教學用-水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物原理演示文稿

教學用_水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物原理演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有72頁\編輯于星期四（優(yōu)選）教學用_水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物原理現(xiàn)在是2頁\一共有72頁\編輯于星期四重點、難點、授課學時重點：水污染控制與治理中微生物生態(tài)問題活性污泥絲狀膨脹產(chǎn)生的原因和控制方法沼氣發(fā)酵理論難點：好氧、厭氧生物處理工程凈化廢水的作用機理授課學時：3學時現(xiàn)在是3頁\一共有72頁\編輯于星期四一、好氧活性污泥法－“水體自凈”人工強化 P223

（一）好氧活性污泥中的微生物

1.好氧活性污泥的組成和性質(zhì)是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物（兼有少量厭氧微生物）與污（廢）水中的有機和無機固體物混凝交織在一起所形成的絮狀體。

好氧處理、厭氧處理活性污泥法、生物膜法第一節(jié)污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)分類現(xiàn)在是4頁\一共有72頁\編輯于星期四①具有活性的微生物群體(Ma)；②微生物自身氧化的殘留物(Me)；③原污水挾入的不能為微生物降解的惰性有機物質(zhì)(Mi)；④原污水挾入的無機物質(zhì)(Mii)MLSS=Ma+Me+Mi+Mii(1)活性污泥的組成：微生物(好氧、兼性及少量厭氧)+固體雜質(zhì)(有機和無機)現(xiàn)在是5頁\一共有72頁\編輯于星期四(2)活性污泥的特征形態(tài)在顯微鏡下呈不規(guī)則橢圓狀，在水中呈“絮狀”。顏色

正常呈黃褐色，但會隨進水顏色、曝氣程度而變（如發(fā)黑為曝氣不足，發(fā)黃為曝氣過度）。理化性質(zhì)

ρ=1.002～1.006，含水率99%，直徑大小0.02～0.2mm，表面積20～100cm2/ml，pH值約6.7，有較強的緩沖能力。其固相組分主要為有機物，約占75～85%?，F(xiàn)在是6頁\一共有72頁\編輯于星期四2．好氧活性污泥的存在狀態(tài)

在完全混合式曝氣池中，均勻分布在推流式曝氣池內(nèi)，隨推流方向而有變化。

現(xiàn)在是7頁\一共有72頁\編輯于星期四顯微鏡下的活性污泥現(xiàn)在是8頁\一共有72頁\編輯于星期四3．好氧活性污泥的微生物群落P224結(jié)構(gòu)和功能的中心：菌膠團在其上面生長有其他微生物，如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物及微型后生動物等?；钚晕勰嗟闹黧w細菌：多為G－，如動膠菌屬和叢毛單胞菌屬。

現(xiàn)在是9頁\一共有72頁\編輯于星期四4．好氧活性污泥中微生物的濃度和數(shù)量

(1)MLSS，即混合液懸浮固體濃度

表示在單位容積混合液內(nèi)所含有的活性污泥固體物質(zhì)的總質(zhì)量，單位以mg/L。MLSS＝Ma＋Me＋Mi＋Mii 城市污水處理MLSS在2000～3000mg/L

工業(yè)廢水MLSS在3000mg/L左右

高濃度工業(yè)廢水MLSS在3000～5000mg/L?，F(xiàn)在是10頁\一共有72頁\編輯于星期四(2)MLVSS，即混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度 指混合液活性污泥中有機固體物質(zhì)的濃度，單位為mg/L。MLVSS＝Ma＋Me＋Mi1ml好氧活性污泥中的細菌數(shù)在107～108個?，F(xiàn)在是11頁\一共有72頁\編輯于星期四(二)好氧活性污泥凈化廢水的作用機理Ｐ225

主要有兩方面的作用：吸附有機物

降解有機物

①在有氧條件下，絮凝性微生物吸附廢水中的有機物初期吸附去除：污水與活性污泥接觸5～10min，污水中大部分有機物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此時的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘著在生物絮體的表面，這種由物理吸附和生物吸附交織在一起的初期高速去除現(xiàn)象叫初期吸附?，F(xiàn)在是12頁\一共有72頁\編輯于星期四②水解性細菌水解大分子有機物為小分子有機物，同時微生物合成自身細胞；③其它的微生物吸收或吞食未分解徹底的有機物?，F(xiàn)在是13頁\一共有72頁\編輯于星期四A推流式活性污泥法

（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程P226

現(xiàn)在是14頁\一共有72頁\編輯于星期四B分段布水推流式活性污泥法

現(xiàn)在是15頁\一共有72頁\編輯于星期四C完全混合式活性污泥法現(xiàn)在是16頁\一共有72頁\編輯于星期四D氧化溝活性污泥法

現(xiàn)在是17頁\一共有72頁\編輯于星期四Carrousel氧化溝現(xiàn)在是18頁\一共有72頁\編輯于星期四Orbal型氧化溝1現(xiàn)在是19頁\一共有72頁\編輯于星期四E序批式間歇曝氣法(SBR)

IV排水階段I進水階段II反應(yīng)階段III沉淀階段V待機階段SBR法的五個運行階段現(xiàn)在是20頁\一共有72頁\編輯于星期四F接觸氧化穩(wěn)定法

現(xiàn)在是21頁\一共有72頁\編輯于星期四（四）氧化塘中的微生物群落及其處理廢水機制1.氧化塘中的微生物群落氧化塘是人工的、接近自然的生態(tài)系統(tǒng)，在氧化塘內(nèi)，藻類和細菌共存在同一環(huán)境中，保持互生關(guān)系 P228圖。 其中還有霉菌、放線菌、原生動物、輪蟲、線蟲、軟體動物及水生動物等組成的一個生態(tài)系，其食物鏈與自然水體基本相同。現(xiàn)在是22頁\一共有72頁\編輯于星期四2.氧化塘處理廢水的機理一般用于三級深度處理，用于處理生活污水和富含氮、磷的工業(yè)廢水。機理：有機廢水流入氧化塘，其中的細菌吸收水中溶解氧，將有機物氧化分解為H2O、CO2、NH3、NO3-、PO43-、SO42-。細菌利用自身分解含氮有機物產(chǎn)生的NH3和環(huán)境中的營養(yǎng)物合成細胞物質(zhì)。

藻類利用H2O和CO2進行光合作用合成碳水化合物，再吸收NH3和SO42-合成蛋白質(zhì)、吸收PO43-合成核酸，同時釋放氧氣，并繁殖新藻體?，F(xiàn)在是23頁\一共有72頁\編輯于星期四（五）菌膠團的作用

P227菌膠團的定義：狹義、廣義（1）對有機物進行吸附和氧化分解（2）為原生動物和微型后生動物提供良好的生存環(huán)境（3）為原生動物提供附著場所（4）具有指示作用(顏色、透明度、疏密等)現(xiàn)在是24頁\一共有72頁\編輯于星期四1.指示作用

微生物出現(xiàn)的先后次序是：細菌→植物性鞭毛蟲→肉足類(變形蟲)→動物性鞭毛蟲→游泳型纖毛蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲。(1)根據(jù)微生物的演替判斷水質(zhì)和污水處理程度及判斷活性污泥培養(yǎng)成熟程度

（六）原生動物及微型后生動物的作用

活性污泥培養(yǎng)初期

活性污泥培養(yǎng)中期

活性污泥培養(yǎng)成熟期

鞭毛蟲游泳型纖毛蟲、鞭毛蟲

鐘蟲等固著型纖毛蟲、楯纖蟲、輪蟲

現(xiàn)在是25頁\一共有72頁\編輯于星期四(2)根據(jù)原生動物種類判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好與壞

固著型纖毛蟲、輪蟲等出現(xiàn)，說明活性污泥正常、出水水質(zhì)好；

草履蟲屬、眼蟲屬等出現(xiàn)，說明活性污泥結(jié)構(gòu)松散，出水水質(zhì)差；

線蟲出現(xiàn)則說明缺氧。(3)根據(jù)原生動物遇惡劣環(huán)境改變個體形態(tài)及其變化過程判斷進水水質(zhì)變化和運行中出現(xiàn)的問題。

（六）原生動物及微型后生動物的作用現(xiàn)在是26頁\一共有72頁\編輯于星期四2.凈化作用——P230表3（科益實驗）腐生性營養(yǎng)的鞭毛蟲通過滲透作用吸收污水中溶解性有機物；動物性原生動物、微型后生動物吞食有機顆粒和游離細菌及其他微小生物；3.促進絮凝和沉淀作用

原生動物分泌一定的粘液物協(xié)同和促使細菌發(fā)生絮凝作用；鐘蟲等固著型原生動物的尾柄周圍分泌粘性物質(zhì)，許多尾柄交織粘集在一起和細菌凝聚成大的絮體。（六）原生動物及微型后生動物的作用現(xiàn)在是27頁\一共有72頁\編輯于星期四1.間歇式曝氣培養(yǎng)——不同水質(zhì)的活性污泥(1)菌種來源：①取自污水處理廠的活性污泥；②取自不同水質(zhì)廢水處理廠的活性污泥；③取自相同水質(zhì)廢水處理廠的活性污泥；④取自本廠集水池或沉淀池的下腳污泥或本廠污水長期流經(jīng)的河流淤泥經(jīng)擴大培養(yǎng)后備用。（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)

P230現(xiàn)在是28頁\一共有72頁\編輯于星期四(2)馴化:用間歇式曝氣培養(yǎng)法馴化

進低濃度廢水培養(yǎng)→曝氣23h，沉淀1h，傾去上清液→再進同濃度的新鮮廢水，繼續(xù)曝氣培養(yǎng)。 每一濃度運行3～7d→調(diào)高一個濃度，如同前一個濃度的操作方法運行→逐級提高廢水濃度，一直到原廢水濃度為止（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)現(xiàn)在是29頁\一共有72頁\編輯于星期四(3)培養(yǎng)：將馴化好的活性污泥改用連續(xù)曝氣培養(yǎng)法繼續(xù)培養(yǎng)。菌膠團結(jié)構(gòu)緊密，以鐘蟲等固著型纖毛蟲為主，有輪蟲出現(xiàn)；

SV30達50％以上；

SVI在100mL/g左右，鐘蟲等固著型纖毛蟲大量出現(xiàn)。(4)運行現(xiàn)在是30頁\一共有72頁\編輯于星期四2.連續(xù)曝氣培養(yǎng)——相同水質(zhì)的活性污泥接種適量活性污泥，維持DO=1mg/L左右，悶曝幾天；以小流量進入，每調(diào)整一個流量梯度要維持一周的運行時間；隨著進水流量逐漸增大，DO的濃度要逐漸提高；當進水達到設(shè)計流量時，工業(yè)廢水進水BOD5在200～300mg/L，MLSS維持在3000mg/L左右，DO維持在2～3mg/L為好；若生活污水的進水BOD5在150～250mg/L，MLSS維持在2000mg/L左右，DO維持在1～2mg/L。

（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)現(xiàn)在是31頁\一共有72頁\編輯于星期四二、好氧生物膜法

——“土地自凈”人工強化

好氧生物膜法的構(gòu)筑物有：普通濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池，以及生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法（即浸沒式濾池法）等。

現(xiàn)在是32頁\一共有72頁\編輯于星期四生物轉(zhuǎn)盤現(xiàn)在是33頁\一共有72頁\編輯于星期四生物濾池現(xiàn)在是34頁\一共有72頁\編輯于星期四（一）好氧生物膜中的微生物

1．好氧生物膜P232圖好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。是生物膜法凈化污水的工作主體?，F(xiàn)在是35頁\一共有72頁\編輯于星期四2．好氧生物膜中的微生物及其功能

生物膜生物：以菌膠團為主；凈化和降解作用；

膜面生物：固著型纖毛蟲和游泳型纖毛蟲，起促進濾池凈化速度，提高整體效率的作用；

濾池掃除生物：輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、票頁體蟲等，起去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚和堵塞的功能?，F(xiàn)在是36頁\一共有72頁\編輯于星期四3．好氧生物膜的結(jié)構(gòu)

好氧生物膜在濾池內(nèi)分布不同于活性污泥，生物膜附著在濾料上不動，廢水自上而下淋灑在生物膜上。 在濾池的不同高度位置，由于微生物得到的營養(yǎng)不同，造成微生物種類和數(shù)量的不同。因此生物相是分層的?，F(xiàn)在是37頁\一共有72頁\編輯于星期四濾掃生物膜面生物膜生物2~3mm0.3mm好氧區(qū)橫向縱向各不相同現(xiàn)在是38頁\一共有72頁\編輯于星期四生物濾池（塔）中的分層特征表相當于多污帶相當于中污帶相當于寡污帶現(xiàn)在是39頁\一共有72頁\編輯于星期四生物填料懸浮型生物填料投加量普通接觸氧化水解調(diào)節(jié)池好氧或厭氧流化床好氧好氧或厭生物塘或厭氧濾池

反應(yīng)池體積%8～13515～253～540～60現(xiàn)在是40頁\一共有72頁\編輯于星期四懸掛型填料

彈性立體填料現(xiàn)在是41頁\一共有72頁\編輯于星期四軟性填料現(xiàn)在是42頁\一共有72頁\編輯于星期四生物填料上的生物膜現(xiàn)在是43頁\一共有72頁\編輯于星期四4.好氧生物膜的凈化作用機理上層生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物吸附廢水中的大分子有機物，將其水解為小分子有機物。代謝產(chǎn)物流向下一層，被下一層的生物膜生物吸收氧化。分解為二氧化碳和水。老化的生物膜和游離細菌被濾池掃除生物吞食?，F(xiàn)在是44頁\一共有72頁\編輯于星期四4.好氧生物膜的凈化作用機理①有機物從流動水中通過擴散作用轉(zhuǎn)移到附著水中去，同時氧也通過流動水、附著水進入生物膜的好氧層；②生物膜中的有機物進行好氧分解；代謝產(chǎn)物如CO2、H2O等無機物沿相反方向排至流動水層及空氣中；③內(nèi)部厭氧層的厭氧菌利用死亡的好氧菌及部分有機物進行厭氧代謝；代謝產(chǎn)物如有機酸等轉(zhuǎn)移到好氧層或流動水層中。

在生物濾池中，好氧代謝起主導(dǎo)作用，是有機物去除的主要過程。現(xiàn)在是45頁\一共有72頁\編輯于星期四自然掛膜法

自然菌種2.活性污泥掛膜法

活性污泥菌種3.優(yōu)勢菌種掛膜法

優(yōu)勢菌鐘二、好氧生物膜的培養(yǎng)P234現(xiàn)在是46頁\一共有72頁\編輯于星期四曝氣池中有正?；钚晕勰嗪团蛎浳勰?。菌膠團（多）絮凝細菌（絮凝作用）大量鐘蟲類微生物絲狀細菌（少）第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和控制對策膨脹的活性污泥絲狀膨脹污泥（由絲狀細菌引起）菌膠團膨脹污泥（非絲狀細菌引起）正?；钚晕勰喱F(xiàn)在是47頁\一共有72頁\編輯于星期四衡量指標SVI(SludgeVolumeIndex)——污泥體積指數(shù)(污泥指數(shù))，曝氣池出口處混合液經(jīng)30min靜置沉淀后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容積，以mL計,單位mL/g。SVI＜100100～200＞200污泥沉降性能良好一般較差，易膨脹現(xiàn)在是48頁\一共有72頁\編輯于星期四一、活性污泥絲狀膨脹的成因（一）活性污泥絲狀膨脹的致因微生物

絲狀菌極度生長引起的浮游球衣菌、發(fā)硫菌屬、貝日阿托氏菌屬、亮發(fā)菌屬、纖發(fā)菌屬、微絲菌屬（二）活性污泥絲狀膨脹的成因——環(huán)境因素促進絲狀微生物過度生長1.溫度

菌膠團細菌最適生長溫度在28～30℃浮游球衣菌最適溫度在25～30℃。現(xiàn)在是49頁\一共有72頁\編輯于星期四2.溶解氧菌膠團細菌是嚴格好氧浮游球衣菌是微量好氧菌3.可溶性有機物及其種類有機物因缺氧不能降解徹底，積累大量有機酸，為絲狀細菌創(chuàng)造營養(yǎng)條件，使絲狀細菌優(yōu)勢生長。現(xiàn)在是50頁\一共有72頁\編輯于星期四4.有機物濃度（或有機負荷）浮游球衣菌在有機物負荷較低時形成絲狀體。生活污水和食品類等有機廢水中，BOD5在100～200mg/L，往往會使浮游球衣菌和菌膠團細菌的數(shù)量比例增大，浮游球衣菌的數(shù)量超過60％以上，占優(yōu)勢而導(dǎo)致活性污泥絲狀膨脹。 工程中常采用生物選擇器抑制絲狀菌現(xiàn)在是51頁\一共有72頁\編輯于星期四（三）活性污泥絲狀膨脹的機理表面積與容積比假說呈絲狀擴展生長的絲狀菌，比表面積大于菌膠團的，對有限的營養(yǎng)條件和環(huán)境條件的競爭占優(yōu)勢。優(yōu)勢競爭表現(xiàn)在：1.對溶解氧的競爭 溶解氧水平低時，只有在絮狀體表面的微生物得到較多的溶解氧，絮狀體內(nèi)部多數(shù)微生物處于缺氧狀態(tài)。如果曝氣池溶解氧長期維持在較低水平，明顯有利于絲狀細菌優(yōu)勢生長?，F(xiàn)在是52頁\一共有72頁\編輯于星期四2.對可溶性有機物的競爭低分子糖類和有機酸有利于絲狀細菌生長，容易發(fā)生活性污泥絲狀膨脹。3.對氮、磷的競爭處理生活污水按BOD5與氮、磷的比為100:5:1進行設(shè)計和運行。如果氮磷比小于此值，絲狀細菌大的比表面積又有利于它與菌膠團爭奪氮和磷而優(yōu)勢生長。4.有機物沖擊負荷的影響廢水中有機物濃度、組成和流量等發(fā)生急劇變化，供氧量不變，氧被大量消耗，溶解氧量降低，絲狀細菌處于競爭優(yōu)勢生長?，F(xiàn)在是53頁\一共有72頁\編輯于星期四二控制活性污泥絲狀膨脹的對策基于上述原理如何預(yù)防污泥膨脹1.控制溶解氧溶解氧濃度必須控制在3～4mg/L。2.設(shè)調(diào)節(jié)池(及事故池)控制高負荷（BOD、毒物）沖擊現(xiàn)在是54頁\一共有72頁\編輯于星期四3.調(diào)節(jié)廢水的營養(yǎng)配比盡量逼近BOD5與N和P的比例

BOD5：N：P＝100：5：1。補N——尿素補P——磷酸鈉、磷酸氫鈉4.改革工藝將活性污泥法改為生物膜法在曝氣池中加填料改為生物接觸氧化法沉淀改氣浮現(xiàn)在是55頁\一共有72頁\編輯于星期四

高濃度有機廢水或剩余活性污泥多用厭氧消化法處理。 高濃度有機廢水還可用有機光合細菌處理。一、厭氧消化－甲烷發(fā)酵沼氣發(fā)酵，常用于將城市垃圾、糞便、污水、工業(yè)廢水及生物處理的剩余污泥等的處理，并從中獲得可燃性氣體——沼氣（甲烷，CH4）。構(gòu)筑物為發(fā)酵罐或消化池。甲烷發(fā)酵的微生物群落與有氧環(huán)境中的不同，它們是由分解蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、纖維素等的兼性菌及專性厭氧菌（如產(chǎn)甲烷菌）等組成。P240第三節(jié)厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落現(xiàn)在是56頁\一共有72頁\編輯于星期四(1)產(chǎn)酸階段:

兼性菌在無氧條件下將固態(tài)有機物(淀粉\纖維素\油脂\蛋白質(zhì))酵解為有機酸、醇、醛、水等液態(tài)產(chǎn)物和CO2、H2、NH3、H2S等氣體。

(2)氣化階段(產(chǎn)甲烷階段):

甲烷菌依靠上階段的產(chǎn)物為營養(yǎng)源，自身的代謝產(chǎn)物是沼氣(主體是CH4、CO2及微量H2S)兩階段理論P241現(xiàn)在是57頁\一共有72頁\編輯于星期四大分子有機物(碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等)細菌胞外酶水解水解的和溶解的有機物產(chǎn)酸細菌酸化有機酸醇類醛類等H2、CO2乙酸細菌乙酸化乙酸甲烷細菌甲烷化CH4甲烷細菌(1)水解階段；

(2)酸化階段；

(3)乙酸化階段；

(4)甲烷化階段。四階段理論P241現(xiàn)在是58頁\一共有72頁\編輯于星期四復(fù)雜有機物1水解2發(fā)酵脂肪酸

乙酸

H2+CO23產(chǎn)乙酸

CH4+CO2H2S+CO2硫酸鹽還原硫酸鹽還原4產(chǎn)甲烷（28%）4產(chǎn)甲烷（72%）硫酸鹽還原現(xiàn)在是59頁\一共有72頁\編輯于星期四產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷的機制1.由酸和醇的甲基形成甲烷2.由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機酸3.脂肪酸有時用水作還原劑產(chǎn)生甲烷4.利用氫使二氧化碳還原成甲烷5.在氫和水存在時，一氧化碳被還原成甲烷。現(xiàn)在是60頁\一共有72頁\編輯于星期四厭氧活性污泥的性質(zhì)和組成兼性厭氧菌+專性厭氧菌+廢水中的有機雜質(zhì)呈灰色至黑色有生物吸附、生物降解、絮凝作用，有沉降性能顆粒厭氧活性污泥的直徑在0.5mm以上。微生物的組成主要有六種：由外到內(nèi)水解細菌、發(fā)酵細菌、氫細菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸鹽還原菌、厭氧原生動物

產(chǎn)甲烷菌是厭氧活性污泥的中心骨架現(xiàn)在是61頁\一共有72頁\編輯于星期四厭氧污泥現(xiàn)在是62頁\一共有72頁\編輯于星期四二、光合細菌處理高濃度有機廢水

BOD5在10000mg/L以上的高濃度有機廢水可用有機光合細菌（PSB）處理。BOD5

去除效果可達95%，甚至達98%常用的有機光合細菌有：紅螺菌科的紅螺菌屬、紅假單胞菌屬和紅微菌屬。水解性細菌碳水化合物脂肪蛋白質(zhì)脂肪酸氨基酸氨光合細菌CO2H2ONH3現(xiàn)在是63頁\一共有72頁\編輯于星期四三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理低濃度的SO42-可作好氧微生物的無機營養(yǎng)，但高濃度的SO42-對微生物有毒害作用。在進行甲烷發(fā)酵前，要先降低SO42-的濃度到產(chǎn)甲烷菌能忍受的濃度，可用化學法降低SO42-，加CaO和Ca(OH)2生成CaSO4沉淀可去除SO42-

生物法：SRB再進行甲烷發(fā)酵處理。P246現(xiàn)在是64頁\一共有72頁\編輯于星期四廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機廢水的前處理（一）、厭氧法的優(yōu)點1．產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電或作為能源沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間，是一種很好的燃料。以日排COD10t的工廠為例，若COD去