第11章污水生物处理系统中的主要微生物

第十一章污水生物处理系统中的主要微生物普通活性污泥法的基本流程剩余污泥排水污泥回流曝气池二沉池初沉池污水11.1污水生物处理的基本原理好氧处理厌氧处理一、污水生物处理的基本原理二、污水生物处理的基本类型三、污水生物处理系统中的微生物悬浮生长型：活性污泥法附着生长型：生物膜法生物处理构筑物中包含着一个完整的生态系统。利用微生物处理污水的方法叫生物处理法。一、污水的好氧生物处理11.2有机污染物好氧生物处理的基本原理及其主要的微生物好氧生物处理是在有氧的情况下，利用好氧微生物的作用来进行的。二、活性污泥法处理构筑物内的微生物（一）活性污泥生态学其常见微生物细菌：假单胞菌、无色菌、黄杆菌……丝状菌：硫细菌、霉菌……原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫……后生动物：轮虫对于正常城市污水的活性污泥混合液，一般：活性污泥中微生物的数量细菌：占主体，可占混合液干重90~95%；线虫：平均100个左右/mL；轮虫：100~200个/mL；一般为：107~109个/mL；其它后生动物：100个以下/mL；原生动物：可达5000~20000个/mL，其中70~90%为纤毛类；固纤可达1000个以上/mL对于正常运行的活性污泥，如果出现辐射变形虫、多核变形虫等（肉足虫）增多，可能会出现活性污泥絮体变小，出水会混浊、SS升高。如果这类微生物急增，须进行相应的工艺调整（减小回流污泥量和曝气量）活性污泥中微生物种类、数量的改变具有重要的指示作用在活性污泥恢复过程中，会出现漫游虫、斜管虫、尖毛虫等（游泳型纤毛虫）一旦出现丝状菌增殖的趋势，4~7天后SVI就会急剧上升，甚至会超过200（活性污泥膨胀）SVI(污泥体积指数)：指曝气池混合液经30min静沉后,相应的1g干污泥所占的容积(以mL计)。即:SVI=SV30/MLSS,SVI正常以70~100为宜0min15min30min活性污泥絮体（絮粒）大小（二）活性污泥法运行中微生物造成的问题微结构宏结构活性污泥絮体结构（平均直径）：大粒：500m中粒：50~500m细小：50m：絮体形成菌，直径75m：丝状菌骨架一般为50~1000m活性污泥絮体的宏结构——丝状菌适量活性污泥絮体的宏结构——丝状菌过量丝状菌适量的活性污泥絮体丝状菌过多的活性污泥絮体针状絮体（1）现象1、不凝聚（或污泥解体）曝气过量造成絮体碎裂，或者毒物进入，冲击负荷，造成细菌不能凝聚成絮体二沉池中出现细小的上浮颗粒，出水混浊，无泥水界面。（2）原因针对性处理（3）对策2.1、针状絮凝物泥龄高细小密实的絮凝体、出水有混浊（尚清澈），但有针絮随水流走（2）原因增大剩余污泥排放，适当提高有机负荷率（F/M）（3）对策（1）现象2、微小絮体（1）现象2.2、散落状絮凝物泥龄低（污泥未成熟）二沉池表面可看到松散的絮状物悬浮，但出水尚清澈，沉速较慢。（2）原因减小剩余污泥排放量，适当降低F/M（3）对策（1）现象*3、污泥腐化有死角区产生厌氧有大块污泥上浮，污泥腐败变黑、有恶臭。（2）原因消除死角、改进刮泥设备等（3）对策（1）现象*4、污泥上浮二沉池停留时间过长、硝酸盐浓度较高，产生了反硝化。污泥在二沉池中呈块状上浮（2）原因增加回流污泥量或及时排泥，在曝气池末端增加供氧（3）对策对于泡沫问题，应认真观察分析，确认泡沫种类及产生原因，对症下药。5、泡沫（1）启动泡沫。在污泥培养过程中出现这种现象，是正常情况。（2）反硝化泡沫。（3）生物泡沫。某些诺卡氏菌属的丝状菌与生物泡沫形成有关的微生物（1）现象6、丝状菌引起的污泥膨胀DO浓度过低、污泥负荷率低、曝气池进水中含有较多化粪池出水，营养不足、低pH值（pH6.5）膨胀后污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少（但较清澈），镜检丝状菌多（2）原因活性污泥的丝状菌膨胀的机制在不利的环境中，丝状菌的适应性、竞争力强有机负荷冲击有机负荷的高或低1.DO低2.低分子可溶性有机物3.氮磷营养素的不足4.有机负荷的影响活性污泥的丝状菌膨胀的对策1.控制污泥负荷：控制负荷在0.2～0.45kgBOD5/(kgMLSS·d)之间为宜2.控制营养比例：BOD5∶N∶P＝100∶5∶13.控制DO：曝气池出口的DO在2mg/L以上4.加氯、臭氧或过氧化氢5.投加混凝剂：石灰、FeCl3、高分子絮凝剂。改善污泥的絮凝同时也会增加絮体的强度胞外多聚物（ECP）分泌过多，呈糊状或果冻状外观7、非丝状菌引起的污泥膨胀又称菌胶团膨胀或黏性膨胀发生的比较少，约占污泥膨胀的10%。温度在20℃以上时易发生丝状菌膨胀，而在低温（15℃以下）、高负荷情况下，可能发生菌胶团膨胀普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等三、生物膜法及其主要微生物（一）好氧生物膜中微生物群落①生物膜微生物：菌胶团为主②生物膜面生物：固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫③滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类生物滤池生物转盘生物接触氧化（二）生物膜中微生物的演替规律若以溶解氧控制考虑生态演替规律的话，主要体现在从生物外表面到滤料(或盘片)表面优势微生物种群变化顺序上，即按好氧→兼性→厌氧的顺序变化。总之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈现种类依次增多，数量依次减少的变化。微型动物基本上按照鞭毛虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮虫、线虫的顺序出现。若以有机营养因子控制生态演替规律，主要体现在沿废水流向出现的优势微生物种群。在生物滤池的下层(或转盘前边盘片)，有机物浓度高，生物膜厚，主要由菌胶团菌组成；在中层(或盘片)，有机物浓度开始降低，开始大量出现丝状菌，并伴有少量的原生动物，鞭毛虫、游泳型纤毛虫等。在上层(或盘片)如有机物浓度减少，生物膜变薄，种类多，数量少，有柄纤毛虫和轮虫占优势。11.3有机污染物厌氧生物处理的基本原理及其主要微生物一、参与厌氧处理的微生物一般分为两大类：（1）不产甲烷的微生物（2）产甲烷细菌有机物（多糖、脂肪、蛋白质）丙酸、丁酸等脂肪酸及乳酸、芳香酸等有机酸、醇类等H2+CO2乙酸CH4（1）发酵细菌（4）同型产乙酸菌（3）产甲烷菌20%4%（2）产氢产乙酸菌厌氧接触工艺二、厌氧处理的主要控制因素产甲烷细菌对于温度和酸碱度的反应都相当敏感。一般的产甲烷细菌都是中温性的、最适宜的温度在25～40℃之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在50～60℃之间。在废水厌氧分解处理构筑物内，常采用30～35℃的发酵温度。产甲烷细菌生长最适宜的pH范围约在6.8～7.2产酸细菌适宜的pH范围较广，在4.5～8之间在实际运行中，有机酸的控制较pH值更为重要，因当酸量积累至足以降低pH值时，厌氧处理的效果已经显著下降，甚至停止产气。在用厌氧法处理废水的应用中，常保持处理构筑物内的pH值在6.5～7.5（最好在6.8～7.2）。三、厌氧处理的各种反应器应用最普遍的是消化池接触消化池、厌氧生物滤池、UASB、EGSB等厌氧消化池UASB反应器——升流式厌氧污泥床UASB反应器EGSB反应器——厌氧颗粒污泥膨胀床污水好氧池BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池反硝化混合液回流A/O生物脱氮工艺污水好氧池BOD5、硝化二沉池剩余污泥排水污泥回流缺氧池反硝化一、生物脱氮11.4无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物Anoxic/Oxic，简称A/O工艺（1）污泥龄（SRT）:大于20~30d（2）溶解氧（DO）：活性污泥DO2mg/L（4）pH：氨氧化菌：7.0~7.8；亚硝酸氧化菌：7.7~8.1（5）营养物质：BOD5/TN、氨氮浓度均影响硝化细菌的比例生物膜DO3mg/L（一）硝化过程的主要影响因素（3）温度：12℃下降，5℃停止；30℃活性最大，超过30℃酶变性（6）毒物：重金属、有机物（二）反硝化过程的主要影响因素（1）营养物质BOD5/TN3（2）溶解氧（DO）活性污泥：DO0.5mg/L；生物膜：DO1.5mg/L（3）温度最佳温度40℃，适宜温度20~40℃（4）pH最适范围：7.0~7.5二、生物除磷异染颗粒化学组分为多聚偏磷酸盐，为磷源和能源贮藏物厌氧分解释放Pi，好氧吸收Pi合成PHB聚β-羟基丁酸盐，是一种碳源和能源的贮藏物有机物厌氧代谢的产物能量能量有机物（BOD5）PHBCO2、H2O有机物：异染颗粒Pi异染颗粒P的变化：厌氧－好氧活性污泥法（Anaerobic/Oxic，A2/O法）除磷工艺流程图回流污泥厌氧池好氧池出水初沉池初沉污泥二沉池PHA：聚β-羟基链烷酸PHA：PHB+PHV（聚β-羟基戊酸），以PHB为主剩余污泥（1）DO/氧化还原电位影响生物除磷的主要因素（2）温度：影响不大（4）NOx－N：NO3－N0.2mg/L（3）pH：中性－弱碱性（5）C源：BOD5/TP15（20~30）（6）SRT：短些好(3.5~7d)厌氧池：Eh0时不能释磷Eh应控在-200~-300mV好氧池：DO2mg/L缺氧好氧二沉池进水回流污泥剩余污泥出水厌氧混合液回流厌氧/缺氧/好氧脱氮除磷工艺Anaerobic/Anoxic/Oxic，简称A2/O工艺生物脱氮工艺的进展短程硝化反硝化控制温度、泥龄、DO、pH等节约需氧量、减少有机碳源、缩短反应时间、减少反应器容积NH3-NNO2--NNO3--NN2硝化硝化反硝化生物脱氮工艺的进展厌氧氨氧化（ANAMMOX）与短程硝化组合：亚硝化–厌氧氨氧化组合工艺0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+H++0.5H2O0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2ONH4++0.75O2→0.5N2+H++1.5H2O厌氧氨氧化菌NH4++NO2-→N2+2H2O缺氧好氧二沉池进水回流污泥剩余污泥出水厌氧混合液回流厌氧/缺氧/好氧脱氮除磷工艺Anaerobic/Anoxic/Oxic，简称A2/O工艺倒置A2/O工艺生物除磷工艺的进展针对同步脱氮除磷中硝酸盐对厌氧释磷影响的改进缺氧好氧二沉池进水污泥回流剩余污泥出水厌氧混合液回流UCT工艺好氧二沉池进水回流污泥剩余污泥出水厌氧硝化混合液回流缺氧缺氧混合液回流改良型UCT（MUCT）工艺缺氧好氧二沉池进水回流污泥(50%~100%)剩余污泥出水厌氧硝化混合液回流（100%~200%）缺氧缺氧混合液回流（100%~200%）反硝化除磷机理新机理发现导致的生物除磷工艺进展反硝化聚磷菌（DPB）的发现DPB可以利用硝酸盐作为电子受体，在反硝化的过程中过量吸磷。通过创造厌氧—缺氧交替的环境可以富集DPB。BCFS工艺（一种变型的UCT工艺）接触池：主要是控制丝状菌缺氧池：反硝化除磷缺氧/好氧混合池：反硝化脱氮混合池好氧池二沉池进水污泥回流剩余污泥出水厌氧池缺氧池QAQC接触池化学除磷QB（为DPB提供硝化液）化学磷污泥三、含硫废水的生物处理反硫化作用：硫酸盐还原菌以SO42-作为最终电子受体，还原为H2S,产物Na2S回收（一）含硫酸盐废水的厌氧处理硫化作用：H2S→S0→SO42-（二）含硫化氢废水的好氧处理生成S0的控制：DO浓度≤1mg/L，产生量大（结合S2-浓度）（一）生物沉淀处理法含锌废水（硫酸盐还原菌）ZnS（二）生物还原处理法含Cr6+废水（Cr6+还原菌、碱性条件下）Cr(OH)3（三）生物氧化处理法矿山废水（铁细菌、碱性条件下）Fe(OH)3（四）生物吸附处理法被动吸附解吸四、含金属离子废水的生物处理11.5生物处理法对污水水质的要求（1）酸碱度好氧生物处理：6～9厌氧生物处理：6.5～7.5（2）温度适宜的温度：20～40℃之间某些非金属物质：酚、甲醛、氰化物、硫化物等过多的油类物质（3）有毒物质重金属：锌、铜、铅、铬等离子（4）BOD浓度好氧法（5）营养平衡进水BOD5500～1000ml/L进水BOD5不宜低于50～100ml/L好氧处理,下列比值可资参考：