环境微生物学第十章污水生物处理系统中的微生物

1,第十章污水生物处理系统中的主要微生物,第一节污水生物处理的基本原理第二节有机污染物好氧生物处理的基本原理及其主要微生物第三节有机污染物厌氧生物处理的基本原理及其主要微生物第四节无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物第五节生物处理法对污水水质的要求,2,特点：复合微生物系统，包含一个较完整的生态系统，各种不同营养水平的微生物形成一个食物网。,例如：生物滤池（微生物膜）的食物链：细菌、真菌原生动物轮虫、线虫昆虫,微生物的利用形式：悬浮态、固定化,3,4,5,6,一、活性污泥法中的微生物,1.活性污泥中常见的微生物,活性污泥的生物相十分复杂，除大量细菌以外，还有真菌、单胞藻类、原生动物、还可见到后生动物如轮虫、线虫等。,7,细菌：活性污泥中有多种细菌，随污水性质、构筑物运转条件不同而出现不同的优势菌群。曾经报道的有动胶菌属(Zoogloea)、丛毛单胞菌属、产碱杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、芽孢杆菌属、无色杆菌属、棒状杆菌属、不动杆菌属、球衣菌属、诺卡氏菌属、短杆菌属、八叠球菌属、螺菌属等,8,真菌：主要为霉菌。已报道的有毛霉属、根霉属、曲霉属、青霉属、镰孢霉属、枝孢霉属、木霉属、地霉属等。,原生动物：曾发现225种以上，其中以纤毛虫为主，占160多种。原生动物是好氧性的生物，主要附聚在活性污泥的表面，数量约在5000-20000个/ml,9,原生动物在活性污泥中的作用：(a)促进絮凝有的原生动物能分泌粘液，促进生物絮凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性。(b)净化作用大部分原生动物是动物性营养，能吞食游离细菌和微小污泥，有利于改善水质。腐生性营养的鞭毛虫等可吸收污水中的有机物。(c)指示作用根据出现的原生动物的种类可以判断活性污泥的状态和处理水质的好坏。,10,2.微生物造成的问题,主要由污泥絮体结构的不正常引起,处理水质与原生动物种类有一定的关系，但不绝对：,水质好（BOD2030）：鞭毛类原生动物、根足虫、变形虫,11,起泡沫,由丝状菌诺卡氏菌的异样增殖引起；气泡进入丝状细菌的群体，浮在地面上，形成泡沫或一层浮渣（原因：高负荷、长泥龄）,12,污泥膨胀由丝状的异常增殖引起。,理想的絮体：丝状菌与絮体形成菌保持平衡,原因：低DO，污泥负荷低，营养不足（比例失调）、低pH,13,污泥膨胀的控制方法,控制负荷：0.20.45kg/(kgd)控制营养比例：BOD：N：P100：5：1控制DO比例：2mg.L；P不足时有利于丝状菌的竞争加氧化剂（Cl2、H2O2、O3）：有选择性地控制丝状微生物投加混凝剂：改善污泥的絮凝,原因：大量胞外多聚物（ECP）（extra-cellularpolymer）,14,二、生物滤池中的微生物（生物膜法）,由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物形成一个复杂的系统。,细菌：与活性污泥类似；硝化菌生活在膜内真菌：镰刀霉、青霉、毛菌、地霉藻类：主要生长在滤池表面，小球藻等原生动物：钟虫、盖纤虫、草履虫后生动物/小动物：轮虫、蠕虫、昆虫,15,生物膜法与活性污泥的比较（滴滤池还提供陆生条件）,食物链比活性污泥长；原生动物、后生动物的量多微生物种类多，多样性大,硝化菌含量相对较多,16,EnvironmentalBiofilms,Wastewaterbiofilms,Nitrifyingbiofilms,Microaerophilicwastewaterbiofilms,17,一、厌氧生物处理中的微生物,1.产酸细菌（不产甲烷细菌）non-methanogens,对酸碱度的要求不敏感（范围宽）：4.58；兼性厌氧或厌氧微生物,1）初级发酵细菌主要为兼性及专性厌氧型异养微生物，其优势菌随水质和环境条件，特别是温度不同而异。曾报道的细菌有：梭菌属（Clostridium）、拟杆菌属(Bacteriodes)、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、真杆菌属(Eubactrium)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)等。,18,2）产氢产乙酸细菌亦称二级发酵菌。该类菌产氢及乙酸，可供产甲烷菌利用，其生长过程需要吸收大量能量，有赖于产甲烷细菌同化H2释放能量供其利用，因此二者形成共生关系。沼气发酵中常见的有沃氏共养单胞菌(Syntrophomonaswolfei)、沃氏共养杆菌(Syntrophobacterwolinii)及脱硫弧菌属的某些种。,19,3）同型产乙酸细菌有机无机混合营养型的专性厌氧菌，以二氧化碳作为最终受氢体生成乙酸。这类细菌不论利用何种基质，其厌氧呼吸的唯一产物为乙酸，故称之为同型产乙酸细菌。报道的有伍氏醋酸杆菌(AcetobacteriumWoodii)、威氏醋酸杆菌(AcetobacteriumWieringae)、热自养梭菌(Clostridiumthermoautotrophicum)等。,20,2.产甲烷菌,包括两类细菌，即:利用氢的产甲烷菌和利用乙酸的产甲烷菌，产生甲烷的反应分别如下：4H2+CO2CH4+2H2OCH3COOHCH4+CO2,产甲烷菌的种类：种类多、形态多样孙氏甲烷丝菌、马氏甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌,21,产甲烷八叠球菌(颗粒污泥内部)(左剑恶博士提供),22,严格厌氧菌，对温度和pH变化敏感,pH：6.87.2（范围窄）产酸过程中生成酸，从而降低pH抑制甲烷菌生长因此在实际操作中应特别注意pH的控制,产甲烷菌的一般特性,23,厌氧颗粒污泥,厌氧颗粒污泥是颗粒状厌氧污泥，大多呈卵形，也有的呈球形、棒形等，粒径一般在0.1-2mm之间，最大可达3-5mm。,颗粒污泥质软，有韧性及粘性，一般呈灰白色、淡黄色、暗绿色等。颗粒污泥的组成主要包括各类厌氧微生物、胞外多聚物和矿物质等，其VSS/SS比一般为7080%、比重为1.011.05。,24,厌氧颗粒污泥中的微生物类型与一般厌氧污泥类似，但细菌数远远多于一般污泥，据测定，细菌数到达1x1012-4x1012个/g-VSS。常见的优势有孙氏甲烷丝菌、马氏甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌、伴生杆菌、伴生单胞菌等。,25,左上：颗粒污泥的外观；右上：颗粒污泥表面的（类似）索氏产甲烷丝菌；左下：颗粒污泥内部的球菌和丝菌；右下：颗粒污泥内部的产甲烷八叠球菌(左剑恶博士提供),26,一、生物脱氮及参与的微生物,除磷微生物：聚磷菌,聚磷菌(PolyphosphateAccumulationMicroorganisms)在厌氧条件下释放出磷，但在好氧条件下可以摄取超过其生理需要的过量的磷，其含磷量可达细胞干重的6-8%，有时甚至可达到10%。（一般活性污泥的磷含量：23%）。,脱氮微生物：硝化、反硝化细菌,二、生物除磷及参与的微生物,27,生物除磷的基本生化过程示意图,28,曾报道的聚磷菌：不动杆菌、假单胞杆菌、气单胞菌、诺卡氏菌、深红红螺菌、着色菌属、囊硫菌属、贝日阿托氏菌属、蜡状芽孢杆菌属等。聚磷菌的一般特点：1）生长较慢，但因能积累和分解聚磷酸和PHB（聚-羟基丁酸），所以更能适应厌氧和好氧交替的环境而成为优势菌种。2）大多数聚磷菌一般只能利用低级脂肪酸等小分子的有机质，不能直接利用和分解大分子有机质。,29,三、含硫废水的生物处理含硫酸根废水的厌氧生物处理硫酸盐还原菌(sulfatereducingbacteria，SRB)含硫化氢废水的好氧生物处理将硫化物氧化成单质硫(S0)或SO42-的菌：无色硫细菌等。,30,四、含金属例子废水的生物处理生物沉淀处理法(biologicalprecipitation）如：硫酸盐还原菌在厌氧条件下把SO42-还原成硫化氢，废水中的金属离子与硫化氢生成金属硫化