第三章水環(huán)境中的污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/20231環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學第一節(jié)好氧污（廢）水的生態(tài)系統(tǒng)及生物處理原理一、好氧活性污泥法二、好氧生物膜法

第二節(jié)厭氧污（廢）水的生態(tài)系統(tǒng)及生物處理原理本章內(nèi)容1/15/20232環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/20233①效率高;

普通活性污泥水處理廠，每天1m3曝氣池能轉換1~2kg干有機物，100倍于森林。②效果好;

BOD去除率達90%~95%，COD去除率為60%~70%。生物處理的優(yōu)點③適用范圍廣（與微生物特點相關）④成本低、運行費用少；⑤可處理的水量大，方法成熟;

生物處理是廢水二級處理的首選方法1/15/20234第一節(jié)好氧污（廢）水的生態(tài)系統(tǒng)及生物處理原理環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學城市生活污水和工業(yè)廢水生物處理的方法好氧法厭氧法活性污泥法生物膜法生態(tài)系統(tǒng)1/15/20235一、好氧活性污泥法(activatedsludgeprocess)環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學生物處理的主體1/15/202361/15/202371.活性污泥的組成和性質(zhì)環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學無機固體有機-各種生物細胞代謝物及殘體水中有機質(zhì)1/15/20238環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學

好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧的微生物，少量的厭氧微生物，其上吸附的污水中的有機和無機固體物混凝交織在一起的，形成絮狀體的或稱絨粒。1/15/20239性質(zhì)含水率99％；密度為1.002-1.006，混合液中為1.002-1.003，回流污泥中為1.004-1.006；具有生物活性，有吸附，氧化有機物的能力；絨粒的大小為0.02-0.2mm；比表面積20-100cm2/mL；呈弱酸性，pH為6.7；環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202310環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學2.活性污泥的形成及存在形式對含有機物和細菌的污水不斷曝氣，維持足夠的溶解氧，經(jīng)過一定時間后，就會產(chǎn)生絮狀的污泥。1/15/202311環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學在顯微鏡下觀察，可看到各種微生物——細菌、霉菌、原生動物、后生動物。從外觀上看，活性污泥根據(jù)廢水水質(zhì)不同有不同的顏色，有褐色、黃色、灰色和鐵紅色等。輕輕攪動，易于呈懸浮物狀；靜止片刻，也易沉下。活性污泥無臭味，具有微微的土腥味。

1/15/2023123.好氧活性污泥中的微生物群落及各種群的作用環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學產(chǎn)生絮凝體的微生物優(yōu)勢菌屬真菌微型后生動物和原生動物絲狀菌組成1/15/202313環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學產(chǎn)生絮凝體的微生物菌膠團

污泥的絮體形成之前，細菌分泌的粘液體，莢膜或明膠質(zhì)與細菌體組成了菌膠團，這是活性污泥的結構和功能的中心。

多糖，氨基酸

1/15/202314對有機物有吸附能力和分解的能力；為原生動物和微型后生動物提供了良好的生存環(huán)境和附著場所；具有指示作用，從菌膠團的透明度，顏色，數(shù)量和顆粒大小，結構的松散程度判斷活性污泥的性能。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學菌膠團功能：新生的菌膠團顏色淺，無色透明，結構緊密，說明菌膠團生命力旺盛，吸附和分解有機物的能力強。老化的菌膠團顏色深，結構松散，活性不強，吸附和分解能力差。1/15/202315產(chǎn)生絮凝體的微生物有：動膠菌屬.*從毛單胞菌屬*假單胞菌屬*產(chǎn)堿桿菌屬*微球菌屬無色桿菌屬黃桿菌屬原生動物，如鐘蟲環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202316絲狀菌：浮游球衣菌——引起污泥絲狀膨脹的主要菌屬。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學優(yōu)勢菌屬:與產(chǎn)絮凝體微生物不同，菌體數(shù)量占優(yōu)勢。芽孢桿菌屬，棒狀桿菌屬，螺菌屬，大腸菌屬，短桿菌屬。真菌:青霉屬，芽枝霉屬，頭孢霉屬。其存在與水質(zhì)有很大關系，pH低的水質(zhì)，含C量多數(shù)量和種類不多。1/15/202317環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學微型后生動物和原生動物保持活性污泥的物理特性，降解活性、絮凝和沉淀性能，并具有指示作用。

鞭毛類、肉足類和纖毛類1/15/202318a.根據(jù)原生動物種類的演替，來判斷水質(zhì)和污水處理的程度。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學微型后生動物和原生動物指示作用細菌植物性鞭毛蟲肉足類動物性鞭毛蟲游泳型纖毛蟲、吸管蟲固著型纖毛蟲輪蟲1/15/202319環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學污泥培養(yǎng)初期中期成熟期鞭毛蟲游泳型纖毛蟲、鞭毛蟲鐘蟲等固著性纖毛蟲，盾纖蟲，輪蟲判斷污泥的程度綠眼蟲1/15/202320纖毛蟲的豆形蟲屬，草履蟲，四膜蟲屬，屋滴蟲屬，眼蟲屬等出現(xiàn)，說明活性污泥結構松散，出水水質(zhì)變差。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學b.通過原生動物的種類判斷活性污泥的處理水質(zhì)的好壞。

1/15/202321纖毛蟲的鐘蟲屬，累枝蟲屬，蓋纖蟲屬，聚縮蟲屬，獨縮蟲屬，獨縮蟲屬，盾纖蟲屬，吸管蟲屬，漫游蟲屬，內(nèi)管蟲屬。輪蟲屬等出現(xiàn)，說明活性污泥正常，出水水質(zhì)好。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學b.通過原生動物的種類判斷活性污泥的處理水質(zhì)的好壞。

在0.05ｍl混合液中有50～150只鐘蟲時，出水良好，COD<50ｍg/Ｌ1/15/202322線蟲說明缺氧。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學b.通過原生動物的種類判斷活性污泥的處理水質(zhì)的好壞。

1/15/202323環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學c.通過原生動物在惡劣環(huán)境中個體形態(tài)的改變，來判斷進水水質(zhì)的變化和運行中出現(xiàn)的問題。在溶解氧不足和其它環(huán)境條件惡劣時，鐘蟲由正常蟲體向胞囊演變的一系列變態(tài)變化。鐘蟲的變態(tài)

形成過程：鞭毛、纖毛等細胞器縮入體內(nèi)，縮水，并分泌一種膠狀物質(zhì)于體表，凝固成孢殼，均為球狀。

胞囊1/15/202324環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學原生動物能夠吞食有機顆粒，游離的細菌和其它小的生物，起到凈化的作用。凈化作用原生動物分泌的粘液物協(xié)同和促進細菌發(fā)生絮凝作用。彎豆形蟲的濃度低時，細菌不起絮凝作用，在濃度增加到2.5×103個時，細菌產(chǎn)生很大的絮凝作用。彎豆形蟲濃度增大到很大時，產(chǎn)生很大的細菌絮體。鐘蟲的尾柄也分泌一些粘性物質(zhì)，使許多尾柄交織在一起，和細菌形成了很大的絮體。

促進絮凝和沉淀的作用1/15/202325環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學4.好氧活性污泥的凈化作用機理吸附吸收混凝1/15/2023261/15/2023271/15/202328紀莊子污水處理廠氧化溝（中試）1/15/202329環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學5.好氧活性污泥的馴化1）菌種來源污水處理廠的曝氣池的活性污泥；污水廠集水池污泥；污水廠沉淀池污泥；污水廠廢水流經(jīng)的河流淤泥。

1/15/2023302）菌種馴化

馴化的方法是逐漸增加廢水的濃度或流量，可以采用間歇方法或連續(xù)方法。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學根據(jù)處理水質(zhì)狀況，投加必需的營養(yǎng)物(碳源、氮源、磷源)。1/15/2023313）培養(yǎng)間歇培養(yǎng)：悶曝，將曝氣池注滿廢水，只曝氣而不進廢水。混合液曝氣到開始出現(xiàn)活性污泥絮狀體后，即停止曝氣，靜止沉淀1h～1.5h，排放上清液，再補充廢水，繼續(xù)曝氣。不斷觀察生物相中微生物組成。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202332連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)曝氣，進水量從小到大逐漸增加，同時增加溶解氧供應量，連續(xù)運行一段時間，活性污泥出現(xiàn)并逐漸增多。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202333環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學6.好氧活性污泥的膨脹

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，引起二沉池池面飄泥嚴重，出水水質(zhì)急劇變差的現(xiàn)象。本質(zhì)—污泥密度變小或黏附能力下降。分非絲狀菌污泥膨脹與絲狀菌污泥膨脹兩類。1/15/202334活性污泥絲狀膨脹：由于絲狀細菌的極度生長導致的活性污泥膨脹。

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202335致因微生物：絲狀細菌（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）或真菌優(yōu)勢過度生長。1/15/202336原因：水溫過高（＞25℃）、pH過低（＜6.5）；曝氣池DO長期維持在較低（＜0.1~0.2mg/L）；硫化物過高，硫細菌生長過度；營養(yǎng)失衡。廢水C/N低；無機金屬離子較少。原因——菌絲體儲備營養(yǎng)物少、表面積大，在稀溶液中爭奪營養(yǎng)物質(zhì)的能力強，更適合于貧瘠環(huán)境（包括溶解氧、各種營養(yǎng)物）的生長。毒物沖擊。原因—菌絲體耐受能力強。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202337生物膜法的處理工藝有：生物濾池（普通，高負荷，塔式），生物轉盤，生物接觸氧化法。

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學二、好氧生物膜法好氧生物膜法即好氧附著生物處理系統(tǒng)物料載體好氧微生物和兼性厭氧微生物1/15/202338生物濾池環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202339生物濾池環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202340塔式生物濾池環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202341生物膜生物生物膜面生物濾池掃除生物

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1.好氧生物膜的微生物群落在膜內(nèi)部;以菌膠團為主浮游球衣菌藻類,凈化穩(wěn)定污水。

在膜的表面；固著性纖毛蟲（鐘蟲，累枝蟲，獨縮蟲）游泳性纖毛蟲（盾纖蟲，斜管蟲，尖毛蟲，豆形蟲）；促進濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率。在膜外部輪蟲，線蟲，寡毛類沙蠶，顠體蟲；去除濾池里污泥，防止污泥堵塞的功能。

1/15/202342環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學2.生物膜的結構和各部分的微生物上層，營養(yǎng)物濃度高——細菌，少數(shù)鞭毛蟲。中層，營養(yǎng)物，上層的代謝產(chǎn)物——微生物種類多，菌膠團，浮游球衣菌，鞭毛蟲，變形蟲，豆性蟲，腎形蟲。下層，有機物濃度低，低分子有機酸多——菌膠團，浮游球衣菌，固著纖毛蟲鐘蟲和游泳纖毛蟲盾纖蟲，漫游蟲。輪蟲。廢水填料層1/15/202343環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學3.凈化機理1/15/202344環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學第二節(jié)厭氧環(huán)境中的活性污泥和微生物群落沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間。厭氧生物處理是在無氧的條件下，利用兼性和厭氧微生物分解有機物的一種生物處理法。

1/15/202345環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學厭氧法處理廢水的特點：處理中能量要求低，能夠產(chǎn)出能源物質(zhì)——沼氣，其中含有50-70％的甲烷。污泥的產(chǎn)量低，厭氧微生物增殖速率比好氧微生物慢。對溫度，

pH值，環(huán)境因素更敏感，有中溫菌，低溫菌和高溫菌。要求一定的碳氮比，對毒性物質(zhì)敏感。處理后，厭氧廢水中有機物濃度高于好氧處理。厭氧微生物能夠降解好氧處理不能降解的有機物。厭氧處理過程較復雜。一、厭氧生物法1/15/202346環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學廢水調(diào)節(jié)池熱交換器↑37℃厭氧活性污泥反應器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥厭氧活性污泥法1/15/202347環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學厭氧生物膜法沼氣出水進水AF厭氧濾池1/15/202348環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學厭氧反應器化糞池UASB反應器厭氧流化床生物膜反應器（AFB)厭氧膨脹顆粒污泥床EGSB升流式污泥床過濾器UBF1/15/202349二、厭氧處理中的甲烷發(fā)酵理論及各階段微生物

厭氧處理中，甲烷發(fā)酵的理論先后提出了二階段，三階段，四階段理論。三階段理論比較完善，目前應用較多的是四階段理論。

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學產(chǎn)酸產(chǎn)氣兩大階段1/15/2023501.第一階段-水解和發(fā)酵纖維素，淀粉水解為單糖，再酵解為丙酮酸；蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成有機酸和氨；脂類水解為各種低級脂肪酸和醇。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學

厭氧發(fā)酵性細菌利用胞外水解酶的作用水解進而再發(fā)酵的過程。1/15/202351第一階段的微生物

有纖維素分解菌，蛋白質(zhì)分解菌，淀粉分解菌和脂類分解菌。專性厭氧菌有梭菌屬，擬桿菌屬，丁酸弧菌屬，真細菌，雙歧桿菌屬；兼性厭氧的有鏈球菌和腸道菌，假單胞菌屬，芽孢桿菌屬，變形菌屬，產(chǎn)堿桿菌屬，產(chǎn)氣桿菌屬，大腸桿菌屬等。發(fā)酵性細菌數(shù)量108~109/mL混合液，1010~1011/g揮發(fā)性固體。環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202352環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學分解纖維素半纖維素的微生物：兼性厭氧的蠟狀芽孢桿菌，銅綠色假單胞桿菌，類產(chǎn)堿桿菌，假單胞菌屬的一類菌。分解淀粉的微生物：變形微球菌，尿素微球菌，亮白微球菌、芽孢桿菌屬的某些菌、假單胞菌屬。分解類脂微生物：產(chǎn)色莢膜梭菌。分解蛋白質(zhì)的微生物：蠟狀芽孢桿菌，環(huán)狀芽孢桿菌，球形芽孢桿菌，枯草芽孢桿菌，脫氮假單胞菌屬。1/15/2023532.第二階段-產(chǎn)氫，產(chǎn)乙酸階段分解為CH3COOH和H2。

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學丙酸琥珀酸丁酸乙醇長鏈脂肪酸芳香酸及醇產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸微生物pH的變化pH下降pH上升6.6-6.8

大量有機酸類產(chǎn)生蛋白質(zhì)，含氮有機物的分解，生成氨，碳酸鹽，胺類物質(zhì)等堿性物質(zhì)

1/15/202354產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸微生物包括：互營單胞菌屬，互營桿菌屬，梭菌屬，暗桿菌屬。將揮發(fā)性的脂肪酸降解為乙酸和氫氣。硫酸還原菌如脫硫弧菌

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/2023553.第三階段——產(chǎn)甲烷階段環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學CH3COOHH2CO2COH2OCH3CH2OHCH3OHHCOOH兩組生理性質(zhì)不同的專性厭氧菌群CH4簡單的含碳有機物1/15/202356產(chǎn)甲烷機制：氫氣和二氧化碳或一氧化碳的合成甲烷——28％的甲烷來自合成。

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202357乙酸分解為甲烷和二氧化碳?；蚶眉姿?，甲醇，甲基胺裂解為甲烷——72％的甲烷來自酸的裂解。

環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學1/15/202358環(huán)境微生物基礎教學課件天津工業(yè)大學其它產(chǎn)生甲烷機制：****1/15/202359產(chǎn)甲烷菌：對溫度要求嚴格，有中溫菌30-35℃，低溫菌10-15℃，高溫菌50-55℃；pH值要求嚴格，適應的