微生物在环境污染防治中的应用课件

微生物在环境污染防治中的应用

第一节微生物与废水处理一、水体污染源及其危害二、污水水质三、污水出路四、污废水处理方法（一）造成水体污染的因素①向水体排放未经过妥善处理的城市污水和工业废水；②施用的化肥、农药及城市地面的污染物，被雨水冲刷，随地面径流而进入水体；③随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等。一、水体污染源及其危害（二）水体中主要污染物的来源及其危害1、无机物（无毒、有毒）2、有机物（无毒、有毒）3、放射性物质4、生物污染物质5、热污染1）砂粒、矿渣一类的颗粒状物质危害：①降低了光的穿透能力，减少了水的光合作用并妨碍水体自净；②危害鱼类，堵塞鱼鳃，导致鱼的死亡。制浆造纸废水中的纸浆对此最为明显；③水中悬浮物是各种污染物的载体，随水流动迁移。1、无机无毒物2）酸、碱无机盐类来源：污染水体中的酸主要来自矿山排水及许多工业废水。金属加工酸洗车间、黏胶纤维和酸性造纸等工业部门排放酸性工业废水。雨水淋洗含二氧化硫的空气后，汇入地表水体也能形成酸污染。危害：酸、碱污染物能改变水体pH值；增加水中的一般无机盐类和水的硬度3）氮、磷等植物营养物质来源：来于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和工业废水氮、磷危害导致水体富营养化：①藻类在水体中占据空间大，鱼类活动空间少；衰死藻类将沉积塘底。②藻类种类逐渐减少，并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主,不适于作鱼饵料，而其中有一些种属是有毒的。③藻类过度生长繁殖，造成水体中溶解氧缺乏，影响鱼类生存。2、无机有毒物非重金属的无机毒性物质：

1）氰化物:来源于电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤冷却水、某些化工厂的含氰废水及金、银选矿废水等。氰化物在水中的自净作用①氰化物的挥发逸散。②氰化物的氧化分解。2）砷（As）:工业生产排放含砷废水的有：化工、有色冶金、炼焦、火电、造纸、皮革等，其中以冶金、化工排放砷量较高。重金属毒性物质危害：①只要有微量浓度即可产生毒性效应②某些重金属可能在微生物作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性③水中重金属可以通过食物链在人体中富集，导致蛋白质和酶等失活，也可能累积在人体某些器官，造成慢性中毒。3、有机无毒物（需氧有机物）碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物，易于生物降解，向稳定的无机物转化。在有氧条件下，由好氧微生物作用，转化成CO2和H2O等稳定物质。在无氧条件下，由厌氧微生物作用，转化成H2O、CH4、CO2等稳定物质，同时放出硫化氢、硫醇、粪臭素等具有恶臭的气体。来源：生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉类加工、罐头等食品工业和制革、造纸、印染、焦化等工业废水。4、有机有毒物多属于人工合成的有机物质，如农药（DDT、六六六等有机氯农药）、醛、酮、酚以及聚氯联苯、芳香族氨基化合物、高分子合成聚合物（塑料、合成橡胶、人造纤维）、染料等。来源：石油开采、储运、炼制和使用过程中，排出的废油和含油废水使水体遭受污染；石油、化工、机械制造行业排放的废水；海洋石油的污染。主要污染特征：①稳定，不易被微生物分解。②危害人类健康，只是程度和作用方式不同。5、其他污染物放射性污染：铀矿开采、提炼、纯化、浓缩过程均产生放射性废水和废物。

热污染：主要来源于工矿企业向江河排放的冷却水，其中以电力工业为主，其次是冶金、化工、石油、造纸、建材和机械等工业。

污水所含的污染物千差万别，可用分析和检测的方法对污水中的污染物作出定性、定量的检测。国家对水质的分析和检测制定有许多标准，其指标可分为物理、化学、生物三大类。

二、污水水质污染指数：测定水质的污染程度，所取得的各种数据与清净水质数值之比。

如细菌密度、浮游生物、水生物、生化需氧量及溶解氧等等有关水质的指数。（一）物理性指标1、温度：高温废水引起水体的热污染，影响水生生物的生存和对水资源的利用。氧气在水中的溶解度随水温升高而减少，加速耗氧反应，导致水体缺氧或水质恶化。2、色度：纯天然水是清澈透明、无色的3、嗅和味：天然水是无嗅无味的。水体受污染后会产生异样的气味。如氯化钠带咸味，硫酸镁带苦味，铁盐带涩味，硫酸钙略带甜味等。4、固体物质：水中所有残渣的总和称为总固体(TS)。总固体包括溶解性固体(DS)和悬浮固体(SS)。①溶解性固体(DS)：水样过滤后，滤液蒸干所得的固体。②悬浮固体(SS)：滤渣脱水烘干后的固体。（二）化学性指标1、有机物：

生活污水、工业废水中含有碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机化合物，它们在微生物作用下最终分解为简单的无机物、二氧化碳和水。这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧，属于耗氧污染物。水体有机污染物的主要危害是消耗水中溶解氧。在实际工作中一般采用生物化学需氧量(BOD)、化学需氧量(COD、OC)、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)等指标来反映水中需氧有机物的含量

①

BOD（生物需氧量或生化需氧量）：水中有机污染物被好氧微生物分解时所需要的氧量称为生化需氧量(mg/L)。

间接反映了水中可生物降解的有机物含量。生化需氧量愈高，表示水中需氧有机污染物愈多。

测定时常用BOD5(五日生化需氧量)表示，即20℃时、1L废水所含有机物在5天内进行微生物氧化时所消耗的氧量（mg/L）。②COD（化学需氧量）：使用强氧化剂（高锰酸钾、重铬酸钾）使1L污水中的有机物进行化学氧化时所消耗的氧的毫克数（mg/L）。③TOD（总需氧量）：污水中能被氧化的物质在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需要的氧量。④DO（溶解氧量）：溶于水体中的分子态氧的量。⑤TOC（总有机碳含量）：水体中所含有机物中的全部有机碳的量。⑥油、酚类污染物：石油、动植物油脂、酚类

2、无机物：N、P进入天然水体易导致富营养化①

TN（总氮）：污水中所有含氮化合物（包括有机氮化物、氨、硝酸根、亚硝酸根等）的总含氮量。是表示污水被氮污染的综合指标。②TP（总磷）：污水中所有含磷化合物（包括有机磷化物、正磷酸根、偏磷酸根等）的含磷量。是表示污水被磷污染的综合指标。③

pH值：天然水pH为6～9，当受到污染时pH值发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。

④重金属：主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。正常的天然水中重金属含量很低，汞含量0.001～0.01mg/L，铬含量小于0.001mg／L，在河流和淡水湖中铜的含量平均为0.02mg/L，钴为0.0043mg/L，镍为0.001mg/L。1、水卫生学检验：检测病原微生物，如沙门氏菌属、霍乱弧菌及各类易引起疾病的病毒。对饮用水来说，检测细菌总数、大肠菌群数。（三）生物性指标2、有毒物质的检测：物质不同检测方法也不同。如对致癌物质可采用艾姆斯（Ames）实验检测。（一）污染物在水体环境中的迁移与转化即水体自净①物理净化：稀释、扩散、沉淀等使污染物浓度降低②化学净化：氧化、还原、分解等作用③生物净化：水中生物尤其是微生物的氧化分解三、污水出路（二）污水出路：

1、排放水体；2、处理后回用；3、工农业利用城市污水回用领域：①城市生活用水和市政用水②农业、林业、渔业和畜牧业③工业用水④地下水回灌⑤其它城市生活用水和市政用水①供水：要求回用水除磷脱氮②城市绿地灌溉：要求消毒③市政与建筑用水：洒浇道路、消防用水和建筑用水④城市景观：园林和娱乐设施的池塘、湖泊、河流、水上运动场的补充水工艺生产用水：水为原料和介质使用。水力输送、洗涤用水冷却用水：锅炉补充水：其他杂用水：车间场地冲洗、清洗汽车等工业用水四、污废水处理方法（物理法、化学法、生物学法）（一）污水的物理处理（二）污水的化学处理（三）污水的微生物处理（四）污水的脱氮除磷（五）污水的深度处理水污染控制的基本流程预处理（一级处理）去除有机碳（二级处理）去除氮、磷（三级处理）深度净化生活污水工业废水排放排放高质水水污染控制（治理）工程以工程技术措施，来防止、减轻或消除水环境的污染，改善和保持水环境质量，保障人体健康，以及有效地保护和合理利用水资源。水体污染:是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。一级：物理过程。过筛、除渣、初级沉淀，除去沙砾、碎纸、塑料袋等固体废物二级：生物处理除去有机物。生物吸附、生物降解和絮凝沉淀作用三级：脱氮和除磷四级：深度处理。过滤、消毒等污水处理：城市污水处理的典型流程

炼油厂废水处理的典型流程

污水处理技术：物理法：筛滤、重力、离心、磁分离、蒸发化学法：中和、氧化还原、化学沉淀、电解物理化学法：混凝、气浮、吸附、离子交换、萃取、膜分离(电渗析、扩散渗析、反渗透、超滤)生物法：好氧生物法(活性污泥法、生物膜法)、厌氧生物法、自然生物处理法

通过物理作用，以分离、回收污水中不溶解的呈悬浮状的污染物质（包括油膜和油珠），在处理过程中不改变其化学性质。常采用的有重力分离法、离心分离法、过滤法及蒸发、结晶法等。（一）污水的物理处理

向污水中投加某种化学物质，利用化学反应来分离、回收污水中的某些污染物质，或使其转化为无害物质。常用的方法：1、化学沉淀法：常用于含重金属、氰化物等工业生产污水的处理。（石灰法、硫化物法和钡盐法）2、混凝法：常用的混凝剂有硫酸铝、碱式氯化铝、铁盐（硫酸亚铁、三氯化铁及硫酸铁）等（二）污水的化学处理

3、中和法：向酸性废水中投加碱性物质如石灰、氢氧化钠、石灰石等；对碱性废水可吹入含有CO2的烟道气进行中和，也可用其他的酸性物质进行中和。4、氧化还原（包括电解）法：5、物理化学法：①萃取：将不溶于水的溶剂投入污水之中②吸附：利用多孔性固体，用活性炭③离子交换：利用离子交换作用来置换污水中的离子化物质。④膜分离技术：电渗析法、反渗透、超过滤法离子交换法是利用离子交换树脂中的离子同原水中的某些离子进行交换而将其除去,使水得到净化。

反渗透膜是用高分子材料经过特殊工艺制成的半透膜，它只允许水分子透过，而不允许溶质通过。用高压泵使处于半透膜一侧的原水压力超过渗透压时，原水中的水分子就能够透过半透膜进入另一侧，从而获得纯净水。而原水中的溶解与非溶解的无机盐，重金属离子，有机物，菌体，胶体等物质无法通过半透膜，只能留在浓缩水中被放掉。

通过微生物所产生的酶，氧化分解污、废水中的有机物，使不稳定的复杂有机物降解为CO2、H2O等简单的无机物，或合成微生物的自身组分，从而使污染物得到降解，水体得到净化。（三）污水的微生物处理

污水生物处理法：1、好氧活性污泥法2、好氧生物膜法3、氧化塘法4、厌氧处理法格栅沉砂池沉淀池生物曝气池或生物滤池二沉池混凝、过滤、离子交换、消毒等设备废水垃圾处理沉渣处理一级处理出水(排放、灌溉)污泥消化池或其他处理设备浓缩池二级处理出水(排放、灌溉)三级处理出(排放或回用)沉渣处理一级处理二级处理三级处理

污水处理流程污水的微生物处理1、好氧活性污泥法：利用含有大量好氧性微生物的活性污泥，在强力通风条件下使生活污水及工业废水等得到净化的生物技术。通过好氧生物处理，使一部分有机物转变为微生物的细胞体，另一部分被降解为CO2、H2O、NO3-、SO42-、PO43-等。2、好氧生物膜法：以好氧微生物组成的生物膜为净化主体的生物处理技术。3、氧化塘法：大面积敞开式污水处理池，利用藻菌互生系统分解有机物，使污水得以净化4、厌氧处理法：缺氧条件下利用兼性、厌氧微生物分解污水中有机质的方法。通过厌氧生物处理，除合成微生物细胞体外，还生成CO2、CH4、NH3、H2S等（即沼气）。

1.1活性污泥1.2菌胶团的作用1.3原生动物和后生动物的作用1.4好氧活性污泥培养1.5活性污泥的丝状膨胀和控制策略1、好氧活性污泥法

1912年英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现，对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而阿尔敦（Arden）和洛开脱（Lockgtt）对这一现象进行了研究。曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。这个试验的工艺化便是于1916年建成的第一个活性污泥法污水处理厂。

活性污泥法的基本流程

污水经初沉淀，大颗粒被去除进入曝气池后，用机械或人工的方法往曝气池连续鼓入空气，经过一段时间，水中形成一些褐色絮状泥粒，即所谓活性污泥。其中，含有大量微生物，主体微生物是好氧类型，它们对污水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力，部分有机物被处理成无机物，部分转化为微生物细胞物质。污水离开曝气池以后，在沉淀池中沉淀分离，初级净化而被排放。沉淀的活性污泥因维持很高的微生物密度和活性，一部分返回到曝气池，如此循环运行。

活性污泥法的净化效率很高，它对生活污水中有机物和悬浮物的去除率均达95％左右。但所产生的污泥量较大，运行中还容易出现污泥膨胀现象。

活性污泥：由菌胶团、原生动物等多种微生物群聚集在一起组成的絮状污泥。在污水处理中具有很强的吸附、分解有机物和毒物的能力。活性污泥组成：由多种好氧、兼性厌氧和少量厌氧微生物及污废水中的有机和无机固体物形成的絮状体。活性污泥性质：①有各自的颜色，绒粒大小为0.02-0.2mm，弱酸性（pH6.7），含水率99%左右，有一定的缓冲能力②具有吸附、沉降、氧化有机物的能力。③由有生命的微生物组成，具有自我繁殖能力；活性污泥中的微生物群落菌胶团：由动胶菌属及所有具有夹膜、粘液层或明胶质的絮凝性细菌相互絮凝聚集成的细菌团块。是活性污泥的基本成分及结构和功能中心。

活性污泥的结构和功能中心是菌胶团，菌胶团上生长着其它微生物，如：酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物（肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫）和某些微型后生动物（轮虫及线虫）。菌胶团作用：①具有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物能力；②为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境和附着场所③具有指示作用。通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧度可衡量好氧活性污泥的性能；菌胶团中的主要细菌：水中能形成絮凝体的微生物多数是G-菌。细菌是活性污泥中最重要的成员：动胶菌（Zoogloea）丛毛单胞菌（Comamonas）产碱杆菌(Alcaligenes)微球菌（Micrococcus）芽孢杆菌（Bacillus）假单胞菌（Pseudomonas)黄杆菌

(Flavobacterium）它们都具有凝聚、绒粒化性能，可形成大块菌胶团在废水处理中真菌种类、数量较少。常见的为酵母、假丝酵母、青霉菌和镰刀霉菌

活性污泥中的微生物活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧活性污泥，不论哪种，都是由各种微生物、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。它们有很强的吸附和降解污染物的能力。

原生动物及微型后生动物的作用①指示作用：根据原生动物和微型后生动物的演替、活动规律，判断活性污泥的培养成熟度和污水处理程度。

污、废水处理中微生物出现的先后次序是：细菌—

植物性鞭毛虫—

肉足类（变形虫）—

动物性鞭毛虫—

游泳型纤毛虫、吸管虫—

固着型纤毛虫—

轮虫。随着污水净化和自净程度的增高，微生物也相应地由低级到高级演变。判断活性污泥和处理水质的好坏：线虫出现说明缺氧；四膜虫、屋滴虫、草履虫、豆形虫出现说明活性污泥结构松散；内管虫、吸管虫、钟虫、累枝虫等出现说明活性污泥正常、水质好。判断水质变化和运行中出现的问题：如：钟虫在溶解氧不足或逆境条件下，虫体形态会发生一系列变态变化，正常虫体向胞囊演变。②净化作用：原生动物能吞食有机颗粒和游离细菌及其它微小生物，摄取溶解性有机物，对净化水质起积极作用。③促进絮凝和沉淀作用：原生动物分泌一定的粘液物质，协同和促使细菌发生絮凝；固着型纤毛虫本身有沉降性能，加上和细菌形成絮体，利于泥水分离。好氧活性污泥中的微生物群落及功能活性污泥法净化废水原理：

水体中微生物在生命活动中产生多糖类粘液，携带菌体的粘液聚集在一起构成菌胶团，菌胶团具有很大的表面积和吸附力，可大量吸附污水中的污染物颗粒而形成悬浮在水中的生物絮凝体即活性污泥。有机污染物在活性污泥中被微生物降解，污水因此而得到净化。①吸附：絮凝性微生物吸附废水中有机物活性污泥净化废水过程：②微生物代谢：水解大分子有机物为小分子物质；微生物合成自身细胞；吸收或吞食未分解彻底的有机物③凝聚与沉淀：细菌间相互凝聚，结成绒粒而沉淀①活性污泥：

引起吸附和氧化分解作用的微生物②有机物：

是处理对象，也是微生物的食料③溶解氧：

没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用活性污泥法基本要素活性污泥法的主要构筑物：曝气池和二（次）沉（淀）池。按曝气方式不同，曝气池可分为扩散曝气、机械曝气和纯氧曝气。

微生物降解底物需要氧，向微生物供给氧气称为曝气，而微生物降解底物的场所称为曝气池。在曝气池中，微生物在有氧的情况下，降解污染物环状跑道形曝气池高碑店污水处理厂的一次沉淀池（75m×28m×2.5m，共有24个)

高碑店污水处理厂的二次沉淀池（直径50m，有效深度4m，共有24座）

高碑店污水处理厂的好氧池（95m×28m×6m，共有24座）活性污泥的丝状膨胀和控制策略由于丝状菌过度繁殖造成活性污泥膨胀。污泥膨胀结果是泥水分离困难，池面飘泥严重，出水质量差。Filamentoussulfuroxidizingbacteria（丝状硫磺氧化菌）1、微生物因素：

丝状菌过度生长。主导因素

活性污泥丝状膨胀因素及控制：2、环境因素：

有促进丝状菌过度生长的环境条件①温度：细菌最适生长温度是30℃。②溶解氧：菌胶团菌严格好氧；微氧下，丝状菌优势生长，易污泥膨胀。③可溶性有机物及其种类：低分子糖类和有机酸利于丝状菌生长。④有机物浓度：有机物浓度影响微生物形态；碳、氮比不同影响细菌分散度

表示活性污泥沉淀特性的两个指标：

用于曝气池混合液和最终沉淀池的污泥管理

污泥密度指数（SDI）：曝气池混合液静置30分钟时，100毫升污泥中的沉淀污泥悬浮物的量。污泥密度指数与污泥体积指数之间的关系如下：SDI=100/SVI污泥体积指数（SVI）：或称莫尔曼指数。表示曝气池中混合液静置30分钟时，每克活性污泥悬浮物所占的体积。

SVI大于200ml/g标志活性污泥发生膨胀，小于200ml/g为正常活性污泥，SVI最好为100。

活性污泥法的主要问题是产生大量剩余污泥，需要另行处理。颗粒活性污泥法可以减少污泥残留。这种方法是把活性污泥培养成颗粒状，用颗粒活性污泥完全矿化废水中的有机物，而不形成新的微生物细胞，或者只在颗粒活性污泥内部维持微生物细胞的新老更替。剩余污泥机械浓缩污泥脱水的作用是去除污泥中的毛细水和表面附着水，从而缩小其体积，减轻其质量。污泥切割机进泥螺杆泵卧螺离心脱水机脱水上清液加入污泥储罐箱式板框压滤机污水场污泥处理车间脱水后的干泥污泥的脱水与干化

污泥干燥是将脱水污泥通过处理，去除污泥中绝大部分毛细管水、吸附水和颗粒内部水的方法。

转筒式干燥器和焚化炉污泥处理与处置的关系填埋焚烧

污泥的处置投放海洋农业利用填埋焚烧建材化工原料

2生物膜法（Biofilm）主要类型：酒滴池生物转盘塔式生物滤池浸没法滤池

生物膜法是通过附着在固定载体上的微生物共生体来处理污水。它们处理污水的基本原理相同好氧生物膜：是由众多种类的好氧和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或生物转盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污废水的工作主体。

滤池滤料

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：①

能为微生物附着提供大量的表面积：②

使污水以液膜状态流过生物膜；③

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；④

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；⑤

有一定机械强度；⑥价格低廉。生物滤池：

池中装上碎石、炉渣、圆盘或塑料蜂窝等固体填料，当污水连续通过时，由于微生物的大量繁殖，在填料的表面形成一层滑腻的暗色薄膜，即生物膜。生物膜微生物构成：表层为好氧菌，内层为厌氧菌，中层为兼性厌氧菌。还有以原生动物为主的动物群落。

各种生物间形成食物链，污水中的有机物通过食物链的每个环节时，都能被部分地分解、转变成CO2

，最终把有机物除去。好氧生物膜中的微生物群落及其功能：好氧生物膜特点：①在每一段（级）上能形成与该段污水水质相适应的优势菌群，对有机物的降解十分有利，能生长丝状菌但无污泥膨胀。②对水质水量变化的适应性强。③生物膜上能生长硝化菌，有硝化脱氮功能。④动力费用较低，产生的污泥量少，且沉降性好、易于分离。滤池结构（三层）：

滤池内生物膜的高度不同，其营养组成、浓度和微生物种群、数量也不同。好氧生物膜净化作用机理：

①生物膜生物（絮凝性细菌等）和膜面生物（固着型和游泳型纤毛虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解、氧化成小分子，合成及构建自身细胞组分。②上一层生物膜的代谢产物被下一层的生物膜生物所利用，进一步氧化分解成CO2和H2O；③游离的细菌和老化的生物膜被扫除生物（轮虫、线虫、瓢体虫）吞食。通过以上微生物化学和吞食作用，污、废水得到净化。

生物膜中不同种类微生物具有不同功能，大家协同作用生物膜的培养方法：①自然挂膜法：

让污废水慢速流入滤池内，水和空气中的自然菌种附着在滤料上，繁殖增多，形成一层粘性薄膜。②活性污泥挂膜法：

污废水中加入活性污泥后，再自然挂膜。③优势菌种挂膜法：

污废水中接种优势菌种（基因构建或自然界筛选），再自然挂膜。生物膜的基本结构和污染物降解过程

滴滤系统

（Tricklingfiltersystem）微生物过量生长，易引起多孔床堵塞

转动的栅栏喷淋装置将污水均匀分布于石子等铺成的多孔处理床上，石子等载体表面形成生物膜

生物转盘(旋转生物接触氧化系统)（RotatingBiologicalContactor,RBC）

生物转盘处理系统与滴滤系统相比，具有占地少、效率高、运行稳定等优点，但前期投资较大。一系列圆盘装置部分浸没于污水中，不断旋转，圆盘上形成生物膜。保证了与污水的接触及通气性。

生物转盘工艺流程示意图生物转盘反应器

填料上的微生物活性污泥扫描电镜照片填料扫描电镜照片流化床反应器

载体的比表面积被充分利用，但能耗较高，运行成本也相对高。流动系统。由下向上进入废水，其流速或曝气的程度被控制在足以使载体流动，但不互相接触、不破坏生物膜结构的程度。污水的泵入或曝气作用，使载体物质（浮石、砂子、塑料等）在反应器中不断流动。3氧化塘法

缺点：效率低、占空间大，氧化作用不完全，产生臭味；处理效率受季节温度影响。

氧化塘（稳定塘、生物塘），大面积敞开式污水处理池，是一个藻菌共生的生态系统。污水从一端流入，从另一端流出，利用藻菌互生来分解有机物，使污水得以净化。对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似。是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。自然处理系统（Natural

Treatment

Systems）分为稳定塘系统和土地处理系统。①稳定塘系统（Aquatic

Systems）通过菌藻共生系统和水生生物系统对污水进行自然处理。②土地处理系统（Soilbased

System）利用土壤—微生物—植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行净化。

污水自然处理系统的净化作用主要是利用土壤浅层中的物理作用、化学作用和微生物的生化作用。与常规技术相比，工艺简便、操作方便、成本低。

氧化塘中，同时存在着三种生化作用：①好氧分解：好氧菌②厌氧分解：厌氧菌③光合作用：藻类和水生植物细菌：代谢产生的CO2、H2O和无机盐类被藻类利用藻类：吸收无机盐合成自身，光合放氧供细菌利用；藻体能被细菌分解，又能被原生动物吞食，使藻类不过多积累。氧化塘底部：厌氧环境。过多的无机氮通过细菌的反硝化作用以氮气的形式逸去，避免了水体富营养化。氧化塘净化污水机理①氨化作用:有机氮化合物分解为氨态氮。②硝化作用:氨态氮在硝化菌的作用下，转化为硝酸氮。③反硝化作用:硝酸氮在反硝化菌的作用下，还原成分子态氮。④挥发作用:水中的NH3向大气挥发。⑤吸收作用:微生物及水生植物，吸收铵氮或硝氮作为营养。⑥分解作用:沉淀在沉积层中的有机氮在厌氧菌的作用下分解。

氮在水体中的转化与循环途径：自然生物处理氧化塘类型：①好氧塘②兼性塘③厌氧塘④曝气塘⑤深度处理塘稳定塘按塘内微生物类型、供氧方式和功能等进行分类。①好氧塘：深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，塘内菌藻共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。②兼性塘：深度较大，上层为好氧区，藻类光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区(过渡区)，由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。③厌氧塘：塘深在2m以上，有机负荷高，全部塘水均呈厌氧状态，由厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。⑤深度处理塘：又称三级处理塘或熟化塘，属于好氧塘。其进水有机污染物浓度很低，一般B005≤30mg/L。常用于处理传统二级处理厂的出水，提高出水水质。④曝气塘：采用人工曝气供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起净化作用，污水停留时间较短。除上述几种常见的稳定塘以外，还有：水生植物塘：塘内种植水葫芦、水花生等水生植物，以提高污水净化效果，特别是提高对磷、氮的净化效果。生态塘：塘内养鱼、鸭、鹅等，通过食物链形成复杂的生态系统，以提高净化效果。完全储存塘：完全蒸发塘湿地处理系统：将污水投配到沼泽地上，污水沿一定方向流动，在耐水植物的土壤联合作用下得到净化的一种土地处理工艺。4

厌氧消化法在缺氧条件下，利用厌氧微生物分解污水中有机物的方法。消除环境污染、开发生物能源厌氧处理的用途：②用于好氧处理的前处理

厌氧菌将污水中难降解的大分子有机物分解成容易降解的有机酸等小分子，大大降低了后续好氧处理的负荷。①用于高浓度有机废水、剩余的活性污泥

城市垃圾、粪便、污水、工业废水、好氧处理的活性污泥等放到发酵池中厌氧发酵，使有机物充分降解，并杀死或抑制了病原微生物和寄生虫，又提供了生物能源（沼气/生物气）两级高负荷率厌氧消化系统沼气风机搅拌预处理厌氧消化反应器生物气进水出水剩余污泥回流污泥厌氧消化法的典型工艺流程

消化池构造浮动式盖消化池固定式盖消化池

厌氧消化过程及其微生物学机理碱化阶段：分解后期，由于所产生的NH3与酸发生中和，使pH值上升，甲烷细菌开始大量繁殖，并加速了有机酸和醇的分解，产物主要是甲烷和CO2。污水酸度降低，故称为甲烷化期（或碱化阶段）。酸化阶段：初期由厌氧菌和兼性菌（统称产酸菌）将污水中的复杂有机物水解成为有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等，使污水的pH值降低，故称为水解期（或酸化阶段）有机物厌氧分解过程分为两个阶段：甲烷发酵过程微生物群落：专性厌氧菌，如梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属、兼性厌氧菌、链球菌、肠道菌。（1）前期（酸化阶段）：水解及发酵。有机大分子降解为小分子纤维素、淀粉蛋白质脂类

单糖氨基酸低级脂肪酸

丙酮酸氨、有机酸乙醇、乙酸、丙酸等

（2）后期（甲烷化阶段）：

两碳以上的有机物被转化为无机的CO2、H2

和有机的甲酸、甲胺、甲醇、乙酸（三甲一乙）和甲烷。产甲烷：乙酸：CH3COOHCH4+CO2氢气：H2+CO2CH4+H2O甲醇：CH3OHCH4+CO2+H2O甲酸：4HCOO-+2H+

CH4+CO2+2HCO3-脂肪酸：2C3H7COOH+CO2+H2OCH4+4CH3COOH产甲烷菌群：产甲烷短杆菌属、产甲烷杆菌属、产甲烷球菌属、产甲烷螺菌属、产甲烷八叠球菌属、产甲烷丝菌属

（低温、中温和高温三种）

沼气微生物种类不产甲烷菌产甲烷菌发酵性细菌产氢产乙酸菌耗氢产乙酸菌食氢产甲烷菌食乙酸产甲烷菌

制取沼气的核心菌落是甲烷菌群，自然界一切具备厌氧条件和有机物的地方都可以找到它们的踪迹。不产甲烷菌：不产甲烷菌能将纤维、半纤维、淀粉、蛋白质、脂肪等复杂有机物分解成乙酸、丙酸、丁酸等简单的小分子物质，为产甲烷菌提供基质。产甲烷菌：产甲烷菌是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，适宜在中性环境中繁殖，依靠乙酸、二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷。不产甲烷菌参与酸发酵：不完全的厌氧消化，有机物的降解产物主要是有机酸。产甲烷菌参与甲烷发酵：完全的厌氧消化，进一步将有机酸转化为以甲烷为主的生物气。

高碑店污水处理厂污泥消化池（直径20m，有效深度25m，共有16座，消化好氧池排放的污泥，每天可产生沼气近20000m3）

厌氧活性污泥法厌氧活性污泥的微生物组成：共5种①水解细菌：将大分子分解成小分子；②发酵细菌：将单糖、氨基酸等发酵成