第11章污水生物处理系统中的主要微生物

生物反应器中的微生物皆为混合型微生物,从生物学的角度看,反应器内微生物构成了一个完整的生态体系.各类生物构成了一个食物链,即:悬浮性胶体、溶解性有机物异养型细菌、真菌动物营养型原生动物后生动物生物滤池和活性污泥法的食物金字塔的对比一、污水好氧生物处理及处理单元(反应器)内的微生物1、好氧生物处理工艺基本流程曝气池沉淀池QQ-Qs空气回流污泥（RQ）剩余污泥S0SeQs11.2有机污染物好氧生物处理的基本原理及其主要微生物(1)活性污泥法(ASP)充足的溶解氧；工程措施：人工强制曝气良好充足的微生物；活性污泥法工程措施：污泥回流，排放剩余活性污泥泥水分离，出水达标排放。工程措施：设二沉池（2）生物滤池2、好氧生物处理机理与过程软性填料半软性填料填料砾石硬性填料聚乙烯材料等沉淀池污泥处理进水出水有机物　＋O2代谢产物CO2,H2O,NH3+Q细胞物质C5H7O2N＋O2内源呼吸CO2，H2O残留物+Q微生物1/3分解代谢2/3合成代谢(C,H,O,N,S,P)80%20%(1)有机物好氧降解模式图(2)有机物的氧化(3)细胞物质的氧化(4)细胞物质的合成111222422()xyzCHOxyzOxCOyHOQ5722223552CHONOCOHONHQ32421572222()(5)(5)(4)nnxyznCHONHnxyzOCHOnxCOnyHOQ(5)细胞物质的增加计算公式物料平衡:生物处理单元内细胞物质增加量=合成的细胞物质量-内源呼吸耗去的细胞物质的量，即：式中：⊿S:细胞物质净增长量(g/d);lr:所利用的食料,即去除的BOD5量;lr=q(la-le)(g/d);()raaeSalbSaqllbVXSa:处理单元内细胞物质量(g);a:合成系数(产率系数),即合成的细胞物质(Kg)/去除的BOD5(kg);b:衰减系数(1/d);a、b的确定方法:生活污水:a=0.5-0.7b=0.05-0.1SSaralSababasSraLS(6)有机物生物氧化所需的氧量物料平衡:O2=微生物生长活动所需的O2+微生物自身氧化所需的O2即：式中：O2:微生物的需氧量(Kg/d);lr:去除的BOD5(Kg/d);a’:去除单位BOD5所需的氧量(Kg/Kg)2''raOalbSb’:微生物自身氧化需氧量(1/d);2''raaOlSSab2aOSraLSb'a'其中a’、b’见下表：废水a’b’废水a’b’石油化工废水0.750.160酿造废水0.44----含酚废水0.56----制药废水0.350.354合成纤维废水0.550.142亚硫酸浆粑废水0.40.185漂染废水0.5-0.60.065制浆造纸废水0.380.092炼油废水0.50.120可按去除1KgBOD5需氧1Kg来估算,氧的比重为1.33Kg/m3,空气中含氧量为21%,则每立方米空气之中含氧量为1.33*0.21=0.28Kg即:3.6m3空气/KgO23、好氧生物处理反应器内的微生物(1)活性污泥中的微生物细菌名称细菌名称动胶团菌（Zoogloea）（优势菌）短杆菌属（Brevibacterium）丛毛单胞菌属（Comamonas）（优势菌）固氮菌属（Azotobacter）产碱杆菌属（Alcaligenes）（较多）浮游球衣属（Sphaerotilusnatans）（少量）微球菌属（Micrococcus）（较多）微丝菌属（Microthrix）（少量）棒状杆菌属（Corynebacterium）大肠埃希氏菌（Escherichiacoli）黄杆菌属（Flavobacterium）产气杆菌属（Aerobacter）无色杆菌属（Achromobacter）诺卡氏菌属（Nocardia）芽孢杆菌属（Bacillus）节杆菌属（Arthrobacter）假单孢菌属（Pseudomonas）（较多）螺菌属（Spirillum）亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）酵母菌（Yeast）活性污泥食物金字塔废水厌氧生物处理微生物学及常用的处理构筑物1、废水厌氧生物处理(1)厌氧生物处理机理①二阶段理论A酸性发酵阶段----碱性发酵B液化----气化C水解酸化----甲烷化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②三阶段理论酸性发酵----产氢产乙酸----产甲烷③四阶段理论酸性发酵----产氢产乙酸----同型产氢产乙酸----产甲烷有机物+微生物细胞物质有机酸、醇+微生物细胞物质CO2，CH4CO2，NH3，H2S，PO43-产酸细菌作用甲烷细菌作用有机物脂肪酸(丙酸、丁酸、乳酸等)、醇类乙酸H2+CO2CH43产甲烷细菌4同型产乙酸细菌1发酵性细菌2产氢产乙酸细菌厌氧消化三、四阶段过程(2)沼气中成分组成CH4:50----75%(平均65%左右)CO2:20----30%(平均25%左右)(3)厌氧生物处理适用条件污泥处理和好浓度有机废水(BOD≥1000mg/l)(4)根据发酵温度：常温自然发酵中温发酵(30--35℃)高温发酵(50--60℃)2、参与厌氧生物处理的微生物50不产甲烷细菌：发酵细菌、产氢产乙酸细菌、同型产乙酸细菌两大类产甲烷细菌：已知的甲烷细菌有多种，它们分属于甲烷杆菌属、甲烷短杆菌属、甲烷热菌属、甲烷球形菌属、甲烷毛发菌属等。产甲烷细菌的生理特征：(1)产甲烷细菌是严格专性厌氧菌；(2)产甲烷细菌生长特别缓慢：产甲烷细菌在自然界中生长特别缓慢，即使在人工培养条件下，也要18天乃至几十天才能长出菌落。原因是能够利用的底物很少，仅有CO2/H2、乙酸、甲酸、甲醇简单物质，增殖速率很低，世代时间很长；(3)产甲烷细菌属古细菌；(4)产甲烷细菌分离培养比较困难；(5)产甲烷细菌对环境影响非常敏感，最佳PH值为6.8—7.2，温度温度不得超出其适宜温度的±1℃3UASB普通消化池两级消化池两相消化池、厌氧处理的各种反应器厌氧活性污泥法厌氧流化床一、生物脱氮除磷中的微生物1、水体的富营养化当磷大于0.01mg/l,氮大于0.1mg/l,水体开始发生富营养化污染。2、活性污泥运行中微生物造成的问题污泥膨胀不絮凝微小絮体起泡沫反硝化11.4无机污染物生物处理的基本原理及其主要微生物3、生物滤池中的微生物生物滤池中的微生物大多数为革兰氏阳性菌,如无色杆菌黄杆菌产碱杆菌等。生物滤池微生物食物网见下图4、厌氧—好氧系统生物除磷过程图（图11-7）二、含硫废水的生物处理（一）含硫酸根废水的厌氧生物处理主要利用硫酸盐还原菌在氧化有机物的过程中，以SO42-作为最终电子受体，使其还原为H2S,即反硫化作用。（二）含硫化氢废水的好氧生物处理处理关键在于控制条件使反应向生成S0的方向进行。三、含金属离子废水的生物处理（一）生物沉淀处理法原理：利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下把SO42-还原成硫化氢，废水中的金属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被去除。（二）生物还原处理法（三）生物氧化处理法（四）生物吸附处理法一、酸碱度好氧生物处理，pH：6～9厌氧生物处理，pH：6.5～7.5二、温度温度是影响微生物生活的主要因素。大多数细菌适宜温度：20～40℃。三、有毒物质四、营养物质11.5生物处理法对污水水质的要求