻动一次 以后的腐熟阶段每周翻动一次 高温动态二次堆肥工艺高温动态二次堆肥见下图 分两个阶段 前5 7d为动态发酵 机械搅拌 通入充足空气 好氧菌活性高 温度高 快速分解有机物 7d后将半成品用皮带输送到另一车间进行静态二次发酵 垃圾进一步降解稳定 20 25d完全腐熟 3 立仓式堆肥工艺立式发酵仓高10 15m 分隔6格 见下图 滚筒式堆肥工艺滚筒式堆肥工艺见下图 滚筒直径2 4m 长度15 30m 滚筒转速0 4 2 0r min 3 小型化的有机生活垃圾微生物处理装置小型化有机垃圾微生物处理装置是好氧装置 一般可分为好氧处理和除臭两部分 整个工艺历时24h 完成垃圾发酵和稳定化的过程 有机垃圾微生物处理装置所用的菌种都是经人工筛选 培育的多种高效生理功能的微生物 有分解碳水化合物 蛋白质 脂肪等功能的混合微生物群体 有除臭细菌硝化细菌和硫细菌 菌种一次投入可使用3 6个月 4 厌氧堆肥厌氧堆肥原理与废水厌氧消化原理基本相似 不同的是厌氧堆肥是固体发酵 有机固废物经分选和粉碎以后 进入厌氧处理装置 在兼性厌氧微生物和厌氧微生物的作用下 大分子被水解为小分子的有机酸 腐殖质 CH4 CO2 NH3 H2S等 其产甲烷过程也分三个阶段 厌氧分解产物中的有害物质需要有除臭装置加除臭细菌将其去除 参与厌氧堆肥的微生物有兼性厌氧的水解产酸菌 厌氧的产甲烷菌 厌氧脱氨菌和脱硫菌等 二 卫生填埋法及渗滤液卫生填埋法处理原理与厌氧堆肥原理相同 利用好氧微生物 兼性厌氧微生物和厌氧微生物处理 填埋场通常选在市郊 底部铺水泥层 有机固体废弃物一层一层倒入 压实 按一定路径铺设排气管以收集甲烷气体 底部铺设渗滤液收集管 以便排放到渗滤液处理场处理 填埋的废物分解速度较慢 一般经5年发酵产气 被填埋的有机固体废物要经5 10年才能完全腐质化和稳定化 渗滤液的化学组分复杂 含有大量有机酸 氨氮含量高 还含有重金属 用厌氧 缺氧 好氧生物处理 再用化学混凝剂混凝 沉淀等综合方法处理 可获得净化程度较高的出水水质 图卫生填埋场示意图 第五节废气的生物处理 一 废气的处理方法废气的处理方法有物理和化学的方法 也有生物法 生物法是最经济有效的方法 生物净化有植物净化法和微生物净化法 植物净化法就是利用植物吸收和转化大气中的污染物 包括二氧化碳 放出氧气清洁空气 微生物净化法是利用处理装置对气态污染物进行处理 如生物吸收池 生物洗涤池 生物滴滤池和生物过滤池 二 含硫恶臭污染物及NH3 CO2的微生物处理1 含硫恶臭污染物的净化含硫恶臭污染物如H2S 甲硫醇 MM 二甲基硫醚 DMS 二甲基二硫醚 DMDS 二甲基亚矾 DMSO 二硫化碳 CS2等 有许多细菌能对含硫恶臭污染物进行净化 2 NH3 CO2的净化将NH3溶于水中成NH4 通入生物滴滤池 利用硝化作用将其氧化成NO2 和NO3 CO2被同化 合成细胞物质 3 挥发性有机物的生物处理包括苯及其衍生物 酚及其衍生物 醇类 醛类 酮类 脂肪酸等 挥发性有机物的生物处理设备较多采用的是生物滴滤池法 降解挥发性有机污染物的微生物有细菌 放线菌和真菌 如黄杆菌属 假单胞菌属和芽孢杆菌属的细菌能降解苯系有机污染物 第六节环境监测与微生物 利用生物在该环境中的反映来确定环境的综合质量 无疑是最理想和最重要的手段 由于微生物的特点 它在生物监测中起着十分重要的作用 生物检测的优越性 长期性 综合性 直观性 灵敏性缺点 定量化程度不够 需要一定的专业知识和经验等 一 水体污染的生物检验1 利用指示生物检验如对大肠菌群的检测2 利用水生生物群落结构的变化来检验如PFU法 应用聚氨酯泡沫塑料块 PFU 作为人工基质收集水体中的微型生物群落 测定该群落结构与功能的各种参数 以评价水质 3 水污染的生物测试即利用水生生物受到污染物的毒害所产生的生理机能的变化 检验水质污染的状况 这种方法可以检验水体的单因素污染 对检验复合污染也能收到良好的效果 二 利用微生物检测环境毒性的方法1 Ames氏法Ames试验是利用鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型 his 菌株的回复突变性能来检测环境中是否存在致癌物质的简便有效方法 原理 his 菌株在不含组氨酸的培养基上不能生长 或只有极少数自发回复突变子生长 如果回复突变率因某种化学诱变剂 或待测物 的作用而增加 那么这种化学物质可判断为具有致癌性 优点 快速 准确 省费用 实验材料 氨基酸营养缺陷型菌株 基本培养基 鼠肝匀浆 待测样品实验步骤 1 将待测样品 鼠肝匀浆保温注 三致 化合物常在肝脏代谢过程中产生毒性 2 将保温后的样品吸入滤纸片中 3 将滤纸片贴于涂布缺陷型菌株的基本培养基平板上 培养 结果观察 1 阴性平板上无大量菌落生成 说明待测物无 三致 作用 2 阳性纸片周围有抑菌圈 外周有大量菌落生成 待测物中有高浓度诱变剂存在 3 阳性纸片周围有大量菌落生成 有适宜浓度诱变剂存在 2 发光细菌检测法发光细菌在合适培养条件下会发出蓝色的可见光 当它接触有毒污染物时 细菌的新陈代谢受到影响 发光强度减弱或熄灭 发光细菌发光强度的变化可用发光检测仪测定出来 在一定范围内 有毒物浓度大小与发光细菌发光强度变化成一定比例关系 因此可以通过发光细菌来检测环境中的有毒污染物质 发光