水处理微生物学课件9

第十一章废水生物处理基本原理自然界中很多微生物有氧化分解有机物的能力生物处理法：利用微生物处理废水的方法，主要是用来除去废水中溶解的和胶体的有机污染物质。氧气与微生物的关系类型最适生长的O2体积分数代谢类型专性好氧等于或大于20％好氧呼吸微好氧2％一10％好氧呼吸耐氧可在有氧下存活，不用氧气发酵兼性厌氧有氧或无氧有氧呼吸或发酵专性厌氧氧有毒害或致死（0.2％以下）无氧呼吸第一节废水的好氧生物处理活性污泥法：利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附废水中污染物，并在氧的作用下，将这些物质同化为菌体本身的组分，或将这些物质氧化为二氧化碳，水等物质，从而降低水体中有机污染物浓度的一种方法。活性污泥：这种由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机固体物混凝交织在一起所形成的絮状体。一、活性污泥法比重1.002~1.006，比水稍大有一定的颜色和气味，与废水种类有关，一般情况下呈褐色，灰色和白色等絮状（菌胶团），沉降性能好含有99%以上的水干物质中绝大部分是有机物，由微生物细胞（75%）和代谢产物组成，少量无机物（粘土，沙粒等）1、活性污泥的物理化学性质显微镜下的活性污泥生物群落组成丰富多样，包括：细菌，病毒，真菌，藻类，原生动物，后生动物微生物之间相互作用，相互影响，组成一个复杂的微生态系微生物种类和数量随处理水的种类不同而变化微生物在菌胶团中的空间位置不同，丝状细菌组成菌胶团的骨架，其它单细胞微生物靠糖被附着在丝状细菌上，原生动物等在最外面2、活性污泥的生物组成微生物的生态位不同使它们发挥不同的作用，协同作用有效降解水体中的有机污染物常用MLSS（混合液悬浮固体）或MLVSS（混合液挥发性悬浮固体）来表示微生物的浓度和数量。一般城市污水处理中，MLSS在2000-3000mg/L，工业废水在3000mg/L左右，高浓度工业废水在3000-5000mg/L。种类多，数量大，1ml活性污泥中的细菌数在107-108个,有机物处理中至关重要按生理类群分：化能异养细菌好氧菌：占的比例最大，降解有机物的生力军；占优势的种属：动胶杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属及大肠埃希氏杆菌等。兼性厌氧菌：反硝化和反硫化菌等，溶氧缺乏时，以硝酸盐或硫酸盐为最终电子受体进行反硝化和反硫化作用，同时还有一些兼性厌氧菌发酵分解有机物形成小分子的物质，被外层好氧菌利用化能自养菌主要是硝化细菌，包括氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌，生长速度慢，数量随泥龄的增加而提高。处理含硫废水时，还有硫氧化细菌，不过有的是丝状的，会引起污泥膨胀。丝状细菌在正常的活性污泥中只占很少的一部分，不会引起污泥膨胀和漂浮，主要为诺卡氏菌等，主要是骨架的作用，同时也能降解一部分有机物。（1）细菌（2）病毒大量，包括人类病毒（对人体有害）和噬菌体噬菌体对控制细菌的数量有重要作用另外大肠杆菌噬菌体可作为指示生物来反映其它肠道病毒是否存在（3）真菌较少，生长比细菌慢，不是微生态群落中重要的组成部分酸性条件下，真菌会大量繁殖，很可能导致污泥膨胀主要种类：地霉属，青霉属和头孢霉属等（4）藻类很少，作用不明显腐生性营养类型较多，以悬浮的有机颗粒和细菌为食种类多，包括纤毛类，鞭毛类，根足类等，如钟虫，聚缩虫，盖纤虫等作用：体表渗透吸收溶解性有机物（数量少，次要作用）吞食颗粒悬浮物和游离的细菌，提高出水澄清度，降低病原细菌浓度促进生物絮凝作用，使活性污泥有良好的沉降性能原生动物中的钟虫，累枝虫等产生促进微生物凝聚的物质，促进细菌本身的生物凝聚作用；吞噬游离细菌，促进菌胶团细菌优势生长作为指示生物反映出水水质的优劣出水口固着型纤毛类，如小口钟虫，累枝虫和独缩虫等占优势，说明出水水质好游泳型纤毛虫以及鞭毛虫占优势，标志水质净化效果不好，出水混浊，水质差（5）原生动物（6）后生动物较多，种类也较多，线虫，轮虫，寡毛类环节动物和熊虫等轮虫最常见作用：摄食有机颗粒和细菌，摄食强度大于原生动物产生粘液促进菌胶团的形成出水水质指示生物：轮虫多，出水澄清轮虫消失，出水混浊活性污泥能絮凝有机和无机固体污染物，有“生物絮凝剂”之称；同时能吸收和分解水中溶解性污染物由微生物组成，能自我繁殖，有生物活性，可以连续反复使用作用过程分三个阶段（1）吸附（2）降解（3）分离3、活性污泥的功能（1）吸附废水和活性污泥在曝气池中充分接触，形成悬浊混合液菌胶团表面含有大量糖被，吸附和粘附污染物吸附一般在30分钟内完成吸附后，水中的BOD5去除率可达到85％左右（2）降解－微生物代谢微生物分泌胞外酶，分解吸附在菌胶团上的大分子颗粒有机物成为小分子的溶解有机物小分子产物和废水中的溶解性有机物一起通过物质运输机制进入细胞内通过各种代谢反应降解，一部分氧化成二氧化碳和水，一部分转化为细胞的组分。活性污泥法是一个多底物多菌种的混合培养系统，存在错综复杂的代谢方式和途径，相互联系，协同作用，能比较彻底地降解有机物（3）凝聚与沉淀在沉淀池中，活性污泥形成大的絮凝体，使之从混合液中沉淀下来，达到泥水分离的目的。原理：菌胶团外部的粘性多糖能相互凝聚，形成大的菌胶团同时与微生物生长阶段有关衰亡期的微生物，代谢不活跃，能量较低，表面电荷下降，容易形成大的絮凝体如果营养物充足（反应初期），代谢活跃，能量高，表面电荷多，小的絮凝体不易形成大的菌胶团，泥水分离效果差，出水混浊4、影响活性污泥法处理效果的因素（1）活性污泥不凝聚或凝聚成微小絮体（2）活性污泥丝膨胀（常见原因）泥水分离困难，池面出水漂泥严重，厚度可达到20cm，出水水质差活性污泥丝膨胀成因丝状细菌大量生长（1）温度菌胶团细菌最适生长温度30℃左右，丝状细菌如浮游球衣菌最适生长温度25－30℃，在春夏之交或秋季时，水温为25－28℃较高温度使溶氧降低菌胶团细菌中好氧菌最多，浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌（竞争低溶氧能力强）（2）溶解氧水温高，有机污染物含量多的水体中溶氧低（3）可溶性有机物及种类丝状细菌能快速利用糖类和有机酸在有机污染物含量多的水体，有机物因缺氧降解不彻底，产生大量有机酸（4）有机物浓度丝状菌如浮游球衣菌在葡萄糖为5g/L的培养基中生长不形成丝状体，以大的单个细胞存在在葡萄糖为1g/L的培养基中生长形成小细胞而呈丝状体生活污水和食品工业废水中BOD5在100－200mg/L防止出现污泥膨胀，采用控制运行条件的办法（1）控制有机负荷BOD5污泥负荷一般控制在0.2－0.3kg/(kgMLSS·d)为宜（2）控制溶解氧浓度2mg/L以上（3）投加混凝剂（4）根据活性污泥膨胀致因微生物的生理特性，用合理的优化工艺创造条件遏制其生长－目前解决膨胀的最佳办法二、生物膜法生物膜法：利用微生物群落附着在载体（固体填料）表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法生物膜：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。（1）蓬松的絮状结构，微孔较多（2）表面积大，吸附能力强（3）有机物浓度高，生物膜结构复杂，厚度高，当增厚到一定程度时，衰老的膜脱落使膜更新（4）含大量的水，有机质占干物质的绝大部分，无机质较少（5）颜色由水体性质和溶氧决定，一般最外面为灰色，内层黑色（6）膜生物量由载体的面积和膜厚度决定，一般10g/L左右比活性污泥高1、生物膜的理化性质（1）成熟膜分3层:水体→→→→载体表面外表层中间层内层好氧层微好氧层兼性厌氧或厌氧层好氧菌微好氧菌兼性厌氧菌和厌氧菌2、生物膜的结构包括：细菌，病毒，真菌，藻类，原生动物，后生动物等与活性污泥比较，微生物种类和数量更丰富，微生态位更明显（2）生物群落组成种类多，数量大，有机物处理中至关重要按生理类群分：化能异养细菌，化能自养细菌，丝状细菌和光能自养菌化能异养细菌：比例最大，降解有机物的生力军；代谢类型多样好氧菌：主要有动胶杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性厌氧菌和厌氧菌：反硝化和反硫化菌以及产甲烷菌等；同时还有一些兼性厌氧菌发酵分解有机物形成小分子的物质丝状细菌：也较多，但不会引起污泥膨胀化能自养菌：主要是硝化细菌，包括氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌，生长速度慢，数量随时间的增加而提高光能自养菌：蓝细菌，少细菌：真菌：较少，生长比细菌慢酸性条件下，真菌会大量繁殖，不会导致污泥膨胀主要种类：地霉属，青霉属，镰刀霉属和曲霉属等藻类：有光照射时，生物滤池的生物膜中会长大量的藻增加溶氧种类有丝状藻，裸藻和绿藻等原生动物：位于膜表面，大量以悬浮的有机颗粒和细菌为食，提高出水澄清度。种类较多，包括纤毛类，鞭毛类，根足类，如钟虫，变形虫，滴虫等后生动物：也较多，轮虫，寡毛类和昆虫类等作用：以生物膜为食，控制生物膜的量；运动导致衰老膜脱落（3）填料种类悬浮型生物填料弹性立体填料悬挂型填料软性填料生物填料上的生物膜生物滤池3、生物膜的净化作用机理（1）生物膜的形成和更替分泌糖被的好氧微生物首先在载体表面附着，生长繁殖然后丝状菌也附着生长原生动物和后生动物出现细菌生物量不断增加，膜逐渐增厚，溶氧扩散限制，膜内出现厌氧层，兼性厌氧和厌氧菌生长繁殖厌氧菌分解水体扩散进来的有机物以及好氧菌的代谢产物，同时发酵分解糖被中的多糖，产生有机酸，使生物膜附着能力下降加上水的搅动和生物的活动，生物膜脱落，新的生物膜又形成脱落的生物膜使水混浊，一般采用絮凝沉淀法去除类似于活性污泥的前两个过程吸附降解：层次进行上一层代谢产物流向下层被利用（2）净化过程第二节废水的厌氧生物处理原因水处理系统中不充氧好氧微生物耗氧厌氧微生物大量繁殖，成为优势种群代谢方式发酵无氧呼吸特点产生能量少微生物分解速率低，有机物不完全降解，最后由产甲烷菌作用生成甲烷缺点厌氧菌生长慢，产生臭味对进水水质和操作控制要求高，对低浓度有机废水处理效果差优点有机负荷高，可处理高浓度和中浓度的有机废水产生的剩余污泥少，运行费用低产物甲烷可以作为能源用于发电，照明等，降低运行成本1、厌氧处理的基本原理厌氧处理是在不同种群的厌氧微生物协同作用下将有机物分解为甲烷的过程按作用过程分三类：水解－发酵性细菌－胞外酶，分解成简单有机物产氢产乙酸细菌－胞内酶，分解成乙酸，丙酸，丁酸，乳酸和乙醇等，同时产生氢气，二氧化碳和氨等产甲烷细菌－利用氢气，二氧化碳和乙酸生成甲烷木质素糖脂肪蛋白质＋多肽多糖H2,CO2,甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，乙醇和NH3等氨基酸脂肪酸＋甘油H2,CO2乙酸CH4,CO2bdcabbabaeccd：乙酸分解产甲烷作用e：还原产甲烷作用a：水解作用b：发酵作用c：产氢产乙酸作用作用过程2、厌氧处理的主要方法（1）基本工艺流程包括：调节池，厌氧反应器－消化池（核心），甲烷收集系统，污泥处理系统等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（2）厌氧反应器类型有：普通厌氧反应器（普通消化池），厌氧接触反应器，厌氧污泥床反应器，厌氧固定膜反应器，厌氧流化床反应器等3、影响厌氧处理效果的因素多种因素影响厌氧处理效果:（1）废水的pH和碱度（2）温度（3）营养盐（4）毒物的浓度（1）废水的pH和碱度产甲烷菌的最适pH为6.6-7.6，过高过低影响产甲烷菌活性反应过程中产生大量有机酸，降低pH，因此要保持一定的碱度，防止pH下降（2）温度厌氧处理根据温度不同分中温厌氧处理（30－35℃），高温厌氧处理（50－57℃）高温处理，效率高，反应器容积小，但启动时间长，对有机符合和毒物敏感，同时消耗能源，所以选择什么温度要根据废水水量，有机物的浓度和原水水温来确定温度骤然变化对处理效果影响较大（3）营养盐一般的废水中营养盐足够但一些工业废水需要添加营养盐才能满足厌氧微生物生长的需求具体添加营养盐种类和数量必须根据原水营养盐实际