水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物原理0708課件

第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物原理一、好氧活性污泥法

（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)由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機和無機物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。

廢水的生物處理的方法很多，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系可分為好氧處理和厭氧處理。根據(jù)微生物在構(gòu)筑物中處于懸浮狀態(tài)或固著狀態(tài)，可分為活性污泥法和生物膜法?；钚晕勰嗪蜕锬な莾艋郏◤U）水的工作主體。第一節(jié)污廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)顯微鏡下的活性污泥按棲息著的微生物分：活性污泥的組成大量的細菌真菌原生動物后生動物除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個以細菌為主體的群體，除細菌外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物和后生動物?；钚晕勰嘀屑毦恳话阍?07～108個/mL；原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數(shù)，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。干固體和水分含水98％~99％干固體1％~2%MLSSMLVSSNVSS有辦法知道確切的生物量嗎？有人曾企圖通過直接測定污泥中細胞的DNA量、有機氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脫氫酶的活力等指標去反映活性污泥的活力，這種方法既復(fù)雜又不準確，而且微生物的含量不斷變化。按McKinney的分析：

MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma——具備活性細胞成分；

Me——內(nèi)源代謝殘留的微生物有機體；

Mi——未代謝的不可生化的有機懸浮固體；

Mii——吸附的無機懸浮固體。污泥沉降比：SV活性污泥的沉降濃縮性能取混合液至1000mL或100mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。污泥體積指數(shù)：SVI

SV不能確切表示污泥沉降性能，故人們想起用單位干泥形成濕泥時的體積來表示污泥沉降性能，簡稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。

1L混合液沉淀30min的活性污泥體積（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中懸浮固體干重（g）

MLSS(g/L)活性污泥法的基本流程活性污泥降解污水中有機物的過程

活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解（去除）過程可分為兩個階段：吸附階段穩(wěn)定階段由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。對活性污泥法曝氣過程中污水中有機物的變化分析得到結(jié)論：廢水中的有機物殘留在廢水中的有機物從廢水中去除的有機物微生物不能利用的有機物微生物能利用的有機物微生物能利用而尚未利用的有機物微生物不能利用的有機物微生物已利用的有機物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物體氧化產(chǎn)物曲線①反映污水中有機物的去除規(guī)律；曲線②反映活性污泥利用有機物的規(guī)律；曲線③反映了活性污泥吸附有機物的規(guī)律。這三條曲線反映出，在曝氣過程中：污水中有機物的去除在較短時間(圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線①)；污水中的有機物先是轉(zhuǎn)移到(吸附)污泥上(見曲線③),然后逐漸為微生物所利用(見曲線②)；吸附作用在相當短的時間(圖中是45min左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線③)；微生物利用有機物的過程比較緩慢(見曲線②)。（二）好氧活性污泥凈化廢水的作用機理

主要有兩方面的作用：吸附有機物降解有機物

（三）菌膠團的作用

（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。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。因此，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。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軟性填料生物填料上的生物膜（二）好氧生物膜凈化廢水的作用機理

在生物濾池中，上層生物膜中的生物膜生物（絮凝性細菌及其他微生物）和生物膜面生物（固著型纖毛蟲、游泳型纖毛蟲及微型后生動物）吸附廢水中的大分子有機物，將其水解為小分子有機物。同時吸收溶解性有機物和經(jīng)水解的小分子有機物進入體內(nèi)，并氧化分解之，微生物利用吸收的營養(yǎng)構(gòu)建自身細胞。上一層生物膜的代謝產(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。第二節(jié)

活性污泥絲狀膨脹及其控制對策

用活性污泥法處理廢水，曝氣池中的活性污泥，正常情況下是由許多具有絮凝作用的絮凝細菌——菌膠團細菌占優(yōu)勢，輔以少量的絲狀細菌，大量鐘蟲類的固著型纖毛蟲、旋轉(zhuǎn)蟲等組成。由于某些環(huán)境條件的變化，污泥會發(fā)生膨脹現(xiàn)象（可分為由絲狀細菌引起的絲狀膨脹污泥和由非絲狀細菌引起的菌膠團膨脹污泥，而又以絲狀膨脹污泥較為普遍），此時，二沉池中會發(fā)生泥水分離困難，池面飄泥嚴重，造成出水水質(zhì)極差。（二）活性污泥絲狀膨脹的成因活性污泥絲狀膨脹的成因有環(huán)境因素和微生物因素。主導(dǎo)因素是絲狀微生物過度生長，環(huán)境因素促進絲狀微生物過度生長。包括：溫度、溶解氧、可溶性有機物及其種類、有機物濃度（或有機負荷）等。此外，pH值的變化也可能會引起活性污泥絲狀膨脹。總之，引起活性污泥絲狀膨脹的原因是比較復(fù)雜的，要具體問題具體分析，然后采取相應(yīng)的措施予以控制。二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策解決活性污泥絲狀膨脹的問題，從根本上說是要控制引起絲狀微生物的過度生長的具體環(huán)境因子。1．控制溶解氧2．控制有機負荷3．改革工藝厭氧活性污泥：由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機雜質(zhì)交織在一起形成的顆粒污泥。厭氧活性污泥的微生物種類、組成、結(jié)構(gòu)及污泥顆粒等性質(zhì)，與厭氧消化處理的效果好壞有很大關(guān)系。

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，已有年的研究歷史，常用于將城市的垃圾、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）。常用的構(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、纖維素等的專性厭氧菌和兼性厭氧菌及專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌等組成。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4產(chǎn)甲烷硫酸鹽還原（三）厭氧活性污泥處理的工藝流程其中厭氧活性污泥反應(yīng)器是工藝中的核心廢水調(diào)節(jié)池熱交換器↑37℃厭氧活性污泥反應(yīng)器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥(四)、厭氧生物反應(yīng)器發(fā)展工作原理2級(平流沉淀+厭氧污泥消化)全國各地使用廣泛，為生活污水的預(yù)處理——液固分離處理污泥及厭氧殺寄生蟲及病菌第一代厭氧反應(yīng)器——化糞池

缺點：污泥量少、易被帶出，靜態(tài)消化

克服了第一代的缺點，且處理污水

第二代厭氧反應(yīng)器UASB反應(yīng)器influentSludgebed污泥沉降沼氣阻擋收集工業(yè)級UASB裝置鋼制圓形結(jié)構(gòu)混凝土方形結(jié)構(gòu)（便于施工及分離器設(shè)置）全世界有幾千座UASB反應(yīng)器，占所有厭氧反應(yīng)器（第二代以上）總數(shù)的64%，應(yīng)用廣泛

64％

第三代厭氧生物反應(yīng)器厭氧膨脹顆粒污泥床內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器升流式污泥床過濾器填料EGSB

ICUBF以前通常能不用厭氧法處理的就不用，不得已時結(jié)合厭氧處理與好氧處理先后處理，現(xiàn)在厭氧反應(yīng)器發(fā)展迅速逐漸成為水處理的新的主力設(shè)備。厭氧活性污泥：

由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機雜質(zhì)交織在一起形成的顆粒污泥。（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（濃糞便水、豆制品廢水、食品加工廢水、屠宰廢水等）可用有機光合細菌處理。因有機光合細菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性細菌將碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪水解為脂肪酸、氨基酸、氨等物質(zhì)。利用光合細菌處理的BOD5

去除效果