水环境污染控制与治理的生态工程及微生物原理 (2)

第九章 水环境污染控制与治理的生态工程及微 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. 好氧活性污泥的组成和性质 由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,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。,第一节 污废水生物处理中的生态系统,2、活性污泥的性质,显微镜下的活性污泥,按栖息着的微生物分：,活性污泥的组成,有办法知道确切的生物量吗？,有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变化。,按McKinney的分析：,MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma具备活性细胞成分；,Me内源代谢残留的微生物有机体；,Mi未代谢的不可生化的有机悬浮固体；,Mii吸附的无机悬浮固体。,按有机性和无机性成分：,污泥沉降比：SV,活性污泥的沉降浓缩性能,取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。,污泥体积指数：SVI,SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。,活性污泥法的基本流程,活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,活性污泥降解污水中有机物的过程,污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线,对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论：,废水中的有机物,残留在废水中的有机物,从废水中去除的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物能利用的有机物,微生物能利用而尚未利用的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物已利用的有机物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的微生物体,氧化产物,曲线反映污水中有机物的去除规律； 曲线反映活性污泥利用有机物的规律； 曲线反映了活性污泥吸附有机物的规律。,这三条曲线反映出，在曝气过程中： 污水中有机物的去除在较短时间( 图中是5h左右)内就基本完成了(见曲线)； 污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线),然后逐渐为微生物所利用(见曲线)； 吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了(见曲线)； 微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线)。,（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理 主要有两方面的作用：吸附有机物 降解有机物 （三）菌胶团的作用 （1）对有机物进行吸附和氧化分解 （2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境 （3）为原生动物提供附着场所 （4）具有指示作用,二、好氧生物膜法,好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧化法（即浸没式滤池法）等。 （一）好氧生物膜中的微生物 1好氧生物膜 好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污水的工作主体。,2好氧生物膜中的微生物及其功能 生物膜生物：以菌胶团为主；净化和降解作用； 膜面生物：固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化 速度，提高整体效率的作用； 滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、票页体虫等， 起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能。 3好氧生物膜的结构 好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不同高度位置，由于微生物得到的营养不同，造成微生物种类和数量的不同。,生物填料,悬浮型生物填料,投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧 好氧 或厌生物塘 或厌氧滤池 反应池体积% 8-13 5 15-25 3-5 40-60,悬挂型填料 弹性立体填料,软性填料,生物填料上的生物膜,（二）好氧生物膜净化废水的作用机理,在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。,第二节 活性污泥丝状膨胀及其控制对策,用活性污泥法处理废水，曝气池中的活性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋转虫等组成。 由于某些环境条件的变化，污泥会发生膨胀现象（可分为由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥，而又以丝状膨胀污泥较为普遍），此时，二沉池中会发生泥水分离困难，池面飘泥严重，造成出水水质极差。,（一）活性污泥丝状膨胀的致因微生物 由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称为活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀的致因微生物种类很多，常见的有：诺卡氏菌属、浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等。,（二）活性污泥丝状膨胀的成因 活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物因素。主导因素是丝状微生物过度生长，环境因素促进丝状微生物过度生长。 包括：温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类 、有机物浓度（或有机负荷）等。 此外，pH值的变化也可能会引起活性污泥丝状膨胀。 总之，引起活性污泥丝状膨胀的原因是比较复杂的，要具体问题具体分析，然后采取相应的措施予以控制。,二、控制活性污泥丝状膨胀的对策 解决活性污泥丝状膨胀的问题，从根本上说是要控制引起丝状微生物的过度生长的具体环境因子。 1控制溶解氧 2控制有机负荷 3改革工艺,第三节 厌氧生物处理中的微生物群落,高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。 一、厌氧消化甲烷发酵 沼气发酵，已有多年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可燃性气体沼气（甲烷，CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消化池。 甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它们是由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成。,甲烷发酵理论与机制（四阶段理论）： 第一阶段：水解和发酵性细菌群 第二阶段：产氢和产乙酸细菌群 第三阶段：两组生理特性不同的专性厌氧的产甲烷菌群 第四阶段：同型产乙酸细菌,厌氧活性污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥。 厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污泥颗粒等性质，与厌氧消化处理的效果好坏有很大关系。,高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。 （一）厌氧消化甲烷发酵 沼气发酵，已有年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可燃性气体沼气（甲烷，CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消化池。 甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它们是由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成。,复杂有机物,1水解 2发酵,脂肪酸,乙酸,H2 + CO2,3产乙酸,CH4 + CO2,H2S+ CO2,硫酸盐还原,硫酸盐还原,（三）厌氧活性污泥处理的工艺流程,其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心,废水,调节池,热交换器,37,厌氧活性 污泥反应器,气柜,沉淀池,出水,回流污泥,剩余污泥,(四)、厌氧生物反应器发展,工作原理 2级(平流沉淀+厌氧污泥消化),全国各地使用广泛，为生活污水的预处理液固分离处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌,第一代厌氧反应器化粪池,缺点：污泥量少、易 被带出，静态消化,克服了第一代的缺点，且处理污水,第二代厌氧反应器,UASB反应器,Sludge bed,工业级UASB装置,钢制圆形结构,混凝土方形结构（便于施工及分离器设置）,全世界有几千座UASB反应器，占所有厌氧反应器（第二代以上）总数的64%，应用广泛,64,第三代厌氧生物反应器,厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器 升流式污泥床过滤器,填料,EGSB IC UBF,以前通常能不用厌氧法处理的就不用，不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理，现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备。,厌氧活性污泥： 由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥。,（二）、光合细菌处理高浓度有机废水 BOD5在10000mg/L以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌处理。因有机光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性细菌将碳水化合物、蛋白质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。利用光合细菌处理的BOD5 去除效果可达95%，甚至达98%。常用的有机光合细菌有：红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。,三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理 高浓度的SO42-对微生物有毒害作用。 去除的方法有，化学法：加CaO和Ca(OH)2生成CaSO4沉淀，若加少量的FeCL3，效果更佳。 厌氧微生物方法：用SBR法，利用在厌氧条件下，硫酸盐还原菌发生反硫化作用，以SO42-为最终电子受体，利用有机物为供氢体，将SO42-还原成H2S从水中溢出。,