第三章1-微生物在环境治理中的作用.ppt

第三章、微生物在环境治理中的作用,第一节微生物好氧处理,微生物好氧处理：是指向污水中强行通气，利用好氧微生物降解污水中污染物的方法工艺。在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。,一、活性污泥法,活性污泥:是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥。,活性污泥形状图,活性污泥法净化废水的三个主要过程,1、吸附废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液,废水中污染物被比表面积巨大且表面上含有多糖类粘性物质的微生物吸附和粘连。是胶态的大分子有机物被吸附后，首先被水解酶作用，分解为小分子物质，然后这些小分子与溶解性有机物一道在透膜酶的作用下或在浓差推动下选择性渗入细胞体内。,2、微生物的代谢微生物吸收进入细胞体内的污染物通过微生物的代谢反应而被降解，一部分经过一系列中间状态氧化为最终产物CO2和H2O等。另一部分则转化为新的有机体，使细胞增殖。一般地说，自然界中的有机物都可以被某些微生物所分解，多数合成有机物也可以被经过驯化的微生物分解。不同的微生物对不同的有机物其代谢途径各不相同，对同一种有机物也可能有几条代谢途径。3、凝聚与沉淀产生凝聚的主要原因：细菌体内积累的聚-羟基丁酸释放到液相，促使细菌间相互凝聚，结成线粒；微生物摄食过程释放的粘性物质促进凝聚。沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分离的过程.固液分离的好坏，直接影响出水水质。,废水经过适当预处理（如初沉）后，进入曝气池与池内活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气，废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液进入二次沉淀池，进行固液分离，净化的废水排出。,活性污泥法的基本组成曝气池：反应主体二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。回流系统：1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。剩余污泥排放系统：1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。供氧系统：提供足够的溶解氧,活性污泥系统有效运行的基本条件是：,废水中含有足够的可容性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；无有毒有害的物质流入。,1活性污泥的性质与性能指标,1、活性污泥的基本性质物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”：颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；气味：泥土味（城市污水）；比重：略大于1，（1.0021.006）；粒径：0.020.2mm；比表面积：20100cm2/ml。,生化性能：1)活性污泥的含水率：99.299.8%；固体物质的组成：活细胞（Ma）、微生物内源代谢的残留物（Me）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）、无机物质（Mii）。,2、活性污泥中的微生物,细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分，主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；基本特征：1)绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；2)在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3)具有较高的增殖速率，世代时间仅为2030分钟；4)其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为“菌胶团”的功能。其它微生物-原生动物、后生动物-在活性污泥中大约为103个/ml,3、活性污泥的性能指标：,污泥浓度；指1升混合液内所含的悬浮固体（常表示为MLSS）或挥发性悬浮固体（MLVSS）的重量，单位为g/L或mg/L。混合液悬浮固体浓度（MLSS）：MLSS=活细胞（Ma）+微生物内源代谢的残留物（Me）+吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）+无机物质（Mii）单位：mg/lg/m3混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：MLVSS=Ma+Me+Mi；污泥浓度的大小可间接地反映混合液中所含微生物的浓度。在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的.,污泥沉降比（SV）：是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值为2030%。,污泥体积指数（SVI）：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积，单位是ml/g。当SVI100时，沉淀性良好；当SVI=100200时，沉淀性一般；当SVI200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。,活性污泥系统的常见异常现象与对策,1、污泥腐化：现象：活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化；,原因：1)负荷量增高；2)曝气不足；3)工业废水的流入等；对策：1)控制负荷量；2)增大曝气量；3)切断或控制工业废水的流入。,2、污泥上浮：现象：污泥沉淀3060分钟后呈层状上浮，多发生在夏季；原因：硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮；对策：1)减少污泥在二沉池的HRT；2)减少曝气量。,3、污泥解体：现象：在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降；原因：污泥解体；曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度；对策：减少曝气；增大负荷量。,4、污泥膨胀：是指活性污泥质量变轻、膨大，沉降性能恶化，在二沉池中不能正常沉淀下来，污泥体积指数SVI异常增高，可达400以上。,高粘性污泥膨胀：现象：废水净化效果良好，但污泥难于沉淀，污泥颗粒大量随出水流失；原因：进水中溶解性有机物浓度高，污泥负荷(F/M)值太高；氮、磷缺乏，或溶解氧不足；细菌将大量有机物吸入体内，不能及时降解，分泌过量的凝胶状的多糖类物质；这些物质中含有很多氢氧基而具有很高的亲水性，导致污泥中含有很高的结合水，使泥水分离困难。对策：降低负荷，调整工况，加强曝气等。,低粘性污泥膨胀：原因：进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有效形成絮凝体，导致泥水分离困难；对策：控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。,5.泡沫主要有两种，即化学泡沫和生物泡沫化学泡沫成因：洗涤剂或工业用表面活性物质等引起，呈乳白色控制对策：水冲消泡；消泡剂生物泡沫成因：诺卡氏菌属的一类丝状菌引起；呈褐色问题：可能致病；卫生、环境；影响曝气控制对策：水冲或消泡剂无效；加氯；排泥.,二、好氧生物膜法,生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；生物膜法:利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术方法。生物膜法的特征:通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化和降解，使废水得到净化，同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。,生物膜法和活性污泥法一样，同属好气生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则上要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。主要的生物膜法有：生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；生物转盘；生物接触氧化法；好氧生物流化床等。,1、生物滤池的构造生物滤池一般由钢筋混凝土或砖石砌筑而成，池平面有矩形、圆形或多边形，其中以圆形为多，主要组成部分是滤料、排水系统和布水系统。,（1）、滤床:由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：能为微生物附着提供大量的表面积：使污水以液膜状态流过生物膜；有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；不被微生物分解，也不抑制微生物生长，有较好的化学稳定性；有一定机械强度；价格低廉。,60年代中期塑料工业发展起来以后，塑料滤料开始被广泛采用。图是两种常见的塑料滤料。图1所示滤料比表面积在98-340m2/m3之间，空隙率为93%95%。图2所示滤料比表面积在81195m2/m3之间，空隙率为93%一95%。国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在20mm左右，孔隙率95%左右，比表面积在200m2/m3左右。,图1,图2,2.布水设备,布水设备作用是使污水能均匀地分布在整个滤床表面上。生物滤池的布水设备分为两类：移动式（常用回转式）布水器和固定式喷嘴布水系统,3.排水系统,池底排水系统的作用是：收集污水与生物膜；保证通风；支撑滤料。,三、氧化塘法,氧化塘是一个大而浅的池塘，污水从一端流入，从另一端溢流出水。在氧化塘中，同时存在着三种生化作用：（1）有机物的好氧分解，主要由好气细菌进行；（2）有机物的厌氧分解，主要由厌氧细菌进行；（3）光合作用，由藻类和水生植物进行。,第二节微生物厌氧处理,一、微生物厌氧处理,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（ChemicalOxygenDemand）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。3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,二、厌氧法的缺点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。,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。,二、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,1水解阶段:在细菌胞外酶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3产乙酸阶段:上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。4产甲烷阶段:乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。,三、厌氧生物反应器发展,第一代厌氧反应器化粪池工作原理2级(平流沉淀+厌氧污泥消化)缺点：污泥量少、易被带出，静态消化全国各地使用广泛，为生活污水的预处理液固分离处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌,第二代厌氧反应器UASB反应器:工艺特征是在上部置气、液、固三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水从底部流入，向上升流至反应器顶部流出，由于混合液在沉淀区进行固流分离，污泥可自行回到污泥床区，这使污泥床区能保持很高的污泥浓度和生物活性。,工业级UASB装置,钢制圆形结构,混凝土方形结构（便于施工及分离器设置）,四、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）,(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,五、微生物除磷原理、工艺及其微生物,（BOD：N：P）100：5：1微生物除碳的同