礦大(北京)化工新技術專題雙語教學課件

Microbiologicalprincipleofwastewatertreatment11.1Theactionandtypesofwastewaterbiologicaltreatment11.2Wastewateraerobictreatment11.3Wastewateranaerobictreatment11.4Wastewaterbiologicalnitrogenremoval11.5Wastewaterbiologicalphosphateremoval11.1TheactionandtypesofwastewaterbiologicaltreatmentTheactionofwastewatertreatmentThetypesofwastewatertreatmentMethodsofwastewatertreatment

Itphysicallyseparatesthelargesolidsfromthewastestreamphysical

Itchangesthechemicalpropertyorphysicalpropertyofpollutantthroughthechemicalreaction.ChemicalBiological

Itisabiologicaloxidationprocessthatiscarriedoutbymicroorganisms.Itincludesaerobicbiologicaltreatmentandanaerobicbiologicaltreatment.Thestepsofwastewatertreatment

Primarytreatment

Primarytreatmentisthefirststepinmunicipalsewagetreatment.Itphysicallyseparateslargesolidsfromthewastestream.Thegrating,thegrittankandthesettlingtankareusedtoremovetheinsolublepollutant.Secondarytreatment

Secondarytreatmentconsistsofbiologicaldegradation,inwhichtheremainingsuspendedsolidsaredecomposedandthenumberofpathogensisreduced.Inthisstage,theeffluentfromprimarytreatmentmaybepumpedintoatricklingfilterbed,andaerationtankorasewagelagoon.Tertiarytreatment

Itisusuallyaphysicochemicalprocessthatremovesturbiditycausedbythepresenceofnutrients(e.g.,nitrogen),dissolvedorganicmatter,metalsorpathogens.TypesofwastewatertreatmentThemicrobialspecies

Aerobictreatment－ActivatedsludgeAnaerobictreatment－anaerobicdigestionFacultativetreatment－aerobicbiomembraneMicrobialbeingstate

Suspendsystem－ActivatedsludgeFixedsystem－biologicalfilterThetypesofreactorfixedbedreactorandfluidizedbedreactorThebatchreactorandcontinuousreactorCompletemixingreactorandplugflowreactorThetypesofpollutant

BiologicalcarbonremovalBiologicalnitrogenremovalBiologicalphosphateremoval11.2Wastewateraerobictreatment

Aerobicmicroorganismsdecomposeorganicpollutants.Aerobicactivatedsludge

AerobicbiologicalfilmAerobicactivatedsludge aerationtank，1914，ArdernandLockettsetup。 Theorganicpollutantactasmedium,cultureallkindsofmicroorganismformthebacteriarichslurry,itisknownasactivatedsludge.Activatedsludge

Activatedsludge:itisconsistedofmanykindsofaerobicmicrobe,facultativemicrobeandotherinorganicmatter.Itisalsoknownasthebacteriarichfloc.

Watercontentmorethan99%Thesizeisabout0.02-0.2mmThesurfaceareaisabout20-100cm2/mLThedensityisabout1.002-1.006g/cm3

Thecharacteristicofactivatedsludge：Thesettleabilityisgood.SpecificsurfaceareagreatandadsorptivecapacitybetterTheabilityofoxidationanddecomposingorganicmatterisbetterThereareabundantmicrobialpopulation.Itcomposedofwellfoodchain.mechanism

OrganicmatterabsorptionandagglomerationOrganicmatterdiffusetransmissionOrganicmatterdecomposingandorganismsynthesizingMicrobialconstitutes

zoogloeabacteria,yeast,mold,actinomycetes,alga,protozoaandminitypemetazoa.

MLSS:mixed-liquorsuspendedsolids.MLVSS:mixed-liquorvolatilesuspendedsolids.TheorganicpartoftheMLSS.Bacteria：108－109/mL。Zoogloeabacteria

Themainconstitute

ofactivatedsludgefloc

Avoidinglickedupbyminitypeanimals.

Sludgeandwatercanbeseparatedeasily

ZoogloeahasindicatorfunctionTheabilityofoxidationanddecomposingorganicmatterisbetterColorTransparencyAmountSizeStructuraltightness.ZoogloeaindicatorfunctionfilamentousbacteriumLocateinthezoogloeaAttachmentthezoogloeasurface

Theabilityofoxidationanddecomposingorganicmatterisgood,sphaerotilusnatanssolitarythallus,rodshaped,1.5-5.0μm×1.2-2.0μm，subpolarflagellum.Beggiatoa(貝氏硫細菌)：圓柱形細胞緊密排列而成的無色絲狀體，看不到細胞間隔，絲體短，寬度均勻，無鞘，各絲體分散，不相連接，不固著在基質(zhì)上。滑行運動。在活性污泥絮體中穿插。當環(huán)境中溶解氧不足且水體含硫化物濃度較高時，可見菌體內(nèi)有明顯的硫粒積累；而當水中溶解氧增加到1mg/L時，菌體內(nèi)硫粒便會消失。

Thiothrix(發(fā)硫細菌)：絲狀體基部分化為吸盤，可固著于物體生長。細菌細胞排列成鏈，外包有薄的衣鞘。菌絲體的附著生長有一定特征，在活性污泥中，有時附著生長于一些較粗硬的纖維上，絲體往兩側(cè)平行伸展，形似羽毛狀，有時在絮體顆粒內(nèi)以放射狀向絮體四周伸展，也可能菌絲團在一起自成中心，再向四周伸展，構成玫瑰花飾。其大量增殖也能造成污泥極度松散，體積膨脹，沉降困難。這類細菌在曝氣池中未見有硫粒積累，但當充氧不足時，可在絲狀體內(nèi)有硫粒積累。FungifilamentousfungiProtozoa：80genus，228species，ciliatapredominate.

Secretemucusacceleratebiofloculation

Devourfreebacteriaandtinyflocsludgetoimprovewaterquality.

Actasindicatororganism.

metazoa：rotifer：Organicmattercontentlow,waterqualitygood.celworm：anaerobiczoneandanoxiczone.寡毛類

活性污泥中常見的原生動物：變形蟲草履蟲鞭毛蟲太陽蟲鐘蟲輪蟲ActivatedsludgecultureanddomesticationBatchaerationcultureInoculatesludgeDomesticationsludgeMultiplicationsludgeContinueaerationcultureActivatedsludgesludgebulkingfilamentousbacteriasludgebulkingandzoogloeasludgebulking由正?；钚晕勰嗟脑龃笾烈陨?，沉降性能惡化。50~150mL/g200mL/gSVI（污泥指數(shù)）Themicrobewhichinduce

filamentousbacteriasludgebulkingTheoriginoffilamentousbacteriasludgebulkingTemperatureDissolvedoxygenDissolubilityorganicmatterOrganicloadingThemechanismoffilamentousbacteriasludgebulkingCompetitiondissolvedoxygenCompetitiondissolubilityorganicmatterCompetitionnitrogenandphosphateTheinfluenceoforganicloadingstrikeControlstrategyoffilamentousbacteriasludgebulkingRegulateenvironmentalconditionRegulatebacterialmetabolizeMeasure:ControldissolvedoxygenControlorganicloadingSupplytracementalReformprocessBiologyselectorAerobicbiologicalfilm生物膜法指使廢水流過生長在固定支承物表面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相間的物質(zhì)交換，降解廢水中有機污染物的方法。

生物膜的微生物學特征

微生物種群的多樣化優(yōu)勢微生物的區(qū)域性較長的食物鏈固定硝化細菌和脫氮細菌較高的微生物濃度生物膜凈化污水的原理

生物膜表面吸持著一層薄薄的污水，稱為附著水層或結合水層，其外是自由流動的污水，稱為運動水層。

當“附著水”中的有機物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解時，附著水層中的有機物質(zhì)濃度隨之降低。由于運動水層中有機物濃度高，便向附著水層轉(zhuǎn)移，并不斷被微生物分解。微生物所需的氧氣也沿空氣→運動水層→附著水層途徑進入生物膜。生物膜內(nèi)微生物分解有機物的產(chǎn)物則沿相反方向移出膜外。

隨著有機污染的降解，生物膜也得到發(fā)展。初期形成的生物膜是好氧性的。膜厚度增加后，氧氣向膜內(nèi)擴散受到限制。生物膜出現(xiàn)分化，形成外部的好氧層、內(nèi)部的厭氧層以及兩者之間的兼性層。生物膜的分化有利于多種生物的共存。生物膜不斷增厚，附著于載體一面的厭氧區(qū)逐漸擴大，微生物獲得營養(yǎng)物質(zhì)也越加困難，最后導致生物膜老化、剝落，開始新的生物膜形成過程。

細菌：好氧、厭氧、兼性厭氧、絲狀菌真菌：絲狀真菌原生動物：纖毛蟲類和肉足蟲類微型后生動物生物膜的微生物組成好氧生物膜的培養(yǎng)

自然掛膜法活性污泥掛膜法優(yōu)勢菌種的掛膜法第三節(jié)廢水厭氧生物處理的微生物學原理

廢水厭氧處理法是利用厭氧微生物降解廢水中的有機物的方法。也稱厭氧消化或厭氧發(fā)酵法。厭氧處理的微生物學過程1．水解發(fā)酵階段 由水解和發(fā)酵性細菌群將復雜有機物分解為脂肪酸、醇類、CO2、NH3、H2等。2．產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段由產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細菌群把第一階段產(chǎn)生的脂肪酸等產(chǎn)物進一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜岷虷2。3.產(chǎn)甲烷階段 由產(chǎn)甲烷菌利用CO2和H2合成甲烷；或利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺裂解成CH4。

參與沼氣發(fā)酵的微生物水解發(fā)酵性細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌同型產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)甲烷細菌厭氧生物處理的工藝條件

溫度：厭氧微生物的適應繁殖溫度為5-60oC；最佳溫度37－38oC、53－54oCpH值：pH范圍為6.8-7.8，最適pH7.2-7.6養(yǎng)料：廢水的C：N：P＝100：2.5：1有毒物質(zhì)：有毒物質(zhì)的濃度應嚴格控制厭氧環(huán)境：保持嚴格的厭氧環(huán)境，Eh＜－300mv保證有足夠的混合菌種有機酸濃度＜2000mg/LCO2以占25－35％為好，甲烷55－70％厭氧生物處理的特點以有機物作為電子受體，不需消耗氧氣，可節(jié)省能耗。污泥產(chǎn)率低，僅為好氧的10％－20％可回收甲烷，是生物質(zhì)能源可耐受高有機負荷，且營養(yǎng)要求低，生物合成少利用水解產(chǎn)酸發(fā)酵降解難降解有機物，可提高生物降解性厭氧生物處理的發(fā)展

1881年，Mouras發(fā)明了處理生活污水的自動凈化器。1896年英國出現(xiàn)了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池，所產(chǎn)生的沼氣用于街道照明。1914年，美國有14座城市建立了厭氧消化池。40年代在澳大利亞出現(xiàn)了連續(xù)攪拌的厭氧消化池，改善了厭氧污泥與廢水的混合狀況，提高了處理效率。50年代中期，Schroepter根據(jù)活性污泥法的原理提出了厭氧接觸工藝。這是厭氧生物處理技術發(fā)展中的一個里程碑。60年代末，Young和McCarty發(fā)明了厭氧濾器。70年代初又出現(xiàn)了第二個技術性突破。Lettinga等發(fā)明了上流式厭氧污泥床UASB反應器。

UASB反應器

1972-1978，Lettinga等人研制開發(fā)。

UASB反應器的基本結構：

污泥床：

具有很高的污泥生物量，污泥以顆粒污泥的形態(tài)存在，活性生物量占70~80％以上，生物相組成比較復雜。0.5~5mm，具有優(yōu)良的沉降性能，沉降速度為1.2~1.4cm/s，其典型的污泥容積指數(shù)（SVI）為10~20mL/g。污泥床的容積一般占整個UASB反應器的30％，但它對有機物的降解量一般可占整個反應器的70~90％。懸浮污泥層：

懸浮污泥層位于污泥床的上部，約占整個UASB反應器的70％，污泥濃度低于污泥床，通常為15~30g/L，由高度絮凝的污泥組成，一般為非顆粒污泥，其沉速小于顆粒污泥，污泥容積指數(shù)一般在30~40mL/g之間，來自污泥床的上升氣泡可使懸浮污泥層得到良好混合。懸浮污泥層中絮凝污泥的濃度自下而上逐漸減小。它對有機物的降解量占整個UASB反應器的10~30％。

沉淀區(qū)：

位于UASB反應器的頂部，其作用是使懸浮污泥層的絮凝污泥沉淀下來，并沿沉淀區(qū)底部的斜壁重新回到反應區(qū)，以保證反應器中污泥不致流失。通過調(diào)整沉淀區(qū)的水位，可調(diào)整反應器集氣室的有效空間。三相分離器：

一般設在沉淀區(qū)的下部。由氣體收集器和折流擋板組成。主要作用是分離氣體（沼氣）、固體（污泥）和液體（廢水），將沼氣導入集氣室，將處理出水引入出水區(qū)，將固體顆粒返回反應區(qū)。三相分離器是UASB反應器的主要特點之一。它相當于傳統(tǒng)污水處理工藝中的二沉池，并具有污泥回流的功能。三相分離器的合理設計是保證其正常運行的重要條件。UASB反應器的工作原理高濃度高活性的顆粒污泥。具有集泥、水和氣分離于一體的三相分離器。自動攪拌。在UASB反應器的運行中，廢水以一定的流速自底部進入反應器，反應器內(nèi)的上升流速一般為0.5~1.5m/h，宜控制在0.6~0.9m/h之間。水流依次流經(jīng)污泥床、懸浮污泥層、三相分離器和沉淀區(qū)。進水有機物與污泥床和懸浮污泥層中的微生物充分接觸并被厭氧分解。產(chǎn)生的沼氣上逸，將顆粒污泥托起。由于產(chǎn)生大量氣泡，即使在較低的有機和水力負荷下也能看到污泥床明顯的膨脹。隨著產(chǎn)氣量的增加，氣泡上升所致的攪拌作用（在上升過程中，微小的沼氣氣泡可相互結合而變成較大的氣泡，將顆粒污泥攜帶至反應器的上部。氣泡破裂后，絕大部分顆粒污泥返回到反應區(qū)）漸趨劇烈，使污泥床呈沸騰和流化狀態(tài)。在氣體攪拌下，沉淀性能較差的絮體污泥被浮選至反應器上部，形成懸浮污泥層；沉淀性能良好的顆粒污泥則淀積于反應器