污水生物处理系统中的主要微生物(环)PPT课件.ppt

废水生物处理中的微生物 1 生物处理法 就目前技术经济等方面来看 利用微生物氧化分解废水中的溶解性和胶体有机物是最经济最有效的方法 2 污水生物处理工艺分类 根据微生物与氧的关系分为好氧处理和厌氧处理两大类 根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态 分为活性污泥法和生物膜法 所有的污水生物处理系统都是人工生态系统 生物群落 环境条件对于一个具体的污水生物处理系统而言 我们需要关注 作用者 作用对象 环境条件 3 好氧生物处理机理与过程 有机物好氧降解模式图 1 3 2 3 80 20 4 好氧活性污泥法 ActivatedSludgeProcess 活性污泥 由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微土物 兼有少量的厌氧微生物 与污 废 水中有机的和无机固体物混凝交织在一起 形成的絮状体或称绒粒 floc 活性污泥法 也称曝气法 是以废水中的有机污染物为培养基 在人工曝气充氧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 利用活性污泥在水中的凝聚 吸附 氧化 分解和沉淀作用 去除有机废水中的污染物的处理方法 活性污泥处理系统的实质就是自然界水体污染自净过程的人工模拟 不是简单的模拟 而是经过人工强化的模拟 5 活性污泥图片 6 活性污泥的特征与微生物 形态在显微镜下呈不规则椭圆状 在水中呈 絮状 颜色正常呈黄褐色 但会随进水颜色 曝气程度而变 如发黑为曝气不足 发黄为曝气过度 基本特性含水率99 具沉降性 具生物活性 吸附氧化 自我繁殖絮体大小为0 02 0 2mm具一定pH缓冲能力 相对密度1 002 1 006 7 好氧活性污泥的存在状态完全混合式 以悬浮状态存在 均匀分布并处于剧烈运动中推流式 各区段之间不同 每一区段中任一点基本相同好氧活性污泥的微生物群落结构和功能的中心 菌胶团 有细菌 真菌 原生动物和后生动物等 主体细菌多数为G 如动胶菌属和丛毛单胞菌属 可占70 细菌数量为108 109个 ml 原生动物有鞭毛虫 根足虫 纤毛虫 吸管虫等好氧活性污泥中微生物的浓度和数量MLSS 混合液悬浮固体 有机固体 MLVSS 混合液挥发性悬浮固体 无机有机固体 约为0 7 0 8一般城市污水 MLSS2000 3000mg L工业废水 MLSS3000mg L高浓度工业废水 MLSS3000 5000mg L 8 好氧活性污泥净化废水作用机理 吸附 胞外水解为小分子物质小分子物质被吸收进入细胞内部 氧化分解为CO2和H2O 放出能量 合成细胞物质其他的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物 9 剩余污泥 Where RAS recirculationactivatedsludge 回流污泥 WAS wasteactivatedsludge 剩余污泥 回流污泥 Influent进水 RAS WAS Effluent出水 Aerationbasin曝气池 Secondaryclarifier二沉池 曝气器aerator 活性污泥法的基本流程系统 10 菌胶团的作用 生物吸附 氧化分解有机物 为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境 去除有毒物 提供食料 附着场所 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判断活性污泥性能及系统工艺状况 11 原生动物及微型后生动物的作用 指示作用 通过原后生动物的种群组成 每个种群数量及其演替活动规律以及个体适应恶劣环境发生的形态变化情况判断A 污水处理程度和活性污泥培养成熟程度B 活性污泥和处理水质的好坏C 进水水质变化和运行中出现的问题先后次序 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 吸管虫 固着型纤毛虫 轮虫 净化作用 渗透吸收溶解性有机物 吞食有机颗粒和其他微生物如游离细菌等 促进絮凝和沉淀作用 通过分泌粘性多糖类有机物等 12 剩余污泥 Where RAS recirculationactivatedsludge 回流污泥 WAS wasteactivatedsludge 剩余污泥 回流污泥 Influent进水 RAS WAS Effluent出水 Aerationbasin曝气池 Secondaryclarifier二沉池 曝气器aerator 活性污泥法的基本流程系统 13 活性污泥丝状膨胀和控制对策 1 什么叫污泥膨胀和丝状污泥膨胀 2 丝状污泥膨胀的环境成因3 活性污泥丝状膨胀的机理4 控制活性污泥丝状膨胀的对策 14 1 什么叫污泥膨胀和丝状污泥膨胀 正常条件下活性污泥沉降性能良好 含水率99 SVI SludgeVolumeIndex 200ml g 活性污泥发生膨胀 200ml g 活性污泥正常一般 50 150ml g最优 100ml g 异常条件下活性污泥性质变化 不易沉淀 结构松散 体积膨胀 含水率上升 颜色异变 在二沉池中泥水分离困难 甚至有大量污泥上浮到液面随出水流出 使出水水质变化的现象 就叫污泥膨胀 由丝状细菌引起的污泥膨胀就叫丝状污泥膨胀 常见的丝状细菌 1 诺卡氏菌属 2 浮游球衣菌 3 微丝菌属 4 发硫菌属 5 贝日阿托氏菌属 6 亮发菌属 7 纤发菌属 15 2 丝状污泥膨胀的环境成因 溶解氧 菌胶团细菌严格好氧 浮游球衣菌是好氧菌 但在微量好氧条件下 仍能正常生长 贝日阿托氏菌 发硫菌是微量好氧 DO0 5mg l时生长最好 温度在25 30 的条件下 有机废水中溶解氧缺乏 丝状细菌优势生长 很易引起活性污泥丝状膨胀 温度 菌胶团和丝状菌两者最适温度差别不大 但浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌 有竞争优势可溶性有机物 几乎所有的丝状细菌都能利用可溶性有机物 尤其是低分子的糖类和有机酸 有机物因缺氧不能彻底降解 积累大量有机酸 为丝状细菌创造营养条件 使丝状细菌优势生长 有机物浓度 或有机负荷 低分子糖类和有机酸有利于丝状细菌生长 易发生活性污泥丝状膨胀 0 3kgBOD5 kgMLSS d pH变化 一般认为pH偏低易引起丝状菌的大量繁殖 16 3 控制活性污泥丝状膨胀的对策 控制丝状菌过度生长控制引起丝状微生物过度生长的具体环境因子 T DO 有机物负荷等 A 控制溶解氧B 控制有机负荷C 改革工艺 加填料 二沉池改为气浮 新工艺开发 生物选择器 A O A2 O SBR等 17 好氧生物膜法 BiofilmProcess 1 什么叫好氧生物膜 2 好氧生物膜中的微生物群落及其功能3 生物膜微生物群落结构分布4 好氧生物膜的净化作用机理 18 也即生物过滤法 使指废水流过生长在固定支撑物表面的生物膜 并通过生物氧化和各相之间的物质交换作用 去除废水中有机污染物的处理方法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 接触氧化池 即浸没滤池法 等 碎石卵石焦炭塑料材料 19 生物膜反应器运行方式 a 普通生物滤池 优点 处理效果好出水水质稳定运行稳定 20 生物膜反应器运行方式 b 塔式生物滤池 20世纪50年代初 特点 通风好污水水流紊动强烈 21 生物膜反应器运行方式 c 生物转盘 生物转盘 盘片接触反应槽转轴驱动装置 22 生物滤塔示意图 液层 流动水层 附着水层生物膜 好氧层 厌氧层 23 1 什么叫好氧生物膜 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或粘附在生物转盘盘片上的一层粘性的微生物混合群体薄膜是生物膜法净化污 废 水的工作主体 普通滤池的生物膜厚度约2 3mm 微生物量以每平方米滤料上干燥生物膜的重量或每立方米滤料上的生物膜污泥重量表示 24 2 好氧生物膜中的微生物群落及其功能 滤池生物膜 生物膜生物 生物膜面生物 滤池扫除生物 生物膜生物 以菌胶团为主要组分 辅以浮游球衣菌 藻类等 净化和稳定污 废水水质生物膜面生物 固着型纤毛虫 例如钟虫 累 等 枝虫 独缩虫等 及游泳型纤毛虫 例如盾纤虫 斜管虫 尖毛虫 豆形虫等 促进滤池净化速度 提高滤池整体的处理效率滤池扫除生物 轮虫 线虫 寡毛类的沙蚕 瓢体虫等 去除滤池内的污泥 防止污泥积聚和堵塞 25 3 生物膜微生物群落结构分布 滤池内不同高度 不同层次 的生物膜所得到的营养 有机物的组分和浓度 不同 致使不同高度的微生物种群和数量不同 微生物相是分层的 水平方向 上层 营养浓度高 全是细菌 少数鞭毛虫中层 除废水中的有机物外 还有上层微生物的代谢产物 微生物种类 菌胶团 鞭毛虫 变形虫 豆形虫 肾形虫等下层 有机物浓度低 微生物种类 菌胶团 浮游球衣菌 以钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫 轮虫 处理含低浓度有机物 高NH3的微污染水源水 生物膜薄 上层除菌胶团外 还有较多的藻类 较多地钟虫 盖纤虫 独缩虫 聚缩虫等 中下层菌胶团长势逐渐下降 26 4 好氧生物膜的净化作用机理 A 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 固着性纤毛虫 游泳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 同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内 微生物利用吸收的营养构建自身细胞 B 上层生物膜的代谢产物流向下层 被下层生物膜生物吸收 进一步被氧化分解为CO2和H2O C 老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物 轮虫 线虫 瓢体虫等 吞食 通过微生物化学和吞食作用 废水得到净化 27 好氧法的优点1 分解速率快 分解有机物彻底 基本上无臭气2 处理所需时间短 3 处理效果好 如果条件适宜 一般可去除80 90 的BOD5 有时甚至可达95 以上 28 厌氧生物处理是指在厌氧条件下 通过厌氧微生物 包括兼氧微生物 的作用 将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程 又称厌氧发酵 与好氧生物处理的根本区别 不以分子氧为受氢体 而以CO2 SO42 NO3 等为受氢体 废水的厌氧生物处理 29 废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理 厌氧法的优点1 产生的沼气可用于发电或作为能源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 350 500 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 3 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 30 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 厌氧法的缺点 31 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8 12周才可以培育成功5 处理过程中产生臭气和有色物质臭气主要是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 32 废水厌氧生物处理及其微生物 第一阶段 水解 发酵阶段第二阶段 酸化阶段 产氢 产乙酸细菌将第一阶段的脂肪酸等产物进一步转化为乙酸和氢 由于有机物大量积累 pH下降6 5 0以下 亦称酸性发酵阶段 第三阶段 甲烷化阶段 由甲烷细菌完成 甲烷细菌分解简单的中间产物 有机酸和醇等 生成CO2与CH4 由于有机酸被利用 pH上升为6 8 7 2称为碱性发酵阶段 厌氧发酵产物 沼气中 CH4占55 80 CO2占15 40 还有N2 NH3 H2S等 其中甲烷气体72 来自乙酸等中间物的分解 28 来自氢的氧化和CO2还原 33 有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1 水解发酵性细菌 2 产氢产乙酸细菌 3 同型产乙酸菌 4 产甲烷菌利用H2和CO2 28 分解乙酸 72 34 4H2 C02 CH4 2H20CH3C00H CH4 C02 35 厌氧反应器内的微生物 不产甲烷菌细菌 以厌氧菌 兼性菌为主 真菌 参与产甲烷阶段以前所有分解有机物过程 并产生小分子有机酸产甲烷菌其形态有八叠球状 杆状 球状 螺旋状其特点 严格厌氧 代谢活动所需最佳pH值为6 7 7 2 只能利用少数的几种简单化合物 36 左 Methanosaeta a 荧光显微照片 b SEM显微照片 c TEM显微照片右 Methanosarcina a 荧光显微照片 b SEM显微照片 c TEM显微照片 37 38 克服了第一代的缺点 且处理污水 第二代厌氧反应器 UASB反应器 Sludgebed 39 全世界有几千座UASB反应器 占所有厌氧反应器 第二代以上 总数的64 应用广泛 64 40 2 AnaerobicFilter厌氧滤床 AF 41 第三代厌氧生物反应器 厌氧膨胀颗粒污泥床内循环反应器升流式污泥床过滤器 填料 EGSBICUBF 42 以前通常能不用厌氧法处理的就不用 不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理 现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备 43 生物脱氮和生物除磷 一 污 废水脱氮 除磷的具体指标 一级标准废水磷含量在 0 5mg L氨氮 15mg L 44 二 微生物脱氮工艺 原理及其微生物 A O脱氮工艺 废水 好氧脱碳 缺氧反硝化 沉淀池 好氧硝化 沉淀池1 好氧活性污泥回流 缺氧活性污泥回流 出水 回流 一 微生物脱氮工艺活性污泥法典型工艺 A O工艺 缺氧 好氧工艺 45 二 脱氮原理 缺氧反硝化细菌 反硝化细菌 兼性厌氧菌 反应 NO3 N反硝化还原为N2 溢出水面释放到大气碳源 原水中BOD硝酸盐来源 回流出水中的硝化产物环境要求 中性 弱碱性 pH值范围7 0 8 0最适温度10 35 DO极低 有NO3 N和有机物存在 pH值和温度合适会产生反硝化 46 好氧脱碳硝化脱碳 氧化去除COD脱碳菌 好氧有机物呼吸的细菌 以有机物为碳源硝化菌 好氧氨盐呼吸的细菌 NH4 NO2 NO3 化能自养菌 专性好氧 中性 弱碱性环境 碳酸盐为唯一碳源 最适温度25 30 提问 为什么先脱碳 后硝化 硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物 有机碳源丰富时 脱碳菌世代时间短生长迅速 硝化菌氧利用不足 生长缓慢 47 微生物脱氮基本原理生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成 首先利用好氧段 由亚硝化细菌 硝化细菌的硝化作用 将NH3转化为NO3 N 再利用缺氧段 由反硝化细菌将NO3 N反硝化还原为N2 溢出水面释放到大气 48 硝化 好氧自养菌污泥龄 至少应大于硝化细菌的世代时间 31h 一般20d 30dDO 2mg L温度 最适温度30pH 硝化细菌对pH十分敏感 硝化细菌的最适pH7 0 7 8 亚硝化细菌的最适7 7 8 1营养物质 BOD5 TKN越大 硝化细菌的比例越小 影响硝化的主要因素 49 反硝化 异养 兼性厌氧碳源 进水BODDO 悬浮污泥系统中 0 5mg L DO对反硝化脱氮有抑制作用 但氧的存在对能进行反硝化作用的反硝化菌是有利的 因为这类菌为兼性厌氧菌 故工艺上最好使其交替处于好氧 缺氧的环境下 所以脱氮反应并不要求DO保持在零的状态 温度 最适温度40pH 营养物质 C N越大 越易进行 影响反硝化的主要因素 50 BOD N P 100 5 1 微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等 但只去除污水中约19 左右的磷 某些高含磷废水中残留的磷还相当高 故需用除磷工艺处理 1 微生物除磷原理依靠聚磷菌 兼性厌氧菌 聚磷 再从水中除去这些细菌 三 微生物除磷原理 工艺及其微生物 51 好氧时 大量繁殖 消耗好氧状态能源 聚 羟基丁酸 PHB 逆浓度梯度过量吸磷 贮备厌