水處理生物學-第11章-污水生物處理系統(tǒng)中的主要微生物

第十一章

污水生物處理系統(tǒng)中的

主要微生物1本章主要內(nèi)容2污水生物處理的基本原理有機污染物好氧生物處理的基本原理及其主要微生物有機污染物厭氧生物處理的基本原理及其主要微生物無機污染物生物處理的基本原理及其主要微生物生物處理法對污水水質(zhì)的要求11.1污水生物處理的基本原理好氧處理厭氧處理一、污水生物處理的基本原理二、污水生物處理的基本類型懸浮生長型：活性污泥法附著生長型：生物膜法利用微生物處理污水的方法叫生物處理法。3生物濾池、曝氣池、厭氧消化池45三、污水生物處理系統(tǒng)中的微生物生物處理構(gòu)筑物中包含著一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。普通活性污泥法的基本流程611.2有機污染物好氧生物處理的基本

原理及其主要的微生物一、污水的好氧生物處理11.2有機污染物好氧生物處理的基本

原理及其主要的微生物

好氧生物處理是在有氧的情況下，利用好氧微生物的作用來進行的。二、活性污泥法處理構(gòu)筑物內(nèi)的微生物（一）活性污泥生態(tài)學其常見微生物細菌：假單胞菌、無色菌、黃桿菌……絲狀菌：硫細菌、霉菌……原生動物：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲……后生動物：輪蟲7對于正常城市污水的活性污泥混合液，一般：活性污泥中微生物的數(shù)量細菌：占主體，可占混合液干重90~95%；線蟲：平均100個左右/mL；輪蟲：100~200個/mL；

一般為：107~109個/mL；其它后生動物：100個以下/mL；原生動物：可達5000~20000個/mL，其中70~90%為纖毛類；固纖可達1000個以上/mL8對于正常運行的活性污泥，如果出現(xiàn)輻射變形蟲、多核變形蟲等（肉足蟲）增多，可能會出現(xiàn)活性污泥絮體變小，出水會混濁、懸浮固體物（SS）升高。如果這類微生物急增，須進行相應(yīng)的工藝調(diào)整（減小回流污泥量和曝氣量）活性污泥中微生物種類、數(shù)量的改變具有重要的指示作用在活性污泥恢復過程中，會出現(xiàn)漫游蟲、斜管蟲、尖毛蟲等（游泳型纖毛蟲）一旦出現(xiàn)絲狀菌增殖的趨勢，4~7天后SVI（污泥體積指數(shù)）就會急劇上升，甚至會超過200（活性污泥膨脹）9SVI(污泥體積指數(shù))：指曝氣池混合液經(jīng)30min靜沉后,相應(yīng)的1g干污泥所占的容積(以mL計)。即:SVI=SV30/MLSS,

SVI正常以70~100為宜0min15min30min10

活性污泥絮體（絮粒）大?。ǘ┗钚晕勰喾ㄟ\行中微生物造成的問題微結(jié)構(gòu)宏結(jié)構(gòu)

活性污泥絮體結(jié)構(gòu)

（平均直徑）：大粒：>500

m中粒：50~500

m細?。?lt;50

m：絮體形成菌，直徑<75

m：絲狀菌骨架一般為50~1000

m1112

單細胞原核生物，菌體細胞能排列成絲狀，外有一層共有的鞘。屬細菌門?；钚晕勰嘈躞w的宏結(jié)構(gòu)——絲狀菌適量13一.鐵細菌（ironbacteria）

能在外鞘或原生質(zhì)內(nèi)聚集鐵的細菌的俗稱。

生理特性

4FeCO3+O2+6H2O=4Fe(OH)3↓+4CO2+能量生活在含鐵多、含氧少、CO2多的水體中。

14二.硫磺細菌（sulfurbacteria)

能將H2S、S及其它硫化物氧化成硫酸，從中獲得能量的一類細菌的統(tǒng)稱。

生理特性2H2S+O2→2H2O+2S+

能量硫粒可儲存2S+3O2+2H2O→2H2SO4+

能量15貝日阿托氏菌發(fā)硫細菌常見屬16貝日阿托氏菌發(fā)硫細菌常見屬17三.球衣細菌（Spherotilus)

球衣細菌有絲狀鞘，個體桿狀細胞呈鏈狀排列在鞘內(nèi)，大多具有假分枝。

生理特性

好氧，但在微氧的環(huán)境中生長最好。適宜pH值6～8，溫度30℃，C/N較高時生長很快。分解有機物能力很強。活性污泥絮體的宏結(jié)構(gòu)——絲狀菌適量18活性污泥絮體的宏結(jié)構(gòu)——絲狀菌過量19絲狀菌適量的活性污泥絮體20絲狀菌過多的活性污泥絮體21針狀絮體22（1）現(xiàn)象1、不凝聚（或污泥解體）曝氣過量造成絮體碎裂，或者毒物進入，沖擊負荷，造成細菌不能凝聚成絮體二沉池中出現(xiàn)細小的上浮顆粒，出水混濁，無泥水界面。（2）原因針對性處理（3）對策232.1、針狀絮凝物泥齡高細小密實的絮凝體、出水有混濁（尚清澈），但有針絮隨水流走（2）原因增大剩余污泥排放，適當提高有機負荷率（F/M）F指的是有機物，M指的是微生物（3）對策（1）現(xiàn)象2、微小絮體24（1）現(xiàn)象2.2、散落狀絮凝物泥齡低（污泥未成熟）二沉池表面可看到松散的絮狀物懸浮，但出水尚清澈，沉速較慢。（2）原因減小剩余污泥排放量，適當降低F/M（3）對策25（1）現(xiàn)象*3、污泥腐化有死角區(qū)產(chǎn)生厭氧有大塊污泥上浮，污泥腐敗變黑、有惡臭。（2）原因消除死角、改進刮泥設(shè)備等（3）對策26（1）現(xiàn)象*4、污泥上浮二沉池停留時間過長、硝酸鹽濃度較高，產(chǎn)生了反硝化。污泥在二沉池中呈塊狀上?。?）原因增加回流污泥量或及時排泥，在曝氣池末端增加供氧（3）對策27對于泡沫問題，應(yīng)認真觀察分析，確認泡沫種類及產(chǎn)生原因，對癥下藥。5、泡沫（1）啟動泡沫。在污泥培養(yǎng)過程中出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是正常情況。（2）反硝化泡沫。（4）生物泡沫。

某些諾卡氏菌屬的絲狀菌與生物泡沫形成有關(guān)的微生物28（3）表面活性劑泡沫。①物理法：高速水流、水珠擊碎泡沫，安裝噴淋管之類，治標不治本。減小SRT，增加剩余污泥量，將絲狀微生物排出處理系統(tǒng)。

②化學法：投放化學藥劑，如煤油、聚丙烯酰胺等，成本較高。

③生物法：主要針對微生物形成的泡沫，處理方向窄。生物泡沫消除辦法29現(xiàn)象6、絲狀菌引起的污泥膨脹膨脹后污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的結(jié)構(gòu)松散和體積膨脹，含水率上升，澄清液稀少（但較清澈），鏡檢絲狀菌多30活性污泥的絲狀菌膨脹的機制在不利的環(huán)境中，絲狀菌的適應(yīng)性、競爭力強有機負荷沖擊有機負荷的高或低DO低低分子可溶性有機物氮磷營養(yǎng)素的不足有機負荷的影響硫化物的影響，過多的化糞池的腐化水及糞便廢水進入活性污泥設(shè)備pH過低，溫度高于35度易引起絲狀菌生長31活性污泥的絲狀菌膨脹的對策控制污泥負荷：控制負荷在

0.2～0.45kgBOD5/(kgMLSS·d)之間為宜控制營養(yǎng)比例：BOD5∶N∶P＝100∶5∶1控制DO：曝氣池出口的DO在2mg/L以上加氯、臭氧或過氧化氫投加混凝劑：石灰、FeCl3、高分子絮凝劑。改善污泥的絮凝同時也會增加絮體的強度32胞外多聚物（ECP）分泌過多，呈糊狀或果凍狀外觀7、非絲狀菌引起的污泥膨脹又稱菌膠團膨脹或黏性膨脹發(fā)生的比較少，約占污泥膨脹的10%。溫度在20℃以上時易發(fā)生絲狀菌膨脹，而在低溫（15℃以下）、高負荷情況下，可能發(fā)生菌膠團膨脹33普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池、曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池等三、生物膜法及其主要微生物（一）好氧生物膜中微生物群落生物膜微生物：菌膠團為主生物膜面生物：固著型纖毛蟲、游泳型纖毛蟲濾池掃除生物：輪蟲、線蟲、寡毛類34生物濾池35生物濾池36池體：普通生物濾池在平面上多呈方形或矩形。四周圍以池壁，池壁起圍擋濾料的作用，一般用磚石或混凝土筑造．池壁要能承受濾料的壓力，池壁高度一般應(yīng)高出濾池表面0.4～0.5m．濾料：濾料是生物濾池的主體，對生物濾池的凈化功能有直接的影響。濾料要求：具有較大的比表面積；較大的空隙率；具有較高的機械強度，耐腐蝕性強；價格低廉，能夠就地取材。布水裝置：布水系統(tǒng)的作用是向濾料表面均勻地布水。普通生物濾池常用的布水系統(tǒng)是固定噴嘴式布水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)：生物濾池的排水系統(tǒng)設(shè)在濾池的底部，其作用為排除處理后的污水、保證濾池有良好的通風和支撐濾料37優(yōu)點：（1）處理效果好，BOD5去除率95%以上;（2）運行穩(wěn)定，易于管理，節(jié)省能源。缺點：占地面積大；濾料易堵塞；產(chǎn)生濾池蠅；噴灑污水，撒發(fā)臭味。38高負荷生物濾池由濾床（池壁與濾料）、布水裝置和排水系統(tǒng)三部分組成。39塔式生物濾池40曝氣生物濾池生物轉(zhuǎn)盤4142生物接觸氧化43（二）生物膜中微生物的演替規(guī)律

若以溶解氧控制考慮生態(tài)演替規(guī)律的話，主要體現(xiàn)在從生物外表面到濾料(或盤片)表面優(yōu)勢微生物種群變化順序上，即按好氧→兼性→厭氧的順序變化。44

若以有機營養(yǎng)因子控制生態(tài)演替規(guī)律，主要體現(xiàn)在沿廢水流向出現(xiàn)的優(yōu)勢微生物種群。在生物濾池的下層(或轉(zhuǎn)盤前邊盤片)，有機物濃度高，生物膜厚，主要由菌膠團菌組成；在中層(或盤片)，有機物濃度開始降低，開始大量出現(xiàn)絲狀菌，并伴有少量的原生動物，鞭毛蟲、游泳型纖毛蟲等。在上層(或盤片)如有機物濃度減少，生物膜變薄，種類多，數(shù)量少，有柄纖毛蟲和輪蟲占優(yōu)勢。

4546總之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈現(xiàn)種類依次增多，數(shù)量依次減少的變化。微型動物基本上按照鞭毛蟲→游泳型纖毛蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲、線蟲的順序出現(xiàn)。11.3有機污染物厭氧生物處理的基本原理及其主要微生物一、參與厭氧處理的微生物一般分為兩大類：（1）不產(chǎn)甲烷的微生物

（2）產(chǎn)甲烷細菌47厭氧接觸工藝48二、厭氧處理的主要控制因素產(chǎn)甲烷細菌對于溫度和酸堿度的反應(yīng)都相當敏感。一般的產(chǎn)甲烷細菌都是中溫性的、最適宜的溫度在25～40℃之間，高溫性產(chǎn)甲烷細菌的適宜溫度則在50～60℃之間。在廢水厭氧分解處理構(gòu)筑物內(nèi)，常采用30～35℃的發(fā)酵溫度。49產(chǎn)甲烷細菌生長最適宜的pH范圍約在6.8～7.2產(chǎn)酸細菌適宜的pH范圍較廣，在4.5～8之間在實際運行中，有機酸的控制較pH值更為重要，因當酸量積累至足以降低pH值時，厭氧處理的效果已經(jīng)顯著下降，甚至停止產(chǎn)氣。在用厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，常保持處理構(gòu)筑物內(nèi)的pH值在6.5～7.5（最好在6.8～7.2）。50三、厭氧處理的各種反應(yīng)器應(yīng)用最普遍的是消化池厭氧消化池、厭氧生物濾池、UASB等51厭氧消化池5253厭氧生物濾池54升流式厭氧污泥床反應(yīng)器

UASB反應(yīng)器（Up-flowAnaerobicSludgeBlanket）1進水分配系統(tǒng)2反應(yīng)區(qū)（污泥床、污泥懸浮區(qū)）3三相分離器4出水系統(tǒng)5排泥系統(tǒng)UASB反應(yīng)器55污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化混合液回流A/O生物脫氮工藝污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化一、生物脫氮11.4無機污染物生物處理的基本原理及其主要微生物Anoxic/Oxic，簡稱A/O工藝56污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化混合液回流A/O生物脫氮工藝污水好氧池

BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池

反硝化一、生物脫氮11.4無機污染物生物處理的基本原理及其主要微生物Anoxic/Oxic，簡稱A/O工藝57（1）污泥齡（SRT）:大于20~30d（2）溶解氧（DO）：活性污泥DO>2mg/L（4）pH：氨氧化菌：7.0~7.8；亞硝酸氧化菌：7.7~8.1（5）營養(yǎng)物質(zhì)：

BOD5/TN、氨氮濃度均影響硝化細菌的比例生物膜DO>3mg/L（一）硝化過程的主要影響因素（3）溫度：12℃下降，5℃停止；

30℃活性最大，超過30℃酶變性

（6）毒物：重金屬、有機物58（二）反硝化過程的主要影響因素（1）營養(yǎng)物質(zhì)

BOD5/TN>3（2）溶解氧（DO）活性污泥：DO<0.5mg/L；

生物膜：DO<1.5mg/L（3）溫度最佳溫度40℃，適宜溫度20~40℃（4）pH

最適范圍：7.0~7.55960部分亞硝化/厭氧氨氧化(PNA)工藝中試研究由紐約城市學院的團隊執(zhí)行

Anammox菌在厭氧條件下，利用硝態(tài)氮作為電子受體，能將氨氮直接轉(zhuǎn)化成氮氣。PNA工藝只需要氨氧化細菌氧化50%的氨氮，剩下的工作就交給Anammox菌來完成，最大的理論脫氮率能達89%，剩下的11%生成硝態(tài)氮。要實現(xiàn)總無機氮80%的去除率，傳統(tǒng)硝化反硝化工藝年費用約為250萬美元，而PNA只需57萬美元！61研究團隊舉了一個例子，處理5,000m3/d的廢水，即使去除率僅為70%，跟傳統(tǒng)脫氮工藝相比，PNA工藝每年就能節(jié)省110萬度電、2,000噸甘油、2,600噸二氧化碳的排放，總節(jié)省成本為220萬美元。如果紐約市最終采納PNA工藝作為主要的脫氮工藝，那么在未來幾十年，紐約市污水處理所需的曝氣量將減少60%，污泥產(chǎn)量減少90%，化學品投加量減少50%，而且不再需要外加碳源。

中試研究由紐約城市學院的團隊執(zhí)行二、生物除磷異染顆粒化學組分為多聚偏磷酸鹽（Pi），為磷源和能源貯藏物厭氧分解釋放Pi，好氧吸收P合成PiPHB聚β-羥基丁酸鹽，是一種碳源和能源的貯藏物有機物厭氧代謝的產(chǎn)物62

能量

能量有機物（BOD5）PHBCO2、H2O有機物：異染顆粒Pi異染顆粒P的變化：厭氧－好氧活性污泥法（Anaerobic/Oxic，A2/O法）除磷工藝流程圖回流污泥厭氧池好氧池出水初沉池初沉污泥二沉池剩余污泥63（1）DO/氧化還原電位影響生物除磷的主要因素（2）溫度：影響不大（4）NOx－N：

NO3－N<0.2mg/L（3）pH：中性－弱堿性（5）C源：BOD5/TP>15（20~30）（6）SRT：短些好(3.5~7d)厭氧池：Eh>0時不能釋磷Eh應(yīng)控在-200~-300mV好氧池：DO>2mg/L64缺氧好氧二沉池進水回流污泥剩余污泥出水厭氧混合液回流厭氧/缺氧/好氧脫氮除磷