水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理.ppt

1、第九章第九章 水环境污染控制与治理的生态水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理工程及微生物学原理第一节第一节 污、废水生物处理中的生态系统污、废水生物处理中的生态系统 城市生活污水和工业废水生物处理的方法很多，根据城市生活污水和工业废水生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系分为微生物与氧的关系分为好氧处理和厌氧处理好氧处理和厌氧处理两大类。两大类。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，分根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，分为为活性污泥法和生物膜法活性污泥法和生物膜法。一、好氧活性污泥法一、好氧活性污泥法普通活性污泥法是依据水的自净作用原理发展而来的普通活性污泥法是依据水

2、的自净作用原理发展而来的初沉池初沉池初沉池初沉池曝气池曝气池曝气池曝气池二沉二沉二沉二沉池池池池废水废水废水废水出水出水出水出水回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥剩余剩余剩余剩余污泥污泥污泥污泥初次沉淀池曝气池二次沉淀池污泥消化池（一）（一）好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落1、好氧活性污泥的组成与性质、好氧活性污泥的组成与性质好好氧氧活活性性污污泥泥是是由由多多种种多多样样的的好好氧氧微微生生物物和和兼兼性性厌厌氧氧微微生生物物与与污污（废废）水水中中有有机机的的和和无无机机固固体体物物混混凝凝交交织织在在一一起起，形成的絮状体或称绒粒（形成的絮状体或称绒粒（floc）。（1

3、）组组成成：细细菌菌、微微型型动动物物为为主主体体的的各各种种好好氧氧、兼兼性性厌厌氧氧微生物微生物+悬浮物质、胶体物质形成的悬浮物质、胶体物质形成的絮状体絮状体。（2）性性质质：含含水水率率99%，密密度度1.002-1.006，pH6.7，绒绒粒粒大大小小0.02-0.2mm，比表面积比表面积20-100cm2/ml。2、好氧活性污泥的存在状态：、好氧活性污泥的存在状态：完全混合式：悬浮状态，均匀分布完全混合式：悬浮状态，均匀分布推流式：不均匀分布，随推流方向微生物种类依次增多推流式：不均匀分布，随推流方向微生物种类依次增多3、好氧活性污泥中微生物群落、好氧活性污泥中微生物群落活活性性污污

4、泥泥的的结结构构和和功功能能的的中中心心是是能能起起絮絮凝凝作作用用的的细细菌菌形形成成的的菌菌胶胶团团，其其上上生生长长着着各各种种类类型型的的微微生生物物，形形成成一一个个微微生物群落。生物群落。（1）细菌细菌：活性污泥：活性污泥主要成分是细菌主要成分是细菌，来，来源于土壤、水、空气。某些属出现频率很源于土壤、水、空气。某些属出现频率很高，高，尤其是动胶菌属和假单胞菌属尤其是动胶菌属和假单胞菌属。此外。此外还有一类还有一类丝状细菌丝状细菌存在，如球衣菌属、发存在，如球衣菌属、发硫菌、贝氏硫菌属。它们大多数是化能异硫菌、贝氏硫菌属。它们大多数是化能异养菌，以有机质为主要营养源，好氧或兼养菌，

5、以有机质为主要营养源，好氧或兼性厌氧，以性厌氧，以G-占优势。许多菌具有荚膜或占优势。许多菌具有荚膜或微荚膜，部分细菌有纤毛，与絮状体形成微荚膜，部分细菌有纤毛，与絮状体形成密切相关。密切相关。动胶菌属动胶菌属球衣菌属球衣菌属（2）真真菌菌：主主要要为为丝丝状状真真菌菌，有有毛毛霉霉、根根霉霉、曲曲霉霉、青青霉霉、镰镰刀刀霉霉、木木霉霉、地地霉霉等等。霉霉菌菌常常出出现现在在pH低低的的废废水水中中。真真菌菌在在活活性性污污泥泥中中不不占占重重要要地地位位，其其作作用用估估计计与与絮絮状状水水体体形形成及膨胀有关。成及膨胀有关。（3）微微型型动动物物：原原生生动动物物和和少少数数多多细细胞胞动

6、动物物，原原生生动动物物占占总总数数90%。数数量量种种类类与与污污水水的的类类型型不不同同而而不不同同，生生活活污污水水中中原原生生动动物物量量大大于于工工业业废废水水。以以纤纤毛毛虫虫纲纲占占优优势势，多多细细胞胞动动物物有有轮轮虫虫、颤颤蚓蚓、线线虫虫等等。原原生生动动物物在在废废水水净净化化中中的的作作用用仅仅次次于细菌。于细菌。（4）藻类：较少，有绿藻如小球藻属，蓝细菌颤藻属。）藻类：较少，有绿藻如小球藻属，蓝细菌颤藻属。4、好氧活性污泥中微生物浓度和数量、好氧活性污泥中微生物浓度和数量浓浓度度常常用用1升升活活性性污污泥泥混混合合液液中中恒恒重重的的干干固固体体mg数数表表示示，即

7、即MLSSmixedliquorsuspendedsolids混合液悬浮固体。混合液悬浮固体。一般生活污水一般生活污水MLSS2000-3000mg/L工业废水工业废水MLSS3000mg/L高浓度工业废水高浓度工业废水MLSS3000-5000mg/L1ml污泥中细菌数污泥中细菌数107-108个个（二）活性污泥净化废水的作用机理（二）活性污泥净化废水的作用机理净化作用过程净化作用过程：1、吸吸附附：废废水水与与活活性性污污泥泥充充分分接接触触，形形成成悬悬浊浊混混合合液液，污污染染物被比表面积大的絮凝性微生物吸附。物被比表面积大的絮凝性微生物吸附。2、胞胞外外分分解解和和吸吸收收：呈呈胶胶

8、态态的的大大分分子子有有机机物物被被吸吸附附后后，首首先先被被微微生生物物分分泌泌的的胞胞外外水水解解酶酶分分解解为为小小分分子子物物质质，这这些些小小分分子子物物质质与与溶溶解解性性有有机机物物一一起起在在透透膜膜酶酶作作用用下下或或在在浓浓度度梯梯度度推推动动下下选选择择性性吸吸收收入入胞胞。在在细细菌菌内内氧氧化化分分解解，中中间间代代谢谢物物被被其其他他细菌吸收无机化为水和二氧化碳。细菌吸收无机化为水和二氧化碳。3、其他微生物吸收或吞食未分解的有机物其他微生物吸收或吞食未分解的有机物4、凝聚、沉淀凝聚、沉淀：絮状体的作用：絮状体的作用（三）好氧活性污泥法的几种处理工艺流程（三）好氧活性

9、污泥法的几种处理工艺流程（1）推流式曝气法推流式曝气法：采采用用长长方方形形曝曝气气池池，处处理理时时废废水水与与活活性性污污泥泥从从曝曝气气池池一一端端同同时时进进入入，经经曝曝气气机机的的推推流流作作用用，原原污污水水与与活活性性污污泥泥向向前前推推进进到到末末端端。该该法法BOD和和悬悬浮浮物物的的去去除除率率达达90-95%，适适用用于于处处理水质要求高水质比较稳定的废水。理水质要求高水质比较稳定的废水。缺点缺点：对水质变化的适应能力不强；对水质变化的适应能力不强；所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空气是所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空气是沿池平均分布的；沿池平

10、均分布的；曝气池相对庞大，占地多，能耗高。曝气池相对庞大，占地多，能耗高。（4）分段布水推流式曝气法分段布水推流式曝气法也也称称多多点点进进水水曝曝气气法法。废废水水沿沿池池多多点点进进入入，使使有有机机物物在在曝曝气池中分布均匀。气池中分布均匀。（3）接触氧化稳定法接触氧化稳定法也也称称吸吸附附再再生生法法。曝曝气气池池分分为为接接触触氧氧化化池池（吸吸附附池池）和和稳稳定定池池（再再生生池池）。废废水水先先进进入入接接触触氧氧化化池池，充充分分混混合合后后进进入入沉沉淀淀池池，回回流流污污泥泥进进入入稳稳定定池池，曝曝气气但但不不加加废废水水，使使活活性性污污泥中有机物进一步分解。泥中有机

11、物进一步分解。（2）完全混合式曝气法完全混合式曝气法原原污污水水、回回流流污污泥泥进进入入曝曝气气池池后后立立即即与与池池内内原原有有的的混混合合液液充分混合。池内水质均匀，各部分工作情况基本一样。充分混合。池内水质均匀，各部分工作情况基本一样。缺点主要是出水水质上往往不及推流式。缺点主要是出水水质上往往不及推流式。（5）氧化沟氧化沟连续环式反应池，因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名。平连续环式反应池，因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名。平面上多为椭圆或圆形。面上多为椭圆或圆形。具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之间。具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之间。适合处理高浓度有机废

12、水。污泥产量少，能耗低。适合处理高浓度有机废水。污泥产量少，能耗低。（四）氧化塘（或氧化沟）的生物群落及其处理废水机制（四）氧化塘（或氧化沟）的生物群落及其处理废水机制氧氧化化塘塘就就是是利利用用天天然然池池塘塘、河河堤堤、洼洼地地来来治治理理污污染染。在在塘塘内内形形成成藻藻类类、好好氧氧性性细细菌菌和和原原生生动动物物组组成成共共生生系系统统，使使废废水水得到净化。得到净化。1、微生物群落、微生物群落（1）藻藻类类：表表层层是是藻藻类类，如如小小球球藻藻、栅栅列列藻藻、衣衣藻藻、裸裸藻、颤藻等。藻、颤藻等。（2）细细菌菌：存存在在下下层层。优优势势菌菌群群：假假单单胞胞菌菌、黄黄杆杆菌菌、

13、产产碱碱杆杆菌菌、芽芽孢孢杆杆菌菌、光光合合细细菌菌等等，在在底底部部厌厌氧氧层层有有硫硫酸酸盐还原菌、产甲烷菌等。盐还原菌、产甲烷菌等。（3）微微型型动动物物：主主要要是是纤纤毛毛虫虫，一一般般有有钟钟虫虫、膜膜袋袋虫虫等等种种类类，最最高高1000个个/ml。还还有有轮轮虫虫、甲甲壳壳类类、摇摇蚊蚊幼幼虫虫（底泥中）（底泥中）2、处理机制处理机制利利用用细细菌菌与与藻藻类类的的互互生生关关系系来来分分解解有有机机污污染染物物的的废废水水处处理系统。理系统。（五）菌胶团的作用（五）菌胶团的作用定定义义：广广义义讲讲，将将所所有有具具有有荚荚膜膜或或粘粘液液或或明明胶胶质质的的絮絮凝凝性性细细

14、菌菌互互相相絮絮凝凝聚聚集集成成的的菌菌胶胶团团块块都都称称为为菌菌胶胶团团。形形成成菌菌胶胶团团的的主主要要细细菌菌是是动动胶胶菌菌，有有的的种种胞胞外外有有荚荚膜膜，在在污污水水中中可可凝凝聚聚成成肉肉眼眼可可见见的的絮絮状状物物。此此外外该该菌菌有有胞胞外外小小纤纤毛毛能能将将絮絮状状物物中中的的细细胞胞交交织织在在一一起起，这这种种交交织织作作用用使使许多细胞互相粘连形成最初的活性污泥凝聚体。许多细胞互相粘连形成最初的活性污泥凝聚体。作用作用：1、很强的生物吸附和氧化分解有机物的能力很强的生物吸附和氧化分解有机物的能力2、为原生动物提供良好的生存环境为原生动物提供良好的生存环境3、为原

15、生动物、微型动物提供附着场所为原生动物、微型动物提供附着场所4、具有指示作用具有指示作用（六）原生动物及微型后生动物的作用（六）原生动物及微型后生动物的作用1、指指示示作作用用：原原因因在在于于原原生生动动物物是是较较高高等等动动物物，耐耐毒毒力力比比细细菌菌好好，对对环环境境因因素素改改变变比比较较敏敏感感，环环境境条条件件改改变变可可引引起起它它们们种种群群、数数量量及及代代谢谢活活力力的的变变化化；个个体体大大，在在低低倍倍镜镜下下可可见见便于观察。便于观察。（1）判断污水处理程度：（2）指示污泥性质和好坏指示污泥性质和好坏：正正常常污污泥泥：钟钟虫虫属属、累累枝枝虫虫属属、盖盖虫虫属属

16、等等固固着着性性或或匍匍匐匐性种数性种数污污泥泥恶恶化化：絮絮凝凝体体0.1-0.2mm以以下下，优优势势种种属属有有豆豆形形虫虫、草草履履虫虫、眼眼虫虫、波波豆豆虫虫属属等等快快速速游游泳泳型型种种属属。严严重重恶恶化化时时微微型动物几乎不出现。型动物几乎不出现。污污泥泥膨膨胀胀：摄摄食食丝丝状状菌菌的的裸裸口口目目旋旋毛毛科科、全全毛毛类类原原生生动动物及拟轮毛虫等。物及拟轮毛虫等。污污泥泥解解体体：絮絮凝凝体体细细小小，针针状状分分解解。优优势势种种为为变变形形虫虫属属、简便虫属等肉足类。简便虫属等肉足类。（3）指示水质变化和运行中出现的问题指示水质变化和运行中出现的问题形形态态变变化化

17、：环环境境条条件件恶恶劣劣时时形形成成孢孢囊囊；pH超超过过正正常常范范围围钟虫纤毛停止摆动，虫体收缩成团钟虫纤毛停止摆动，虫体收缩成团生生殖殖方方式式：出出现现有有性性生生殖殖时时往往往往预预示示环环境境条条件件变变差差或或种种群群处处于衰老期。于衰老期。优势种变化优势种变化：高负荷，曝气不足高负荷，曝气不足小鞭毛虫；小鞭毛虫；水停留时间过短水停留时间过短小的游泳型纤毛虫；小的游泳型纤毛虫；很高负荷及难降解物很高负荷及难降解物小裸变形虫和鞭毛虫；小裸变形虫和鞭毛虫；溶氧不足溶氧不足阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属过分曝气过分曝气肉足类及轮虫类。肉足类及轮虫类。2、

18、净化作用、净化作用腐生性营养的某些鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性腐生性营养的某些鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物；动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒和游离细菌，有机物；动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒和游离细菌，利于净化水质。利于净化水质。3、絮凝和沉淀作用、絮凝和沉淀作用原生动物可以分泌一定的粘液协同和促进细菌发生絮凝作原生动物可以分泌一定的粘液协同和促进细菌发生絮凝作用。用。（4）指示细菌活力指示细菌活力：小口钟虫在细菌生长活跃旺盛的对数：小口钟虫在细菌生长活跃旺盛的对数期出现，沟钟虫需要细菌的代谢副产物，出现在细菌生长的期出现，沟钟虫需要细菌的代谢副产物，出现在细菌生长的衰

19、老期衰老期（七）好氧活性污泥的培养1、间歇式曝气培养、间歇式曝气培养（1）菌种来源：）菌种来源：污水处理厂的活性污泥；污水处理厂的活性污泥；工厂集水池或沉淀池污泥或污水流经的河流淤泥。工厂集水池或沉淀池污泥或污水流经的河流淤泥。（2）驯化：）驯化：倾去上清液，加入同浓度新鲜废水 调高1个浓度低浓度废水培养重复操作曝气23h沉淀1h重复3-7天原废水浓度（3）培培养养：改改用用连连续续曝曝气气培培养养法法培培养养，用用镜镜检检和和化化学学测测定定分分析析判判断断活活性性污污泥泥的的成成熟熟度度，若若菌菌胶胶团团结结构构紧紧密密，原原生生动动物物以钟虫等固着型纤毛虫为主，沉降性能好，说明进入成熟期

20、。以钟虫等固着型纤毛虫为主，沉降性能好，说明进入成熟期。2、连续曝气培养连续曝气培养用用现现成成的的与与本本厂厂相相同同水水质质处处理理厂厂的的活活性性污污泥泥做做菌菌种种可可直直接用连续曝气培养。接用连续曝气培养。接 种小流量进水增加一个浓度梯度设计流量闷曝运行一周二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法主要类型：主要类型：生生物物滤滤池池：普普通通生生物物滤滤池池；高高负负荷荷生生物物滤滤池池；塔式生物滤池塔式生物滤池生物转盘生物转盘生生物物接接触触氧氧化化法法（淹淹没式生物滤池）没式生物滤池）生物转盘（一）生物膜中的微生物群落（一）生物膜中的微生物群落1、好氧生物膜：、好氧生物膜：由由各各种种微

21、微生生物物组组成成的的，附附着着在在各各种种支支撑撑体体上上的的一一层层粘粘性性固固定定化化薄薄膜膜。是是生生物物膜膜法法处处理理系系统统的的工工作作主主体体，厚厚约约2-3mm，一一般般呈呈蓬蓬松松的的絮絮状状结结构构，微微孔孔很很多多，表表面面积积很很大大，因因此此有有很很强强的的吸吸附附作作用用，利利于于微微生生物物进进一一步步对对这这些些吸附的有机物的分解。吸附的有机物的分解。2、好氧生物膜中的微生物群落及其功能、好氧生物膜中的微生物群落及其功能（1）生物膜生物生物膜生物：细细菌菌：以以动动胶胶菌菌为为主主，其其他他的的还还有有好好氧氧的的芽芽孢孢杆杆菌菌属属、不不动动杆杆菌菌属属，专

22、专性性厌厌氧氧的的脱脱硫硫弧弧菌菌属属等等。另另一一主主要要的的细细菌菌是是丝丝状状细细菌菌。在在生生物物膜膜中中丝丝状状细细菌菌不不会会引引起起膨膨胀胀，特特别别是是球球衣衣细细菌菌降降解解有有机机物物能能力力非非常常强强，在在净净化化废废水水中中起起重重要要作作用用。此此外外，丝丝状状菌菌大大量量生生长长，菌菌丝丝体体交交叉叉粘粘连连形形成成网网状状结结构构，对对水水流流起起到过滤作用。到过滤作用。真菌真菌：种类和数量都很丰富，约：种类和数量都很丰富，约30%是真菌是真菌藻类藻类：在生物滤池上部，藻类的主要作用是向生物膜供氧：在生物滤池上部，藻类的主要作用是向生物膜供氧（2）生物膜面生物）

23、生物膜面生物固着型纤毛虫：固着型纤毛虫：钟虫、独缩虫、累枝虫属；钟虫、独缩虫、累枝虫属；游游泳泳型型纤纤毛毛虫虫：豆豆形形虫虫、尖尖毛毛虫虫等等。它它们们是是动动物物中中的的主主要要类类群群，其其优优势势种种随随生生物物膜膜营营养养物物质质和和其其他他环环境境条条件件变变化化而而更更替替，可可作作为为水水处处理理的的指指示示生生物物。能能促促进进滤滤池池净净化化速速度度，提提高高滤滤池池整体的处理效率。整体的处理效率。（3）滤池扫除生物）滤池扫除生物体体形形较较大大的的无无脊脊椎椎动动物物如如轮轮虫虫、线线虫虫，环环节节动动物物门门的的瓢瓢体体虫虫、沙沙蚕蚕，节节肢肢动动物物水水螨螨，软软体体

24、动动物物蜗蜗牛牛等等，去去除除滤滤池池中中的污泥，防止污泥积聚和堵塞。的污泥，防止污泥积聚和堵塞。3、好氧生物膜的结构、好氧生物膜的结构生物滤池中的生物膜分为生物滤池中的生物膜分为水层、好氧层、厌氧层水层、好氧层、厌氧层上层：营养浓度高，主要是细菌，少数鞭毛虫上层：营养浓度高，主要是细菌，少数鞭毛虫中中层层：废废水水中中的的营营养养物物，微微生生物物代代谢谢产产物物，种种类类较较多多，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、肾形虫等有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、肾形虫等下下层层：有有机机物物浓浓度度低低，低低分分子子有有机机物物较较多多。菌菌胶胶团团、浮浮游球衣菌、固着型纤毛虫，少数游泳

25、型纤毛虫。游球衣菌、固着型纤毛虫，少数游泳型纤毛虫。4、净化作用机理、净化作用机理（二）好氧生物膜的培养（二）好氧生物膜的培养挂膜挂膜1、自然挂膜法、自然挂膜法将将带带有有自自然然菌菌种种的的工工业业废废水水用用泵泵慢慢速速打打入入空空的的生生物物滤滤池池中中，循循环环3-7后后改改为为慢慢速速连连续续进进水水。在在这这过过程程中中，废废水水中中的的自自然然菌菌种种和和空空气气微微生生物物附附在在滤滤料料上上，逐逐渐渐形形成成一一层层粘粘性性的的微微生生物物薄薄膜膜，当当进进水水流流量量达达到到设设计计值值时时，滤滤池池由由上上而而下下形形成成正正常常分层的微生物相就可以进行正式运行。分层的微

26、生物相就可以进行正式运行。2、活性污泥挂膜法、活性污泥挂膜法取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥做菌种取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥做菌种3、优势菌种挂膜法、优势菌种挂膜法从自然环境或废水处理中筛选分离得到对某种工业废水从自然环境或废水处理中筛选分离得到对某种工业废水有强降解能力的菌株，还可以是遗传育种或基因工程菌。有强降解能力的菌株，还可以是遗传育种或基因工程菌。第二节 活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀控制对策 正正常常的的活活性性污污泥泥沉沉降降性性能能很很好好，但但当当活活性性污污泥泥性性能能发发生生变变化化，比比重重减减轻轻，SVI值值增增加加时时，污污泥泥会会因因结结构构松松散散

27、而而造造成成沉沉降降困困难难，在在二二次次沉沉淀淀池池中中出出现现池池面面飘飘泥泥现现象象，污污泥泥随随出出水水排排出出，使使出出水水有有机机物物浓浓度度增增高高，这这一一现现象象称称为为污泥膨胀污泥膨胀。污污泥泥膨膨胀胀有有两两种种：丝丝状状膨膨胀胀丝丝状状细细菌菌引引起起；菌菌胶胶团团 膨膨 胀胀 非非 丝丝 状状 细细 菌菌 引引 起起。都都 可可 用用 SVI（Sludgevolumeindex）衡衡量量，当当SVI大大于于200ml/g时时表表示示发发生生膨膨胀胀，小于小于200为正常，通常在为正常，通常在50-150，最好是，最好是100。一、活性污泥丝状膨胀的成因一、活性污泥丝状

28、膨胀的成因（一）致因微生物（一）致因微生物最最常常出出现现的的有有10几几种种，如如诺诺卡卡氏氏菌菌、微微丝丝菌菌、浮浮游游球球衣衣菌菌、发发硫硫菌菌等等。除除了了常常见见的的丝丝状状细细菌菌外外，也也包包括括某某些些放放线线菌菌、丝丝状状真真菌菌以以及及在在一一定定生生活活阶阶段段或或一一定定条条件件下下，菌菌体体能能集集合合成成链链状状的的芽芽孢孢杆杆菌菌属属、埃埃希希氏氏菌菌属属、黄黄杆杆菌菌属属、假假单单胞胞菌菌属属的的某些菌株。某些菌株。（二）活性污泥丝状膨胀的成因（二）活性污泥丝状膨胀的成因1、温度：、温度：菌菌胶胶团团细细菌菌如如动动胶胶菌菌最最适适生生长长温温度度28-30，浮

29、浮游游球球衣衣菌菌是是25-30，两两者者差差别别不不大大，但但浮浮游游球球衣衣菌菌是是微微量量好好氧氧能能竞竞争争生长。生长。2、溶解氧、溶解氧菌胶团细菌是严格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在菌胶团细菌是严格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在微氧条件下也能正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌在微氧条件下也能正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌在0.5mg/L时生长最好。时生长最好。3、可溶性有机物及其种类、可溶性有机物及其种类丝状细菌能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类丝状细菌能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸，厌氧条件下有机物不彻底分解产生有机酸，和有机酸，厌氧条件下有机物不彻底分解产生有机酸

30、，使丝状细菌大量生长。使丝状细菌大量生长。4、有机物浓度（有机负荷）、有机物浓度（有机负荷）浮浮游游球球衣衣菌菌较较能能适适应应贫贫营营养养的的生生长长条条件件，在在C、N含含量量较较低低的的条条件件下下能能良良好好生生长长。在在生生活活污污水水和和食食品品类类有有机机废废水水中中BOD5100-200mg/L，浮浮游游细细菌菌可可呈呈优优势势生生长长，数数量量超超过过60%，使使污污泥泥发发生生膨膨胀胀。动动胶胶菌菌适适于于营营养养较较丰丰富富的的条条件件，对对碳碳源源利利用用率率高高，C：N大大于于10呈呈絮絮状状生生长长，小小于于10-5则则分分散生长。散生长。（三）活性污泥丝状膨胀的机

31、理（三）活性污泥丝状膨胀的机理表表面面积积/容容积积比比假假设设：在在单单位位体体积积中中，丝丝状状细细菌菌的的表表面面积积与与容容积积比比较较菌菌胶胶团团细细菌菌大大，对对有有限限制制性性的的营营养养和和环环境境条条件件的的争争夺夺占占优优势势，大大量量生生长长成成为为优优势势菌菌引引起起活活性性污污泥泥膨膨胀胀，两者的优势竞争在于以下方面：两者的优势竞争在于以下方面：1、对溶解氧的竞争、对溶解氧的竞争：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良好。如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌好。如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌的优势生长。的优势生长。2、

32、可可溶溶性性有有机机物物的的竞竞争争：低低分分子子糖糖类类和和有有机机酸酸利利于于丝丝状状细菌的生长细菌的生长4、有机物冲击负荷的影响、有机物冲击负荷的影响如如果果曝曝气气池池中中有有机机物物浓浓度度突突然然增增加加，供供氧氧量量不不变变，由由于于好好氧氧生生物物的的呼呼吸吸作作用用迅迅速速消消耗耗溶溶解解氧氧，利利于于丝丝状状细细菌菌的的生生长。长。3、对、对C、N的竞争的竞争营养物浓度较低时，利于丝状菌生长而且还可蓄积营养营养物浓度较低时，利于丝状菌生长而且还可蓄积营养物，更进一步抑制动胶菌的生长。物，更进一步抑制动胶菌的生长。1、控制溶解氧、控制溶解氧保保持持曝曝气气池池内内有有足足够够

33、的的溶溶解解氧氧（2mg/L），可可在在曝曝气气池池中用强化曝气、射流曝气等方法控制高负荷下的污泥膨胀。中用强化曝气、射流曝气等方法控制高负荷下的污泥膨胀。2、控制有机负荷、控制有机负荷有有机机负负荷荷可可用用容容积积负负荷荷表表示示，即即单单位位反反应应器器容容积积每每日日接接受受的的废废水水中中有有机机污污染染物物的的量量。污污染染负负荷荷在在0.2-0.3kgBOD/kgMLSS.d为宜。为宜。二、控制活性污泥丝状膨胀的对策二、控制活性污泥丝状膨胀的对策根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子。3、改革工艺改革工艺（1）投加某种物质来增加污泥的

34、比重或杀灭丝状菌投加某种物质来增加污泥的比重或杀灭丝状菌投投加加铁铁盐盐、铝铝盐盐等等混混凝凝剂剂，可可以以通通过过其其凝凝聚聚作作用用增增加加活性污泥的比重。活性污泥的比重。丝丝状状菌菌的的比比表表面面积积大大，遇遇到到有有害害化化学学药药剂剂时时，遭遭受受破破坏坏的的主主要要是是丝丝状状菌菌，常常用用的的化化学学药药剂剂是是氯氯气气，投投加加臭臭氧氧、过氧化氢也能起作用。过氧化氢也能起作用。（2）采采用用新新工工艺艺：将将活活性性污污泥泥法法改改用用生生物物膜膜法法。A-B（吸吸 附附 生生 物物 降降 解解 法法，adsorption biodegradtion）、A/O（anoxic-

35、oxic）法、法、A2/O、A2/O2、SBR法等。法等。第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落 当当废废水水有有机机物物浓浓度度较较高高时时（一一般般BOD5大大于于1500mg/L），一一般般的的活活性性污污泥泥和和生生物物膜膜法法都都难难以以处处理理只只有有采采用用厌厌氧氧消消化化法解决。法解决。沼沼气气池池 猪猪、沼沼、草草（菜菜、渔渔、林林）、猪的生态模式猪的生态模式养养殖殖场场废废水水利用沼液灌溉牧草利用沼液灌溉牧草优点：优点：1、处理处理1kgCOD可产生可产生0.35m3甲烷甲烷沼气沼气2、处理设备负荷高，占地少处理设备负荷高，占地少3、对营养物的需求量少：对营养物的需

36、求量少：COD：N：P=350-500：5：1,相比而言对相比而言对N、P的需求的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐4、运行经费经济，污泥量少。运行经费经济，污泥量少。不足不足：1、处理时间长；、处理时间长；2 2、出水的有机物浓度高于好氧处理；、出水的有机物浓度高于好氧处理；3 3、处理过程中产生臭气和有色物质、处理过程中产生臭气和有色物质4 4、对温度变化和有毒物质较为敏感、对温度变化和有毒物质较为敏感废废水水调节池调节池热热交交换换器器37厌氧活性厌氧活性污泥反应器污泥反应器沉淀池沉淀池出出水水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余

37、污泥一、厌氧消化一、厌氧消化甲烷发酵甲烷发酵工艺：工艺：消化池消化池：单级低效、单级高效、两级（相）消化：单级低效、单级高效、两级（相）消化2 2级级(平流沉淀平流沉淀+厌氧污泥消化厌氧污泥消化)反应器反应器：基于微生物固定化原理设计，污泥浓度高，反应快：基于微生物固定化原理设计，污泥浓度高，反应快速。如厌氧滤器，上流式厌氧污泥反应器（速。如厌氧滤器，上流式厌氧污泥反应器（UASB）。）。influent污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集effluent微微生生物物群群落落：分分解解蛋蛋白白质质、脂脂肪肪、淀淀粉粉、纤纤维维素素的的专专性性或或兼兼性厌氧菌；专性厌氧的产甲烷菌性厌氧菌；专

38、性厌氧的产甲烷菌（一）甲烷发酵理论与机制（一）甲烷发酵理论与机制1、水水解解阶阶段段：高高分分子子有有机机物物被被细细菌菌胞胞外外酶酶分分解解为为小小分分子子，其其水水解解产产物物能能溶溶解解于于水水并并透透过过细细胞胞膜膜为为细细菌菌所所利利用用。微微生生物物群落主要是水解、发酵性细菌。群落主要是水解、发酵性细菌。2、产产乙乙酸酸阶阶段段：前前一一阶阶段段产产物物被被产产乙乙酸酸细细菌菌转转化化为为乙乙酸酸、H2、CO2。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。3、产产甲甲烷烷阶阶段段：两两种种途途径径。一一是是氢氢的的氧氧化化和和二二氧氧化化碳碳

39、还还原原成成甲甲烷烷，占占28%，二二是是乙乙酸酸盐盐裂裂解解，剩剩下下的的甲甲基基还还原原为为甲甲烷烷，占占72%。4、同同型型产产乙乙酸酸阶阶段段：由由同同型型产产乙乙酸酸细细菌菌将将H2、CO2转转化化为为乙乙酸。酸。复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸HH2 2+CO+CO2 22 2产乙酸产乙酸CHCH4 4+CO+CO2 23 3产甲烷产甲烷3 3产甲烷产甲烷产甲烷机制产甲烷机制：1、酸和醇的甲基形成甲烷酸和醇的甲基形成甲烷：CH3COOHCH4+CO24CH3OH3CH4+CO2+2H2O3、水还原脂肪酸产生水还原脂肪酸产生CH4

40、2C3H7COOH+CO2+2H2OCH4+4CH3COOH2、由醇的氧化使由醇的氧化使CO2还原成还原成CH4、有机酸有机酸2CH3CH2OH+14CO214CH4+2CH3COOH2C3H7CH2OH+14CO214CH4+2C3H7COOH4、H2还原还原CO2为为CH44H2+CO2CH4+2H2O5、H2或或H2O将将CO还原为还原为CH4.3H2+COCH4+H2O2H2O+4COCH4+3CO2（二）厌氧活性污泥的培养（二）厌氧活性污泥的培养1、菌种来源：牲畜粪便；生活污水处理厂的浓缩污泥；同类、菌种来源：牲畜粪便；生活污水处理厂的浓缩污泥；同类水质处理厂的厌氧污泥。水质处理厂的

41、厌氧污泥。2、驯化与培养：驯化过程与活性污泥法类似。培养进水量由、驯化与培养：驯化过程与活性污泥法类似。培养进水量由小到大，逐步提高浓度。小到大，逐步提高浓度。成熟的厌氧活性污泥呈颗粒成熟的厌氧活性污泥呈颗粒状，也称状，也称颗粒污泥颗粒污泥。由于产甲。由于产甲烷菌生长速度慢，所以颗粒污烷菌生长速度慢，所以颗粒污泥驯化、培养时间较长。泥驯化、培养时间较长。3、颗粒污泥的组成与性质、颗粒污泥的组成与性质微微生生物物组组成成：水水解解菌菌、发发酵酵菌菌、产产乙乙酸酸菌菌、产产甲甲烷烷菌菌（氢氢营营养养型型、乙乙酸酸营营养养型型）、厌厌氧氧原原生生动动物物，这这些些微微生生物物在在颗颗粒粒污污泥泥内内

42、生生长长、繁繁殖殖，相相互互提提供供营营养养，菌菌丝丝交交错错相相互互接接合合形形成成复复杂杂的的菌群结构。菌群结构。物理性质物理性质：形形状状：相相对对规规则则的的球球形形或或椭椭圆圆形形，边边缘缘清清晰晰，直直径径0.14-5mm，最大最大7mm颜色：黑色或灰色颜色：黑色或灰色密度：密度：1.030-1.080之间之间表面特征：有许多孔隙和空洞表面特征：有许多孔隙和空洞沉降性能：不良沉降性能：不良18-20m/h；良好良好18-50m/h（典典型值）；很好型值）；很好50-100m/h。化学性质化学性质：一般含碳：一般含碳40.5%，氢，氢7%，N-10%（1）无机灰分无机灰分含含量量因因

43、生生长长基基质质的的不不同同差差异异较较大大，8-66%。灰灰分分的的增增加加将将提提高高颗颗粒粒污污泥泥密密度度，过过高高导导致致孔孔隙隙率率降降低低，主主要要元元素素有有Fe、Ca、Si、P、S，Ca可促进颗粒化形成可促进颗粒化形成。（2）胞外多聚物胞外多聚物在在一一些些细细菌菌表表面面常常有有一一层层薄薄薄薄的的粘粘液液层层，即即胞胞外外多多聚聚物物，主主要要是是胞胞外外聚聚多多糖糖和和蛋蛋白白质质，与与好好氧氧污污泥泥分分泌泌物物不不同同（碳碳水水化化合合物物），但但好好氧氧产产量量高高4-7倍倍。ECP与与颗颗粒粒污污泥泥的的形形成成有有密密切切关关系系，可可以以改改变变细细菌菌的的

44、表表面面电电荷荷和和能能量量引引起起细细菌菌的的凝聚。凝聚。4、颗粒污泥的形成机制、颗粒污泥的形成机制颗颗粒粒的的形形成成过过程程由由多多个个阶阶段段组组成成：细细菌菌与与基基体体（细细菌菌、有有机机无无机机材材料料）的的吸吸引引粘粘连连过过程程；微微生生物物聚聚集集体体的的形形成成；成成熟熟污泥的形成污泥的形成。细菌与基体的吸引粘连过程是颗粒污泥的形成开始阶段，细菌与基体的吸引粘连过程是颗粒污泥的形成开始阶段，也是决定污泥结构的重要阶段。也是决定污泥结构的重要阶段。Ca2+、Mg2+的电荷中和作的电荷中和作用以及用以及ECP可以降低排斥位能，促进细菌向基体接近，然可以降低排斥位能，促进细菌向

45、基体接近，然后通过细菌的附属物如菌丝或后通过细菌的附属物如菌丝或ECP将细菌粘接到基体上，将细菌粘接到基体上，随着粘接到基体上的细菌数目的增加形成各种微生物的聚随着粘接到基体上的细菌数目的增加形成各种微生物的聚集体。集体。微生物聚集体的形成微生物聚集体的形成相互聚集在一起形成具有框架结构的内核，相互聚集在一起形成具有框架结构的内核，从而使产乙酸菌及氢营养菌附着其上，最后从而使产乙酸菌及氢营养菌附着其上，最后是发酵性细菌（产酸菌及其他氢营养菌）在是发酵性细菌（产酸菌及其他氢营养菌）在外围生长，形成颗粒污泥。外围生长，形成颗粒污泥。不同工艺中形成的颗粒污泥形成过程、结构有所不同：不同工艺中形成的颗

46、粒污泥形成过程、结构有所不同：单相厌氧消化法单相厌氧消化法：含有厌氧降解过程中的所有细菌：含有厌氧降解过程中的所有细菌两相厌氧消化法两相厌氧消化法：废废水水处处理理在在两两个个不不同同的的反反应应器器中中依依次次完完成成：进进行行水水解解和和酸酸化化的的酸酸化化反反应应器器、产产乙乙酸酸和和产产甲甲烷烷的的甲甲烷烷反反应应器器。不不同同反反应应器器中中，污污泥泥细细菌菌的的组组成成区区别别很很大大。前前者者中中基基本本是是水水解解发发酵酵菌菌、少少量量产产甲甲烷烷菌菌；后后者者主主要要是是产产甲甲烷烷菌菌和和少少量量产产氢产甲烷菌。氢产甲烷菌。二、光合细菌处理高浓度有机废水二、光合细菌处理高浓

47、度有机废水BOD510，000mg/L高高浓浓度度有有机机废废水水可可用用有有机机光光合合细细菌菌（PhotosynthicBacteria，PSB）处理。处理。PSB法的工艺流程：法的工艺流程：1、可溶化处理可溶化处理：PSB只能利用低分子化合物，因此要先用水只能利用低分子化合物，因此要先用水解性细菌将大分子化合物水解成小分子化合物。解性细菌将大分子化合物水解成小分子化合物。2、由光合细菌将小分子化合物进一步降解，大幅度降低有机、由光合细菌将小分子化合物进一步降解，大幅度降低有机物浓度物浓度3、用藻类或好氧处理法使废水达到排放标准。、用藻类或好氧处理法使废水达到排放标准。PSB法的关键在于法

48、的关键在于可溶化处理和保持系统中可溶化处理和保持系统中PSB为优势菌为优势菌群群。目前可用于有机废水处理的目前可用于有机废水处理的PSB主要是红螺菌科的红螺主要是红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属，含有菌绿素菌属、红假单胞菌属和红微菌属，含有菌绿素a、b和类胡和类胡萝卜素，使细胞呈棕红、淡红或紫红色。萝卜素，使细胞呈棕红、淡红或紫红色。PSB能在厌氧光照条件下以各种小分子有机物作为光能在厌氧光照条件下以各种小分子有机物作为光合作用的电子供体，进行光能异样生长，也能在好氧黑暗合作用的电子供体，进行光能异样生长，也能在好氧黑暗条件下进行好氧异养生长，因此条件下进行好氧异养生长，因此PSB既

49、不象活性污泥法中既不象活性污泥法中的好氧污泥菌受水中溶解氧浓度的限制，即使是微弱的光的好氧污泥菌受水中溶解氧浓度的限制，即使是微弱的光源也能进行厌氧的能量代谢，又不象严格厌氧的产甲烷菌源也能进行厌氧的能量代谢，又不象严格厌氧的产甲烷菌对氧的存在十分敏感，在有氧条件下仍能分解有机物对氧的存在十分敏感，在有氧条件下仍能分解有机物优点优点：（1）有机负荷高）有机负荷高（2）设备规模小，占地面积小）设备规模小，占地面积小（3）易于管理）易于管理（4）除氮效果好）除氮效果好（5）产生的菌体可以综合利用）产生的菌体可以综合利用缺点：缺点：（1）需要不断添加菌体）需要不断添加菌体（2）菌体细胞自然沉降困难）

50、菌体细胞自然沉降困难（3）出水还需进一步处理）出水还需进一步处理三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理去除硫酸盐的目的：去除硫酸盐的目的：厌氧消化中厌氧消化中SRB与产甲烷菌存在竞争：与产甲烷菌存在竞争：（1）对对氢氢的的竞竞争争利利用用:SRB和和产产甲甲烷烷菌菌都都能能用用氢氢做做底底物物，且且SRB生生长长较较快快，有有较较好好的的底底物物亲亲和和力力，在在对对氢氢利利用用上上SRB比比产产甲甲烷烷菌菌强强，假假如如有有足足够够的的硫硫酸酸盐盐，所所有有的的氢氢都都可可被被SRB利利用，使产甲烷菌无法利用氢还原二氧化碳为甲烷。用，使产甲烷菌无法利用氢还原二氧化碳