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(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無機(jī)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)2、活性污泥的性質(zhì)顏色黃褐色狀態(tài)似礬花絮絨顆粒味道土腥味相對(duì)密度曝氣池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒經(jīng)0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面積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(xì)菌真菌原生動(dòng)物后生動(dòng)物除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機(jī)物、無機(jī)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(gè)以細(xì)菌為主體的群體，除細(xì)菌外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物和后生動(dòng)物。活性污泥中細(xì)菌含量一般在107～108個(gè)/mL；原生動(dòng)物103個(gè)/mL，原生動(dòng)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(dú)縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時(shí)，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(cè)定污泥中細(xì)胞的DNA量、有機(jī)氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脫氫酶的活力等指標(biāo)去反映活性污泥的活力，這種方法既復(fù)雜又不準(zhǔn)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(xì)胞成分；

Me——內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體；

Mi——未代謝的不可生化的有機(jī)懸浮固體；

Mii——吸附的無機(jī)懸浮固體。按有機(jī)性和無機(jī)性成分：處理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%

MLSS表示懸浮固體物質(zhì)總量，MLVSS揮發(fā)性固體成分表示有機(jī)物含量，MLNVSS灼燒殘量，表示無機(jī)物含量。

MLVSS包含了微生物量，但不僅是微生物的量，由于測(cè)定方便，目前還是近似用于表示微生物的量。MLVSS:一般范圍為55％~75％NVSS:一般范圍為25％~45％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(shí)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(jī)物的過程

活性污泥在曝氣過程中，對(duì)有機(jī)物的降解（去除）過程可分為兩個(gè)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(jī)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(jī)物為微生物所利用?；钚晕勰嘟到馕鬯杏袡C(jī)物的過程污水與污泥混合曝氣后BOD的變化曲線對(duì)活性污泥法曝氣過程中污水中有機(jī)物的變化分析得到結(jié)論：廢水中的有機(jī)物殘留在廢水中的有機(jī)物從廢水中去除的有機(jī)物微生物不能利用的有機(jī)物微生物能利用的有機(jī)物微生物能利用而尚未利用的有機(jī)物微生物不能利用的有機(jī)物微生物已利用的有機(jī)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(jī)物的去除規(guī)律；曲線②反映活性污泥利用有機(jī)物的規(guī)律；曲線③反映了活性污泥吸附有機(jī)物的規(guī)律。這三條曲線反映出，在曝氣過程中：污水中有機(jī)物的去除在較短時(shí)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(jī)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(dāng)短的時(shí)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(jī)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(jī)理

主要有兩方面的作用：吸附有機(jī)物降解有機(jī)物

（三）菌膠團(tuán)的作用

（1）對(duì)有機(jī)物進(jìn)行吸附和氧化分解（2）為原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物提供良好的生存環(huán)境（3）為原生動(dòng)物提供附著場(chǎng)所（4）具有指示作用二、好氧生物膜法

好氧生物膜法的構(gòu)筑物有：普通濾池、高負(fù)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。

（一）好氧生物膜中的微生物

1．好氧生物膜

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。2．好氧生物膜中的微生物及其功能

生物膜生物：以菌膠團(tuán)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(jìn)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(dòng)，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懸掛型填料

彈性立體填料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(jī)理

在生物濾池中，上層生物膜中的生物膜生物（絮凝性細(xì)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(dòng)物）吸附廢水中的大分子有機(jī)物，將其水解為小分子有機(jī)物。同時(shí)吸收溶解性有機(jī)物和經(jīng)水解的小分子有機(jī)物進(jìn)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(xì)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(xì)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(duì)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(xì)菌——菌膠團(tuán)細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，輔以少量的絲狀細(xì)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(huì)發(fā)生膨脹現(xiàn)象（可分為由絲狀細(xì)菌引起的絲狀膨脹污泥和由非絲狀細(xì)菌引起的菌膠團(tuán)膨脹污泥，而又以絲狀膨脹污泥較為普遍），此時(shí)，二沉池中會(huì)發(fā)生泥水分離困難，池面飄泥嚴(yán)重，造成出水水質(zhì)極差。（一）活性污泥絲狀膨脹的致因微生物由于絲狀細(xì)菌極度生長引起的活性污泥膨脹稱為活性污泥絲狀膨脹?；钚晕勰嘟z狀膨脹的致因微生物種類很多，常見的有：諾卡氏菌屬、浮游球衣菌、微絲菌屬、發(fā)硫菌屬、貝日阿托氏菌屬等。（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(jìn)絲狀微生物過度生長。包括：溫度、溶解氧、可溶性有機(jī)物及其種類、有機(jī)物濃度（或有機(jī)負(fù)荷）等。此外，pH值的變化也可能會(huì)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(duì)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(jī)負(fù)荷3．改革工藝第三節(jié)

厭氧生物處理中的微生物群落

高濃度有機(jī)廢水或剩余活性污泥多用厭氧消化法處理。高濃度有機(jī)廢水還可用有機(jī)光合細(xì)菌處理。一、厭氧消化－－甲烷發(fā)酵沼氣發(fā)酵，已有多年的研究歷史，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。

甲烷發(fā)酵理論與機(jī)制（四階段理論）：第一階段：水解和發(fā)酵性細(xì)菌群第二階段：產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細(xì)菌群第三階段：兩組生理特性不同的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌群第四階段：同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌厭氧活性污泥：由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機(jī)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(jī)廢水或剩余活性污泥多用厭氧消化法處理。高濃度有機(jī)廢水還可用有機(jī)光合細(xì)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(jī)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?zé)峤粨Q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(jí)(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(diǎn)：污泥量少、易被帶出，靜態(tài)消化

克服了第一代的缺點(diǎn)，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(jí)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(shí)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(jī)雜質(zhì)交織在一起形成的顆粒污泥。（二）、光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水

BOD5在10000mg/L以上的高濃度有機(jī)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(jī)光合細(xì)菌處理。因有機(jī)光合細(xì)菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性細(xì)