生物降解课件

1、第四节第四节 废水生物处理中的微生物废水生物处理中的微生物一、废水处理中的几个概念一、废水处理中的几个概念 二、废水的好氧生物处理二、废水的好氧生物处理 三、废水的厌氧生物处理三、废水的厌氧生物处理 四、微生物的脱氮除磷四、微生物的脱氮除磷 五、用生物法处理废水对水质的要求五、用生物法处理废水对水质的要求本节主要内容本节主要内容 第十一章 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一、污水生物处理的基本原理 利用微生物氧化分解废水中的有机物是十分有效的。这种利用微生物处理废水的方法叫做生物处理法。目前生物处理法主要是用来除去废水中溶解的和胶体的有机污染物质以及氮、磷等营养物

2、质，亦可用于某些重金属离子和无机盐离子的处理。v废水生物处理法废水生物处理法：利用微生物处理废水的方法。：利用微生物处理废水的方法。 根据对氧气的要求根据对氧气的要求 好氧生物处理好氧生物处理 厌氧生物处理厌氧生物处理 v生物处理单元：生物处理单元： 附着生长型（生物滤池）附着生长型（生物滤池） 悬浮生长型悬浮生长型 （曝气池）（曝气池）二、污水生物处理的基本类型 三、污水生物处理系统中的微生物v 生态系统：生态系统：生物与生物与生物生物、生物与、生物与非生物（环境）非生物（环境）之间的相之间的相 互关系。互关系。 各类处理系统中的微生物都是各类处理系统中的微生物都是混合培养的微生物系统混合培

3、养的微生物系统。 从“生物处理生态学”角度看，生物处理构筑物中包含一个完整的生态系统。各类生物构成一个食物网。可以画成一个食物金字塔。在这种食物网金字塔中具有不同层次的营养水平。 悬悬浮浮性性胶胶体体、溶溶解解性性有有机机物物异养型细菌、真菌动物营养型原生动物后生动物悬悬浮浮性性胶胶体体、溶溶解解性性有有机机物物异养型细菌、真菌动物营养型原生动物后生动物第二节 有机污染物好氧生物处理的基本原 理及其主要微生物一、污水的好氧生物处理1、概念：、概念：好氧生物处理(或称好气生物处理)是在有氧的情况下，借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用来进行的。 2、废水好氧生物处理作用对象、废水好氧生物处理作用对

4、象 溶解的有机物溶解的有机物直接渗入细胞内被吸收直接渗入细胞内被吸收 固体的、胶体的有机物固体的、胶体的有机物间接吸收间接吸收 附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，渗入细胞。性物质，渗入细胞。 通过好氧处理，废水中一部分有机物被无机化了，一部分有机物则被合成为微生物的细胞物质。当废水中有机物较多时(超过微生物生活所需时)，合成部分增大，微生物总量增加较快；当废水中有机物不足时，一部分微生物就会因饥饿而死亡，它们的尸体将成为另一部分微生物的“食料”，微生物的总量将减少。微生物的细胞物质虽然也是有机物质，但微生物是以悬浮的状态存在于水中的，相

5、对地说，个体比较大也比较容易凝聚，可以同废水中的其它一些物质(包括一些被吸附的有机物和某些无机的氧化产物以及菌体的排泄物等)通过物理凝聚作用物理凝聚作用在沉淀池沉淀池中一起沉淀下来。 由此可见，好氧生物处理法持别适用好氧生物处理法持别适用于处理溶解的和胶体的有机物，于处理溶解的和胶体的有机物，因为这部分有机物不能直接利用沉淀法把它们除去，而利用生物法则可把它们的一部分转化成无机物，另一部分转化成微生物的细胞物质从而与废水分离，但必须注意，沉淀下来的污泥(其中含有大量微生物)在缺氧的情况下容易腐化，应作适当的处置。 3、废水好氧生物处理的优缺点、废水好氧生物处理的优缺点 优点优点：无臭气、时间短

6、。条件适宜可除去无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD5 8090 缺点：设备复杂缺点：设备复杂 4、废水好氧生物处理的方法、废水好氧生物处理的方法 活性污泥法活性污泥法、生物膜法、生物膜法（生物滤池法、生物转盘法）（生物滤池法、生物转盘法） 氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。 问：什么是活性问：什么是活性污泥？污泥？活性污泥活性污泥中起主要作用的中起主要作用的是什么物质？是什么物质？ ？ 答：曝气池中形成的污泥（土壤微生物答：曝气池中形成的污泥（土壤微生物群）！群）！ 菌胶团！菌胶团！活性污泥法是一种活性污泥法是一种应用最广应用最广的废水好氧生物处理技术的废水好氧生物

7、处理技术 二二 活性污泥法处理构筑物内的微生物活性污泥法处理构筑物内的微生物 n好氧活性污泥是好氧活性污泥是在曝气状态下在曝气状态下由多种多样的好氧微生由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物物和兼性厌氧微生物( (兼有少量的厌氧微生物兼有少量的厌氧微生物) )与污与污( (废废) )水中有机的和无机固体物水中有机的和无机固体物混凝混凝交织在一起，形交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。成的絮状体或称绒粒。 n n活性污泥的形成是一种自然现象。活性污泥的形成是一种自然现象。 n例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并持续维持水中的溶解氧，那末经过一

8、段时间后，就会持续维持水中的溶解氧，那末经过一段时间后，就会产生产生褐色絮花状褐色絮花状的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里充满了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污充满了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污泥。泥。 n微生物在设备中呈悬浮状态。微生物在设备中呈悬浮状态。 （1）组成）组成 好氧微生物和兼性厌氧微生物好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。 （2）好氧活性污泥的性质）好氧活性污泥的性质 颜色以颜色以为佳为佳 黑色说明厌氧、白色说明无机

9、物过黑色说明厌氧、白色说明无机物过多多 ；含水率在；含水率在99左右，密度为左右，密度为1.0021.006；大小大小0.020.2mm，比表面积为比表面积为20100cm2mL之间之间; 弱酸弱酸性性( pH 6.7), 对进水对进水 pH 的变化有一定的承受能力。的变化有一定的承受能力。 好氧活性污泥中心是能起絮凝作用的细菌形成的好氧活性污泥中心是能起絮凝作用的细菌形成的，在其上生长着其他微生物。，在其上生长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫及线轮虫及线虫等虫等)。 A A菌胶团菌胶团 在微生

10、物学领域里，将在微生物学领域里，将动胶菌属动胶菌属形成的细菌团块称为形成的细菌团块称为菌胶团。菌胶团。 在水处理工程领域内，则将所有具有在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液荚膜或粘液的絮的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。提问：菌胶团有哪些功能？提问：菌胶团有哪些功能？ 吸附和氧化分解有机物；吸附和氧化分解有机物； 菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%, 有有107108个个/mL，他们是生物处理的主力军，一旦菌胶团受到各种，他们是生物处理的主力军，一

11、旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。无去除能力。 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境生动物提供了良好的生存环境； 例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。 为什么细菌会形成菌胶团？为什么细菌会形成菌胶团？ ？ 粘性多糖的粘着作用粘性多糖的粘着作用 很多

12、细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，很多细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。b.b.菌胶团的形成机理菌胶团的形成机理 纤维素性质多糖的勾连作用纤维素性质多糖的勾连作用 将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也外侧出现

13、了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，如图所示是多糖，如图所示活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片 提问：这些纤维素从何而来？提问：这些纤维素从何而来？ 细菌的胞外分泌物细菌的胞外分泌物 原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用；原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用； 实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；的同时，加速菌胶团的进一步增大； 小口钟虫小口钟虫 菌胶团中的细菌来源于

14、菌胶团中的细菌来源于土壤土壤、水和空气。它们多数是水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占可占70，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌见下表。见下表。细细菌菌名名称称细细菌菌名名称称细细菌菌名名称称动动胶胶团团属属 (优优势势菌菌)短短杆杆菌菌属属微微球球菌菌属属丛丛毛毛单单胞胞菌菌属属 (优优势势菌菌)固固氮氮菌菌属属黄黄杆杆菌菌属属产产碱碱杆杆菌菌属属 (较较多多)亚亚硝硝化化单单胞胞菌菌属属无无色色杆杆菌菌属属棒棒状状杆杆菌菌属属 (较较多多)假假单单胞胞菌菌属属节节杆杆菌菌属

15、属芽芽孢孢杆杆菌菌属属病病原原细细菌菌 （偶偶尔尔） 大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌产产气气杆杆菌菌属属工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但优势菌优势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌。主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌。 n在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后生动物。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常包生动物。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫

16、、盖纤虫、等枝虫、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫和原生动物中的轮虫。这些微生物与菌胶团细菌草履虫和原生动物中的轮虫。这些微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件系，它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组废水种类、化学组成、浓度成、浓度)、温度、供氧、温度、供氧、pH等环境条件改变也在不停等环境条件改变也在不停的发生着变化。的发生着变化。 原生动物是活性污泥的重要组成部分，其个数可达5000个/ml，随着活性污泥的逐步成熟，混合液中的原生动物的优势种类也会顺序变化

17、，从肉足类、鞭毛类优势动物开始，依次出现游泳型纤毛虫、爬行型纤毛虫、附着型纤毛虫。 爬行型纤毛虫和附着型纤毛虫与活性污泥絮体紧密连接，一旦达到一定密度就会随着二沉池中沉淀的回流活性污泥返回曝气池，而被冲洗(wash out)掉的大部分是鞭毛类优势动物和游泳型纤毛虫。 新运行的曝气池或运行得不好的曝气池，池中主要含鞭毛类原生动物和根足虫类(Rhizopods)，只有少量纤毛虫； 出水水质好水质好的曝气池混合液中，主要含纤毛纤毛虫虫，只有少量鞭毛型原生动物和变形虫。 这种污泥状态和出水水质和微生物种类的连带关系是利用原生动物指示原生动物指示活性污泥处理厂出水水质的理论基础。 n (三三) 好氧活性

18、好氧活性污泥净化废水的污泥净化废水的作用机理作用机理后处理后处理 生物处理生物处理（二级处理）（二级处理） 化学营养物化学营养物 曝气池 沉淀池 污泥回流污泥回流 净水外排净水外排 预处理预处理 （一级处理）（一级处理） 污泥及余渣消化罐 活性污泥的优势：活性污泥的优势： （1）可以连续反复使用可以连续反复使用 。好氧活性污泥由于是由有好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，且易于分离，而化学生命的微生物组成，能自我繁殖，且易于分离，而化学药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。 （2）可以降解水中的溶解性有机物可以降解水中的溶解

19、性有机物 。 这也是这也是物理化学方法难以做到的。物理化学方法难以做到的。 泥水分泥水分离良好离良好，出水，出水清澈清澈 常见故障常见故障：二次沉淀池中固液分离（泥水分离）出现问题。：二次沉淀池中固液分离（泥水分离）出现问题。 起因起因：污泥絮状体的结构不正常。：污泥絮状体的结构不正常。絮体最大尺寸取决于它的粘聚强度絮体最大尺寸取决于它的粘聚强度和曝气池中紊流剪切作用的大小和曝气池中紊流剪切作用的大小。 正常的絮状体的结构有两类正常的絮状体的结构有两类： 微结构微结构：较小絮体，球形，：较小絮体，球形，直径直径18，长泥龄（，长泥龄（9天）利于该菌生长。天）利于该菌生长。 微结构絮体造成微结构

20、絮体造成 A A 不凝聚不凝聚 B B 起泡沫（厚、棕色泡沫）起泡沫（厚、棕色泡沫） 在过度曝气时，紊流剪切絮块成碎块。在过度曝气时，紊流剪切絮块成碎块。 概念概念：活性污泥的性能发生变化，絮块活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮漂浮水面，水面，比重减轻，随着水流而比重减轻，随着水流而排出排出。该异常现象称之。该异常现象称之。 由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起。由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起。 造成的结果造成的结果：稀薄污泥回流至曝气池稀薄污泥回流至曝气池。 出水出水BODBOD5 5升高升高。 C C 污泥膨胀污泥膨胀BOD;NBOD;N及及BOD:PBOD:P很高，很高， 特别特

21、别N N不足不足 （BOD:N:P=100:5:1) BOD:N:P=100:5:1) 进水中低分子碳水化合进水中低分子碳水化合 物过多物过多 水温低水温低 溶氧低溶氧低 低低pH pH 重金属等有毒物流入多。重金属等有毒物流入多。 调节水的酸碱度调节水的酸碱度 将沉淀污泥和消化污泥搅拌混合将沉淀污泥和消化污泥搅拌混合 添加铁盐（添加铁盐（FeClFeCl2 2550mg/L)550mg/L)、 铝盐铝盐(10100mg/L)(10100mg/L)、 氯氯(1020mg/L(1020mg/L、 H H2 2O O2)2)(40200mg/L(40200mg/L），）， 前两者连续添加，后两者间

22、歇前两者连续添加，后两者间歇添加。添加。 降低溶解氧浓度（曝气池降低溶解氧浓度（曝气池1mg/L) 1mg/L) 对回流污泥在曝气。对回流污泥在曝气。 产生原因：产生原因： 防止措施：防止措施： 包括：包括： 生物滤池（以此为例）生物滤池（以此为例） 生物转盘生物转盘 生物接触氧化法生物接触氧化法 生物流化床生物流化床 生物膜法又称固定膜法。主要去除废水生物膜法又称固定膜法。主要去除废水中溶解的和胶体的有机污染物。中溶解的和胶体的有机污染物。 微生物为附着型微生物为附着型 生物滤池的结构生物滤池的结构 三个主要部分三个主要部分 滤床滤床 布水系统布水系统 排水系统排水系统 池体池体 滤料滤料

23、生物滤池的结构图生物滤池的结构图 1 旋转布水器旋转布水器 2 滤料滤料 3 集水沟集水沟 4 总排水沟总排水沟 5 渗水装置渗水装置 生物滤池的滤料生物滤池的滤料滤料是生物膜赖以生存的载体。滤料是生物膜赖以生存的载体。 滤料应具备以下特性滤料应具备以下特性： （1）能为微生物的栖息提供大量的表面积。能为微生物的栖息提供大量的表面积。 （2）能使废水以液膜状均匀分布在其表面。能使废水以液膜状均匀分布在其表面。 （3）有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔隙流到池底。保证有良好的通风。隙流到池底。保证有良好的通风。 （4）适合于生物膜的形成与黏附适合于生物膜

24、的形成与黏附 （5）有较好的机械强度，不易变形与破碎。有较好的机械强度，不易变形与破碎。 滤料的材料滤料的材料：碎石、卵石、炉渣碎石、卵石、炉渣。 近年使用近年使用塑料滤料塑料滤料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）（聚氯乙稀、聚苯乙烯） 什么是生物膜？什么是生物膜？ 微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。是一个生态微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。是一个生态系统。系统。 结构由两部分组成结构由两部分组成 附着生物体附着生物体 液膜液膜 好氧微生物（膜外层）好氧微生物（膜外层） 厌氧微生物（接触滤料）厌氧微生物（接触滤料） 附着水层附着水层 流动水层流动水层 膜内生物不停挖洞，膜多孔。膜内生物不停挖洞，膜多

25、孔。 大量有机物在好氧区被分解。大量有机物在好氧区被分解。 厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成 滤料滤料 生物滤池中的微生物生物滤池中的微生物污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季24周形成生物膜。冬季需周形成生物膜。冬季需2个月。个月。 细菌细菌：多数为：多数为G-，能形成菌胶团。无色杆菌、黄，能形成菌胶团。无色杆菌、黄 杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌 真菌真菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌 藻类藻类：小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面）：小球藻、

26、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面） 原生动物原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫 后生动物后生动物：轮虫、线虫。：轮虫、线虫。 第三节废水的厌氧生物处理第三节废水的厌氧生物处理（一）（一） 厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物 （二）（二） 厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系 （三）（三） 厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理的影响因素 （四）（四） 厌氧法处理废水的特征厌氧法处理废水的特征 （五）（五） 厌氧法处理废水的应用厌氧法处理废水的应用 （一）（一） 厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物厌氧生物处理的基本原理及参加的

27、微生物废水的厌氧生物处理：废水的厌氧生物处理： 在无氧的条件下，借多种厌氧微生在无氧的条件下，借多种厌氧微生 物的作用处理废水。又叫厌氧消化。物的作用处理废水。又叫厌氧消化。 1881年法国报道了罗伊斯年法国报道了罗伊斯.莫拉斯（莫拉斯（Louis Mouras）发明的）发明的“自动净化器自动净化器”, 开始了利用开始了利用厌氧消化处理废水的历史厌氧消化处理废水的历史, 至今已至今已100多年多年。 1979年布利安特（年布利安特（Bryant）等人提出厌氧）等人提出厌氧消化的消化的三阶段三阶段4 类群理论。类群理论。 发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段）发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段） 产醋酸细

28、菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段）产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段） 产甲烷阶段产甲烷阶段 三阶段三阶段4类群理论类群理论 1、发酵细菌作用阶段、发酵细菌作用阶段 碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 类脂类脂 （1）原理）原理： 胞外酶胞外酶 单糖单糖 氨基酸氨基酸 脂肪酸脂肪酸 发酵发酵 醇醇 低级脂肪酸低级脂肪酸 （2）参加的微生物：）参加的微生物： 发酵细菌群发酵细菌群 梭菌属梭菌属（Clostridium) 丁酸弧菌属（丁酸弧菌属（Butyrivibrio） 拟杆菌属（拟杆菌属（Bacteroides) 大多专性厌氧；适宜大多专性厌氧；适宜pH4.58 （3）特性）特性 2、产醋酸细菌

29、作用阶段、产醋酸细菌作用阶段 上阶段产物上阶段产物 （丙酸、丁酸、醇等）（丙酸、丁酸、醇等） 醋酸、甲胺醋酸、甲胺 CO2、H2 （1）原理）原理 （2）参加的微生物）参加的微生物 产氢产乙酸细菌群产氢产乙酸细菌群（将丙酸、丁酸等脂肪酸将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、和乙醇等转化为乙酸、 H2/CO2 ） 同型产乙酸细菌群同型产乙酸细菌群（将（将H2/CO2合成为乙酸）合成为乙酸） 互营单胞菌属互营单胞菌属 互营杆菌属互营杆菌属 梭菌属梭菌属 暗杆菌属暗杆菌属 绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；适宜绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；适宜pH 4.58 （3）特性：）特性： 3、产甲烷细菌作用阶段、产甲烷细

30、菌作用阶段 （厌氧消化的控制阶段）（厌氧消化的控制阶段） （1）原理）原理 H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH CH4 （2）参加的微生物）参加的微生物 产甲烷细菌群产甲烷细菌群 产甲烷杆菌属产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属产甲烷球菌属 严格厌氧菌严格厌氧菌 中温菌对温度敏感中温菌对温度敏感 pH 适宜适宜6.87.2 增殖速率慢增殖速率慢 （3）特性）特性： 厌氧消化三阶段四类群厌氧消化三阶段四类群 废水中有机物废水中有机物 脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类 乙酸乙酸 H2 + CO2 发酵性细菌发酵性细菌 产氢产乙酸细菌产氢产乙

31、酸细菌 同型产乙酸细菌同型产乙酸细菌 产甲烷细菌产甲烷细菌 CH4 不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约。不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约。表现在：表现在： 1、不产甲烷细菌未产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的不产甲烷细菌未产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的基质。基质。 不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。 2、不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。 厌氧发酵

32、初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细菌的代谢作用，使发酵液的氧化还原电位不断下降，为产甲菌的代谢作用，使发酵液的氧化还原电位不断下降，为产甲烷细菌提供生长条件。烷细菌提供生长条件。 （二）（二） 厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系 3、 不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质，如不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质，如 苯环、氰苯环、氰 化物可被不产甲烷细菌降解。化物可被不产甲烷细菌降解。 4、 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。 不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断

33、形成。不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。 如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细 菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳 等，解除反馈。等，解除反馈。 5、 不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH 值。值。 不产甲烷菌分解糖等产生酸，降低不产甲烷菌分解糖等产生酸，降低pH pH ；产甲烷菌分解酸；产甲烷菌分解酸 产生甲烷，产生甲烷，pH pH 上升。上升。（二）（二） 厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系

34、 对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。 厌氧消化厌氧消化 最佳温度最佳温度 55左右左右嗜热菌（高温消化）嗜热菌（高温消化） 35左右左右嗜温菌（中温消化）嗜温菌（中温消化） 取舍：取舍： 高温消化的反应速率为中温消化高温消化的反应速率为中温消化的的1.51.9倍，但甲烷在气体中占倍，但甲烷在气体中占比例低。消化不彻底。比例低。消化不彻底。 高温消化需较多的能量，不经济。高温消化需较多的能量，不经济。 1、温度、温度 温度对厌氧消化的影响温度对厌氧消化的影响 （三）（三） 厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理的影响因素 不产甲烷细菌适宜不产甲烷细菌适宜pH 4

35、.58 产甲烷细菌适宜产甲烷细菌适宜pH 6.87.2 在在pH8.2的环的环境中，厌氧消化会受到严境中，厌氧消化会受到严重抑制。主要对甲烷细菌重抑制。主要对甲烷细菌的抑制。的抑制。 2、 pH 值值 （三）（三） 厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理的影响因素 所以在用厌氧法处理废水的应用中，由于有机物的酸性发所以在用厌氧法处理废水的应用中，由于有机物的酸性发酵和碱性发酵在同一构筑物内进行，故为了维持产生的酸酵和碱性发酵在同一构筑物内进行，故为了维持产生的酸和形成的甲烷之间平衡，避免产生过多的有机酸，常保持和形成的甲烷之间平衡，避免产生过多的有机酸，常保持处理构筑物内的处理构筑物内的pH值在值

36、在6.57.5(最好在最好在6.87.2)的范围的范围内。内。 有机污泥有机污泥不溶性有机质、纤维素含量高的污水。不溶性有机质、纤维素含量高的污水。 高浓度有机废水高浓度有机废水一般先厌氧处理将污物，后好氧处理。一般先厌氧处理将污物，后好氧处理。 大量稀释或降低好氧处理进水量，则处理费用较昂贵。大量稀释或降低好氧处理进水量，则处理费用较昂贵。 1 、处理对象：有机污泥和高浓度的有机废水、处理对象：有机污泥和高浓度的有机废水 2、 时间长：时间长：3035 ，需，需15天。天。 生化需氧量去除率生化需氧量去除率5090 与好氧处理法比较与好氧处理法比较 3、 能量需求大大降低能量需求大大降低 不

37、需供给氧气，同时还可产生甲烷不需供给氧气，同时还可产生甲烷 每去除每去除1kg COD好氧生物处理一般需消耗好氧生物处理一般需消耗0.51.0 kW.h电能。电能。 每去除每去除1kg COD 厌氧生物处理约能产生厌氧生物处理约能产生3.5 kW.h电能。电能。 （四）（四） 厌氧法处理废水的特征厌氧法处理废水的特征 4、 污泥产量极低污泥产量极低 厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。 5、 处理后有机物浓度高于好氧处理处理后有机物浓度高于好氧处理 6、 有臭气产生有臭气产生 S 、SO42- O2 还原还原 H2S 7、 设备较简单设备较简单 好氧

38、法处理有机物所需的时间般比用厌氧法处理短，基本上没有臭气，但需要有氧的供应和比较复杂的处理设备，且当废水中有机物浓度太高时，般不可能供应好氧分解所需要的充足的氧。 用厌氧法处理废水，所产生的甲烷气体可以利用；但由于有硫化氢等气体产生，所以臭气大；同时，由于存在硫化铁等黑色物质，使处理后的废水颜色深，并且所含有机物也较多，如果要使有机物完全稳定，需时甚长。当废水量大时，所需设备的容量也将很大。 由此，处理废水一般都用好氧法，处理污泥则用厌氧法。若处理高浓度有机废水，则往往先采用厌氧生物处理。将有机污物降至一定浓度后，再采用好氧法处理至达到排放标准。厌氧处理还有可能使难以好氧生物降解的有机物转化为

39、较易好氧降解的物质。第四节第四节 无机污染物生物处理的基本原理及其无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物主要微生物 （一）（一） 水体的富营养化水体的富营养化 （二）（二） 废水的生物脱氮废水的生物脱氮 （三）（三） 废水的生物除磷废水的生物除磷 （四）（四） 生物脱氮和除磷的影响因素生物脱氮和除磷的影响因素 （一）（一） 水体的富营养化水体的富营养化水体富营养化（水体富营养化（eutrophication） 由于由于N 、P在水体中含量过高，而引起藻类、某些细在水体中含量过高，而引起藻类、某些细 菌大量繁殖，其它生物种类减少，以至水质恶化。菌大量繁殖，其它生物种类减少，以至水质恶化。 是

40、近是近30年在废水处理中才出现的一个术语。年在废水处理中才出现的一个术语。 开始富营养化的条件开始富营养化的条件 水体中可溶性磷水体中可溶性磷 0.01mg/L N :P5:1 N ：是富营养化的主要因素（：是富营养化的主要因素（NH4+、 NO3-、 NO2-、 有机有机N） P: 可溶性磷酸盐可溶性磷酸盐 与不溶性磷酸盐相互转化。与不溶性磷酸盐相互转化。 （二）（二） 废水的生物脱氮废水的生物脱氮1、生物脱氮的基本原理、生物脱氮的基本原理 生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝被异养型微

41、生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将，最后再由反硝化细菌将NO3-还原还原为为N2，从而达到脱氮的目的。，从而达到脱氮的目的。 含氮有机物含氮有机物 异养型异养型 微生物微生物 NH4+-N 氨化氨化 作用作用 亚硝酸亚硝酸 细菌细菌 NO2-N 硝酸硝酸 细菌细菌 NO3-N 硝化作用有硝化作用有O2 反硝化反硝化 细菌细菌 反硝化反硝化 作用无作用无O2 N2、NO2 最终完成生物脱氮最终完成生物脱氮 2 、参与生物脱氮的微生物、参与生物脱氮的微生物 氨化细菌氨化细菌 硝化细菌硝化细菌 亚硝酸细菌亚硝酸细菌 硝酸细菌硝酸细菌

42、 反硝化细菌反硝化细菌 影响污水处理系统中硝化过程的主要因素有：影响污水处理系统中硝化过程的主要因素有：（1）污泥龄：增加污泥龄（也就是污泥停留时间，）污泥龄：增加污泥龄（也就是污泥停留时间，一般大于一般大于20-30天）天）（2）溶解氧：活性污泥中要维持正常的硝化效果，）溶解氧：活性污泥中要维持正常的硝化效果，混合液的混合液的DO一般大于一般大于2mg/l，而生物膜发则应大于，而生物膜发则应大于3mg/l(3)温度：温度低于温度：温度低于12度，硝化活性明显下降，度，硝化活性明显下降，30度度时活性最大，温度超过时活性最大，温度超过30度时，由于酶的变性，活度时，由于酶的变性，活性反而降低。

43、性反而降低。（4）PH：氨氧化菌的最适：氨氧化菌的最适PH范围为范围为7.0-7.8，而亚，而亚硝酸氧化菌的最适硝酸氧化菌的最适PH为为7.7-8.1。PH值过高或过低值过高或过低都会抑制硝化活性。都会抑制硝化活性。（5 5）营养物质：污水中）营养物质：污水中BOD/TNBOD/TN越小，硝化反越小，硝化反应越易进行。氨氮是硝化作用的主要基质，应越易进行。氨氮是硝化作用的主要基质，应保持一定得浓度。但氨氮浓度大于应保持一定得浓度。但氨氮浓度大于100-100-200mg/l200mg/l时，对硝化反应呈现抑制作用，氨时，对硝化反应呈现抑制作用，氨氮浓度越高，抑制程度越大。氮浓度越高，抑制程度越

44、大。（6 6）毒物：硝化细菌对毒物的敏感程度大于）毒物：硝化细菌对毒物的敏感程度大于一般细菌。大多数重金属和有机物对硝化菌一般细菌。大多数重金属和有机物对硝化菌具有抑制作用。一般来说，氨氧化菌比亚硝具有抑制作用。一般来说，氨氧化菌比亚硝酸菌对毒物更敏感。酸菌对毒物更敏感。57 反硝化作用需要足够的有机碳源。反硝化作用需要足够的有机碳源。 甲醇、乙醇、乙酸、苯甲酸、葡萄糖等均可作甲醇、乙醇、乙酸、苯甲酸、葡萄糖等均可作为碳源。为碳源。 利用最多的是甲醇，因为它价廉，而且氧化分利用最多的是甲醇，因为它价廉，而且氧化分解产物为水和二氧化碳，不留任何难降解中间解产物为水和二氧化碳，不留任何难降解中间产

45、物。产物。 在饮用水的脱氮处理中宜采用乙醇，以避免残在饮用水的脱氮处理中宜采用乙醇，以避免残留甲醇对人体的危害。留甲醇对人体的危害。 影响反硝化作用的主要因素（1）营养物质(2)(2)溶解氧溶解氧 在在O O2 2和和NONO3 3- -同时存在时，反硝化菌首先利用同时存在时，反硝化菌首先利用O O2 2作为最终电子受体，只有溶解氧浓度接近零作为最终电子受体，只有溶解氧浓度接近零（氧化还原电位（氧化还原电位 0 - -100mV) 0 - -100mV)时才开始进行时才开始进行反硝化作用。反硝化作用。 (3)(3)温度温度 最佳温度为最佳温度为30304040 o oC C。温度。温度00o

46、oC C，反硝化菌，反硝化菌的活动终止，温度超过的活动终止，温度超过5050 o oC C时，反硝化活性急时，反硝化活性急剧降低。剧降低。(4)pH(4)pH值值 最适合最适合pHpH值范围为值范围为7.0-7.57.0-7.5。pHpH值对反应成值对反应成物也产生影响。物也产生影响。pHpH在中性范围内有利于在中性范围内有利于N N2 2的产生。的产生。（三）（三） 废水的生物除磷废水的生物除磷20世纪世纪70年代末，发现多种有明显除磷能力的细菌，年代末，发现多种有明显除磷能力的细菌，统称除磷菌统称除磷菌，如不动杆菌（，如不动杆菌（Acinetobacter）。）。 在在有氧环境中可超量摄取

47、磷有氧环境中可超量摄取磷。 一般细菌细胞中磷占一般细菌细胞中磷占2.3。而。而除磷菌除磷菌可摄取约为正可摄取约为正常需要常需要10倍以上的磷倍以上的磷。 磷常以磷常以磷酸盐、聚磷酸盐磷酸盐、聚磷酸盐和和有机磷有机磷的形式存在于废水中。的形式存在于废水中。 1、参与生物除磷的微生物、参与生物除磷的微生物 利于利于聚磷菌聚磷菌一类的细菌，过量地、超出其生理一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。水中除磷的效果。 分两步进行分两步进行：

48、 v 聚磷菌的放磷（厌氧条件）聚磷菌的放磷（厌氧条件） v 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件） 2 、废水的生物除磷的基本原理及实质、废水的生物除磷的基本原理及实质聚磷菌的放磷（厌氧）聚磷菌的放磷（厌氧） ATP 聚磷菌细胞内的聚磷菌细胞内的 聚磷酸盐分解聚磷酸盐分解 PO43- 废水中废水中 脂肪酸脂肪酸 PHB、糖原、糖原 储存在细胞内储存在细胞内 PHB 聚聚羟基丁酸羟基丁酸 聚磷菌的磷过量摄取（好氧）聚磷菌的磷过量摄取（好氧） 细胞内的细胞内的PHB分解分解 ATP 废水废水 磷磷 聚磷菌聚磷菌 聚磷酸盐聚磷酸盐 储存在细胞内储存在细胞内 好氧时摄取好氧时摄取

49、的磷的磷多于多于厌厌氧时释放的氧时释放的磷磷 厌氧好氧系统生物除磷过程图厌氧好氧系统生物除磷过程图 聚磷菌区别于其他细菌的主要标志之一是其细胞内含有异染颗粒。 在生物除磷工艺中还存在发酵产酸菌和异样好氧菌等。大多数聚磷菌一般只能利用低级脂肪酸等小分子的有机物，不能直接利用和分解大分子有机物。而发酵产酸菌的作用是将大分子物质降解为小分子，供聚磷菌用。如果没有发酵产酸菌的存在，聚磷菌则因有机质不足而不能放磷或摄磷。因此，在生物除磷工艺中，聚磷菌个发酵产酸菌是密切相关的互生关系。 影响生物除磷的主要因素有：（1）溶解氧/氧化还原点位：Eh大于0时不能释放磷，而Eh小于0是，其绝对值越大，磷的释放能力

50、越强。一般认为在厌氧池内， Eh应控制在-200mV至-300mV范围内。 好氧生物池内的溶解氧浓度对聚磷菌的摄磷有很大的影响，为了获得较好地磷摄取效果，溶解氧浓度应保持在2mg/l以上，以满足聚磷菌对其贮存的PHB进行氧化，获取能量，供大量摄取磷之用。（2 2）温度：温度生物除磷的效果影响不大。）温度：温度生物除磷的效果影响不大。（3 3）PHPH：最适范围为中性：最适范围为中性- -弱酸性弱酸性（4 4）硝酸盐与亚硝酸盐浓度：应控制硝酸盐浓度在）硝酸盐与亚硝酸盐浓度：应控制硝酸盐浓度在0.2mg/l0.2mg/l以下。以下。（5 5）碳源：厌氧池内）碳源：厌氧池内BOD/TPBOD/TP是

51、影响聚磷菌释磷和摄是影响聚磷菌释磷和摄磷的重要因素。聚磷菌利用的有机碳源不同，其磷的重要因素。聚磷菌利用的有机碳源不同，其释磷速度存在明显差异。甲酸、乙酸、丙酸等低释磷速度存在明显差异。甲酸、乙酸、丙酸等低分子脂肪酸是聚磷菌优先利用的碳源，乙酸、甲分子脂肪酸是聚磷菌优先利用的碳源，乙酸、甲醇、柠檬酸、葡萄糖等只有在转化为低分子脂肪醇、柠檬酸、葡萄糖等只有在转化为低分子脂肪酸后才能被利用。酸后才能被利用。 为了给聚磷菌提供足够的有机碳源，达到较为了给聚磷菌提供足够的有机碳源，达到较好地除磷效果，进水的好地除磷效果，进水的BOD/TPBOD/TP一般应大于一般应大于1515，所，所以处理水中的总磷

52、控制在以处理水中的总磷控制在1mg/l1mg/l以下，进水的以下，进水的BOD/TPBOD/TP应高于应高于20-3020-30之间。之间。（6 6）污泥龄：污泥龄的长短对聚磷菌的摄磷作用和）污泥龄：污泥龄的长短对聚磷菌的摄磷作用和剩余污泥排放量有直接的影响，从而对除磷效果剩余污泥排放量有直接的影响，从而对除磷效果产生影响。污泥龄越长，污泥中的磷含量越低，产生影响。污泥龄越长，污泥中的磷含量越低，加之排泥量的减少，会导致除磷效果的降低。相加之排泥量的减少，会导致除磷效果的降低。相反，污泥龄越短，污泥中的磷含量越高，加之产反，污泥龄越短，污泥中的磷含量越高，加之产泥率和剩余污泥排放量的增加，除磷

53、效果好。因泥率和剩余污泥排放量的增加，除磷效果好。因此，在生物除磷系统中，一般采用较短的污泥龄此，在生物除磷系统中，一般采用较短的污泥龄（3.5-73.5-7天）。天）。 1、 温度温度 生物脱氮除磷系统温度在生物脱氮除磷系统温度在540范围内都能成功运行。范围内都能成功运行。 2、 pH值与碱度值与碱度 生物脱氮最适生物脱氮最适pH： 硝酸菌硝酸菌6.07.5， 亚硝酸菌亚硝酸菌7.08.5， 反硝化细菌反硝化细菌7.07.5 生物除磷最适生物除磷最适pH：6.08.0 3、 溶解氧溶解氧 生物脱氮：硝化时溶解氧生物脱氮：硝化时溶解氧2.0mg/L。 反硝化时溶解氧小于反硝化时溶解氧小于0.

54、5mg/L 生物除磷：厌氧段溶解氧小于生物除磷：厌氧段溶解氧小于0.2mg/L 需氧段溶解氧需氧段溶解氧1.52.5mg/L （四）（四） 生物脱氮和除磷的影响因素生物脱氮和除磷的影响因素 三、含硫废水的生物处理三、含硫废水的生物处理（一）含硫酸根废水的生物处理（一）含硫酸根废水的生物处理 含硫酸根废水的厌氧生物处理是利含硫酸根废水的厌氧生物处理是利用硫酸盐还原菌在氧化有机物的过程中那个，用硫酸盐还原菌在氧化有机物的过程中那个，以以SOSO4 42-2-作为最终的电子受体，使其还原为作为最终的电子受体，使其还原为H H2 2S S，即反硫化作用。即反硫化作用。（二）含（二）含H H2 2S S

55、废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理 在好氧条件下，能将硫化氢氧化成单在好氧条件下，能将硫化氢氧化成单质硫或质硫或SOSO4 42-2-的菌有无色硫细菌等。的菌有无色硫细菌等。 H H2 2S S的好氧的好氧处理关键在于控制条件使反应向生成单质硫的处理关键在于控制条件使反应向生成单质硫的方向进行。方向进行。四、含金属离子废水的生物处理四、含金属离子废水的生物处理（一）生物沉淀处理法（一）生物沉淀处理法 金属生物处理的原理是利用硫酸盐还原菌金属生物处理的原理是利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下把硫酸根还原成硫化氢，肺水肿的金在厌氧条件下把硫酸根还原成硫化氢，肺水肿的金属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被除去。属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被除去。（二）生物还原法（二）生物还原法CrCr6+6+ ：利用：利用CrCr6+6+ 还原菌，在厌氧还原菌，在厌氧条件下把条件下把CrCr6+6+ 还原成无毒性的还原成无毒性的CrCr3+3+ ， CrCr3+3+ 在碱性在碱性条件下生成条件下生成CrCr（OHOH）3 3沉淀而被除去。沉淀而被除去。 （三）生物氧化处理法（三）生物氧化处理法 （四）生物吸附处理法：利用微生物细胞作为吸附（四）生物吸附处理法：利用微生物细胞作为吸附剂处理废水中的金属。剂处理废水中的金属。第五节第五节 生物处理法对污水水质的要求生物处理法