污水处理的微生物学原理（环境微生物课件）

有机污水的生物处理

好氧生物处理

好氧生物处理的基本原理好氧生物处理在有分子（游离）态氧气（O2）的条件下，以好氧微生物为主，使废水中的污染物（主要是有机物）降解，达到稳定的无害化的处理方法。基本条件：有充足的氧气有必要的营养物质和环境条件微生物、污染物和氧三者充分混合接触好氧微生物的代谢模式

有机物好氧分解示意图微生物将有机物摄人体内后，以其作为营养源进行代谢，代谢按两种途径进行。合成代谢，部分有机物被微生物所利用，合成新的细胞物质；分解代谢，部分有机物被氧化分解形成CO2、H2O、无机盐等小分子无机物，并产生大量的ATP，为生命活动提供能量。内源代谢或内源呼吸，微生物的细胞物质也进行自身的氧化分解分解过程是一个产能过程，为合成过程提供能量合成过程是一个耗能过程，为分解过程提供了物质基础好氧微生物的代谢模式异养菌代谢模式自养菌代谢模式基本原理在有机物的好氧分解过程中，有机物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗这三个过程是同步进行的，也是控制好氧生物处理成功与否的关键过程。大分子有机物首先在微生物产生的各类胞外酶的作用下分解为小分子有机物。小分子有机物进入细胞后被好氧微生物继续氧化分解，通过不同途径进入三羧酸循环，最终被分解为二氧化碳、水、硝酸盐和硫酸盐等简单的无机物。有机物好氧生物降解的一般途径影响好氧微生物处理的主要因素影响因素营养物质温度PH值溶解氧有毒物质有机污水的生物处理

好氧生物处理

活性污泥及其生物相活性污泥活性污泥是一种绒絮状的小泥粒，由好氧菌为主体的微型生物群以及胶体、悬浮物等组成，在这些微生物的作用下，有机物被转化为无机物。

静置时，能凝聚成较大的绒粒而沉降。它具有很强的吸附及分解有机物的能力。活性污泥的组成及性质活性污泥=Ma+Me+Mi+Mii活性活性污泥及其生物相细菌在活性污泥中起主导作用，是去除污水中有机污染物的主力军活性污泥中细菌数量约108~109个/ml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活性污泥生物相—细菌活性污泥中的细菌大多数包括在胶质中，以菌胶团形式存在胶质是菌胶团生成菌分泌的蛋白质、多糖及核酸等胞外絮状体聚合物絮状体形成过程称作生物絮凝作用随水质条件及优势菌种的不同，菌胶团絮状体可有球形、分枝、蘑菇、片状、椭圆及指形等各种形状。活性污泥絮状体的作用为：①有机物的吸附或黏附及其分解；②金属离子的吸附；③防止原生动物对细菌的吞食；④增强污泥的沉降性，有利于泥水分离。活性污泥生物相—原生动物发现225种以上，其中以纤毛虫为主，占160多种。原好氧性的生物，主要附聚在活性污泥的表面，数量约在5000~20000个／ml原生动物与水质的关系：一般认为当曝气池中出现大量钟虫等固着型纤毛虫时，说明污水理运转正常，处理水质良好；当出现大量鞭毛虫、根足虫等时，说明运转不正常，处理水质变差原生动物在活性污泥中的作用促进絮凝：有的原生动物能分泌黏液，促进生物絮凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性净化作用：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。腐生鞭毛虫等可吸收

污水中的有机物。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。活性污泥生物相—其他微生物真菌：由细小的腐生或寄生丝状菌组成，具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质的功能，丝状真菌的大量繁殖会引起污泥膨胀后生动物：活性污泥系统中常见的后生动物有轮虫、线虫。轮虫出现时处理效果好的标志单胞藻类：由于它们需要光，而曝气池中浑浊污泥影响光的透入，故藻类在其中难以繁殖，为数极少病毒、立克次氏体等也混于活性污泥中，但它们不是活性污泥的主要构成生物。活性污泥中的指示微生物有机污水的生物处理

好氧生物处理

活性污泥微生物增殖规律—生长曲线生长曲线将活性污泥微生物在污水中接种，并在温度适宜、溶解氧充足的条件下进行分批培养，按时取样计量，即可得出微生物数量与培养时间之间具有一定规律性的增值曲线。适应期对数增长期稳定期衰亡期分批培养：底物一次投加，代谢产物不排出的培养方式连续培养：不断的加入底物并排出代谢产物的培养方式生长曲线——适应期

活性污泥微生物对于新的环境条件短暂的适应过程。经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化适应期F/M值高(

2.2)，所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；此时的活性污泥具有很高的能量水平，活性污泥的代谢速率极高；需氧量大；但活性污泥质地松散，絮凝体形成不佳，沉降性能较差，出水水质较差。适应期生长曲线——对数增长期

有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；有机底物的降解速率也开始下降，微生物的增殖速率在逐渐下降，但微生物的量还在增长；活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成；残存有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内。

生长曲线——稳定期（减数增长期）

活性污泥的量在减少；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；

生长曲线——衰亡期（内源呼吸期）活性污泥增值规律应用①活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；②处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同；③通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥；④活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。F/M值高活性污泥处于对数增殖期出水水质差F/M降低到稳定期出水水质一般F/M低内源呼吸期出水水质最好

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好氧生物处理

活性污泥的培育及驯化活性污泥的功能

吸附：废水与活性污泥在曝气池中充分接触，废水中的污染物被比表面上含有糖被的菌胶团吸附。

微生物的代谢：首先在胞外酶的作用下分解为溶解有机物，然后这些小分子有机物进入微生物的细胞内参与代谢。

絮凝和沉淀：在沉淀池中，活性污泥能形成大的絮凝体，使之从混合液中沉淀下来，达到泥水分离的目的。活性污泥的培育活性污泥培育（cultivationofactivatedsludge)是活性污泥法启动运行的首要环节：①将污水泵入曝气池，并按曝气池有效体积的5%~10%投入接种污泥②在不进水的条件下，连续曝气（即闷曝）数天，溶解氧控制在1mg/L左右③继续保持曝气，以小流量进水，并逐渐提高进水流量，最终达到设计流量。

活性污泥的驯化

驯化是利用待处理的污水对微生物种群进行自然筛选并使微生物对污染物质逐步适应的过程。微生物由原来不适应而驯化至适应，降解污染物能力从无到有，由弱而强

。接种污泥来自该污水排放流经处所的泥土或污水厂内成熟的活性污泥、生物膜等，也可从土壤等天然环境中获得。污泥驯化的具体做法是：将取来的污泥或土壤置入含有待处理废水的培养基中进行培养在开始驯化时该污水在培养液中的浓度宜低（比如10%或更低），然后逐渐转种扩大培养量，废水放度逐步增大甚至达100%有机污水的生物处理

好氧生物处理

活性污泥法活性污泥法活性污泥法是以存在于污水中的各种有机污染物为培养基，在通过曝气提供足够溶解氧的条件下，对微生物群体进行连续培养，使其大量繁殖，形成絮状泥粒（即菌胶团），并通过吸附凝聚、氧化分解、沉淀等作用去除有机污染物的一种污水处理方法。这种絮状泥粒就叫“活性污泥”。它在国内外污水处理技术中占据首要地位，不仅用于处理生活污水，而且在纺织印染、炼油、木材防腐、焦化、石油化工、农药、绝缘材料、合成纤维、合成橡胶、电影橡胶与胶片、洗印、造纸和炸药等许多工业废水处理中，都取得了较好的效果。活性污泥法的生物学过程活性污泥法的微生物学过程是一个复杂的过程，对有机物的去除分成两个阶段，吸附阶段和稳定阶段：废水与活性污泥接触后，其中有机物在约1~30min的短时间内被吸附到活性污泥上在微生物胞内酶作用下，有机物的一部分被同化形成微生物有机体，另一部分转化成CO2、H2O、NH3、SO42-、PO43-等简单元机物及能量释出污水中好氧微生物对有机物的分解作用，以O2为受氢体，以有机污染物为能源。活性污泥对有机物降解的两个阶段活性污泥法活性污泥系统组成活性污泥系统组成活性污泥系统组成活性污泥系统组成活性污泥系统有效运行的基本条件①废水中含有足够的可容性易降解有机物；②混合液含有足够的溶解氧；③活性污泥在池内呈悬浮状态；④活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，⑤无有毒有害的物质流入活性污泥法处理后水中有机物的分布有机污水的生物处理

好氧生物处理

活性污泥法运行中的问题污泥膨胀在曝气池运转过程中，有时会出现污泥结构松散，沉降性能恶化，随水飘浮，溢出池外的异常现象，引起出水水质的恶化。这就是污水生物处理过程中十分棘手的“污泥膨胀”问题。从污泥膨胀时的生物相看，丝状菌膨胀更为常见。污泥膨胀时的絮状体在镜检下可见许多菌丝伸展至絮状体外，因而使之密度减轻，体积加大，轻飘难以沉降。

污泥膨胀污泥膨胀的原因：曝气池中生态平衡突然遭到破坏，污泥、营养、供氧三要素发生紊乱；有机物过多、氮磷等营养缺乏造成碳氮比率失调；因潜解氧不平衡；水温、pH等条件不适，引起丝状菌大量繁殖而致污泥膨胀活性污泥法运行中的问题抑制丝状菌生长的方法：①投加化学药剂②调节水的酸碱度

③调整其他工艺条件，如改变供氧量、排泥量、进水流量等。

在丝状菌大量繁殖的初期采取以上措施最为有效。

污泥解体在曝气池运转过程中，有时会出现污泥絮凝体微细化，导致处理水质浑浊，处理效果变坏的现象。这种现象称“污泥解体”引起这种现象的原因有曝气过量、污水中混入有毒物质等可以通过控制曝气量，或对废水进行适当的预处理等解决

起泡现象在曝气池运转过程中，有时会出现起泡现象主要原因是污水中含有合成洗涤剂或由微生物产生的表面活性物质等适当减少曝气量或喷洒消泡剂可以在一定程度上减缓起泡沫现象

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生物膜生物膜生物膜是附着生长在固体载体表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体。

生物膜形成的条件：载体：

填料或者滤料营养物质：有机物、N、P及其他，由污水提供接种微生物：来自污水或接种

生物膜的形成过程生物膜的结构生物膜的表面，总是吸附着一薄层污水，称之为“附着水”，其外层为能自由流动的污水，称“运动水”开始形成的膜是好氧性的，当膜的厚度增加，氧扩散到膜内部受到限制，生物膜就分成了两层，外部为好氧层，内部与载体接界面为厌氧层。生物膜中的生物生物膜中包括大量细菌、真菌、原生动物、藻类和后生动物，还能栖息一些增殖很慢的肉眼可见的无脊椎动物，但生物膜主要由菌胶团和丝状菌组成。生物膜中的细菌也是活性污泥中常见的一些种属，如动胶菌、假单胞菌、球衣菌、贝氏硫菌等生物膜中常见的真菌有镰孢霉、白地霉、枝孢霉、酵母等生物滤池中肉眼可见的动物种类很多，其中最重要的是蛾蝇生物膜的净化原理当附着水中的有机物被生物膜中的微生物吸附并氧化分解时，附着水层中有机物浓度随之降低，而运动水层中浓度高，因而发生传质过程污水中的有机物不断转移进去被微生物分解，微生物所消耗的氧，沿着空气、运动水层、附着水层而进入生物膜微生物分解有机物产生的无机物和CO2等，沿相反方向释出生物膜的培育—自然挂膜法自然挂膜法是利用待处理污水中的自然菌种进行生物膜培育的方法具体做法为：将待处理的污水一次性通入生物膜反应器，在不进水的情况下连续循环3~7天之后改为连续进水，流量从小到大，最终达到设计流量每调整一个流量，一般应保持3~7天左右的运行时间在这过程中污水和空气中的微生物附着在填料的表面。生长繁殖，生物量逐渐增加，形成微生物膜。生物膜的培育—菌种添加挂膜法为加速生物膜的形成或提高生物膜的降解能力，可向污水中投加优良菌种，如：污水处理厂成熟的活性污泥、生物膜，或实验室分离得到的高效菌种等。具体做法为：将待处理污水与接种菌种在生物膜反应器内混合，连续循环3~7天。之后改为连续进水，流量从小到大，最终达到设计流量。有机污水的生物处理

好氧生物处理

生物膜法概述生物膜法生物膜法活性污泥法和生物膜法的区别活性污泥在曝气池中是悬浮生长在废水中，而生物膜是附着生长在载体表面活性污泥会随处理后的污水流出生化反应池，进入二沉池泥水混合液中含有大量的活性污泥；而生物膜相对稳定的附着在载体表面，除非老化脱落，否则不会随处理后的污水流出系统，进入二沉池的混合液中含有老化脱落的生物膜活性污泥在曝气池中停留时间短，而生物膜在反应池中停留时间长，从而使两种方法中微生物的种类、数量和性能都有显著区别，生物膜中微生物种类多样，更有利于代时长的微生物增殖。活性污泥法需要污泥回流系统和剩余污泥系统，生物膜法则不需要污泥回流系统和剩余污泥系统有机污水的生物处理

好氧生物处理

生物膜法—生物滤池生物膜法定义：生物膜法是指以生长在固体（称为载体或填料）表面上的生物膜为净化主体的生物处理法。优点：生物膜法比活性污泥法具有生物密度大、耐污力强、动力消耗较小、无需污泥回流与不发生污泥膨胀等特点，其运转管理较方便适用：广泛用于石油、印染、制革、造纸、食品、医药、农药以及化纤等工业废水的处理，特别是中、小流量污水的处理。生物膜反应器类型

常用的生物膜法有生物滤池、接触氧化、生物转盘和生物流化床等。

生物膜反应器类型—生物滤池普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池有机污水的生物处理

好氧生物处理

其他生物膜反应器生物膜反应器类型—生物转盘结构：生物转盘由一根转轴和固定轴上的许多平行排列间距很小的圆盘或多角形盘片组成，圆盘有不到一半的面积（40%）浸没在半圆形、矩形或梯形的氧化槽内，废水流入氧化槽内，盘面作为生物膜支撑物。生物转盘作用机理当生物膜浸没在槽内的污水中时，废水中的有机物被生物膜吸附或吸收，当它转出水面以上是，吸收大气中的氧气，生物膜内吸附的有机物完全氧化，生物膜恢复活性。生物转盘的盘面每转动一圈即完成一个吸附、氧化作用的周期。生物转盘上的生物膜包括好养性生物膜和厌氧性生物膜以及活性衰退的生物膜，好氧性生物膜能氧化有机污染物，具有硝化功能。厌氧性生物膜具有反硝化、除氮等功能。衰退性生物膜在转盘转动的剪切力作用下脱落下来生物膜反应器类型—生物接触氧化池生物接触氧化法又称淹没式生物滤池是介于活性污泥法和生物滤池之间的一种生物膜法。接触氧化池内设有填料，填料的表面生长有生物膜，还有一部分微生物以絮状污泥的形式生长于水中，因此具有活性污泥法和生物滤池法两者的特点。生物膜反应器类型—生物流化床定义：流化床是一种固体颗粒流态化技术。将此技术应用于污水生物处理，使生物膜挂在运动的颗粒上处理废水，称为流化床生物膜法。结构：主体结构是塔式或柱式反应器，里面装填一定高度的砂、无烟煤或活性炭，其粒径为0.5~1.5mm，做生物以此为载体形成生物膜构成“生物粒子”。生物膜反应器类型—生物流化床反应器底部通入污水与空气，从而形成了气、液、固三相反应系统。当污水流速达到某一定值时，生物粒子可在反应器内自动运动，此时整个反应器出现流化状态，形成了“流化床”。生物流化床作用过程，经历液—固接触、营养物与氧气转入、微生物吸附及代谢作用、污染物降解转化、代谢物传出等阶段，包括一系列复杂的生化、物理、化学变化。脱落的生物膜与出水，在二次沉淀池中分离。微生物与环境污染治理

污水的生物处理

污水的生物处理概述什么是水污染

指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的环境容量和水体的自净能力，导致水体的物理、化学、生物等方面的特性发生改变，使水丧失原有功能，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏水环境的生态平衡，造成水质恶化的现象。水体中污染物的分类水质指标

水体和污水的物理、化学、生物方面的特征是通过水质指标来表示的。是控制和掌握污水处理设备处理效果和运行状态的重要依据。物理性质：色，温度，嗅和味、SS化学性质：PH、有机物、重金属、总氮、总磷有机物综合指标:TOD、COD、BOD、TOC单项指标：油类污染物、酚类污染物。生物学指标：细菌总数、大肠菌数衡量水体自净能力的指标：DOTOC（总需氧量）：指水中全部有机物在被彻底氧化成H2O、CO2、NO3-、

SO42-等无机物过程中所消耗的氧。污水中能被氧化的还原性无机物的需氧量也包括在内。

COD（化学需氧量）：用强氧化剂在酸性条件下，将有机物氧化成二氧化碳和水所消耗的氧量。BOD（生化需氧量）：在水温为20℃的条件下，由于微生物（主要是细菌）的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的氧量。TOC（总有机碳

）：污水中有机物的总含碳量。

TN（总氮）：污水中所有含氮化合物（包括有机氮化合物、氨、硝酸根、亚硝酸根等）的总含氮量，是表示污水被氨污染的综合指标。TP（总磷）：污水中所有含磷化合物（包括有机磷化合物、正磷酸根、偏磷酸根等）的总含磷量，是表示污水被磷污染的综合指标。水质指标污染综合排放标准

为保护江河、湖泊、运河、渠道、水库和海洋等地面水以及地下水水质的良好状态，保障人体健康、维护生态平衡，促进国民经济和城乡建设的发展，国家环保局发布了《污水综合排放标准》GB8979-1996。该标准按照污水排放去向，分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。污水排放标准污水处理基本方法

污水处理的基本方法预处理：Preliminarytreatment一级处理：Primarytreatment二级处理：Secondarytreatment三级或深度处理：Tertiaryoradvancedtreatment污水的生物处理

有机污水的生物处理

有机污水生物处理的基本原理水体自净污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学作用，使污染物的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象称为水体自净作用。按照净化机理可分为3类：物理净化作用：稀释、沉降、扩散化学净化作用：氧化、还原、分解、絮凝生物化学净化废水的生物处理借助微生物的分解作用把污水中的有机物转化为简单的有机物或无机物，使水体得到净化的生物化学过程，称为废水的生物处理法。污水生物处理法是天然水体生物自净原理的人工强化和具体应用。该方法通过创造适宜的条件，使微生物高浓度地富集在特定的构筑物，即污水处理装置中，充分利用微生物的作用，高速度高敖率地分解、转化污水中的污染物，从而使污水得到净化。废水的生物处理生物处理法天然生物处理法生物稳定塘土地处理系统人工生物处理法好氧生物处理活性污泥法生物膜法厌氧生物处理传统厌氧消化现代高速厌氧反应器生物处理的微生物污水处理的微生物可分为三类：需氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物根据生物反应器内微生物的类群不同，污水的生物处理可分为好养生物处理、厌氧生物处理和不同微生物的联合处理有机污水生物处理的生化过程微生物在废水处理中的作用去除溶解性有机物和无机物絮凝沉淀和降解胶体状固体物质稳定有机物废水的生物处理（1）效率高普通活性污泥水处理厂，每天1m3曝气池能转换1-

2kg干有机物。（2）效果好BOD去除率达90%-95%，COD去除率为60%-70%。（3）适用范围广（4）成本低、运行费用少；（5）可处理的水量大，方法成熟

生物处理是废水二级处理的首选方法有机污水的生物处理

厌氧生物处理

厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理厌氧生物处理法是在厌氧条件（不存在分子态氧O2和化合态氧）或缺氧条件（不存在分子态氧，但存在NO3等化合态氧)，利用厌氧性微生物（包括兼性微生物）分解污水中的有机物的方法，也称厌氧消化或厌氧发酵法。

厌氧生物处理的生化过程——沼气发酵在厌氧生物处理中，沼气发酵亦称甲烷发酵。沼气亦称生物气，是微生物在厌氧条件下分解有机物而产生的一种可燃性气体，其主要成分是CH4和CO2

沼气发酵包括：4个阶段

沼气发酵—4个阶段将复杂有机物如多糖、蛋白质、核酸、脂肪等经微生物水解成单体，进而发酵生成简单化合物，由初级发酵菌群引起溶解性小分子有机物进入发酵菌（酸化菌）细胞内，在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸，同时合成细胞物质是将第一阶段中产生的脂肪酸、乙醇等简单有机物转化为乙酸、H2

及CO2等是将乙酸（包括甲酸）、CO2、同等转化为CH4

水解阶段发酵阶段产乙酸阶段产甲烷阶段厌氧生物处理法基本要求菌种引入足够的混合菌种或者经过厌氧消化培养的污泥氧化还原电位严格的厌氧环境氧化还原单位E<-200mV发酵温度中温型发酵为20~40℃，最佳37~38℃中温型发酵为53~54℃高温发酵比中温发酵效果好废水性质BOD:N:P=100:6:1含N低于2%时，菌体不易增殖PH和有机酸浓度PH值维持在6.5~7.5有机酸浓度<2000mg/LCO2的产生状况产生的CO2占沼气的25%~35%若CO2大于35%，平衡破坏厌氧生物处理法和好氧生物处理法特点比较有机污水的生物处理

厌氧生物处理

厌氧活性污泥厌氧微生物—专性厌氧微生物专性厌氧微生物是指只有在无氧条件下才能生长的微生物。这类微生物只有脱氢酶系统，分子氧对它们具有致死作用。

厌氧微生物在自然界中广泛分布，种类很多，如产甲烷菌、梭状芽孢杆菌、丙酮丁醇生产菌、破伤风杆菌、脱硫弧菌、拟杆菌、荧光假单胞菌等。厌氧菌在环境工程中日益引起人们的重视。厌氧生物的培养关键是要为它们营造一个无氧或低氧化—还原电位环境。厌氧微生物—兼性厌氧微生物既能在有氧条件下生活，又能在无氧条件下生活的微生物，称为兼性好氧微生物。这类微生物具有氧化酶和脱氢酶两套酶系统：有氧时，氧化酶系统活跃；无氧时，氧化酶系统变钝，脱氢酶系统工作在厌氧消化池中，除厌氧微生物外，也有兼性好氧微生物，能将有机物分解成小分子的有机酸和醇类化合物。厌氧活性污泥生物相产氢产酸细菌沼气发酵菌群初级发酵菌产甲

烷菌同型产乙酸菌厌氧活性污泥一般呈灰色至黑色。污泥中数量最多的是细菌。真菌虽能存活，但数量较少。藻类和原生动物也偶有发现。细菌以兼性或专性厌氧菌为主，由于进水带入的缘故，有时也可观察到好氧细菌。在沼气发酵型的厌氧生物处中，菌群主要有5类：厌氧污泥的培育方法厌氧活性污泥中的兼性厌氧细菌和厌氧细菌、特别是专性厌氧的产甲烷菌的生长速度慢，世代时间长，因此，厌氧活性污泥的培育一般需要较长的时间：污泥接种：取同类水质污水厌氧处理装置的污泥作为接种污泥禽畜粪便中含有丰富的水解性细菌和产甲烧菌，是理想的厌氧活性污泥的菌种源城市生活污水处理厂的浓缩污泥亦可作为接种源。厌氧活性污泥的驯化／培育：在厌氧反应器中，进水量由小到大，每提高一个梯度，都要稳定一段时间。处理效果接近设计目标时即可进入正式运行阶段。有机污水的生物处理

厌氧生物处理

厌氧反应器类型厌氧反应器类型厌氧处理的核心是厌氧反应器，除常见的普通厌氧消化池、厌氧生物滤池外，近年来，还开发出了多种新型高效厌氧反应器，如：升流式厌氧污泥床反应器、厌氧折流板反应器、内循环厌氧反应器等。以下介绍几种主要的反应器。定义：该方法在消化池后设污泥沉淀池，污泥从沉淀池回流到消化池，因此该方法亦称厌氧活性污泥法，厌氧接触法是现代高效厌氧反应器的开端。厌氧接触法特点：采用了污泥回流，使反应器中的污泥浓度大幅度增加，污泥停留时间增长，反应器水力停留时间大为缩短。水力停留时间一般为0.5~6天，有机负荷一般为24kg/(m3·d）。适用：厌氧接触法适用于处理悬浮物浓度较高的高浓度有机废水。

厌氧生物滤池水力停留时间一般为1~8天。容积负荷在使用块状填料的情况下，可以达到3~6kgCOD/(m3·d），比普通消化池处理能力高2~3倍，如果使用塑料填料，可提高至3~10kgCOD/(m3·d），而且具有质量轻，空隙率高，不易墙塞等特点。厌氧生物滤池不需搅拌，可节约能源。厌氧生物滤池升流式厌氧污泥床反应器（UASB）是一种污水厌氧生物处理新技术，其水力停留时间一般为0.3~1天，有机负荷可高达20kgCOD/(m3·d）。UASB反应器主要用于处理含悬浮物，特别是无机悬浮物少的有机废水在我国，UASB反应器已成功地应用到味精废水、啤酒废水、拧朦酸废水、印染漂洗废水等的处理升流式厌氧污泥床构成：UASB反应器由污泥床、污泥悬浮层、沉淀区和分离器组成。反应器内的污泥由活性生物量（如细菌）占70%~80%以上的颗粒污泥组成。污泥床的污泥浓度一般可达到40000~80000mg/L，是活性污泥法的20~30倍。特点：废水从下向上流过反应器、污泥无需搅拌设备、反应器顶部有特殊的三相分离器等。UASB反应器的构成和特点厌氧流化床是20世纪70年代开发的一种污水厌氧生物处理新技术。与UASB反应器相比，其特点是颗粒污泥随污水的流动而流动，形成所谓的固体流态化，不形成污泥床。水力停留时间一般为0.3~1天，有机负荷为9~13kgCOD/(m3·d)厌氧流化床有机污水的生物处理

厌氧生物处理

氧化塘法氧化塘法定义：氧化塘亦称稳定塘，是一种大面积敞开式的污水处理池塘，占地面积小的为几亩，大的可达几千甚至万余亩。水深度0.6~5m不等。特点：构筑物简单，能源消耗少，运转管理方便。用途：用于小流量生活污水以及工业废水的处理，常与好氧生物处理相结合，作为污水深度处理，有效去除污水中的氮和磷。氧化塘的基本原理是利用藻菌共生系统来分解水中污染物质，使之得到净化。一个典型的氧化塘的水层，自上而下可划分为3层，即光照层、有氧层、无氧层。进入氧化塘的有机污染物被好氧微生物氧化分解，形成各种无机物如NH4+，PO43-、CO2等；藻类可以利用这些无机物作养料，以太阳光为能源，合成自身的细胞，同时释放大量氧气供好氧微生物所用。

在氧化塘的底层，还存在厌氧微生物的活动，通过无氧呼吸，生成CO2、H2S、CH4、N2及简单的有机酸、醇等物。只要这个过程的各个环节保持良好的平衡，此生态系统就能相对稳定，污水得以不断净化。氧化塘法效果良好的氧化塘，能使污水中BOD去除率达到80%~95%由于藻类的生长，氨氮可以由(15~40）μg/g减少到2μg/g以下，磷可减少90%。氧化塘系由藻类供氧，比曝气池、生物转盘供氧量低得多，因此处理同量的污水，所需池塘面积要大得多，时间亦长

氧化塘法处理效果氧化塘的类型好氧塘日光可达塘底，藻类生长旺盛由藻类供养，塘内处于好氧状态兼性塘兼性塘上部主要由藻类供养兼性塘底部呈厌氧条件厌氧塘塘内几乎藻类，主要靠大气供养，好氧分解仅限于上面一薄层水，塘内主要为厌氧分解通气塘主要靠机械充氧水深2~5m,全部水层都保持通气状态氧化塘法优点：生物塘具有构筑物简单，能耗低，管理方便等特点缺点：不容易操控，处理负荷低，占地面积大，在处理工业废水时，一些难溶的有毒有害物质沉积到底泥中成为潜在的污染源。兼性生物塘和厌氧生物塘能产生不良气味和蚊虫，对周围环境产生不良影响。适用：生物塘比较适用于废水的深度处理有机污水的生物处理

厌氧生物处理

土地处理法土地处理法污水土地处理系统是将污水按一定方式投配到土壤中，凭借土壤—植物—微生物系统的物理、化学与生物的作用使水质得到净化的一种污水生态处理技术常用的土地处理法有土壤灌溉法、土壤渗滤系统和湿地处理系统等土壤灌溉法土壤灌溉法也称土地利用法，主要是将经过一定处理后的生活污水或工业废水排放至土壤，灌溉农田、草地和森林，并凭借土壤中物理、化学与生物的作用使水质进一步得到净化。处理效果有时可达到三级处理的程度土壤灌溉法净化机理土壤既是污染物的载体，也是污染物的净化剂

土壤微生物在污灌的净化过程中起着主导作用，使污水中的各种有机物得到进一步分解。植物吸收利用污水中的氮、磷、钾等无机态营养元素，也是土壤净化污水的重要环节土壤本身也是多种污染物的自然净化剂为了保证卫生与生态安全，污水灌溉前，应先进行相应的预处理，确保水质达到污灌标准。湿地处理系统定义：湿地处理系统是将污水有控制地投配到水分处于饱和状态、生长有像芦苇以及香蒲等沼泽生植物的土地上，污水在沿一定方向流动过程中，经耐水植物和土壤联合作用得到净化的一种土地处理系统。优点：系统具有投资及运行费用低、运行维护管理方便、出水水质好等优点。

湿地处理系统净化机理去除溶解性BOD

微生物作用提供氧水面复氧作用植物根系传氧作用去除氮水生植物的吸收物生物脱氮氨的挥发去除磷形成不溶性沉淀湿地处理系统微生物各种有益的微生物如细菌、原生动物到较高等微生物生长在植物的淹没部分，残枝或者其他碎屑上种植芦苇的人工程地系统的优势菌种主要有假单胞肝菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等污水的生物处理

氮磷污水的生物处理

生物脱氮的基本原理概述蛋白质氨基酸氨亚硝酸盐硝酸盐好氧亚硝化细菌好氧

硝化细菌厌氧

反硝化细菌氮气↑氨化作用硝化作用反硝化作用生物脱氮：把水中各种形式存在的氮通过微生物的作用转化为氮气，从水中逸出除去的过程。

水体中氮的存在形式：有机氮化物：蛋白质、尿素、氨基酸氨氮：NH3,NH4+

硝态氮：NO3-,NO2-N、P—植物营养元素导致水体的富营养化一级A标准，NH3—N：<5mg/L

TP：<0.5mg/L生物脱氮的基本原理废水中的氮主要以蛋白质、氨基酸和氨氮的形式存在，蛋白质、氨基酸等有机氮通过氨化作用转化为氨氮。大多数细菌、放线菌和真菌都具有氨化能力。生物脱氮过程主要由三段工艺共同完成：通过氨化作用将有机氮转化为氨氮通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮通过反硝化作用将硝酸盐氮转化为气态氮从水中逸出氨化作用以氨基酸为例：RCHNH2COOH＋O2→RCOOH＋CO2＋NH3氨化作用：有机氮化物在微生物的分解作用中释放出氨的过程这是一个好氧的过程，参与氨化作用的微生物室好氧微生物在活性污泥法的曝气池中，好氧微生物降解有机物的同时就伴随着氨化反应的发生，即有机氮转化为氨态氮（这一过程一般在曝气池中完成）硝化作用氨氮在有氧条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸盐氮的过程，称为硝化作用。这个过程分两个阶段：第一阶段—亚硝化作用，氨被亚硝化细菌氧化成亚硝酸2NH3

+3O2→2HNO2+2H2O+能量第二阶段—硝化作用，亚硝酸经硝化细菌作用，氧化为硝酸2HNO2

+O2→2HNO3+能量硝化作用微生物转化为硝酸的氧化必须有氧参与，这个过程分两个阶段由两类细菌完成：亚硝化作用（亚硝化细菌）硝化作用（硝化细菌）

化能自养：代谢过程中不需要任何有机物参与，合成代谢过程通过无机物合成细胞物质，实现细胞增殖，所需能量来自分解代谢通过氧化还原性的无机物质作为能量的来源的营养类型。

自养细菌特性：环境中大量存在的有机物质会抑制自养菌的生长

化能自养型细菌对于环境条件的要求是严格好氧，在富氧情况下生活良好；适于在中性至微碱性条件下活动；均属中温性微生物，最适温度为30℃，低于5℃或高出40℃时便不能活动。它们不需要有机物，在实验室条件培养时，少量有机物存在即对之产生抑制作用亚硝化细菌、硝化细菌从化学氧化作用中获取能量以供生活，但它们对能量的利用率很低硝化细菌生长较缓慢，在纯培养中的世代时间约为8h硝化作用微生物溶解氧DO温度毒物硝化菌及污泥泥龄PH值营养物质反硝化作用硝酸盐在缺氧条件经微生物作用而还原的过程称为反硝化作用，而在污水处理中反硝化作用主要指硝酸还原产生分子氮的作用又称脱氮作用反硝化作用中微生物是将NO3-中的氧作为呼吸作用的氢受体，因而使NO3-被还原，NO3-反硝化的途径为：

NO3-

→NO2-→NO→N2O→N2

↑反硝化作用微生物

引起反硝化作用的微生物，统称为反硝化微生物，是兼性厌氧异养细菌。兼性厌氧：在有氧或无氧的环境中均能生长繁殖的微生物。但是，在有氧或缺氧条件下，通过不同的氧化方式获取能量，兼有有氧呼吸和无氧发酵两种功能。利用反硝化微生物在缺氧的条件下可以利用硝态氮作为最终电子受体而被还原成氮气，达到脱氮的目的异养微生物：需要有机物作为碳源的一类微生物影响因素溶解氧DOPH值温度营养物质生物脱氮的基本原理

蛋白质氨基酸氨亚硝酸盐硝酸盐好氧亚硝化细菌好氧

硝化细菌厌氧

反硝化细菌氮气↑氨化作用硝化作用反硝化作用硝化—反硝化菌的培养

为获得大量硝化菌，首先将含有硝化菌的活性污泥接种到不含有机物的适于硝化菌的选择培养基中，在通气条件下培养。培养过程中应注意补充NH4+—N和调节PH。在此条件下，只有硝化菌可生长，连续、扩大培养可使硝化菌达1012个／mL，然后按一定比例投加到硝化池中。反硝化菌广泛存在于活性污泥中，可按厌氧活性污泥的培育方法，在富含有机物培养液，厌氧条件下培养，以获得大量反硝化菌。污水的生物处理

氮磷污水的生物处理

生物脱氮工艺传统生物脱氮工艺传统的生物脱氮工艺为三级活性污泥法工艺：第一级为一般曝气池，其作用是去除BOD，并使有机氮转化成NH3即氨化；第二级为硝化池，进行硝化反应，在好氧条件下使NH3转化为硝酸根；第三级为反硝化池，在缺氧条件下硝酸根被还原为氮气二级生物脱氮缺氧—好氧脱氮工艺（A1/O脱氮工艺）缺氧—好氧脱氮工艺的特点是把反硝化池置于工艺的第一级反应器，又称为前置反硝化：污水首先进入缺氧池并与硝化池的回流液混合，污水中的一部分有机物作为反硝化菌的碳源被利用，同时硝酸根被转化为氨或氮气缺氧池的混合液进入氧化池，污水中的有机物得到进一步的降解，同时氨被氧化为硝酸（N03-）A1/O脱氮工艺特点反硝化过程能直接利用污水中的有机碳源，可省去外碳源的添加，从而降低运行费用；硝化池混合液的回流使产生的NO3-在反硝化池内被去除。该工艺的COD、BOD和氨氮去除率均大于90%，总氮的去除率一般为65%~80%污水的生物处理

氮磷污水的生物处理

生物除磷的基本原理生物脱磷的基本原理

生物除磷是指利用聚磷菌能够过量地从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排除系统外，达到从污水中除磷的效果。生物除磷的基本过程：好氧条件下，聚磷菌对磷的过量摄取厌氧条件下，聚磷菌的放磷磷释放—厌氧条件在厌氧条件下，聚合磷酸盐的分解导致可溶性磷酸盐从菌体内释放到细胞外，同时利用产生的能量主动摄取污水中的乙酸等溶解性低分子有机物，合成聚羟基脂肪酸，这种现象称之为“磷释放”。在厌氧条件，聚磷菌将体内的有机态磷或聚磷酸盐分解，将其以溶解性的磷酸盐形式释放到溶液中（放磷），同时会产生的能量。细胞外的乙酸转移到细菌体内生成乙酰CoA，需要耗能，这部分能量来自于菌体内聚合磷酸盐的分解。生成的乙酰CoA在菌体内转化成PHB的形式存储磷摄取—好氧条件

好氧条件下：聚磷菌进行有氧呼吸，不断分解细胞内储存的有机物质（聚羟基脂肪酸PHB），产生能量；ADP获得能量结合正磷酸生成ATP储存能量从污水中大量摄取溶解性的正磷酸盐，在细胞内生成多聚磷酸盐，并加以积累，形成“异染颗粒”。这种现象称之为“磷过剩摄取”磷摄取—好氧条件从厌氧条件转变为好氧条件后，聚磷菌则利用厌氧条件下储存的PHB作为碳源和能源，使其分解为乙酰CoA，乙酰CoA的大部分进入三羧酸循环和乙醛酸循环。产生