第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理2008121123260928

1、 第九章第九章 水環(huán)境污染控制與治理的生水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理態(tài)工程及微生物學原理第一節(jié)第一節(jié) 污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng) v城市生活污水和工業(yè)廢水生物處理的方法很多，根據(jù)城市生活污水和工業(yè)廢水生物處理的方法很多，根據(jù)微生物與氧的關系分為微生物與氧的關系分為好氧處理和厭氧處理好氧處理和厭氧處理兩大類。兩大類。v根據(jù)微生物在構筑物中處于懸浮狀態(tài)或固著狀態(tài)，分根據(jù)微生物在構筑物中處于懸浮狀態(tài)或固著狀態(tài)，分為為活性污泥法和生物膜法活性污泥法和生物膜法。 一一、好氧活性污泥法好氧活性污泥法 普通活性污泥法是依據(jù)水的自凈作用原理發(fā)展而來的普通活性污泥法

2、是依據(jù)水的自凈作用原理發(fā)展而來的 初次沉淀池曝氣池二次沉淀池污泥消化池（一）（一） 好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落 1、好氧活性污泥的組成與性質、好氧活性污泥的組成與性質 好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物與污（廢）水中有機的和無機固體物混凝交織在一起，生物與污（廢）水中有機的和無機固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒（形成的絮狀體或稱絨粒（floc） 。（1）組成：細菌、微型動物為主體的各種好氧、兼性厭氧）組成：細菌、微型動物為主體的各種好氧、兼性厭氧微生物微生物 + 懸浮物質、膠體物質形成的懸浮物

3、質、膠體物質形成的絮狀體絮狀體。（2）性質：含水率）性質：含水率99%，密度，密度1.002-1.006，pH6.7，絨粒大，絨粒大小小0.02-0.2mm，比表面積，比表面積20-100cm2/ml。2、好氧活性污泥的存在狀態(tài)：、好氧活性污泥的存在狀態(tài)：完全混合式：懸浮狀態(tài)，均勻分布完全混合式：懸浮狀態(tài)，均勻分布推流式：不均勻分布，隨推流方向微生物種類依次增多推流式：不均勻分布，隨推流方向微生物種類依次增多3、好氧活性污泥中微生物群落、好氧活性污泥中微生物群落 活性污泥的結構和功能的中心是能起絮凝作用的細菌形活性污泥的結構和功能的中心是能起絮凝作用的細菌形成的菌膠團，其上生長著各種類型的微生

4、物，形成一個微成的菌膠團，其上生長著各種類型的微生物，形成一個微生物群落。生物群落。（1）細菌細菌：活性污泥：活性污泥主要成分是細菌主要成分是細菌，來，來源于土壤、水、空氣。某些屬出現(xiàn)頻率很源于土壤、水、空氣。某些屬出現(xiàn)頻率很高，高，尤其是動膠菌屬和假單胞菌屬尤其是動膠菌屬和假單胞菌屬。此外。此外還有一類還有一類絲狀細菌絲狀細菌存在，如球衣菌屬、發(fā)存在，如球衣菌屬、發(fā)硫菌、貝氏硫菌屬。它們大多數(shù)是化能異硫菌、貝氏硫菌屬。它們大多數(shù)是化能異養(yǎng)菌，以有機質為主要營養(yǎng)源，好氧或兼養(yǎng)菌，以有機質為主要營養(yǎng)源，好氧或兼性厭氧，以性厭氧，以G-占優(yōu)勢。許多菌具有莢膜或占優(yōu)勢。許多菌具有莢膜或微莢膜，部分細

5、菌有纖毛，與絮狀體形成微莢膜，部分細菌有纖毛，與絮狀體形成密切相關。密切相關。動膠菌屬動膠菌屬（2）真菌）真菌：主要為：主要為絲狀真菌絲狀真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、有毛霉、根霉、曲霉、青霉、鐮刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出現(xiàn)在鐮刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出現(xiàn)在pH低的廢水中。真低的廢水中。真菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估計與絮狀水體形菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估計與絮狀水體形成及膨脹有關。成及膨脹有關。（3）微型動物微型動物：原生動物和少數(shù)多細胞動物，原生動物和少數(shù)多細胞動物，原生動物占原生動物占總數(shù)總數(shù)90%。數(shù)量種類與污水的類型不同而不同，生活污水中。數(shù)量種類與污水的類型

6、不同而不同，生活污水中原生動物量大于工業(yè)廢水。以原生動物量大于工業(yè)廢水。以纖毛蟲綱纖毛蟲綱占優(yōu)勢，多細胞動物占優(yōu)勢，多細胞動物有輪蟲、顫蚓、線蟲等。原生動物在廢水凈化中的作用僅次有輪蟲、顫蚓、線蟲等。原生動物在廢水凈化中的作用僅次于細菌。于細菌。 （4）藻類：較少，有綠藻如小球藻屬，藍細菌顫藻屬。）藻類：較少，有綠藻如小球藻屬，藍細菌顫藻屬。4、好氧活性污泥中微生物濃度和數(shù)量、好氧活性污泥中微生物濃度和數(shù)量 濃度常用濃度常用1升活性污泥混合液中恒重的干固體升活性污泥混合液中恒重的干固體mg數(shù)表示數(shù)表示，即，即MLSS mixed liquor suspended solids混合液懸浮固混合液

7、懸浮固體。體。一般生活污水一般生活污水 MLSS 2000-3000mg/L工業(yè)廢水工業(yè)廢水 MLSS 3000mg/L高濃度工業(yè)廢水高濃度工業(yè)廢水 MLSS 3000-5000mg/L1ml污泥中細菌數(shù)污泥中細菌數(shù)107-108個個（二）活性污泥凈化廢水的作用機理（二）活性污泥凈化廢水的作用機理凈化作用過程：凈化作用過程：1、吸附：廢水與活性污泥充分接觸，形成懸濁混合液，污染、吸附：廢水與活性污泥充分接觸，形成懸濁混合液，污染物被比表面積大的絮凝性微生物吸附。物被比表面積大的絮凝性微生物吸附。2、胞外分解和吸收：呈膠態(tài)的大分子有機物被吸附后，首先、胞外分解和吸收：呈膠態(tài)的大分子有機物被吸附后

8、，首先被微生物分泌的胞外水解酶分解為小分子物質，這些小分子被微生物分泌的胞外水解酶分解為小分子物質，這些小分子物質與溶解性有機物一起在透膜酶作用下或在濃度梯度推動物質與溶解性有機物一起在透膜酶作用下或在濃度梯度推動下選擇性吸收入胞。在細菌內氧化分解，中間代謝物被其他下選擇性吸收入胞。在細菌內氧化分解，中間代謝物被其他細菌吸收無機化為水和二氧化碳。細菌吸收無機化為水和二氧化碳。3、其他微生物吸收或吞食未分解的有機物、其他微生物吸收或吞食未分解的有機物4、凝聚、沉淀：絮狀體的作用、凝聚、沉淀：絮狀體的作用（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程（1）推流式曝氣法

9、推流式曝氣法： 采用長方形曝氣池，處理時廢水與活性污泥從曝氣池一端采用長方形曝氣池，處理時廢水與活性污泥從曝氣池一端同時進入，經曝氣機的推流作用，原污水與活性污泥向前推同時進入，經曝氣機的推流作用，原污水與活性污泥向前推進到末端。該法進到末端。該法BOD和懸浮物的去除率達和懸浮物的去除率達90-95%，適用于處，適用于處理水質要求高水質比較穩(wěn)定的廢水。理水質要求高水質比較穩(wěn)定的廢水。缺點缺點：對水質變化的適應能力不強；對水質變化的適應能力不強；所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空氣是所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空氣是沿池平均分布的；沿池平均分布的；曝氣池相對龐大，占地

10、多，能耗高。曝氣池相對龐大，占地多，能耗高。（4）分段布水推流式曝氣法分段布水推流式曝氣法 也稱多點進水曝氣法。廢水沿池多點進入，使有機物在曝也稱多點進水曝氣法。廢水沿池多點進入，使有機物在曝氣池中分布均勻。氣池中分布均勻。（3）接觸氧化穩(wěn)定法接觸氧化穩(wěn)定法 也稱吸附再生法。曝氣池分為接觸氧化池（吸附池）和穩(wěn)也稱吸附再生法。曝氣池分為接觸氧化池（吸附池）和穩(wěn)定池（再生池）。廢水先進入接觸氧化池，充分混合后進入定池（再生池）。廢水先進入接觸氧化池，充分混合后進入沉淀池，回流污泥進入穩(wěn)定池，曝氣但不加廢水，使活性污沉淀池，回流污泥進入穩(wěn)定池，曝氣但不加廢水，使活性污泥中有機物進一步分解。泥中有機物

11、進一步分解。（2）完全混合式曝氣法完全混合式曝氣法 原污水、回流污泥進入曝氣池后立即與池內原有的混合液原污水、回流污泥進入曝氣池后立即與池內原有的混合液充分混合。池內水質均勻，各部分工作情況基本一樣。充分混合。池內水質均勻，各部分工作情況基本一樣。 缺點主要是出水水質上往往不及推流式。缺點主要是出水水質上往往不及推流式。（5）氧化溝氧化溝 連續(xù)環(huán)式反應池，因其構筑物呈封閉的溝渠形而得名。平連續(xù)環(huán)式反應池，因其構筑物呈封閉的溝渠形而得名。平面上多為橢圓或圓形。面上多為橢圓或圓形。 具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之間具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之間。適合處理高濃度

12、有機廢水。污泥產量少，能耗低。適合處理高濃度有機廢水。污泥產量少，能耗低。（四）氧化塘（或氧化溝）的生物群落及其處理廢水機制（四）氧化塘（或氧化溝）的生物群落及其處理廢水機制 氧化塘氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地來治理污染。在塘就是利用天然池塘、河堤、洼地來治理污染。在塘內形成藻類、好氧性細菌和原生動物組成共生系統(tǒng)，使廢水內形成藻類、好氧性細菌和原生動物組成共生系統(tǒng)，使廢水得到凈化。得到凈化。 1、微生物群落、微生物群落（1）藻類藻類：表層是藻類，如小球藻、柵列藻、衣藻、裸：表層是藻類，如小球藻、柵列藻、衣藻、裸藻、顫藻等。藻、顫藻等。（2）細菌細菌：存在下層。優(yōu)勢菌群：假單胞菌、黃桿菌、

13、：存在下層。優(yōu)勢菌群：假單胞菌、黃桿菌、產堿桿菌、芽孢桿菌、光合細菌等，在底部厭氧層有硫酸產堿桿菌、芽孢桿菌、光合細菌等，在底部厭氧層有硫酸鹽還原菌、產甲烷菌等。鹽還原菌、產甲烷菌等。（3）微型動物微型動物：主要是纖毛蟲主要是纖毛蟲，一般有鐘蟲、膜袋蟲等，一般有鐘蟲、膜袋蟲等種類，最高種類，最高1000個個/ml。還有輪蟲、甲殼類、搖蚊幼蟲（。還有輪蟲、甲殼類、搖蚊幼蟲（底泥中）底泥中）2、 處理機制處理機制 利用利用細菌與藻類細菌與藻類的互生關系來的互生關系來分解有機污染物的廢水處分解有機污染物的廢水處理系統(tǒng)。理系統(tǒng)。 （五）菌膠團的作用（五）菌膠團的作用 定義：廣義講，將所有具有莢膜或粘液

14、或明膠質的絮定義：廣義講，將所有具有莢膜或粘液或明膠質的絮凝性細菌互相絮凝聚集成的菌膠團塊都稱為菌膠團。形凝性細菌互相絮凝聚集成的菌膠團塊都稱為菌膠團。形成菌膠團的主要細菌是成菌膠團的主要細菌是動膠菌動膠菌，有的種胞外有莢膜，在，有的種胞外有莢膜，在污水中可凝聚成肉眼可見的絮狀物。此外該菌有胞外小污水中可凝聚成肉眼可見的絮狀物。此外該菌有胞外小纖毛能將絮狀物中的細胞交織在一起，這種交織作用使纖毛能將絮狀物中的細胞交織在一起，這種交織作用使許多細胞互相粘連形成最初的活性污泥凝聚體。許多細胞互相粘連形成最初的活性污泥凝聚體。 作用作用：1、 很強的生物吸附和氧化分解有機物的能力很強的生物吸附和氧化

15、分解有機物的能力2、 為原生動物提供良好的生存環(huán)境為原生動物提供良好的生存環(huán)境3、 為原生動物、微型動物提供附著場所為原生動物、微型動物提供附著場所4、 具有指示作用具有指示作用（六）原生動物及微型后生動物的作用（六）原生動物及微型后生動物的作用 1、指示作用、指示作用：原因在于原生動物是較高等動物，耐毒力比：原因在于原生動物是較高等動物，耐毒力比細菌好，對環(huán)境因素改變比較敏感，環(huán)境條件改變可引起它細菌好，對環(huán)境因素改變比較敏感，環(huán)境條件改變可引起它們種群、數(shù)量及代謝活力的變化；個體大，在低倍鏡下可見們種群、數(shù)量及代謝活力的變化；個體大，在低倍鏡下可見便于觀察。便于觀察。（1）判斷污水處理程度

16、： （2）指示污泥性質和好壞指示污泥性質和好壞： 正常污泥正常污泥：鐘蟲屬、累枝蟲屬、蓋蟲屬等固著性或匍匐：鐘蟲屬、累枝蟲屬、蓋蟲屬等固著性或匍匐性種數(shù)性種數(shù) 污泥惡化污泥惡化：絮凝體：絮凝體0.1-0.2mm以下，優(yōu)勢種屬有豆形蟲以下，優(yōu)勢種屬有豆形蟲、草履蟲、眼蟲、波豆蟲屬等快速游泳型種屬。嚴重惡化時、草履蟲、眼蟲、波豆蟲屬等快速游泳型種屬。嚴重惡化時微型動物幾乎不出現(xiàn)。微型動物幾乎不出現(xiàn)。 污泥膨脹污泥膨脹：攝食絲狀菌的裸口目旋毛科、全毛類原生動：攝食絲狀菌的裸口目旋毛科、全毛類原生動物及擬輪毛蟲等。物及擬輪毛蟲等。 污泥解體污泥解體：絮凝體細小，針狀分解。優(yōu)勢種為變形蟲屬：絮凝體細小，

17、針狀分解。優(yōu)勢種為變形蟲屬、簡便蟲屬等肉足類。、簡便蟲屬等肉足類。（3）指示水質變化和運行中出現(xiàn)的問題指示水質變化和運行中出現(xiàn)的問題 形態(tài)變化形態(tài)變化：環(huán)境條件惡劣時：環(huán)境條件惡劣時形成孢囊；形成孢囊；pH超過正常范超過正常范圍圍鐘蟲纖毛停止擺動，蟲體收縮成團鐘蟲纖毛停止擺動，蟲體收縮成團 生殖方式生殖方式：出現(xiàn)有性生殖時往往預示環(huán)境條件變差或種群處：出現(xiàn)有性生殖時往往預示環(huán)境條件變差或種群處于衰老期。于衰老期。 優(yōu)勢種變化優(yōu)勢種變化： 高負荷，曝氣不足高負荷，曝氣不足小鞭毛蟲；小鞭毛蟲； 水停留時間過短水停留時間過短小的游泳型纖毛蟲；小的游泳型纖毛蟲； 很高負荷及難降解物很高負荷及難降解物小

18、裸變形蟲和鞭毛蟲；小裸變形蟲和鞭毛蟲； 溶氧不足溶氧不足阿托氏菌屬、扭頭蟲屬和新態(tài)蟲屬阿托氏菌屬、扭頭蟲屬和新態(tài)蟲屬 過分曝氣過分曝氣肉足類及輪蟲類。肉足類及輪蟲類。2、凈化作用、凈化作用 腐生性營養(yǎng)的某些鞭毛蟲通過滲透作用吸收污水中溶解性腐生性營養(yǎng)的某些鞭毛蟲通過滲透作用吸收污水中溶解性有機物；動物性營養(yǎng)的原生動物可吞食有機顆粒和游離細菌有機物；動物性營養(yǎng)的原生動物可吞食有機顆粒和游離細菌，利于凈化水質。，利于凈化水質。3、絮凝和沉淀作用、絮凝和沉淀作用 原生動物可以分泌一定的粘液協(xié)同和促進細菌發(fā)生絮凝作原生動物可以分泌一定的粘液協(xié)同和促進細菌發(fā)生絮凝作用。用。（4）指示細菌活力指示細菌活力

19、：小口鐘蟲在細菌生長活躍旺盛的對數(shù)小口鐘蟲在細菌生長活躍旺盛的對數(shù)期出現(xiàn)，溝鐘蟲需要細菌的代謝副產物，出現(xiàn)在細菌生長的期出現(xiàn)，溝鐘蟲需要細菌的代謝副產物，出現(xiàn)在細菌生長的衰老期衰老期（七）好氧活性污泥的培養(yǎng) 1、間歇式曝氣培養(yǎng)、間歇式曝氣培養(yǎng)（1）菌種來源：）菌種來源：污水處理廠的活性污泥；污水處理廠的活性污泥；工廠集水池或沉淀池污泥或污水流經的河流淤泥。工廠集水池或沉淀池污泥或污水流經的河流淤泥。（2）馴化：）馴化：傾去上清液，加入同濃度新鮮廢水 調高1個濃度低濃度廢水培養(yǎng)重復操作曝氣23h沉淀1h重復3-7天原廢水濃度 （3）培養(yǎng)：改用連續(xù)曝氣培養(yǎng)法培養(yǎng)，用鏡檢和化學測定）培養(yǎng)：改用連續(xù)曝

20、氣培養(yǎng)法培養(yǎng)，用鏡檢和化學測定分析判斷活性污泥的成熟度，若菌膠團結構緊密，原生動物分析判斷活性污泥的成熟度，若菌膠團結構緊密，原生動物以鐘蟲等固著型纖毛蟲為主，沉降性能好，說明進入成熟期以鐘蟲等固著型纖毛蟲為主，沉降性能好，說明進入成熟期。 2、連續(xù)曝氣培養(yǎng)、連續(xù)曝氣培養(yǎng) 用現(xiàn)成的與本廠相同水質處理廠的活性污泥做菌種可直用現(xiàn)成的與本廠相同水質處理廠的活性污泥做菌種可直接用連續(xù)曝氣培養(yǎng)。接用連續(xù)曝氣培養(yǎng)。接 種小流量進水增加一個濃度梯度設計流量悶曝運行一周 二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法主要類型：主要類型： 生物濾池生物濾池：普通生物：普通生物濾池；高負荷生物濾池；濾池；高負荷生物濾池；塔式生

21、物濾池塔式生物濾池 生物轉盤生物轉盤 生物接觸氧化法（生物接觸氧化法（淹淹沒式生物濾池）沒式生物濾池） 生物轉盤（一）生物膜中的微生物群落（一）生物膜中的微生物群落 1、好氧生物膜：、好氧生物膜： 由各種微生物組成的，附著在各種支撐體上的一層粘由各種微生物組成的，附著在各種支撐體上的一層粘性固定化薄膜。性固定化薄膜。是生物膜法處理系統(tǒng)的工作主體，厚約是生物膜法處理系統(tǒng)的工作主體，厚約2-3mm，一般呈蓬松的絮狀結構，微孔很多，表面積很，一般呈蓬松的絮狀結構，微孔很多，表面積很大，因此有很強的吸附作用，利于微生物進一步對這些大，因此有很強的吸附作用，利于微生物進一步對這些吸附的有機物的分解。吸附

22、的有機物的分解。 2、好氧生物膜中的微生物群落及其功能、好氧生物膜中的微生物群落及其功能（1）生物膜生物：生物膜生物： 細菌：以動膠菌為主，其他的還有好氧的芽孢桿菌屬、不細菌：以動膠菌為主，其他的還有好氧的芽孢桿菌屬、不動桿菌屬，專性厭氧的脫硫弧菌屬等。另一主要的細菌是絲動桿菌屬，專性厭氧的脫硫弧菌屬等。另一主要的細菌是絲狀細菌。在生物膜中絲狀細菌不會引起膨脹，特別是球衣細狀細菌。在生物膜中絲狀細菌不會引起膨脹，特別是球衣細菌降解有機物能力非常強，在凈化廢水中起重要作用。此外菌降解有機物能力非常強，在凈化廢水中起重要作用。此外，絲狀菌大量生長，菌絲體交叉粘連形成網狀結構，對水流，絲狀菌大量生長

23、，菌絲體交叉粘連形成網狀結構，對水流起到過濾作用。起到過濾作用。 真菌：種類和數(shù)量都很豐富，約真菌：種類和數(shù)量都很豐富，約30%是真菌是真菌藻類：在生物濾池上部，藻類的主要作用是向生物膜供氧藻類：在生物濾池上部，藻類的主要作用是向生物膜供氧（2）生物膜面生物）生物膜面生物固著型纖毛蟲：鐘蟲、獨縮蟲、累枝蟲屬；固著型纖毛蟲：鐘蟲、獨縮蟲、累枝蟲屬；游泳型纖毛蟲：豆形蟲、尖毛蟲等。它們是動物中的主要類游泳型纖毛蟲：豆形蟲、尖毛蟲等。它們是動物中的主要類群，其優(yōu)勢種隨生物膜營養(yǎng)物質和其他環(huán)境條件變化而更替群，其優(yōu)勢種隨生物膜營養(yǎng)物質和其他環(huán)境條件變化而更替，可作為水處理的指示生物。能促進濾池凈化速度

24、，提高濾，可作為水處理的指示生物。能促進濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率。池整體的處理效率。（3）濾池掃除生物）濾池掃除生物 體形較大的無脊椎動物如輪蟲、線蟲，環(huán)節(jié)動物門的瓢體形較大的無脊椎動物如輪蟲、線蟲，環(huán)節(jié)動物門的瓢體蟲、沙蠶，節(jié)肢動物水螨，軟體動物蝸牛等，去除濾池中體蟲、沙蠶，節(jié)肢動物水螨，軟體動物蝸牛等，去除濾池中的污泥，防止污泥積聚和堵塞。的污泥，防止污泥積聚和堵塞。3、好氧生物膜的結構、好氧生物膜的結構 生物濾池中的生物膜分為生物濾池中的生物膜分為水層、好氧層、厭氧層水層、好氧層、厭氧層 上層：營養(yǎng)濃度高，主要是細菌，少數(shù)鞭毛蟲上層：營養(yǎng)濃度高，主要是細菌，少數(shù)鞭毛蟲 中層：

25、廢水中的營養(yǎng)物，微生物代謝產物，種類較多，中層：廢水中的營養(yǎng)物，微生物代謝產物，種類較多，有菌膠團、浮游球衣菌、鞭毛蟲、變形蟲、腎形蟲等有菌膠團、浮游球衣菌、鞭毛蟲、變形蟲、腎形蟲等 下層：有機物濃度低，低分子有機物較多。菌膠團、浮下層：有機物濃度低，低分子有機物較多。菌膠團、浮游球衣菌、固著型纖毛蟲，少數(shù)游泳型纖毛蟲。游球衣菌、固著型纖毛蟲，少數(shù)游泳型纖毛蟲。4、凈化作用機理、凈化作用機理（二）好氧生物膜的培養(yǎng)（二）好氧生物膜的培養(yǎng)掛膜掛膜1、自然掛膜法、自然掛膜法 將帶有自然菌種的工業(yè)廢水用泵慢速打入空的生物濾池將帶有自然菌種的工業(yè)廢水用泵慢速打入空的生物濾池中，循環(huán)中，循環(huán)3-7后改為慢

26、速連續(xù)進水。在這過程中，廢水中的后改為慢速連續(xù)進水。在這過程中，廢水中的自然菌種和空氣微生物附在濾料上，逐漸形成一層粘性的微自然菌種和空氣微生物附在濾料上，逐漸形成一層粘性的微生物薄膜，當進水流量達到設計值時，濾池由上而下形成正生物薄膜，當進水流量達到設計值時，濾池由上而下形成正常分層的微生物相就可以進行正式運行。常分層的微生物相就可以進行正式運行。2、活性污泥掛膜法、活性污泥掛膜法 取處理生活污水或處理工業(yè)廢水的活性污泥做菌種取處理生活污水或處理工業(yè)廢水的活性污泥做菌種3、優(yōu)勢菌種掛膜法、優(yōu)勢菌種掛膜法 從自然環(huán)境或廢水處理中篩選分離得到對某種工業(yè)廢水從自然環(huán)境或廢水處理中篩選分離得到對某種

27、工業(yè)廢水有強降解能力的菌株，還可以是遺傳育種或基因工程菌。有強降解能力的菌株，還可以是遺傳育種或基因工程菌。第二節(jié) 活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制對策 正常的活性污泥沉降性能很好，但當活性污泥性能發(fā)正常的活性污泥沉降性能很好，但當活性污泥性能發(fā)生變化，比重減輕，生變化，比重減輕，SVI值增加時，污泥會因結構松散而值增加時，污泥會因結構松散而造成沉降困難，在二次沉淀池中出現(xiàn)池面飄泥現(xiàn)象，污造成沉降困難，在二次沉淀池中出現(xiàn)池面飄泥現(xiàn)象，污泥隨出水排出，使出水有機物濃度增高，這一現(xiàn)象稱為泥隨出水排出，使出水有機物濃度增高，這一現(xiàn)象稱為污泥膨脹污泥膨脹。 污泥膨脹有兩種：污泥膨脹有兩種：絲狀膨脹絲狀膨

28、脹絲狀細菌引起；絲狀細菌引起；菌膠菌膠團膨脹團膨脹非絲狀細菌引起。都可用非絲狀細菌引起。都可用SVI（Sludge volume index）衡量，當）衡量，當SVI大于大于200ml/g時表示發(fā)生膨脹時表示發(fā)生膨脹，小于，小于200為正常，通常在為正常，通常在50-150，最好是，最好是100。 一、活性污泥絲狀膨脹的成因一、活性污泥絲狀膨脹的成因 （一）致因微生物（一）致因微生物 最常出現(xiàn)的有最常出現(xiàn)的有10幾種，如諾卡氏菌、微絲菌、浮游球衣幾種，如諾卡氏菌、微絲菌、浮游球衣菌、發(fā)硫菌等。除了常見的絲狀細菌外，也包括某些放線菌菌、發(fā)硫菌等。除了常見的絲狀細菌外，也包括某些放線菌、絲狀真菌以

29、及在一定生活階段或一定條件下，菌體能集合、絲狀真菌以及在一定生活階段或一定條件下，菌體能集合成鏈狀的芽孢桿菌屬、埃希氏菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬成鏈狀的芽孢桿菌屬、埃希氏菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬的某些菌株。的某些菌株。（二）活性污泥絲狀膨脹的成因（二）活性污泥絲狀膨脹的成因1、溫度：、溫度： 菌膠團細菌如動膠菌最適生長溫度菌膠團細菌如動膠菌最適生長溫度28-30，浮游球衣菌，浮游球衣菌是是25-30，兩者差別不大，但浮游球衣菌是微量好氧能競爭，兩者差別不大，但浮游球衣菌是微量好氧能競爭生長。生長。2、溶解氧、溶解氧 菌膠團細菌是嚴格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在菌膠團細菌是嚴格好氧的，浮游球

30、衣菌是好氧菌但在微氧條件下也能正常生長。貝日阿托氏菌、發(fā)硫菌在微氧條件下也能正常生長。貝日阿托氏菌、發(fā)硫菌在0.5mg/L時生長最好。時生長最好。3、可溶性有機物及其種類、可溶性有機物及其種類 絲狀細菌能吸收可溶性有機物，尤其是低分子的糖類絲狀細菌能吸收可溶性有機物，尤其是低分子的糖類和有機酸，厭氧條件下有機物不徹底分解產生有機酸，和有機酸，厭氧條件下有機物不徹底分解產生有機酸，使絲狀細菌大量生長。使絲狀細菌大量生長。 4、有機物濃度（有機負荷）、有機物濃度（有機負荷） 浮游球衣菌較能適應貧營養(yǎng)的生長條件，在浮游球衣菌較能適應貧營養(yǎng)的生長條件，在C、N含含量較低的條件下能良好生長。在生活污水和

31、食品類有機廢量較低的條件下能良好生長。在生活污水和食品類有機廢水中水中BOD5100-200mg/L，浮游細菌可呈優(yōu)勢生長，數(shù)量超，浮游細菌可呈優(yōu)勢生長，數(shù)量超過過60%，使污泥發(fā)生膨脹。動膠菌適于營養(yǎng)較豐富的條件，使污泥發(fā)生膨脹。動膠菌適于營養(yǎng)較豐富的條件，對碳源利用率高，對碳源利用率高，C：N大于大于10呈絮狀生長，小于呈絮狀生長，小于10-5則分則分散生長。散生長。（三）活性污泥絲狀膨脹的機理（三）活性污泥絲狀膨脹的機理 表面積表面積/容積比假設容積比假設：在單位體積中，絲狀細菌的表面：在單位體積中，絲狀細菌的表面積與容積比較菌膠團細菌大，對有限制性的營養(yǎng)和環(huán)境條積與容積比較菌膠團細菌大

32、，對有限制性的營養(yǎng)和環(huán)境條件的爭奪占優(yōu)勢，大量生長成為優(yōu)勢菌引起活性污泥膨脹件的爭奪占優(yōu)勢，大量生長成為優(yōu)勢菌引起活性污泥膨脹，兩者的優(yōu)勢競爭在于以下方面：，兩者的優(yōu)勢競爭在于以下方面：1、對溶解氧的競爭：氧充分條件下好氧的動膠菌生長良、對溶解氧的競爭：氧充分條件下好氧的動膠菌生長良好。如果曝氣池溶解氧長期維持在低水平，利于絲狀細菌好。如果曝氣池溶解氧長期維持在低水平，利于絲狀細菌的優(yōu)勢生長。的優(yōu)勢生長。 2、可溶性有機物的競爭：低分子糖類和有機酸利于絲狀、可溶性有機物的競爭：低分子糖類和有機酸利于絲狀細菌的生長細菌的生長4、有機物沖擊負荷的影響、有機物沖擊負荷的影響 如果曝氣池中有機物濃度突

33、然增加，供氧量不變，由于如果曝氣池中有機物濃度突然增加，供氧量不變，由于好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于絲狀細菌的生好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于絲狀細菌的生長。長。3、對、對C、N的競爭的競爭 營養(yǎng)物濃度較低時，利于絲狀菌生長而且還可蓄積營養(yǎng)營養(yǎng)物濃度較低時，利于絲狀菌生長而且還可蓄積營養(yǎng)物，更進一步抑制動膠菌的生長。物，更進一步抑制動膠菌的生長。1、控制溶解氧、控制溶解氧 保持曝氣池內有足夠的溶解氧（保持曝氣池內有足夠的溶解氧（2mg/L），可在曝氣池），可在曝氣池中用強化曝氣、射流曝氣等方法控制高負荷下的污泥膨脹。中用強化曝氣、射流曝氣等方法控制高負荷下的污泥膨脹。2、控制

34、有機負荷、控制有機負荷 有機負荷可用容積負荷表示，即單位反應器容積每日接有機負荷可用容積負荷表示，即單位反應器容積每日接受的廢水中有機污染物的量。污染負荷在受的廢水中有機污染物的量。污染負荷在0.2-0.3kg BOD/ kg MLSS.d為宜。為宜。二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策根本在于控制引起絲狀細菌過度生長的環(huán)境因子。根本在于控制引起絲狀細菌過度生長的環(huán)境因子。 3、改革工藝改革工藝（1）投加某種物質來增加污泥的比重或殺滅絲狀菌投加某種物質來增加污泥的比重或殺滅絲狀菌 投加鐵鹽、鋁鹽等混凝劑，可以通過其凝聚作用增加投加鐵鹽、鋁鹽等混凝劑，可以通過其凝聚作用增

35、加活性污泥的比重。活性污泥的比重。 絲狀菌的比表面積大，遇到有害化學藥劑時，遭受破絲狀菌的比表面積大，遇到有害化學藥劑時，遭受破壞的主要是絲狀菌，常用的化學藥劑是氯氣，投加臭氧、壞的主要是絲狀菌，常用的化學藥劑是氯氣，投加臭氧、過氧化氫也能起作用。過氧化氫也能起作用。（2）采用新工藝：將活性污泥法改用生物膜法。）采用新工藝：將活性污泥法改用生物膜法。A-B（吸附生物降解法，吸附生物降解法，adsorption biodegradtion）、）、A/O（anoxic-oxic）法、）法、A2/O、A2/O2、SBR法等。法等。第三節(jié) 厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落 當廢水有機物濃度較當廢

36、水有機物濃度較高時（一般高時（一般BOD5大于大于1500mg/L），一般的活），一般的活性污泥和生物膜法都難性污泥和生物膜法都難以處理只有采用以處理只有采用厭氧消厭氧消化化法解決。法解決。 沼氣池沼氣池 豬 、 沼 、 草豬 、 沼 、 草（菜、漁、林）、（菜、漁、林）、豬的生態(tài)模式豬的生態(tài)模式養(yǎng)殖場廢水養(yǎng)殖場廢水利用沼液灌溉牧草利用沼液灌溉牧草優(yōu)點：優(yōu)點：1、 處理處理1kg COD可產生可產生0.35m3甲烷甲烷沼氣沼氣2、 處理設備負荷高，占地少處理設備負荷高，占地少3、 對營養(yǎng)物的需求量少：對營養(yǎng)物的需求量少： COD：N：P=350-500：5：1,相比而言對相比而言對N、P的需求

37、的需求要小的多，因此厭氧處理時可以不添加或少添加營養(yǎng)鹽要小的多，因此厭氧處理時可以不添加或少添加營養(yǎng)鹽4、 運行經費經濟，污泥量少。運行經費經濟，污泥量少。 不足不足：1、處理時間長；、處理時間長；2 2、出水的有機物濃度高于好氧處理；、出水的有機物濃度高于好氧處理；3 3、處理過程中產生臭氣和有色物質、處理過程中產生臭氣和有色物質4 4、對溫度變化和有毒物質較為敏感、對溫度變化和有毒物質較為敏感廢廢水水調節(jié)池調節(jié)池熱熱交交換換器器37厭氧活性厭氧活性污泥反應器污泥反應器沉淀池沉淀池出出水水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥 一、厭氧消化一、厭氧消化甲烷發(fā)酵甲烷發(fā)酵工藝：工藝：消化池：單級低效、

38、單級高效、兩級（相）消化消化池：單級低效、單級高效、兩級（相）消化2 2級級( (平流沉淀平流沉淀+ +厭氧污泥消化厭氧污泥消化) )反應器：基于微生物固定化原理設計，污泥濃度高，反應快反應器：基于微生物固定化原理設計，污泥濃度高，反應快速。如厭氧濾器，上流式厭氧污泥反應器（速。如厭氧濾器，上流式厭氧污泥反應器（UASB）。）。influent污污泥泥沉沉降降沼氣沼氣阻擋阻擋收集收集effluent微生物群落微生物群落：分解蛋白質、脂肪、淀粉、纖維素的專性或兼分解蛋白質、脂肪、淀粉、纖維素的專性或兼性厭氧菌；專性厭氧的產甲烷菌性厭氧菌；專性厭氧的產甲烷菌（一）甲烷發(fā)酵理論與機制（一）甲烷發(fā)酵理

39、論與機制 1、水解階段：高分子有機物被細菌胞外酶分解為小分子，、水解階段：高分子有機物被細菌胞外酶分解為小分子，其水解產物能溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。微生物其水解產物能溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。微生物群落主要是水解、發(fā)酵性細菌。群落主要是水解、發(fā)酵性細菌。2、產乙酸階段：前一階段產物被產乙酸細菌轉化為乙酸、產乙酸階段：前一階段產物被產乙酸細菌轉化為乙酸、H2、CO2。微生物群落為產氫產乙酸細菌，碳酸鹽還原菌。微生物群落為產氫產乙酸細菌，碳酸鹽還原菌。3、產甲烷階段：兩種途徑。一是氫的氧化和二氧化碳還原成、產甲烷階段：兩種途徑。一是氫的氧化和二氧化碳還原成甲烷，占甲烷，占28%，

40、二是乙酸鹽裂解，剩下的甲基還原為甲烷，二是乙酸鹽裂解，剩下的甲基還原為甲烷，占占72%。4、同型產乙酸階段：由同型產乙酸細菌將、同型產乙酸階段：由同型產乙酸細菌將H2、CO2轉化為乙轉化為乙酸。酸。復雜有機物復雜有機物1 1水解水解 發(fā)酵發(fā)酵2 2產乙酸產乙酸3 3產甲烷產甲烷3 3產甲烷產甲烷產甲烷機制：產甲烷機制：1、酸和醇的甲基形成甲烷：、酸和醇的甲基形成甲烷： CH3COOH CH4 + CO2 4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O3、水還原脂肪酸產生、水還原脂肪酸產生CH4 2C3H7COOH + CO2 + 2H2O CH4 + 4CH3COOH2、由醇的氧化使、由醇的

41、氧化使CO2還原成還原成CH4、有機酸、有機酸 2CH3CH2OH + 14CO2 14CH4 + 2CH3COOH 2C3H7CH2OH + 14CO2 14CH4 + 2C3H7COOH4、H2還原還原CO2為為CH4 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O5、H2或或H2O將將CO還原為還原為CH4. 3H2 + CO CH4 + H2O 2H2O + 4CO CH4 + 3CO2（二）厭氧活性污泥的培養(yǎng)（二）厭氧活性污泥的培養(yǎng) 1、菌種來源：牲畜糞便；生活污水處理廠的濃縮污泥；同類、菌種來源：牲畜糞便；生活污水處理廠的濃縮污泥；同類水質處理廠的厭氧污泥。水質處理廠的厭氧污泥。2、馴化

42、與培養(yǎng)：馴化過程與活性污泥法類似。培養(yǎng)進水量由、馴化與培養(yǎng)：馴化過程與活性污泥法類似。培養(yǎng)進水量由小到大，逐步提高濃度。小到大，逐步提高濃度。 成熟的厭氧活性污泥呈顆粒成熟的厭氧活性污泥呈顆粒狀，也稱狀，也稱顆粒污泥顆粒污泥。由于產甲。由于產甲烷菌生長速度慢，所以顆粒污烷菌生長速度慢，所以顆粒污泥馴化、培養(yǎng)時間較長。泥馴化、培養(yǎng)時間較長。3、顆粒污泥的組成與性質、顆粒污泥的組成與性質 微生物組成微生物組成：水解菌、發(fā)酵菌、產乙酸菌：水解菌、發(fā)酵菌、產乙酸菌、產甲烷菌（氫營養(yǎng)型、乙酸營養(yǎng)型）、厭氧、產甲烷菌（氫營養(yǎng)型、乙酸營養(yǎng)型）、厭氧原生動物，這些微生物在顆粒污泥內生長、繁原生動物，這些微生物

43、在顆粒污泥內生長、繁殖，相互提供營養(yǎng)，菌絲交錯相互接合形成復殖，相互提供營養(yǎng)，菌絲交錯相互接合形成復雜的菌群結構。雜的菌群結構。物理性質：物理性質： 形狀：相對規(guī)則的球形或橢圓形，邊緣清晰，直徑形狀：相對規(guī)則的球形或橢圓形，邊緣清晰，直徑0.14-5mm，最大，最大7mm 顏色：黑色或灰色顏色：黑色或灰色 密度：密度：1.030-1.080之間之間 表面特征：有許多孔隙和空洞表面特征：有許多孔隙和空洞 沉降性能：不良沉降性能：不良18-20m/h；良好；良好18-50m/h（典（典型值）；很好型值）；很好50-100m/h。 化學性質化學性質：一般含碳：一般含碳40.5%，氫，氫7%，N-10

44、%（1） 無機灰分無機灰分 含量因生長基質的不同差異較大，含量因生長基質的不同差異較大，8-66%?；曳值脑黾??；曳值脑黾訉⑻岣哳w粒污泥密度，過高導致孔隙率降低，主要元素有將提高顆粒污泥密度，過高導致孔隙率降低，主要元素有Fe、Ca、Si、P、S，Ca可促進顆?；纬煽纱龠M顆?；纬?。（2）胞外多聚物胞外多聚物 在一些細菌表面常有一層薄薄的粘液層，即胞外多聚物在一些細菌表面常有一層薄薄的粘液層，即胞外多聚物，主要是，主要是胞外聚多糖和蛋白質胞外聚多糖和蛋白質，與好氧污泥分泌物不同（，與好氧污泥分泌物不同（碳水化合物），但好氧產量高碳水化合物），但好氧產量高4-7倍。倍。ECP與顆粒污泥的形與顆

45、粒污泥的形成有密切關系，可以改變細菌的表面電荷和能量引起細菌成有密切關系，可以改變細菌的表面電荷和能量引起細菌的凝聚。的凝聚。4、顆粒污泥的形成機制、顆粒污泥的形成機制 顆粒的形成過程由多個階段組成：顆粒的形成過程由多個階段組成：細菌與基體（細菌、有細菌與基體（細菌、有機無機材料）的吸引粘連過程；微生物聚集體的形成；成熟機無機材料）的吸引粘連過程；微生物聚集體的形成；成熟污泥的形成。污泥的形成。 細菌與基體的吸引粘連過程是顆粒污泥的形成開始階段細菌與基體的吸引粘連過程是顆粒污泥的形成開始階段，也是決定污泥結構的重要階段。，也是決定污泥結構的重要階段。Ca2+、Mg2+的電荷中和的電荷中和作用以

46、及作用以及ECP可以降低排斥位能，促進細菌向基體接近，可以降低排斥位能，促進細菌向基體接近，然后通過細菌的附屬物如菌絲或然后通過細菌的附屬物如菌絲或ECP將細菌粘接到基體上將細菌粘接到基體上，隨著粘接到基體上的細菌數(shù)目的增加形成各種微生物的，隨著粘接到基體上的細菌數(shù)目的增加形成各種微生物的聚集體。聚集體。 微生物聚集體的形成微生物聚集體的形成 相互聚集在一起形成具有框架結構的內核相互聚集在一起形成具有框架結構的內核，從而使產乙酸菌及氫營養(yǎng)菌附著其上，最，從而使產乙酸菌及氫營養(yǎng)菌附著其上，最后是發(fā)酵性細菌（產酸菌及其他氫營養(yǎng)菌）后是發(fā)酵性細菌（產酸菌及其他氫營養(yǎng)菌）在外圍生長，形成顆粒污泥。在外圍生長，形成顆粒污泥。 不同工藝中形成的顆粒污泥形成過程、結構有所不同：不同工藝中形成的顆粒污泥形成過程、結構有所不同： 單相厭氧消化法單相厭氧消化法：含有厭氧降解過程中的所有細菌：含有厭氧降解過程中的所有細菌兩相厭氧消化法兩相厭氧消化法： 廢水處理在兩個不同的反應器中依次完成：進行水解廢水處理在兩個不同的反應器中依次完成：進行水解和酸化的酸化反應器、產乙酸和產甲烷的甲烷反應器。不和酸化的酸化反應器、產乙酸和產甲烷的甲烷反應器。不同反應器中，污泥細菌的組成區(qū)別很大。前者中基本是水同反應器中，污泥細菌的組成區(qū)別很大。前者中基本是水解發(fā)酵菌、少量產甲