第十一章废水生物处理基本原理和主要微生物类群(第14讲)

1、 通过微通过微生物酶生物酶的作用，将废水中的污染物氧化分解。的作用，将废水中的污染物氧化分解。微生物在转化有机物的过程中，将一部分分解产物用于合成微生物在转化有机物的过程中，将一部分分解产物用于合成微生物细胞物质和细胞内贮藏物微生物细胞物质和细胞内贮藏物，另一部分变为，另一部分变为代谢产物代谢产物排除体外并释放能量排除体外并释放能量。于是微生物不断生长繁殖，不断转化。于是微生物不断生长繁殖，不断转化废水中的污染物，使废水得以净化。废水中的污染物，使废水得以净化。废水生物处理基本原理：废水生物处理基本原理： 好氧条件好氧条件 有机物有机物 CO2,H2O厌氧条件厌氧条件 有机物有机物 CH4,H

2、2O,CO2,H2S,N2,H2，有机酸醇，有机酸醇絮凝作用絮凝作用 废水生物处理过程：废水生物处理过程： 吸附作用吸附作用 氧化作用氧化作用 沉淀作用沉淀作用 絮凝作用絮凝作用 在废水生物处理中，细菌常以在废水生物处理中，细菌常以絮凝体絮凝体形式存在，废水进入到形式存在，废水进入到生物反应池后，废水中的生物反应池后，废水中的产荚膜细菌产荚膜细菌可以分泌出粘液性物质，可以分泌出粘液性物质，并相互粘连成菌胶团。并相互粘连成菌胶团。 菌胶团粘连在一起，絮凝成菌胶团粘连在一起，絮凝成活性污泥或粘附在载体上形成活性污泥或粘附在载体上形成生物膜生物膜。 活性污泥活性污泥和和生物膜生物膜是微生物群体存在的

3、形式是微生物群体存在的形式 吸附作用吸附作用发生在微小粒子表面的一种物理化学的发生在微小粒子表面的一种物理化学的作用过程。细菌表面一般带有负电，而废水中有机物颗粒作用过程。细菌表面一般带有负电，而废水中有机物颗粒常带有正电，因此他们之间有很大的吸引力。活性污泥的常带有正电，因此他们之间有很大的吸引力。活性污泥的表面积比较大。对于水中的有机物颗粒，胶体物质有较强表面积比较大。对于水中的有机物颗粒，胶体物质有较强吸附能力。吸附能力。大分子大分子有机物有机物 小分子小分子有机物有机物 氧化作用氧化作用发生在微生物体内的一种生物化学的代谢发生在微生物体内的一种生物化学的代谢过程。被活性污泥和生物膜吸附

4、的大分子有机物，在过程。被活性污泥和生物膜吸附的大分子有机物，在微生物微生物酶酶的作用下，水解成可溶性的小分子有机物，然后透过细胞的作用下，水解成可溶性的小分子有机物，然后透过细胞膜进入微生物细胞内。膜进入微生物细胞内。微生微生物酶物酶 微生物微生物细胞内细胞内 CO2,H2O+能量能量合成新的合成新的细胞物质细胞物质 贮存物质贮存物质PHB 残存残存物质物质 沉淀作用沉淀作用有机物质在有机物质在活性污泥活性污泥或或生物膜生物膜的氧化分解的氧化分解作用下无机化，处理后水往往排放至自然水体中，排放之前作用下无机化，处理后水往往排放至自然水体中，排放之前要进行泥水分离。要进行泥水分离。 活性污泥具

5、有较好的沉降性能，使泥水分离，澄清水排走活性污泥具有较好的沉降性能，使泥水分离，澄清水排走，污泥沉降至池底，这是一个重要的步骤。，污泥沉降至池底，这是一个重要的步骤。 如果泥水分离不好或者不分离，由于活性污泥本身就是有如果泥水分离不好或者不分离，由于活性污泥本身就是有机体，进入自然水体后会造成二次污染。机体，进入自然水体后会造成二次污染。 氧气一般通过机械设备往曝气池中充入。氧气一般通过机械设备往曝气池中充入。曝气曝气aeration 指将空气中的指将空气中的氧氧强制向强制向液体中转移液体中转移的过的过程，其目的是获得足够的程，其目的是获得足够的溶解氧溶解氧。 曝气曝气的过程除了的过程除了供氧

6、供氧之外，还具有之外，还具有搅拌混合搅拌混合的作用，使活性污泥在混合液中保持的作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮悬浮状态，状态，并与废水充分接触混合。并与废水充分接触混合。一、活性污泥法一、活性污泥法 activated sludge activated sludge processprocess 实质：是在充分实质：是在充分曝气供氧曝气供氧条件下，条件下，以废水中以废水中有机污染物质有机污染物质作为作为底物底物，对活，对活性污泥进行培养，并将有机污染物无机性污泥进行培养，并将有机污染物无机化的过程。化的过程。初沉池初沉池曝气池曝气池 二沉池二沉池污水污水污泥污泥回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污

7、泥空气空气1.1.传统活性污泥法基本工艺流程传统活性污泥法基本工艺流程 微生物固着生长在固体表面上，故微生物固着生长在固体表面上，故生物膜中的生物相当丰富，形成由各种微生物膜中的生物相当丰富，形成由各种微生物构成的一个比较稳定的生态系统。生物构成的一个比较稳定的生态系统。（一）生物滤池（一）生物滤池（二）生物转盘（二）生物转盘（三）生物接触氧化法（三）生物接触氧化法（四）生物流化床（四）生物流化床普通生物滤池普通生物滤池塔式生物滤池塔式生物滤池 是以土壤自净作用原理为依据，在废水是以土壤自净作用原理为依据，在废水灌溉的基础上发展起来的。灌溉的基础上发展起来的。普通生物滤池普通生物滤池塔式生物滤

8、池塔式生物滤池 废水通过布水器均匀废水通过布水器均匀分布在滤池表面，沿滤料分布在滤池表面，沿滤料孔隙自上而下流动。在供孔隙自上而下流动。在供氧充足的条件下，好氧微氧充足的条件下，好氧微生物在滤料表面迅速繁殖，生物在滤料表面迅速繁殖，这些微生物又进一步吸附这些微生物又进一步吸附废水中的有机物质，并随废水中的有机物质，并随着有机物被分解的同时，着有机物被分解的同时，微生物也不断增长和繁殖，微生物也不断增长和繁殖，使生物膜厚度不断增加。使生物膜厚度不断增加。当生物膜上的微生物老化当生物膜上的微生物老化或死亡，在水流的冲刷下，或死亡，在水流的冲刷下，生物膜将从滤料表面上脱生物膜将从滤料表面上脱落下来，

9、然后随废水流出落下来，然后随废水流出池外。池外。利用圆盘表面生长的生物膜处理废水的装置。利用圆盘表面生长的生物膜处理废水的装置。 由于转盘的旋转，盘面时而在水中，时而暴露在空由于转盘的旋转，盘面时而在水中，时而暴露在空气中。当盘面浸没在水中时，废水中的有机物被生物膜气中。当盘面浸没在水中时，废水中的有机物被生物膜吸附、氧化；当转盘夹带废水薄膜离开液面后，除继续吸附、氧化；当转盘夹带废水薄膜离开液面后，除继续对有机物进行氧化分解外，还可使溶解氧从废水膜表面对有机物进行氧化分解外，还可使溶解氧从废水膜表面进入生物膜。由于转盘交替与废水和空气接触，因而通进入生物膜。由于转盘交替与废水和空气接触，因而

10、通过生物膜对废水中有机物的氧化分解和从空气中获取氧，过生物膜对废水中有机物的氧化分解和从空气中获取氧，达到废水好氧处理的目的。达到废水好氧处理的目的。 盘面上的生物膜由于转盘旋转运动，盘面上的生物膜由于转盘旋转运动，膜与废水不断摩擦，同时产生剪切力，膜与废水不断摩擦，同时产生剪切力，使衰老的生物膜能及时剥落更新。使衰老的生物膜能及时剥落更新。优优越越性性缺缺点点 将滤料完全淹没在废水中，并需曝气将滤料完全淹没在废水中，并需曝气的生物膜处理废水的方法。的生物膜处理废水的方法。直流式接触氧化直流式接触氧化分流式接触氧化分流式接触氧化n硬性硬性n软性软性n半软性半软性 是用很小的是用很小的砂粒、陶粒

11、、焦炭、硬砂粒、陶粒、焦炭、硬质塑料质塑料作为作为生物载体生物载体，并把载体完全投，并把载体完全投放在废水中，用强大的水流或气流使载放在废水中，用强大的水流或气流使载体不断滚动，使床体内呈体不断滚动，使床体内呈流化态流化态。n由于空气的搅动，载体之间的摩擦较强烈由于空气的搅动，载体之间的摩擦较强烈，会使一些多余的生物膜在流化过程中脱，会使一些多余的生物膜在流化过程中脱落。落。n特别适用于处理高浓度有机废水；特别适用于处理高浓度有机废水；n污泥量很高，吸附氧化有机物的能力强；污泥量很高，吸附氧化有机物的能力强；n处理效率高，是活性污泥法的处理效率高，是活性污泥法的15-20倍；倍；n但是动力消耗

12、大，处理的水量小。但是动力消耗大，处理的水量小。一、一、自然净化自然净化：稀释、沉淀：稀释、沉淀 （强）（强）：日光、氧气等对污染物的分解：日光、氧气等对污染物的分解 （弱）（弱）：生物降解（食物链）：生物降解（食物链） （强）（强） 水体在接纳了一定量的污染物质后，通过水体在接纳了一定量的污染物质后，通过物理，物理，化学和水生生物（微生物和动植物）化学和水生生物（微生物和动植物）等因素的综合作等因素的综合作用得到净化的现象。用得到净化的现象。n不需要机械设备，运行管理方便，处理不需要机械设备，运行管理方便，处理费用低廉；费用低廉；n净化时间长，处理效率低，占地面积大净化时间长，处理效率低，占

13、地面积大；n适宜山区和小城镇。适宜山区和小城镇。类类型型外外观观BIP生生物物特特征征多多污污带带1 暗暗灰灰色色，很很浑浑浊浊，含含大大 量量 有有 机机 物物 ， BOD高高 ， 溶溶 解解 氧氧 极极 低低 ( 或或无无)，为为厌厌氧氧状状态态。2 在在 有有 机机 物物 分分 解解 过过 程程中中，产产生生 H2S、C02和和CH4等等气气体体。臭臭味味。3 水水底底沉沉积积许许多多由由有有机机和和 无无 机机 物物 形形 成成 的的 淤淤泥泥。水水面面上上有有气气泡泡。601001 种种类类很很少少，厌厌氧氧菌菌和和兼兼性性厌厌氧氧菌菌种种类类多多，数数量量大大，每每毫毫升升水水含含

14、有有几几亿亿个个细细菌菌。有有能能分分解解复复杂杂有有机机物物的的菌菌种种，硫硫酸酸还还原原菌菌、产产甲甲烷烷菌菌等等。2 无无显显花花植植物物，鱼鱼类类绝绝迹迹。3 河河底底淤淤泥泥中中有有大大量量寡寡毛毛类类(颤颤蚯蚯蚓蚓)动动物物。*河河流流流流向向 =（无叶绿素的微生物数量）无叶绿素的微生物数量）/（全部微生物数量）（全部微生物数量）100%n注：注：*颤蚯蚓颤蚯蚓属后生属后生动物，与陆地上的动物，与陆地上的蚯蚓从体态和习性蚯蚓从体态和习性上都十分相似，他上都十分相似，他们也是环节动物，们也是环节动物，栖息于水底污泥中，栖息于水底污泥中，与蚯蚓类似吞食污与蚯蚓类似吞食污泥故泥故俗称水蚯

15、蚓俗称水蚯蚓，与蚯蚓不同的是，与蚯蚓不同的是，他们体表多毛。他们体表多毛。水蚂蟥水蚂蟥对于重对于重金属和金属和有机氯有机氯农药耐农药耐受力很受力很强，常强，常出现在出现在有机污有机污染严重染严重的河段。的河段。类类型型外外观观BIP生生物物特特征征河河流流流流向向-中中污污带带1 水水为为灰灰色色，溶溶解解氧氧少少，为为半半厌厌氧氧状状态态，有有机机物物量量减减少少，BOD 下下降降；2 水水面面上上有有泡泡沫沫和和浮浮泥泥，有有 NH3、氨氨基基酸酸及及H2S。臭臭味味。 20601 生生物物种种类类比比多多污污带带稍稍多多。细细菌菌数数量量较较多多，每每毫毫升升水水约约有有几几千千万万个个

16、。2 出出现现有有蓝蓝藻藻、裸裸藻藻、绿绿藻藻，原原生生动动物物有有天天蓝蓝喇喇叭叭虫虫、美美观观独独缩缩虫虫、椎椎尾尾水水轮轮虫虫、臂臂尾尾水水轮轮虫虫及及栉栉虾虾等等。*3 底底泥泥已已部部分分无无机机化化，滋滋生生了了很很多多颤颤蚯蚯蚓蚓。* 有关生物的形态见下图天蓝喇叭虫、椎尾水有关生物的形态见下图天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、栉虾。轮虫、栉虾。天蓝喇叭虫天蓝喇叭虫椎尾水轮虫椎尾水轮虫栉虾栉虾类类型型外外观观BIP生生物物特特征征河河流流流流向向-中中污污带带1 有有机机物物较较少少，BOD 和和悬悬浮浮物物含含量量低低，溶溶解解氧氧浓浓度度升升高高；2 NH3和和H2S分分别别氧氧化化为为

17、N03和和 S042-，两两者者含含量量均均减减少少。 8201 细细菌菌数数量量减减少少，每每毫毫升升水水只只有有几几万万个个。2 藻藻类类大大量量繁繁殖殖，水水生生植植物物出出现现。*3 原原生生动动物物有有固固着着型型纤纤毛毛虫虫如如：独独缩缩虫虫、聚聚缩缩虫虫等等活活跃跃，轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物及及昆昆虫虫出出现现。*-中污带的藻类见下图中污带的藻类见下图。变异直链硅藻变异直链硅藻短棘盘星藻短棘盘星藻水花束丝藻水花束丝藻梭裸藻梭裸藻类类型型外外观观BIP生生物物特特征征河河流流流流向向 寡寡污污带带1 有有机机物物全全部部无无机机化化，BOD 和和悬悬浮浮物物含含量量极极低低，水水的的浑浑浊浊度度低低，溶溶解解氧氧恢恢复复到到正正常常含含量量。2 H2S消消失失；3 河河流流自自净净过过程程已已完完成成的的标标志志 081 细细菌菌极极少少；2 出出现现鱼鱼腥腥藻藻、硅硅藻藻、黄黄藻藻、钟钟虫虫、变变形形虫虫、旋旋轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物、 水水生生植植物物及及鱼鱼。 *寡污带的指示生物见附图轮虫、水蚤、鱼腥藻、玫寡污带的指示生物见附图轮虫、水蚤、鱼腥藻、玫瑰旋轮虫。瑰旋轮虫。蚤状水蚤蚤状水蚤大型水蚤大型水蚤 鱼腥藻鱼腥藻玫玫瑰瑰旋旋轮轮虫虫前节晶囊轮虫前节晶