微生物在環(huán)境污染治理中的作用第1頁/共97頁⑴好氧處理（BOD5<500mg/L）O2作為電子受體CO2+H2OOD：0.5～2.0mg/L（處理前）OD：2.0～4.0mg/L（處理后）pH：6.5～8.5T：25～40℃、30℃最佳C：N：P=100：5：1C量過高，N、P為限制因子，應(yīng)添加N、P；N、P過高，易引起水體富營養(yǎng)化第2頁/共97頁好氧微生物處理有機污染物的一般途徑：胞外酶好氧微生物大分子有機物小分子有機物丙酮酸第3頁/共97頁⑵厭氧處理（BOD5≥2000mg/L）ⅰ.簡單有機物作為電子受體CH4ⅱ.厭氧處理：能量少、細胞產(chǎn)量低、污染物分解速度低ⅲ.有機污染物厭氧分解生成甲烷過程：發(fā)酵性細菌產(chǎn)生胞外酶胞內(nèi)酶復(fù)雜有機物簡單溶解性有機物酸類產(chǎn)H2、CH3COOH菌H2、CO2、CH3COOH產(chǎn)甲烷細菌CH4第4頁/共97頁⑶兼氧（水解）處理（PVA廢水、表面活性劑廢水、焦化廢水、印染廢水）水解產(chǎn)酸菌把復(fù)雜有機物轉(zhuǎn)化有利于好氧處理第5頁/共97頁一、活性污泥法活性污泥法是應(yīng)用最廣泛的廢水好氧生物處理技術(shù)，主要用來處理生活污水，也用在紡織、印染、煉油、石油化工、造紙焦化等工業(yè)廢水中。第6頁/共97頁㈠活性污泥中的微生物見圖活性污泥：由細菌、霉菌、原生動物、藻類等大量微生物以及污水中有機和無機的固體物凝聚較之一起所形成的褐色的絮狀體或絨粒。含水率高、比表面積大、結(jié)構(gòu)松散吸附和氧化分解有機物活性污泥中的微生物主要為細菌，而細菌多數(shù)以菌膠團形式存在，少數(shù)以游離態(tài)存在第7頁/共97頁菌膠團：由細菌分泌的多糖類物質(zhì)將細菌包覆成的粘性團塊。菌膠團是活性污泥的主體，作用表現(xiàn)如下：ⅰ.吸附富集生物和污染物，增加微生物與污染物接觸機會；ⅱ.促進活性污泥顆粒形成；ⅲ.防止微型動物對細菌吞食；ⅳ.為原生動物、微型后生動物提供吸附場所和生存環(huán)境。第8頁/共97頁活性污泥的組成：M=Ma+Me+Mi+Mii式中：M-活性污泥Ma-活性微生物Me-微生物分解過程殘留物Mi-不可生物降解部分Mii-無機物第9頁/共97頁①細菌為主，革蘭陰性菌為主；②絲狀細菌（引起活性污泥膨脹）；③真菌，較少，酸性（絮狀體形成、污泥膨脹有關(guān)）；④原生動物、微型后生動物（掌握各動物的污水中的指示作用）。第10頁/共97頁一般認為：當曝氣池中出現(xiàn)大量鐘蟲、累枝蟲、蓋纖蟲、聚縮蟲、獨縮蟲等固著型的纖毛蟲及輪蟲時，說明污水處理運轉(zhuǎn)正常，出水水質(zhì)好；當大量出現(xiàn)豆形蟲、草履蟲、四膜蟲等游泳型纖毛蟲和鞭毛蟲、根足蟲時，說明活性污泥結(jié)構(gòu)松散，運轉(zhuǎn)不正常，出水水質(zhì)差；出現(xiàn)線蟲則說明缺氧。第11頁/共97頁㈡活性污泥的形成活性污泥的形成是微生物在廢水中新陳代謝和生長繁殖的結(jié)果。①細菌、菌膠團早期形態(tài)；②菌膠團吸附污染物，形成有機物、微生物、無機物組成顆粒，是污泥正常形成的基礎(chǔ)；③橋聯(lián)作用、靜電作用。第12頁/共97頁㈢活性污泥的培養(yǎng)馴化活性污泥培養(yǎng)中“種泥”的來源：⑴同類廢水處理廠的剩余污泥；⑵生活污水處理廠的剩余污泥；⑶城市污水處理廠的剩余污泥；⑷較大毒性和難降解有機廢水，采用處理廢水下水道中沉積物或受該污染的土壤。第13頁/共97頁活性污泥培養(yǎng)初期、中期、成熟期各優(yōu)勢種群。培養(yǎng)初期一般鞭毛蟲和變形蟲占優(yōu)勢培養(yǎng)中期游泳型纖毛蟲和鞭毛蟲占優(yōu)勢培養(yǎng)成熟期鐘蟲等固著型纖毛蟲占優(yōu)勢第14頁/共97頁馴化活性污泥，在工業(yè)廢水中，使混合液中逐漸增加工業(yè)廢水的比例，直到達到滿負荷。為了縮短培養(yǎng)和馴化時間，可將培養(yǎng)和馴化合并起來。第15頁/共97頁㈣活性污泥性能指標活性污泥濃度：混合液懸浮固體濃度，MLSS（mg/L）一般1500－2000mg/L污泥沉降比（SV）：混合液在1L量筒中靜置30min，沉降污泥與原混合液體積比。SV=30%為正常情況第16頁/共97頁污泥體積指數(shù)（SVI）：mL/g曝氣池混合液經(jīng)30min靜沉后，1g干污泥所占的容積，SVI=混合液30min靜沉后污泥容積（mL/L）/污泥干重（g/L）=SV/MLSS能較好的反應(yīng)污泥的松散程度和凝聚沉淀性能SVI值過低，說明泥粒細小緊密，無機物多，缺乏活性；過高說明污泥難于沉淀分離，使回流污泥濃度降低

SVI介于50～150mL/g，100mL/g最理想第17頁/共97頁計算：曝氣池混合液污泥沉降比為30％，污泥濃度為2500mg/L，求SVI第18頁/共97頁污泥齡（Qc）=微生物在水中平均停留時間（MCRT）Qc=工作污泥量/排走剩余污泥=（Ma+Mc+Mr）/(Mw+Me)式中：Ma—曝氣池中活性污泥量Mc—二沉池中活性污泥量Mr—回流系統(tǒng)中活性污泥量Mw—每天所排放剩余活性污泥Me—二沉池中隨水流帶走的活性污泥量比如：Qc=6000㎏/600㎏=10d（表明微生物每天更新1/10）Qc減少，表明微生物更新加快，降解污染物加快第19頁/共97頁污泥負荷率（Ns）:㎏(BOD5)/㎏(MLSS)dNs=Q.So/m.v式中：Q—平均進水流量So—進水平均BOD5值m—污泥濃度v—曝氣池體積第20頁/共97頁㈤活性污泥法活性污泥法：將空氣鼓入水體中，水中好氧細菌繁殖，微生物吸附、降解有機污染物，最終使有機物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、NH3等，然后把活性污泥分離出來，成為凈水的方法。第21頁/共97頁基本工藝流程：廢水初沉池曝氣池二沉池出水

回流污泥剩余污泥濃縮消化干燥焚燒、填埋第22頁/共97頁各個池子、系統(tǒng)的作用：初沉池：降低曝氣池中進水的SS及沉砂，也可以去除部分BOD；曝氣池：也叫反應(yīng)池、生物反應(yīng)器，提供微生物吸附降解有機物的場所；曝氣系統(tǒng)：供O2、攪拌，使微生物與有機物充分接觸混合；第23頁/共97頁二沉池：固液分離、污泥濃縮；回流系統(tǒng)：確保曝氣池中有一定活性污泥濃度，即保持有足夠的微生物量，起到接種作用；剩余污泥排出系統(tǒng)：排出增殖的活性污泥，以維持整個活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第24頁/共97頁㈥活性污泥法的凈化機理（吸附、穩(wěn)定階段）吸附階段：有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去，15～45min；穩(wěn)定階段：大分子有機物先被細菌分泌的胞外酶作用分解為小分子化合物，然后被細菌攝入體內(nèi)，繼而在胞內(nèi)酶作用下，一部分被同化成細胞物質(zhì)，另一部分轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、SO42-、NH3、PO43-第25頁/共97頁國內(nèi)流行的污水處理工藝AB法吸附＋生物氧化SBR法進水、反應(yīng)、沉淀、出水、閑置A/O法缺氧（Anoxin)/好氧（Oxic)A/A/O法氧化溝法等第26頁/共97頁㈧活性污泥膨脹原因及控制措施原因：為絲狀菌大量繁殖所引起，如污水中缺乏N、P、Fe等，溶解氧不足，水溫高等，此外，超負荷、污泥齡過長、或有機物濃度梯度小等?？刂疲横槍υ虿扇〈胧缛毖跫哟笃貧饬?，污泥負荷率過高，可適當調(diào)整MLSS值，若污泥大量流失，可加5－10mg/L氯化鐵，幫助凝聚，刺激菌膠團生長，也可加漂白粉抑制絲狀菌繁殖。第27頁/共97頁㈨運行效果檢測①反映處理效果的項目：進出水BOD、COD、TN、TP、SS等②反映污泥情況的項目：SV、MLSS、SVI、DO、微生物相等③反映污泥營養(yǎng)和環(huán)境條件的項目：N、P、pH、水溫等一般SV和DO常測。第28頁/共97頁二、生物膜法生物膜法與活性污泥法的異同點Ⅰ.相同點：都是利用微生物來處理廢水中有機物的好氧處理過程；Ⅱ.不同點：

活性污泥法：懸浮流動的微生物生物膜法：附著生長固體介質(zhì)表面的微生物第29頁/共97頁ⅰ.生物膜：由多種多樣的好氧微生物、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)盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。生物膜由細菌、真菌、原生動物及昆蟲的幼蟲組成的。培養(yǎng)生物膜的階段—掛膜第30頁/共97頁ⅱ.生物膜法:微生物依附在介質(zhì)“濾料”上，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化成H2O、CO2、NH3和微生物的細胞物質(zhì)，污水得到凈化的過程。第31頁/共97頁㈠生物膜的凈化機理（濃度差）吸附吸收氧化分解見圖

污染物從廢水向生物膜內(nèi)傳遞氧的傳遞微生物代謝產(chǎn)物傳遞第32頁/共97頁固定床生物處理技術(shù)：普通生物濾池、塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法流動床生物技術(shù)第33頁/共97頁㈡生物膜法的特點與活性污泥法相比，優(yōu)點在于：①微生物的多樣性高；ⅰ.好氧細菌、厭氧細菌、真菌、藻類等。ⅱ.活性污泥中，增殖慢的生物隨水流流失，而生物膜中與廢水停留時間無關(guān)，增殖速度慢的生物也能生存。第34頁/共97頁②生物膜各段的微生物類群不同（優(yōu)勢菌種）好氧層厭氧層兼氧菌占優(yōu)勢③生物膜中的食物鏈長；動物性成分高，微型后生動物數(shù)量多，產(chǎn)生的污泥大部分消化。生物膜法產(chǎn)生的污泥量比活性污泥法少20%。上清液透明第35頁/共97頁④具有較高的脫氮能力硝化細菌、亞硝化細菌增殖速度慢，脫氮細菌（厭氧層）⑤單位處理能力大（微生物量大）第36頁/共97頁⑥系統(tǒng)維護方便能耗低、無需污泥回流、不存在污泥膨脹⑦操作運行穩(wěn)定對水力和有機物負荷承受能力強。在石油化工、印染、制革、造紙、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化纖等工業(yè)廢水中應(yīng)用廣泛。

第37頁/共97頁㈢生物膜的脫落與更新生物膜不斷增厚，超過一定厚度后，吸附有機營養(yǎng)物質(zhì)在生物膜表層微生物代謝完成，而內(nèi)層微生物得不到充足營養(yǎng)物質(zhì)而進行內(nèi)源代謝，從而失去粘附作用，脫落隨水流流走，濾料表面重新掛膜，得到新的生物膜。第38頁/共97頁生物膜脫落原因：厭氧層粘性減弱；水力沖刷作用；自身重力。第39頁/共97頁

微生物的“馴化-掛膜”兩種方式（工業(yè)廢水生物濾池）從其他工廠廢水站或城市污水廠取來活性污泥或生物膜碎屑，進行馴化、掛膜；用生活污水、城市污水、河水或回流出水替代部分工業(yè)廢水進行運行第40頁/共97頁㈣生物膜法中的負荷率以流量為主的負荷率（水力負荷率）:單位時間單位面積濾床所能承擔的廢水量，單位為：m3（廢水)/m2（濾料）.d有機負荷率:

單位時間單位體積濾料所能承擔的有機物量，單位為：㎏（BOD5）/m3（濾料）.d第41頁/共97頁㈤生物膜法工藝流程⑴回流水進水初沉池生物濾池二沉池出水

回流水⑵進水初沉池一級生物濾池二級生物濾池二沉池出水

回流回流第42頁/共97頁生物濾池串聯(lián)的作用：便于提高出水水質(zhì)；避免單個濾池的深度太深；提高沖擊負荷；進水濃度高，單級生物濾池無法達到要求，可采用二級生物濾池以達到要求。第43頁/共97頁回流廢水的作用：稀釋進水濃度，改善水質(zhì)；當水質(zhì)有波動時，可調(diào)節(jié)穩(wěn)定水質(zhì)；有利于防止產(chǎn)生惡臭（增大了水力負荷）；連續(xù)接種生物膜，促進生物膜的生長。第44頁/共97頁應(yīng)考慮回流的情況：進水濃度COD>400mg/L；污染物抑制微生物生長時。第45頁/共97頁㈥生物膜法的類型見圖生物濾池；塔式生物濾池；生物轉(zhuǎn)盤（RBC）；生物接觸氧化。第46頁/共97頁運行管理控制好進水量、濃度、溫度及所需投加的營養(yǎng)、通風檢查布水裝置及填料是否有堵塞沖洗或停止干燥脫落不同的生物膜鏡檢觀察分層分級第47頁/共97頁

三、穩(wěn)定塘法（氧化塘法、生物塘法）穩(wěn)定塘系統(tǒng)由多個天然的或人工開挖的池塘所組成，利用天然生態(tài)系統(tǒng)凈化能力處理污水的生物處理設(shè)施。第48頁/共97頁投資少，運用費用低，用于處理中、小城鎮(zhèn)的污水，可作一級處理、二級處理，也可作三級處理?？商幚砩钗鬯?、食品、制革、造紙、石化、農(nóng)藥等行業(yè)的廢水。第49頁/共97頁㈠穩(wěn)定塘法的凈化機理利用細菌和藻類的互生關(guān)系好氧層藻類供氧兼性厭氧層細菌分解厭氧層細菌產(chǎn)甲烷第50頁/共97頁㈡穩(wěn)定塘內(nèi)的生物相⑴藻類：穩(wěn)定塘的表層主要為藻類；⑵細菌：穩(wěn)定塘中細菌大量存在于下層；⑶微型動物：纖毛蟲類，如：鐘蟲、膜袋蟲，1000個/mL注：在活性污泥或曝氣塘系統(tǒng)中往往殘留較多的難分解的有機物，可以采用串聯(lián)的活性污泥與穩(wěn)定塘系統(tǒng)去除。第51頁/共97頁㈢穩(wěn)定塘的類型及特點⑴好氧塘：淺、有氧、藻類供氧⑵兼性塘：深、上層好氧區(qū)（氧氣來源于藻類和大氣復(fù)氧）、中間過渡層、下層為厭氧層，沉淀污泥在此分解。第52頁/共97頁⑶厭氧塘：深2m、有機負荷高，DO=0⑷曝氣塘：深2m以上⑸深度處理塘（BOD5≤300mg/L）第53頁/共97頁㈣穩(wěn)定塘的優(yōu)缺點⑴穩(wěn)定塘的優(yōu)點：基建投資低；運行管理簡單經(jīng)濟；可進行綜合作用。第54頁/共97頁⑵穩(wěn)定塘的缺點：占地面積大；處理效果受氣候影響；如溫度設(shè)計運行不當時，可能造成二次污染。氣味等第55頁/共97頁㈤運行管理①去除處理水中的藻類，是氧化塘設(shè)計的一個重要課題采用的方法有：自然沉淀、混凝沉淀、混凝上浮和過濾等第56頁/共97頁②氧化塘分級管理分四級：前兩級培育藻類，光合作用旺盛，使BOD大幅度降低，具有好氧氧化塘功能；第三級培養(yǎng)動物性浮游生物；第四級則是養(yǎng)魚塘。食物鏈凈化第57頁/共97頁③好氧塘及兼性塘運行正常時應(yīng)呈淡綠色，褐色表明因缺乏光照、溫度過低或進水含有毒物引起藻類光合作用不足，灰色表明藻類死亡。第58頁/共97頁④常檢測項目有：DO一般1－2mg/L，其他如pH、BOD、SS和大腸桿菌數(shù)等第59頁/共97頁四、廢水的厭氧處理廢水厭氧處理的對象主要有：食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、家禽家畜養(yǎng)殖廠、屠宰場等高濃度有機廢水、生活污水、工業(yè)廢水處理產(chǎn)生的污泥、來自水廠產(chǎn)生的污泥、活性污泥法處理產(chǎn)生的剩余污泥、生物膜法處理產(chǎn)生的脫落生物膜等。第60頁/共97頁㈠甲烷發(fā)酵的機理廢水厭氧處理：在無氧條件下，通過能進行厭氧呼吸的微生物分解、利用和轉(zhuǎn)化有機污染物，使廢水得到凈化的過程。第61頁/共97頁

水解

酸化大分子有機物水解的和溶解的有機物（碳水化合物細菌胞外酶

產(chǎn)酸細菌、蛋白質(zhì)、脂肪等）有機酸乙酸化甲烷化醇類乙酸CH4醛類乙酸細菌甲烷細菌第62頁/共97頁⑴液化階段（水解與發(fā)酵）胞外酶胞內(nèi)酶大分子有機物小分子有機物小分子化合物第63頁/共97頁⑵酸化階段（生成乙酸和氫）胞內(nèi)酶小分子化合物甲酸、乙酸、小分子醇、CO2、H2、NH3、H2S和細胞物質(zhì)第64頁/共97頁⑶甲烷發(fā)酵階段（生成甲烷）4H2+CO2CH4+2H2OCH3COOHCH4+CO2CH3COONH4+H2OCH4+NH4++HCO3-第65頁/共97頁㈡厭氧生物處理的影響因素（甲烷產(chǎn)生菌）氧化還原電位、溫度、酸堿度（pH值）、混合狀態(tài)、抑制物濃度氧化還原電位：用混合溶液氧濃度衡量。低要求反應(yīng)器為密閉系統(tǒng)，嚴格防止空氣中氧滲入。第66頁/共97頁合適的溫度低溫型：5～15℃中溫型：30～35℃高溫型：50～55℃較好第67頁/共97頁pH值：6.8～7.2控制出水pH值，加入適量的酸堿緩沖劑、CaCO3一般不加攪拌及沉淀池第68頁/共97頁㈢參與甲烷發(fā)酵的微生物自然水體底泥內(nèi)和高濃度有機廢水厭氧分解⑴厭氧性水解菌蛋白質(zhì)、多糖和脂肪水解菌第69頁/共97頁⑵揮發(fā)性酸生成菌球菌：厭氧；螺旋菌：兼性厭氧；放線菌：微好氧。⑶甲烷產(chǎn)生菌利用微生物代謝生成物CO2、甲酸、乙酸、甲醇第70頁/共97頁㈤利用光合細菌（PSB）處理高濃度有機廢水ⅰ.“紅螺菌科”用于處理有機廢水；ⅱ.生活在水田、淺池塘、污濁水域等地方；ⅲ.聯(lián)合光合細菌和小球藻處理生活污水；BOD10000mg/Lⅳ.光合細菌處理后存在的問題：BOD尚高（100～200mg/L）,進一步凈化處理才排放第71頁/共97頁如豆腐廠廢水BOD達7000mg/L經(jīng)固液分離、溶化、中和后BOD為4600mg/L，經(jīng)光合細菌處理后上清液BOD為540mg/L，光合細菌可投入凝聚劑回收，再和來自漂白工序的廢水混合經(jīng)生物濾池處理，BOD可至20mg/L以下。第72頁/共97頁第二節(jié)微污染水源水預(yù)處理的微生物應(yīng)用一、微污染水源水污染源、污染物及預(yù)處理目的微污染水源水污染源：主要是未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖業(yè)排放水和農(nóng)田灌溉水，還有未達到排放標準的處理水等。污染物為有機物、氨氮、藻類分泌物、揮發(fā)酚、氰化物、重金屬、農(nóng)藥等。第73頁/共97頁受到有機物、氨氮、磷及有毒污染物較低程度污染的水源水，經(jīng)自來水廠混凝、沉淀、過濾、消毒的傳統(tǒng)工藝處理后，未能有效去除污染物1.烷烴類加氯處理后產(chǎn)生鹵代烴三氯甲烷和二氯甲烷2.氨氮在供水管道中氧化為亞硝氮3.殘留有機物引起管道異氧菌繁殖第74頁/共97頁二、微污染水源水微生物預(yù)處理國外采用生物流化床處理，我國在深圳水庫水源水生物接觸氧化處理渠第75頁/共97頁㈠微生物預(yù)處理工藝水源水預(yù)處理混凝沉淀快砂濾慢砂濾加氯消毒清水儲罐出水用來處理有機物和氨氮，設(shè)在凈化工藝流程之前。第76頁/共97頁㈡水源水預(yù)處理的運行條件⑴微生物適合貧營養(yǎng)的異氧除氮菌、硝化細菌和反硝化細菌、藻類、原生動物和微型后生動物組成的生態(tài)系統(tǒng)。⑵供氫體（乙醇和糖）⑶溶解氧：DO>4mg/L⑷水溫和pH值20℃中性⑸該系統(tǒng)的處理效率：COD去除在10%～30%，氨氮去除在75%以上第77頁/共97頁三、微污染水源水凈化對策有機物的去除，氨氮的去除?；瘜W氧化法臭氧、高錳酸鉀光化學氧化法吸附法活性碳生物法第78頁/共97頁第三節(jié)固體廢物的微生物處理固體廢物分類按性狀：有機廢物；無機廢物按來源：工業(yè)、礦業(yè)廢物；城市垃圾；農(nóng)業(yè)廢物；污水處理廠污泥；放射性廢物。第79頁/共97頁針對城市垃圾、污水處理廠污