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1、第十章 水环境污染控制与污染治理的生态工程及微生物学原理,污水处理概况与类型,根据处理对象与深度的不同，有三级处理： 一级处理：过滤、沉淀等物理方法去除污水中粗大固体物及悬浮物，又称沉淀处理。 二级处理：主要去除水中有机物，常称生物处理或生化处理。 三级处理：亦称深度处理，通过活性炭吸附、臭氧消毒和生物脱除等物理、化学和生物学方法去除氮磷营养盐、难降解物质、病原体等污染物。,10.1 污水生物处理中的生态系统,废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体
2、。,生物处理的基本类型,生物塘,好氧处理的基本原理,有机污染物好氧微生物处理的一般途径,酚类(邻苯二酚),酮基己二酸,废水生物处理中涉及的微生物代谢过程主要有： 化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌； 化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在研究阶段）、铁细菌等； 光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白； 光合自养型代谢：在废水生物处理中少有应用。,一、好氧活性污泥中的微生物群落 1.好氧活性污泥的
3、组成和性质,10.1.1 好氧活性污泥法,絮状体： 微生物（好氧、兼性厌氧、少量厌氧）+有机和无机固体物=絮状体或称绒粒,1、好氧活性污泥的组成和性质 颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关； 含水率在99%，比重1.002-1.006； 具有沉降性能； 絮状，大小为0.02-0.2mm，比表面积在20-100cm2/ml； pH在6-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。 生物活性 自我繁殖,10.1.1 好氧活性污泥法,2好氧活性污泥的存在状态,10.1.1 好氧活性污泥法,推流式曝气池 随推流方向而有变化,完全混合式曝气池 以悬浮状态存在，均匀分布,3、好氧活性污泥中的微生物群落 菌胶
4、团：好氧活性污泥的结构和功能的中心，起絮凝作用的细菌形成的细菌团块，其上同时生长着其他微生物，组成一个生态系统。,10.1.1 好氧活性污泥法,在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。 在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。,菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决定的。菌胶团的形状有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。,上述各种菌胶团在活性污泥中均有，形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。,10.1.1 好氧活性污泥法,细菌：动胶菌属、丛毛单胞菌、假单胞菌是主要优势种，大多以菌胶团的形式存在； 原生动物：纤毛虫类
5、、鞭毛虫类和肉足虫类 真菌：不占优势 后生动物：轮虫类和线虫类，偶尔有寡毛类、甲壳类和腹毛类 其它生物：藻类,生物成分,菌胶团的形成机理,粘液说：荚膜或黏液层是形成菌胶团的原因 纤维素性质多糖的勾连作用 将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，这些纤维素从何而来？ 他们既可能是细菌的分泌物，也可能是粘性多糖的演化产物。他们不但具有粘着性，还具有缠绕勾连的作用，在它们的作用下，各种细菌密布在这些网格状纤维之中，随这些纤维素状多糖的数量不断增加，就形成了真正意义上的菌胶团。 含能说：如果营养不足，能量含量低，细
6、菌的运动性能减弱，则细菌之间易以凝聚，从而形成菌胶团。,菌胶团中的细菌,动胶菌属,球衣菌属,活性污泥中的纤毛虫游泳型,活性污泥中的纤毛虫匍匐型,活性污泥中的纤毛虫固着型,活性污泥中的鞭毛虫,原生动物累枝虫（固着型纤毛虫群体型）,后生动物轮虫、颤蚓和线虫,指示生物,活性污泥系统中原生动物的演替,植鞭毛虫 肉足虫 动鞭毛虫 小型游泳型纤毛虫 大型游泳型纤毛虫 匍匐型纤毛虫固着型纤毛虫 轮虫。,一般都以钟虫属作为活性污泥法的特征指示生物。,其它微生物 真菌主要为霉菌，与水质有关，常出现于pH偏低的废水中，与絮状体的形成和污泥膨胀均有联系。 真菌在废水处理中的应用： 处理某些特殊工业废水； 固体废弃物
7、的堆肥处理。 藻类较少 病毒、立克次氏体等也混于活性污泥中。,4好氧活性污泥中微生物的浓度和数量,10.1.1 好氧活性污泥法,常用MLSS（混合液悬浮固体浓度）或MLVSS（混合液挥发性悬浮固体浓度）来表示。 一般城市污水处理中，MLSS在2000-3000mg/L，工业废水在3000 mg/L左右，高浓度工业废水在3000-5000 mg/L。 1ml好氧活性污泥中的细菌数在107-108个。,二、好氧活性污泥净化废水的作用机理,10.1.1 好氧活性污泥法,吸附阶段 物理吸附、生物吸附 降解阶段 水解大分子有机物，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下要么被降解，要么被同化成细胞
8、本身。 原生动物和微型后生动物吞食有机物和游离细菌,好氧活性污泥的净化作用机理示意图,三、好氧活性污泥工艺,10.1.1 好氧活性污泥法,向污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥。,推流式活性污泥法,推流式活性污泥法,它们的活动能力减弱，容易在沉淀池中沉淀。其中的有机物几乎全被“吃掉”，微生物细胞内所储存的物质也变得空乏，这种处于饥饿状态的活性污泥已经充分恢复了活性，回流到曝气池后，具有良好的吸附和氧化有机物的能力。,随着曝气池混合液中有机物沿池长的不断被氧化及微生物细胞的不
9、断合成，水中有机物的浓度越来越低，到了池子末端和出水中，微生物的生长已进入内源呼吸阶段。,（各区段之间微生物存在种群和数量差异）,优点：出水水质好（8590），剩余污泥量较少。 缺点： 耐冲击负荷差： 根据推流原理，进水与回流污泥混合形成混合液，从池子起端流向末端。如果进水水质发生变化，对活性污泥影响较大。如果流入的废水含有有害物损害了回流污泥，引起的问题就更大。 供氧与需氧间存在不可克服的矛盾 沿曝气池池长需氧速度变化很大，但是沿曝气池池长的供氧速度是基本相同的供需矛盾：前段供氧不足而后端供氧过剩。如果想要在曝气池前端维持足够的溶解氧，则后段的氧量会太大，氧的利用率低，增加了处理费用。,推流
10、式活性污泥法,分段布水推流式活性污泥法,废水并不是集中在池端进入曝气池，而是沿池长分段按几个点进入曝气池。,特点： 有机物的分配较为均匀，因而氧的需要也较为均匀，在一定程度上降低了池子前段的耗氧速度，避免前端出现缺氧情况。,曝气池中活性污泥浓度不均匀，前端较浓，后端较稀，提高了空气的利用率和曝气池的效率。,分段布水推流式活性污泥法,完全混合式活性污泥法,完全混合式活性污泥法,混合液在曝气池内充分混合循环流动，进行吸附和氧化分解。,特点： 1. 耐冲击负荷性强，可处理浓度较高的废水，只要适当延长曝气时间即可。适于处理工业废水。 2. 可把曝气池的工况控制在最佳的位置上。,（微生物分布均匀）,接触
11、氧化稳定法,又称吸附再生活性污泥法或生物吸附法。,接触氧化稳定法,此法主要适用于处理含悬浮物和胶体物较多的废水。,在吸附池内，活性污泥和废水充分接触，有机物被活性污泥吸附后，混合液流入沉淀池进行固液分离，从沉淀池排出的回流污泥先在稳定池内进行再生，使吸附的有机物充分氧化分解，恢复污泥活性后，再引入吸附池。,氧化沟式活性污泥法,氧化沟式活性污泥法,混合液在沟内不断循环流动，废水在氧化沟内停留时间一般很长（1540h）。,氧化沟具有处理流程简单，机械设备少，管理方便，出水水质好，污泥产量少而稳定以及耐冲击负荷强等优点。,氧化沟去除有机物的效率很高，BOD5的去除率一般可达95以上。,四、氧化塘（或
12、氧化沟）中的微生物群落及机制,10.1.1 好氧活性污泥法,四、氧化塘（或氧化沟）中的微生物群落及机制,10.1.1 好氧活性污泥法,氧化塘的基本原理是，利用菌藻互生系统来分解水中污染物质。其中，细菌吸收水中溶解氧，将有机物氧化分解为H2O、CO2、NH3、NO3-、PO43-、SO42-。细菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营养物合成细胞物质。藻类利用H2O、CO2进行光合作用合成碳水化合物，再吸收NH3和SO42-合成蛋白质、吸收PO43-合成核酸，并繁殖新藻体。,五、菌胶团的作用,10.1.1 好氧活性污泥法,生物絮凝、吸附和氧化分解能力 为原生动物、微型后生动物提供了良好的
13、生存环境和栖息场所 指示作用 菌体包埋在菌胶团中，可以防止原生动物对细菌的吞食 可以吸附其它不可降解的污染物 发育良好的活性污泥絮状体具有良好的沉降性能,六、原生动物与微型后生动物的作用,10.1.1 好氧活性污泥法,1、指示作用,原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。,后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理的质量。,六、原生动物与微
14、型后生动物的作用,10.1.1 好氧活性污泥法,2、净化作用,原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收溶解性有机物，动物性营养吞食有机颗粒和游离细菌及其它微小生物。,3、促进絮凝和沉淀作用,原生动物分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用。 固着型纤毛虫本身有沉降性能，加上和细菌形成絮体，更完善了二沉池的泥水分离效果。,七、评价活性污泥的指标,10.1.1 好氧活性污泥法,1、混合液悬浮固体浓度(MLSS)，也称为污泥浓度。 混合液固体悬浮物浓度是指曝气池中单位体积混合液所含悬浮固体的质量，单位为mg/L或g/L。 计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLS
15、S浓度一般为23g/L。 2、混合液挥发性悬浮固体 (MLVSS) 指活性污泥中有机固体物质的浓度，单位为mg/L或g/L。 把混合液悬浮固体在600焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（MLNVSS）。 一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.750.85左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。,10.1.1 好氧活性污泥法,3、污泥沉降比(SV) 是指曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。 正常的活性污泥在沉降
16、30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。 4、污泥体积指数(SVI) 也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。 与污泥沉降比有如下关系： SVI=(SV100)/X 式中：X的单位为g/L，SV以百分数代入。,5、污泥负荷（Ls） 单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物的数量， 用kg（BOD）/kg(MLSS)d表示。又称有机负荷率，F/M值。,八、活性污泥的培养,10.1.1 好氧活性污泥法,间歇式曝气培养 获取活性污泥 先近低浓度废水培养，以后逐级提高废水浓度，直到提高到原废水浓度为止 驯化初期 活性污泥结构松散，游离细菌较多，出现鞭毛虫和游动性纤毛虫。此时的活性污泥有一定的沉降效果。 驯化后期 以游动性纤毛虫为主，出现少量的、有一定耐污能力的纤毛虫，沉降性能较好，上清夜与沉降污泥可
