1、2父第污.廢水生物處理中的微生物學(xué)原理二是改善微生物生長(zhǎng)的環(huán)境條件，發(fā)揮微生物的自然界水體的生物自凈由于受到溶解氧、營(yíng)養(yǎng)平衡、微生物種屬及其它生存條件的限制，凈化速度是有限的。提問：如何利用人工手段提高污廢水生物處理效率?一是通過基因工程或人工馴化的手段獲得高效工程菌投加到處理系統(tǒng)中；最大潛能。目前生物處理主要用于水中有機(jī)污染物以及氮磷污染的處理。凡限制：毒物（pH、鹽、酸堿、有機(jī)毒物等）濃度不能過高、存在難生物降解物質(zhì)（多苯環(huán)、過長(zhǎng)鏈聚合物等）R提問：對(duì)于這類廢水是否就不能用生物法呢？及答案：0篩選馴化、重組制造高效降解菌；出先進(jìn)行物理化學(xué)前處理去除難降解及有毒物質(zhì)的濃度，然后可進(jìn)行生物處理

2、。欠這樣可以最大限度的發(fā)揮各種方法的長(zhǎng)處，并節(jié)約處理時(shí)間降低成本。a這一章我們主要介紹污廢水生物處理的微生物的機(jī)理。并對(duì)廢水處理技術(shù)作一概括的介紹，具體設(shè)備設(shè)計(jì)費(fèi)作以及計(jì)算大家會(huì)在水處理工程中繼續(xù)學(xué)習(xí)。第一節(jié)污廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)一、種類根據(jù)處理性質(zhì)上的差別，可以做以下一些分類。（-）好氧處理和厭氧處理總通常低濃度（CQDVISOOmWL）的有機(jī)污染物廢水適合用好氧處理缸對(duì)于高濃度有機(jī)污廢水（CO怩ISOOmWL）用厭氧處理更為適宜。&提問：為什么過高COD的廢水不宜用好氧法？出有機(jī)物濃度過高，好氧生物代謝迅速，水中溶解氧難以即時(shí)供應(yīng)，好氧生物生長(zhǎng)受限，很難保證處理質(zhì)量,而厭氧生物

3、則沒有這種限制o（二）活性污泥法和生物膜法這是根據(jù)微生物在人工水處理設(shè)備中微生物所處狀態(tài)的不同來進(jìn)行的劃分。&原理：切活性污泥法模擬水體自凈父微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài)，與污廢水接觸使之凈化的方法;生物法模擬土壤自凈父微生物附著于其他物體表面上成薄膜狀，與污廢水接觸使之凈化的方法。2活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厭氧活性污泥法，生物膜法既有好氧生物膜法也有厭氧生物膜法。對(duì)于污廢水的脫氮、脫磷處理必須采用厭氧法與好輛法相結(jié)合的方式才能成功實(shí)現(xiàn)。&下來我們分別對(duì)它們進(jìn)行介紹。第二節(jié)好氧活性污泥法和好氧生物膜法4一、好氧活性污泥法見好氧活性污泥法又叫曝氣法，最早由英國(guó)人于1914年創(chuàng)

4、建而來，經(jīng)過80多年的發(fā)展已成為處理有機(jī)廢水最主要的方法。（一）什么是好氧活性污泥V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（兼有少量的厭氧微生物）與污（廢）水中有機(jī)的和無機(jī)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒?；钚晕勰嗟男纬墒且环N自然現(xiàn)象。?例如，如果向一桶含糞便污水中不斷地加入空氣，并持續(xù)維持水中的溶解氧，那末經(jīng)過一段時(shí)間后，就會(huì)產(chǎn)生褐色絮花狀的泥粒，在顯微鏡下會(huì)看到，污泥里充滿了各種各樣的微生物，這就是典型的好氧活性污泥。（二）好氧活性污泥的姐成和性質(zhì)&1.姐成2好氧微生物和兼性厭氧微生物（兼有少量的厭氧微生物）與其上吸附的有機(jī)的和無機(jī)的固體雜質(zhì)組成。m好氧活性

5、污泥的性質(zhì)顏色各異含水率在99%左右密度為1.002-1.006大小為0.02Th2mm比表面積為2oioocm2/mi之間弱酸性（pH約為6.7）當(dāng)進(jìn)水改變時(shí)，對(duì)進(jìn)水ph的變化有一定的承受能力。3.好氧活性污泥中微生物的濃度和數(shù)量攵MLSS（混合液懸浮固體）設(shè)每L活性污泥混合液（ML）中含有多少毫克恒重的<5或MLVSS（混合液揮發(fā)性懸浮固體）現(xiàn)在一般的城市污水處理中，MLSS保持在20003000mg/L。工業(yè)廢水生物處理中，MLSS保持在3000mg/L左右。高濃度的工業(yè)廢水生物處理的MLSS保持在30005000mg/L。4.好氧活性污泥中的微生物群落攵提問：好氧活性污泥上的微生

6、物是如何分布的？R中心是能起絮凝作用的細(xì)菌形成菌膠團(tuán)，在其上生長(zhǎng)著其他微生物。如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物和某些微型后生動(dòng)物（輪蟲及線蟲等）。cQA.菌膠團(tuán)2在微生物學(xué)領(lǐng)域里，習(xí)慣將動(dòng)膠菌屬形成的細(xì)菌團(tuán)塊稱為菌膠團(tuán)。在水處理工程領(lǐng)域內(nèi)，則將所有具有莢5或粘液的絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。丸菌膠團(tuán)的功能及提問：菌膠團(tuán)有哪些功能?2吸附和氧化分解有機(jī)物:菌膠團(tuán)是細(xì)菌的存在形式，細(xì)菌占到活性污泥中微生物總量的99%,有107108個(gè)/ml,他們是生物處理的主力軍，一旦菌膠團(tuán)受到各種因素的影響和破壞，則活性污泥法對(duì)有機(jī)物去除率明顯下降，甚至無去除能力。菌膠團(tuán)對(duì)有機(jī)物的吸附

7、和分解，為原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物提供了良好的生存環(huán)境;例如菌膠團(tuán)本身為原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物提供附著場(chǎng)所；菌膠團(tuán)中的細(xì)菌可以去除毒物、自身作為動(dòng)物食料。&具有指示作用;通過菌膠團(tuán)的顏色、透明度、數(shù)量、顆粒大小及結(jié)構(gòu)的松緊程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌膠團(tuán)顏色淺、無色透明、結(jié)構(gòu)緊密，則說明菌膠團(tuán)生命力旺盛，吸附和氧化能力強(qiáng)，再生能力強(qiáng)。老化的菌膠團(tuán)，顏色深，結(jié)構(gòu)松散，活性不強(qiáng)，吸附和氧化能力差。為什么細(xì)菌會(huì)形成菌膠團(tuán)?b.菌膠團(tuán)的形成機(jī)理&粘性多糖的粘著作用及我們?cè)诘谡陆榻B了，很多細(xì)菌可分泌粘膠狀的多糖物質(zhì)，附著于細(xì)胞壁，形成所謂的莢膜，這些莢膜相互間粘著時(shí)就會(huì)形成一個(gè)

8、由許多細(xì)菌共有的大莢膜，當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入老齡后，細(xì)菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了細(xì)菌大莢膜的增大，這樣就形成了菌膠團(tuán)的雛形。&纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用將菌膠團(tuán)置于電子顯微鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，在大莢膜增大的同時(shí),在其外側(cè)出現(xiàn)了許多類似于纖維素網(wǎng)狀的物質(zhì)，據(jù)分析這些物質(zhì)的成分也是多糖，如圖所示CE攵提問：這些纖維素從何而來？他們既可能是細(xì)菌的分泌物，也可能是粘性多糖的演化產(chǎn)物。他們不但具有粘著性，還具有纏繞勾連的作用，在它們的作用下，各種細(xì)菌密布在這些網(wǎng)格狀纖維之中，隨這些纖維素狀多糖的數(shù)量不斷增加，就形成了真正意義上的菌膠團(tuán)。舊活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片工菌膠團(tuán)的生物意義&提

9、問：？（好處何在）&形成了一個(gè)穩(wěn)定的細(xì)菌共生體性；菌膠團(tuán)吸附的大分子有機(jī)物被表層的細(xì)菌首先水解吸收，代謝后的產(chǎn)物降解不完全，又作為了下面細(xì)菌的食物R另一方面隨著顆粒化由表及里，局部的氧濃度逐漸減少，對(duì)氧濃度有不同要求的細(xì)菌則可以各自找到最適宜的位置&增強(qiáng)細(xì)菌抵抗環(huán)境變化及微型動(dòng)物捕食的能力2在層層細(xì)菌的屏蔽作用下，菌膠團(tuán)中的微環(huán)境要比溶液中穩(wěn)定的多2菌膠團(tuán)的顆粒較大，原生動(dòng)物只能蠶食很少的一部分表層的細(xì)菌，從而提高了大多數(shù)細(xì)菌抵抗微型動(dòng)物的捕食能力。&菌膠團(tuán)還為細(xì)菌儲(chǔ)備了碳源菌膠團(tuán)中的結(jié)構(gòu)多糖，不僅是其骨架，還是細(xì)菌們的儲(chǔ)備碳源。當(dāng)環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物匱乏時(shí)，這些多糖被細(xì)菌作

10、為碳源使用，雖然此時(shí)菌膠團(tuán)逐漸瓦解，但一定程度上延緩了細(xì)菌的猿亡。2因此菌膠團(tuán)的形成是細(xì)菌們?yōu)榫S護(hù)共同利益的共生產(chǎn)物，對(duì)于細(xì)菌的生存有著重要的生物意義。d.菌膠團(tuán)中的細(xì)菌Q菌膠團(tuán)中的細(xì)菌來源于土壤、水和空氣。它們多數(shù)是革蘭氏陰性菌，如動(dòng)膠菌屬和叢毛單胞菌屬，它們可占70%,生活污水好氧處理時(shí)菌膠團(tuán)中的主要細(xì)菌見下表細(xì)菌名稱細(xì)菌名稱細(xì)菌名稱動(dòng)膠團(tuán)屬（優(yōu)勢(shì)菌）短桿菌屬微球菌屬叢毛單胞菌屬（優(yōu)勢(shì)菌）固氮菌屬黃桿菌屬產(chǎn)堿桿菌屬（較多）亞硝化單胞菌屬無色桿菌屬棒狀桿菌屬（較多）假單胞菌屬節(jié)桿菌屬芽抱桿菌屬病原細(xì)菌（偶爾）大腸埃希氏菌產(chǎn)氣桿菌屬工業(yè)廢水處理中的菌膠團(tuán)細(xì)菌組成與之類似，但優(yōu)勢(shì)菌主要是對(duì)特定工

11、業(yè)廢物起主要降解作用的細(xì)菌B.活性污泥中的其它微生物在菌膠團(tuán)上層居住的是放線菌、真菌及原生動(dòng)物、后生動(dòng)物。它們的數(shù)量相比較細(xì)菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、諾卡氏菌、發(fā)硫菌、頭抱霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生動(dòng)物中的鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲和原生動(dòng)物中的輪蟲。這些微生物與菌膠團(tuán)細(xì)菌構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)體系，它們之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，它們的種類、數(shù)量隨營(yíng)養(yǎng)條件（廢水種類、化學(xué)組成、濃度）、溫度、供氧、pH等環(huán)境條件改變也在不停的發(fā)生著變化。（三）好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理<Q好氧活性污泥的凈化作用機(jī)理見下圖好氧活性污泥吸附和降解EE0用框圖表示見下圖EHI微生物絮凝體吸附和降

12、解有機(jī)物好氧活性污泥吸附和生物降解有機(jī)物的過程污染物質(zhì)活性污泥中的微型動(dòng)物新的微型動(dòng)物由上圖可以看出，活性污泥顆粒中微生物之間的關(guān)系是食物鏈的關(guān)系。好氧活性污泥由于是由有生命的微生物組成，能自我繁殖，有生物“活性”，因而可以連續(xù)反復(fù)使用,而化學(xué)藥劑只能一次使用，故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越。父可以降解水中的溶解性有機(jī)物，這也是物理化學(xué)方法難以做到的。（四）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程41.普通活性污泥法義好氧活性污泥法的處理工藝很多，最為普遍使用的活性污泥法工藝如下圖空氣1清水曝氣池k二沉池vZ/步流污泥剩余污泥.父點(diǎn)名提問：請(qǐng)看圖說明工藝原理?又廢水先通過初沉池，除掉一些懸浮固體，然后進(jìn)入

13、一個(gè)有曝氣裝置的構(gòu)筑物，活性污泥就在這種裝置中將廢水中的BW降解掉，并產(chǎn)生新的活性污泥。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)钠貧獬爻叽缡箯U水在池中停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使B1降到一定程度后，流入二次沉淀池，進(jìn)行固液分離，上清液排放，沉淀下來的污泥一部分回流到曝氣池中，一部分作為剩余污泥而排放。2 .改進(jìn)型的活性污泥法出在普通型的基礎(chǔ)上加以改造，使之性能提高的好氧活性污泥法中有推流式活性污泥法、完全混合式活性污泥法、接觸氧化穩(wěn)定法、分段布水推流式活性污泥法、氧化溝式活性污泥法，它們都是對(duì)普通活性污泥法的改進(jìn)，如下圖所示好氧活性污泥法的幾種工藝流程A.推流式活性污泥法B.完全混合式活性污泥法C.接觸氧化穩(wěn)定法D.分段布水推流式

14、活性污泥法E.氧化溝式活性污泥法?推流式活性污泥法又稱階段曝氣法，廢水延一個(gè)長(zhǎng)條的矩形池,廢水從一端進(jìn)入，水的污染物沿流動(dòng)方向不斷降低，從另一端流出；分段布水推流式活性污泥法只是在長(zhǎng)條矩形池的不同部位分別進(jìn)水；完全混合式污泥法則是廢水一進(jìn)入曝氣池就迅速與池中已有的混合液充分混合均勻，曝氣池中各處的水質(zhì)基本相同。接觸穩(wěn)定氧化活性污泥法又稱吸附再生活性污泥法，曝氣池被一分為二，廢水在曝氣池的第一部分接觸池中停留十分鐘與活性污泥充分接觸，廢水中的有機(jī)物被活性污泥吸附后進(jìn)入二沉池，此時(shí)出水以達(dá)到凈化，而二沉池泥水分離后的活性污泥進(jìn)入曝氣池的另一部分穩(wěn)定池，池中曝氣但不僅廢水，使污泥中吸附的有機(jī)物進(jìn)一步

15、分解，恢復(fù)了活性的污泥隨后再次進(jìn)入接觸池進(jìn)行新的一輪廢水降解；氧化溝把環(huán)形反應(yīng)池用作生物反應(yīng)池，污水混合液在該池中以一條閉合式曝氣渠道進(jìn)行連續(xù)循環(huán)。3 .氧化塘見氧化塘的工藝是特殊的活性污泥法，是一種人工的、接近自然生態(tài)系統(tǒng)的活性污泥法。電在氧化塘內(nèi)，藻類和細(xì)菌共存于同一環(huán)境中，保持互生關(guān)系，見下圖氧化塘的互生原理。底部有機(jī)物儂生物有機(jī)酸、酹位紿COz+HzO+CH+H2s好氧層兼性厭輒層厭氧層班化塘和氧化溝中的藻類和細(xì)菌的互生關(guān)系4 .批式活性污泥法批式活性污泥法（英文簡(jiǎn)稱SBR法）是內(nèi)外近年來開發(fā)的一種活性污泥法，它的工藝特點(diǎn)是將曝氣池與沉淀池合而為一，生化反應(yīng)呈分批進(jìn)行。基本周期可由進(jìn)水

16、、反應(yīng)、沉降、排水和閑置五個(gè)階段組成。如下圖所示。排水期5這種方法由于較其它活性污泥法構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資少、操作靈活、污泥產(chǎn)率低、脫氮效果好等特點(diǎn)越來越得到廣泛的重視。二、好氧生物膜法出好氧生物膜法是模擬土壤廢水凈化時(shí)依靠于讓顆粒表面附著的生物薄膜進(jìn)行污染物降解的生物處理法。2于19世紀(jì)末，在研究土壤凈化污水的過濾田的基礎(chǔ)上，開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)。由于效果不如后來出現(xiàn)的活性污泥法，一度被長(zhǎng)期擱置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)對(duì)于水要求的進(jìn)一步提高，生物膜法又獲得了新的發(fā)展。好氧生物膜法構(gòu)筑物有普通濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池，還有生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法（即浸沒濾池法）等。見下

17、圖生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤。塔式生物濾池生物轉(zhuǎn)盍布水橫管這些設(shè)施依靠濾料、轉(zhuǎn)盤上的生物膜處理廢水。匕）好氧生物膜中的微生物群落&提問:什么是好氧生物膜?R好氧生物膜是由好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或粘附在生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層粘性、薄膜狀的微生物混合群體。SI普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落有：生物膜生物、生物膜面生物及濾池掃除生物。普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落表生物膜生物生物膜面生物濾池掃除生物所處位置膜內(nèi)膜衰面膜外層生物組成以菌膠團(tuán)為主要組分，輔以浮游球衣菌、藻類等固著型纖毛蟲及游泳型纖毛蟲輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、顆體蟲功能凈化和穩(wěn)定污、廢水水質(zhì)促進(jìn)濾池凈化速度，提高濾池整

18、體的處理效率去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚和堵塞1.好氧生物膜的結(jié)構(gòu)2好氧生物膜在濾池或?yàn)V塔內(nèi)的分布不同于全混式的活性污泥，如下圖所示濾池物上層濾池糊中層濾池期下層好氧微生物厭氧微生物d空氣一。2一。2生物膜生物濾池（塔）中生物膜結(jié)構(gòu)圖以一滴水為例，水 滴從上到下與生物 膜接觸，幾分鐘內(nèi) 廢水中的有機(jī)和無 機(jī)雜質(zhì)逐級(jí)被生物 膜吸附°濾池內(nèi)不 同高度（不同層次） 的生物膜所得到的 營(yíng)養(yǎng)（有機(jī)物的組分 和濃度）不同，致使 不同高度的微生物 種群和數(shù)量不同。生物濾池（塔）中的分層特征表營(yíng)養(yǎng)物濃度高上層微生物的代謝產(chǎn)物及較低的有機(jī)物濃度有機(jī)物濃度很低，低分子上層微生物的代謝產(chǎn)物較多微生物種類

19、細(xì)菌及少數(shù)鞭毛蟲菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、鞭毛蟲、變形蟲、豆形蟲、腎形蟲等菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、鐘蟲為主的固著型纖毛蟲和少數(shù)游泳型纖毛蟲2若處理含低濃度有機(jī)物、高N%的微污染水源水時(shí)，生物膜薄，且上層除菌膠團(tuán)外，還長(zhǎng)有較方的藻類（因上層陽光充足），以及較多的鐘蟲、蓋纖蟲、獨(dú)縮蟲和聚縮蟲等。T犀甦物想解撼倒嬲邂-生物膜面生物濾池掃除生物生物膜生物吸附力再生第三節(jié)、活性污泥*脹和控制對(duì)策Q提問：什么是活性污泥膨脹？Q正常的活性污泥顆粒體積膨脹，繼而分裂為沉降性很差的小顆粒污泥，此時(shí)二沉池池面飄泥嚴(yán)重，出水水質(zhì)急劇變差。這就是所謂的污泥膨脹現(xiàn)象。&t絲狀污泥膨脹?正?；钚晕勰嘀械慕z狀細(xì)菌過度生長(zhǎng)引起

20、的污泥膨脹。&1非絲狀污泥電脹2菌膠團(tuán)細(xì)菌的假絲狀生長(zhǎng)或后生動(dòng)物鉆噬而形成的膨脹污泥。這種污泥很少見，研究的不多。我們這里重點(diǎn)介紹一下絲狀污泥膨脹控制時(shí)的生物原理。攵提問：什么情況下會(huì)導(dǎo)致絲狀菌的過度生長(zhǎng)呢？&A.如果曝氣池溶解氧長(zhǎng)期維持在較低的水平4菌膠團(tuán)細(xì)菌是嚴(yán)格好氧，絲狀菌適應(yīng)性強(qiáng)，在微量好氧條件下，仍正常生長(zhǎng)。缸B.低分子糖類和有機(jī)酸過多Q運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明：低分子糖類和有機(jī)酸過多有利于絲狀細(xì)菌生長(zhǎng)，容易發(fā)生活性污泥絲狀膨脹。(食物種類上的差別)SiC廢水C/N比高Q絲狀細(xì)菌適合于高C/N比廢水，而菌膠團(tuán)細(xì)菌正好相反，他們需要較低C/N比廢水。&提問*為什么？"這是由于C是絲狀細(xì)菌衣鞘的主要成分，過量的C源可為絲狀菌吸收，并以0羥基丁酸(PHB)的形式儲(chǔ)存，使絲狀菌進(jìn)一步生長(zhǎng)，而菌膠團(tuán)細(xì)菌對(duì)于N源的需求量要比絲狀菌大得多，一旦水中氮源貧乏，菌膠團(tuán)細(xì)菌的