接触氧化池外观图

环境微生物学环境微生物学侯森暨南大学环境学院环境微生物学（二）生物膜法•概念:依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物（附着生长反应器）载体:碎石、卵石、焦炭、塑料等•1.生物膜特性•(a)生物：多样性高于活性污泥，微生物种类多，食物链长而复杂•类群：菌胶团菌和丝状菌（主要）•常见种属：•细菌：动胶菌、假单胞菌等•真菌：镰孢霉、白地霉、酵母等•藻类：席藻、丝藻等环境微生物学1.生物膜特性b.结构液层：流动水层、附着水层生物膜：好氧层、厌氧层环境微生物学（二）生物膜法2.生物膜的净化原理•好氧层-厌氧层•吸附-降解•食物链：有机质→细菌→真菌→原生动物环境微生物学3.生物膜的基本流程环境微生物学（二）生物膜法4.生物膜的培育–（1）自然挂膜法：污水中的自然菌种–（2）菌种添加挂膜法：投加高效菌种环境微生物学5.生物膜反应器类型及其应用进展–（1）生物滤池»普通生物滤池滤料：碎石、炉渣等；通风：自然通风特点：结构简单，管理方便缺点：不卫生，处理效率低环境微生物学建设中的生物滤池环境微生物学典型的生物滤池的构造滤床布水设备排水系统自然通风,不设曝气系统.环境微生物学几种常见滤料比表面积在98～340m2/m3，孔隙率为93％～95％比表面积在81～195m2/m3，孔隙率为93％～95％比表面积65～100m2/m3，孔隙率45％～50％环境微生物学环境微生物学塑料滤料比重小，孔隙率高，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10m以上。石质拳状滤料滤床高度：1～2.5m。孔隙率低，滤床过高会影响通风；太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。滤床高度同滤料种类的关系环境微生物学布水设备为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池的布水设备分为两类固定式喷嘴布水系统移动式（常用回转式）布水器环境微生物学环境微生物学环境微生物学排水系统作用收集污水与生物膜保证通风支撑滤料组成排水假底池底集水沟环境微生物学5.生物膜反应器类型及其应用进展–（1）生物滤池»塔式生物滤池滤料：煤渣、高炉渣、新型材料等；通风：自然通风特点：分层；占地少；基建费用省；净化效果好；通风好污水水流紊动强烈缺点：运转费用高环境微生物学5.生物膜反应器类型及其应用进展（1）生物滤池»曝气生物滤池结构：与普通生物滤池相似特点：人工曝气注意事项：防止堵塞环境微生物学（2）生物接触氧化（淹没式生物滤池）–特点：»两部分微生物（生物膜+絮状污泥）»不设污泥回流系统，BOD容积负荷较高»能够克服污泥膨胀问题–高效的原理：»生物活性高，生物浓度较高»传质条件好，充氧效率高»利于丝状菌生长–缺点：»负荷高易堵塞，有时生物膜脱落影响出水水质»建设费较高环境微生物学接触氧化池构造示例生物接触氧化池的构造环境微生物学接触氧化池外观图环境微生物学反应区曝气系统的布置环境微生物学生物填料与框架环境微生物学酚醛树脂蜂窝填料常用填料的类型聚乙烯蜂窝填料正六角行蜂窝状斜管聚乙烯蜂窝填料环境微生物学半软性填料环境微生物学弹性立体填料YHT型弹性生物的环填料环境微生物学软性、复合填料组合填料软性纤维填料环境微生物学生物接触氧化法填料环境微生物学立体弹性填料环境微生物学漂浮填料环境微生物学新型的纤维网状填料环境微生物学新型的三维立体网状填料环境微生物学环境微生物学（3）流化床生物膜结构：反应器、载体颗粒（运动）底部进水特点：–生物量高–比表面积高–传质速率高–耐负荷冲击能力强–设备小，占地少，易于管理环境微生物学6.生物膜法系统微生物的特点与运行管理的关系1）生物膜系统微生物的特点–厌氧和兼性厌氧菌的比例高–丝状微生物数量多–存在较高等的微型动物–成层分布现象2）判断生物膜功能的指标性生物–高负荷：白色贝氏硫细菌、生枝动胶菌；膜黑色到灰色–负荷适当：累枝虫、沟钟虫等；膜为灰褐色–低负荷：硝化细菌大量生长；膜呈褐色–更新较快的膜：旋轮虫、轮虫等–后生动物异常增长的膜：剑水蚤属、红斑瓢体虫等–发生恶臭的膜：新态虫、扭头虫等环境微生物学6.生物膜法系统微生物的特点与运行管理的关系3）生物膜系统运行应特别注意的问题–防止生物膜过厚–维持较高的DO–减少ESS环境微生物学三、厌氧生物处理概念特点（一）沼气发酵的生物化学–主要成分：CH4、CO2–过程：»第一阶段：复杂有机物变成简单化合物（初级发酵菌群»第二阶段：简单有机物变为乙酸、H2、CO2等（产氢产乙酸细菌、同型产乙酸细菌）»第三阶段：乙酸、H2、CO2等转化为CH4（两类产甲烷菌群）环境微生物学有机物厌氧分解生成甲烷的过程1)发酵性细菌(2)产氢产乙酸细菌(3)同型产乙酸菌(4)利用H2和CO2产甲烷菌（30%）(5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）4H2+C02→CH4＋2H20CH3C00H→CH4+C02产甲烷化学过程环境微生物学（二）厌氧污泥的性质及微生物特征污泥：灰色至黑色微生物：细菌数量最多，真菌少，藻类及原生动物偶有发现细菌：以兼性或专性厌氧菌为主沼气发酵型系统中：–初级发酵菌–产氢产乙酸菌–同型产乙酸菌–氧化氢的产甲烷菌、利用乙酸的产甲烷菌环境微生物学甲烷细菌一般性质杆状球状螺旋状形态甲烷八叠球菌属厌氧生物处理中的微生物类型环境微生物学碳源：有机酸、醇类氮源：NH4+营养甲烷细菌一般性质厌氧生物处理中的微生物类型环境微生物学厌氧生物处理中的微生物类型通气：严格厌气温度：多为中温性酸碱性：中性或微碱性环境甲烷细菌一般性质环境微生物学（三）厌氧污泥的培育方法主要问题：时间长培育注意事项：–种子：同类水质处理的厌氧污泥、禽畜粪便、城市生活污水厂的浓缩污泥–接种量：至少为容积的10%–营养：营养量和生物量的平衡环境微生物学（四）厌氧处理法的基本要求1菌种：混合菌种2.氧化还原电位：严格厌氧3.发酵温度（重要）：中温型：37℃-38℃；高温型：53℃-54℃4.废水组成：BOD：N：P=100：6：15.pH和有机酸浓度：Ph6.5-7.5；有机酸2000mg/L6.CO2产生状况：占沼气25%-35%环境微生物学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环境微生物学（五）厌氧反应器类型1.普通厌氧消化池7.活动盖板1.进料口2.出料间3.隔墙4.发酵间5.贮气箱6.导气管圆形消化池的结构缺点：污泥量少、易被带出，静态消化环境微生物学（五）厌氧反应器类型2.厌氧接触法–特点：（1）消化池后设沉淀池；污泥回流；需搅拌（2）有机负荷提高，水力停留时间缩短（3）适合悬浮物浓度较高的高浓度有机废水环境微生物学3.厌氧生物滤池–特点：（1）滤池微生物量多，处理能力较高（2）不需搅拌和泥水分离设备（3）易堵塞（4）适合与悬浮物浓度低的溶解性有机废水（五）厌氧反应器类型环境微生物学4.升流式厌氧污泥床反应器（UASB）（1）构成及特点：»构成：污泥床、悬浮层、分离区»特点：颗粒污泥浓度高，容积负荷高，不需搅拌（2）污泥性质及微生物组成»形状多样，粒径，沉降性能良好»污泥组成：厌氧微生物、多聚物、矿物质»微生物类型：与厌氧污泥相似»常见优势菌：孙氏甲烷丝菌等（五）厌氧反应器类型环境微生物学（3）厌氧颗粒污泥的培养及形成过程三阶段–第一阶段：启动与污泥活性提高（有机负荷2kgCOD/m3.d）–第二阶段：颗粒污泥形成(有机负荷2-5kgCOD/m3.d)–第三阶段：污泥床形成(有机负荷5kgCOD/m3.d)（4）缺陷：–脱氮除磷能力较差，有臭味，出水应进行深度处理4.升流式厌氧污泥床反应器（UASB）（五）厌氧反应器类型环境微生物学工业级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）环境微生物学5.厌氧流化床特点：–不形成污泥床，固体流态化–水力停留时间短，有机负荷高（五）厌氧反应器类型环境微生物学UASB反应器完全混合型EGSB反应器厌氧滤池厌氧塘流化床-复合床64％环境微生物学6.厌氧生物处理新工艺及应用进展（1）光合细菌厌氧处理高浓度有机废水–光合细菌处理废水特点：»易经诱导产生广泛的适应酶»对一些有毒物利用率更高，能耐受高浓度有机物负荷»能耐较低温度和较高盐分浓度»剩余污泥量少，菌体和菌液可资源化（2）厌氧-好氧组合处理难降解废水–厌氧降解：提高可生物降解性–好氧降解：快速，彻底（五）厌氧反应器类型环境微生物学（六）厌氧生物处理的优缺点1.优点–所需营养物少；产泥量少；降低费用–不充氧，耗电少；产生含甲烷气体可资源化–能季节性或间歇运行，厌氧污泥可长期存放–能处理很高浓度废水；对难降解物分解效果较好–可在高温条件下运行2.缺点–系统启动时间长–对温度变化较敏感–厌氧出水需进一步处理–对负荷变化和可能毒物也较敏感环境微生物学四、其他处理技术（一）氧化塘法–1.净化原理：利用藻菌共生系统降解有机物–2.特点：构筑物简单，能耗少，管理方便–3.处理对象：小流量废水或污水深度处理（二）土地处理法–1.原理：土壤-植物-微生物的综合作用–2.类型：»土壤灌溉法»湿地处理系统（三）固定化技术处理废水环境微生物学固定化微生物处理废水固定化微生物技术的分类及主要特征影响微生物固定化的重要因素固定化微生物细胞的性能评价固定化微生物反应器典型的固定化微生物细胞处理污水工艺固定化微生物在污水处理中的应用固定化微生物处理废水技术发展趋势环境微生物学（一）固定化微生物技术的分类及主要特征1.固定化微生物技术及其分类①表面吸附（结合）固定化：微生物吸附在载体表面而固定化特点：操作简单，固定过程对细胞活性影响小，固定的微生物数量受载体种类及表面积影响载体：碎石、硅藻土、煤渣等。典型工艺：生物膜法中生物滤池、生物转盘、生物流化床等②交联固定化：利用交联剂的功能基团与微生物细胞表面的反应基团进行交联而固定化特点：固定过程对细胞活性影响较大，交联剂大多昂贵环境微生物学③包埋固定化：微生物被包埋在半透明的聚合物或膜内，或使微生物扩散进入多孔性的载体内部特点：操作简单，固定过程对细胞活性影响小，目前固定化最常用、研究最广泛包埋材料：PVA、PEG、琼脂、树脂等④自身固定化：微生物自身絮凝作用而形成固定化微生物（常称为颗粒污泥）特点：一般不需人工载体或包埋剂，固定化时间长，受环境影因素响大。典型工艺：UASB中的污泥颗粒环境微生物学2.固定化微生物技术主要特征：①密集微生物，维持反应器中的微生物浓度传统活性污泥：1500~3000mg/L（以MLVSS计），生物膜法：22000~150000mg/L（MLVSS）②易于实现固液分离：固定化后颗粒密度大，微生物生长密集，固液分离快③适用于含有毒有害物的处理：微生物高度密集具有较强抵抗力，载体或包埋材料等阻挡作用，削弱有毒有害物对微生物的冲击作用。环境微生物学（二）影响微生物固定化的重要因素1.微生物的性质：（1）微生物的浓度；（2）微生物的活性：2.载体的性质：（1）表面粗糙度（2）表面带电性。3.环境特征：（1）废水的pH值（2）水力流态环境微生物学（三）固定化微生物反应器1.纯种固定化反应器单一种群微生物细胞常用类型：流化床生物反应器、固定填充床、搅拌槽式反应器环境微生物学2.混合种群固定化微生物污水处理工艺根据固定方式有：人工强化固定；微生物的自固定（颗粒化污泥）厌氧颗粒化污泥：升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧折流板反应器（ABR）、好氧颗粒化活性污泥环境微生物学（四）固定化微生物在污水处理中的应用相比传统的处理方法，固定化细胞技术的优势：①能维持较高的微生物浓度（普通活性污泥1500-3000mg/L，颗粒化厌氧污泥：几十克/升）②利于代时长的微生物存留（产甲烷菌、硝化菌等）③处理效率高，运行稳定④便于固液分离，剩余污泥量少（微生物处于内源呼吸阶段）⑤适用范围广，处理成本低环境微生物学1.难降解有机废水的处理环境微生物学2.固定化技术处理难降解