水環(huán)境污染控制與治理的

1、2024/3/8,1,第三章 水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理,2024/3/8,2,自然界水體的生物自凈由于受到溶解氧、營(yíng)養(yǎng)平衡、微生物種屬及其它生存條件的限制，凈化速度是有限的。提問：如何利用人工手段提高污廢水生物處理效率？一是 通過基因工程或人工馴化的手段獲得高效工程菌投加到處理系統(tǒng)中；二是 改善微生物生長(zhǎng)的環(huán)境條件，發(fā)揮微生物的最大

2、潛能。目前生物處理主要用于水中有機(jī)污染物以及氮磷污染的處理。,2024/3/8,3,限制：毒物（pH、鹽、酸堿、有機(jī)毒物等）濃度不能過高、存在難生物降解物質(zhì)（多苯環(huán)、過長(zhǎng)鏈聚合物等）提問：對(duì)于這類廢水是否就不能用生物法嗎？篩選馴化、重組制造高效降解菌；先進(jìn)行物理化學(xué)前處理降低難降解及有毒物質(zhì)的濃度，然后可進(jìn)行生物處理。這樣可以最大限度的發(fā)揮各種方法的長(zhǎng)處，并節(jié)約處理時(shí)間降低成本。這一章我們主要介紹污廢水生物處理的微生物的機(jī)理

3、。,2024/3/8,4,第一節(jié) 污廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng),一、 種類（一）根據(jù)處理微生物與氧氣的關(guān)系，分為:好氧處理和厭氧處理通常低濃度（COD＜1500mg/L）的有機(jī)污染物廢水適合用好氧處理對(duì)于高濃度有機(jī)污廢水（COD≥1500mg/L）用厭氧處理更為適宜。提問：為什么過高COD的廢水不宜用好氧法？有機(jī)物濃度過高，好氧生物代謝迅速，水中溶解氧難以即時(shí)供應(yīng)，好氧生物生長(zhǎng)受限，很難保證處理質(zhì)量，而厭氧生物則沒有這種限

4、制。,2024/3/8,5,（二）活性污泥法和生物膜法,這是根據(jù)微生物在人工水處理設(shè)備中微生物所處狀態(tài)的不同來進(jìn)行的劃分。原理活性污泥法——模擬水體自凈 微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài)，與污廢水接觸使之凈化的方法； 生 物 膜 法——模擬土壤自凈 微生物附著于其他物體表面上成薄膜狀，與污廢水接觸使之凈化的方法。,2024/3/8,6,活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厭氧活性污泥法，生物膜法既有好氧生物膜法也有厭氧生

5、物膜法。對(duì)于污廢水的脫氮、脫磷處理必須采用厭氧法與好氧法相結(jié)合的方式才能成功實(shí)現(xiàn)。,2024/3/8,7,廢水的好氧生物處理,1 概念： 在有氧的條件下借好氧微生物的作用處理廢水。又叫廢水生物處理。,廢水中有機(jī)物,好氧 微生物,無機(jī)物，隨水排出,微生物細(xì)胞物質(zhì),有機(jī)物充足,微生物增多,有機(jī)物少,菌體死亡,與廢水 分離,O2,,,,,,,,通過物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下,2024/3/8,8,2 廢水好氧生物處理作用對(duì)象,●溶解的有

6、機(jī)物——直接滲入細(xì)胞內(nèi)被吸收 ●固體的、膠體的有機(jī)物——間接吸收 附在菌體外，由細(xì)菌所分泌的胞外酶分解為溶解性物質(zhì)，滲入細(xì)胞。,3 廢水好氧生物處理的優(yōu)缺點(diǎn) ●優(yōu)點(diǎn)：無臭氣、時(shí)間短。條件適宜可除去BOD5 80～90％ ●缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜,4 廢水好氧生物處理的方法 活性污泥法、生物膜法（生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法） 氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。,2024/3/8,9,,活性污泥法又叫曝氣法，最早由英

7、國(guó)人于1914年創(chuàng)建而來，經(jīng)過80多年的發(fā)展已成為處理有機(jī)廢水最主要的方法。是一種應(yīng)用最廣的廢水好氧生物處理技術(shù)。（格柵、沉砂、00601.swf）,二、 好氧活性污泥法中的微生物,1. 什么是好氧活性污泥,好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物)與污(廢)水中有機(jī)的和無機(jī)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒?；钚晕勰嗟男纬墒且环N自然現(xiàn)象。例如，如果向一桶含糞便污水中不斷地加入空氣，并持續(xù)維

8、持水中的溶解氧，那末經(jīng)過一段時(shí)間后，就會(huì)產(chǎn)生褐色絮花狀的泥粒，在顯微鏡下會(huì)看到，污泥里充滿了各種各樣的微生物，這就是典型的好氧活性污泥。,2024/3/8,10,2 好氧活性污泥的組成和性質(zhì),（1）．組成 好氧微生物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物)與其上吸附的有機(jī)的和無機(jī)的固體雜質(zhì)組成。 （2）．好氧活性污泥的性質(zhì) 顏色以棕褐色為佳 黑色說明厭氧、白色說明無機(jī)物過多 含水率在99％左右 密度為1.002~1.0

9、06 大小為0.02~0.2mm 比表面積為20~100cm2／mL之間 弱酸性(pH約為6.7) 當(dāng)進(jìn)水改變時(shí)，對(duì)進(jìn)水pH的變化有一定的承受能力。,2024/3/8,11,3．好氧活性污泥中微生物的濃度和數(shù)量,MLSS (混合液懸浮固體)每L活性污泥混合液（ML）中含有多少毫克恒重的干固體（SS）或MLVSS (恒重的干揮發(fā)性懸浮固體)在一般的城市污水處理中，MLSS保持在2000~3000mg／L。工業(yè)廢水生物處理中，

10、MLSS保持在3000 mg／L左右。高濃度的工業(yè)廢水生物處理的MLSS保持在3000~5000mg／L。,2024/3/8,12,提問：好氧活性污泥上的微生物是如何分布的？ 中心是能起絮凝作用的細(xì)菌形成菌膠團(tuán)，在其上生長(zhǎng)著其他微生物。如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物和某些微型后生動(dòng)物(輪蟲及線蟲等)。A.菌膠團(tuán) 在微生物學(xué)領(lǐng)域里，習(xí)慣將動(dòng)膠菌屬形成的細(xì)菌團(tuán)塊稱為菌膠團(tuán)。在水處理工程領(lǐng)域內(nèi)，則將所有

11、具有莢膜或粘液的絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。,4．好氧活性污泥中的微生物群落,2024/3/8,13,①吸附和氧化分解有機(jī)物；菌膠團(tuán)是細(xì)菌的存在形式，細(xì)菌占到活性污泥中微生物總量的99%, 有107~108個(gè)/ml ，他們是生物處理的主力軍，一旦菌膠團(tuán)受到各種因素的影響和破壞，則活性污泥法對(duì)有機(jī)物去除率明顯下降，甚至無去除能力。② 菌膠團(tuán)對(duì)有機(jī)物的吸附和分解，為原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物提供了良好的生存環(huán)境；例如菌

12、膠團(tuán)本身為原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物提供附著場(chǎng)所；菌膠團(tuán)中的細(xì)菌可以去除毒物、自身作為動(dòng)物食料。,(1) 菌膠團(tuán)的功能,2024/3/8,14,③ 具有指示作用； 通過菌膠團(tuán)的顏色、透明度、數(shù)量、顆粒大小及結(jié)構(gòu)的松緊程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌膠團(tuán)顏色淺、無色透明、結(jié)構(gòu)緊密，則說明菌膠團(tuán)生命力旺盛，吸附和氧化能力強(qiáng)，再生能力強(qiáng)。老化的菌膠團(tuán)，顏色深，結(jié)構(gòu)松散，活性不強(qiáng)，吸附和氧化能力差。,2024/3/8,1

13、5,① 粘性多糖的粘著作用 我們?cè)诘谝徽陆榻B了，很多細(xì)菌可分泌粘膠狀的多糖物質(zhì)，附著于細(xì)胞壁，形成所謂的莢膜，這些莢膜相互間粘著時(shí)就會(huì)形成一個(gè)由許多細(xì)菌共有的大莢膜，當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入老齡后，細(xì)菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了細(xì)菌大莢膜的增大，這樣就形成了菌膠團(tuán)的雛形。,(2) 菌膠團(tuán)的形成機(jī)理,為什么細(xì)菌會(huì)形成菌膠團(tuán)？,② 纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用 將菌膠團(tuán)置于電子顯微鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，在大莢膜增大

14、的同時(shí)，在其外側(cè)出現(xiàn)了許多類似于纖維素網(wǎng)狀的物質(zhì)，據(jù)分析這些物質(zhì)的成分也是多糖，如圖所示,活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片,了解,2024/3/8,16,③ 原生動(dòng)物分泌的胞外粘液的粘著作用； 實(shí)驗(yàn)證明小口鐘蟲、累枝蟲和草履蟲等纖毛蟲能分泌一些促進(jìn)凝聚的糖類，在促進(jìn)自身粘附在活性污泥上的同時(shí)，加速菌膠團(tuán)的進(jìn)一步增大；,2024/3/8,17,(3) 菌膠團(tuán)的生物意義,① 形成了一個(gè)穩(wěn)定的細(xì)菌共生體系：菌膠團(tuán)吸附的大分子

15、有機(jī)物被表層的細(xì)菌首先水解吸收，代謝后的產(chǎn)物降解不完全，又作為了下面細(xì)菌的食物另一方面隨著顆?；杀砑袄?，局部的氧濃度逐漸減少，對(duì)氧濃度有不同要求的細(xì)菌則可以各自找到最適宜的位置② 增強(qiáng)細(xì)菌抵抗環(huán)境變化及微型動(dòng)物捕食的能力在層層細(xì)菌的屏蔽作用下，菌膠團(tuán)中的微環(huán)境要比溶液中穩(wěn)定的多。且菌膠團(tuán)的顆粒較大，原生動(dòng)物只能蠶食很少的一部分表層的細(xì)菌，從而提高了大多數(shù)細(xì)菌抵抗微型動(dòng)物的捕食能力。,2024/3/8,18,③ 菌膠團(tuán)還為細(xì)菌儲(chǔ)

16、備了碳源菌膠團(tuán)中的結(jié)構(gòu)多糖，不僅是其骨架，還是細(xì)菌們的儲(chǔ)備碳源。當(dāng)環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物匱乏時(shí)，這些多糖被細(xì)菌作為碳源使用，雖然此時(shí)菌膠團(tuán)逐漸瓦解，但一定程度上延緩了細(xì)菌的衰亡。因此菌膠團(tuán)的形成是細(xì)菌們?yōu)榫S護(hù)共同利益的共生產(chǎn)物，對(duì)于細(xì)菌的生存有著重要的生物意義。,2024/3/8,19,B、活性污泥中的原生動(dòng)物及其作用 活性污泥中原生動(dòng)物在數(shù)量和種類上僅次于細(xì)菌，常見的優(yōu)勢(shì)種是纖毛類。它們主要附聚在污泥表面。其作用在于：（1）指示

17、作用（2）凈化作用（3）促進(jìn)絮凝和沉淀,2024/3/8,20,（1）指示作用,1）可根據(jù)原生動(dòng)物或微型后生動(dòng)物的演替及它們的活動(dòng)規(guī)律判斷水質(zhì)和污（廢）水處理程度： 活性污泥培養(yǎng)初期——鞭毛蟲、變形蟲 活性污泥培養(yǎng)中期——游泳型纖毛蟲、鞭毛蟲 活性污泥培養(yǎng)成熟期——固著型纖毛蟲：鐘蟲及后生動(dòng)物：輪蟲2）根據(jù)原生動(dòng)物種類判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好與壞。3）根據(jù)原生動(dòng)物遇惡劣環(huán)境改變個(gè)體形態(tài)及其變化過程判斷進(jìn)水水

18、質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。,2024/3/8,21,依據(jù)和優(yōu)越性①依據(jù) 原生動(dòng)物數(shù)量、種類、優(yōu)勢(shì)種、個(gè)體活性與污水凈化處理的效果有著密切關(guān)系，因此原生動(dòng)物可以作為凈化情況的指示生物，可由它們對(duì)凈化處理效果作出預(yù)報(bào)。,2024/3/8,22,②優(yōu)越性 與水質(zhì)分析及細(xì)菌觀察、計(jì)數(shù)相比好處何在? Ⅰ 觀察測(cè)量容易僅需低倍顯微鏡即可活體觀察。而細(xì)菌的觀察、分類、鑒定所需時(shí)間較長(zhǎng)，不能及時(shí)起到預(yù)報(bào)的作用。而原生動(dòng)物與細(xì)菌之

19、間存在相互依存的關(guān)系，且對(duì)環(huán)境的變化比細(xì)菌敏感(如氧溶量、pH值等) 。,2024/3/8,23,Ⅱ.快速預(yù)報(bào),通常污水處理廠每天都要對(duì)本廠的出水進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，若超過國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就要及時(shí)追查原因，以求解決。,但有些數(shù)據(jù)當(dāng)天得不到如BOD5，根據(jù)原生動(dòng)物與BOD5的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則可以作出快速的判斷，縮短發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的時(shí)間。,2024/3/8,24,③普遍規(guī)律,如若發(fā)現(xiàn)群體的纖毛蟲縮成一團(tuán)鐘蟲的柄脫落纖毛蟲接合生殖（即有性生殖

20、）、或形成孢囊表明水中？存在有毒物質(zhì)或其他條件如溫度、pH等的不適宜。,Ⅰ.水質(zhì)毒物判斷,2024/3/8,25,有些原生動(dòng)物對(duì)水中的溶解氧變化十分敏感。如鐘蟲細(xì)胞前端出現(xiàn)氣泡，運(yùn)動(dòng)遲緩，說明水中充氧不足，或溶氧過高，水質(zhì)將變壞。反之則表明溶解氧情況適中良好,Ⅱ.溶解氧判斷,2024/3/8,26,Ⅲ.曝氣池處理效果的判斷,1 鐘蟲前端出現(xiàn)氣泡——充氧不正常，水質(zhì)將變壞。 2 原生動(dòng)物的數(shù)量漸減少，直至消失——水質(zhì)變壞。原生動(dòng)

21、物對(duì)毒物的敏感性比細(xì)菌大。 3 鐘蟲大量出現(xiàn)——活性污泥已經(jīng)成熟，充氧正常。 4 在正常運(yùn)行的曝氣池中，如果固著型纖毛蟲減少，游泳型纖毛蟲突然增加——處理效果將變壞。,2024/3/8,27,2024/3/8,28,如何加以確定？,應(yīng)對(duì)廢水處理構(gòu)筑物中的生物類群進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的鏡檢觀察，掌握本廠正常運(yùn)行時(shí)常見的而且數(shù)量多的種類。 （1）原生動(dòng)物種類的組成。 （2）種類的數(shù)量變化 （3）各種群的代謝活力。 以原生動(dòng)物為指示生物

22、只能起輔助理化分析的作用。,,2024/3/8,29,（2）原生動(dòng)物對(duì)廢水凈化的影響 ①鞭毛蟲、肉足蟲、纖毛蟲可以直接利用水中的有機(jī)物,對(duì)水中有機(jī)物的凈化有一定的積極作用。 ②纖毛蟲吞食游離細(xì)菌，改善生物處理法出水的水質(zhì)。細(xì)菌（尤其使游離細(xì)菌）本身也是有機(jī)污染物。,提問：游離細(xì)菌轉(zhuǎn)化為原生動(dòng)物同樣是有機(jī)污染物，凈化何在呢？,3kg,1kg,,,,2024/3/8,30,活性污泥顆粒主要是由細(xì)菌絮凝而成，實(shí)驗(yàn)證明小口鐘蟲、累枝蟲和草履

23、蟲等纖毛蟲能分泌一些粘性多糖、粘朊，促進(jìn)生物絮凝，使它們能夠附著在小的絮凝體上，同時(shí)促進(jìn)絮凝體進(jìn)一步黏附細(xì)菌使污泥絮體增大。使廢水能在二次沉淀池中很好地沉淀，改善出水水質(zhì),生產(chǎn)上常常發(fā)現(xiàn)在活性污泥培養(yǎng)初期，一旦處理系統(tǒng)中出現(xiàn)固著型纖毛蟲，隨后就可看到活性污泥絮體的形成并逐漸增大。,⑶促進(jìn)絮凝和沉淀,2024/3/8,31,C、后生動(dòng)物主要指輪蟲，在活性污泥系統(tǒng)指是不經(jīng)常出現(xiàn)的。因此輪蟲的出現(xiàn)是水質(zhì)非常穩(wěn)定的標(biāo)志。 且由

24、于活性污泥系統(tǒng)的曝氣池中不斷人工充氧和污泥回流，使得活性污泥中不適合比輪蟲、線蟲更大的、生命周期更長(zhǎng)的種群生長(zhǎng)，因此，活性污泥法的生物鏈較短。,線蟲,2024/3/8,32,D．活性污泥中的其它微生物,在菌膠團(tuán)上層居住的還有放線菌、真菌。它們的數(shù)量相比較細(xì)菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、諾卡氏菌、發(fā)硫菌、頭孢霉、地霉菌、酵母菌等。各種微生物與菌膠團(tuán)細(xì)菌構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)體系，它們之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，它們的種類、數(shù)量隨營(yíng)養(yǎng)條件

25、(廢水種類、化學(xué)組成、濃度)、溫度、供氧、pH等環(huán)境條件改變也在不停的發(fā)生著變化。,2024/3/8,33,(三) 好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理,好氧活性污泥的凈化作用機(jī)理見下圖好氧活性污泥吸附和降解,2024/3/8,34,,,2024/3/8,35,好氧生物膜是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù)；于19世紀(jì)末，在研究土壤凈化污水的過濾田的基礎(chǔ)上，開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)。由于效果不如后來出現(xiàn)的活性污泥法，一度被長(zhǎng)期擱置，60年

26、代以后，由于新型合成材料的大量生產(chǎn)，生物膜法又獲得了新的發(fā)展。,二、好氧生物膜法,2024/3/8,36,生物填料,懸浮型生物填料,投加量 普通接觸氧化 水解調(diào)節(jié)池 好氧或厭氧流化床 好氧或厭生物塘 好氧或厭氧 濾池 反應(yīng)池體積% 8-13 5 15-25 3-5 40-60,2024/3/8,37,懸掛型填料

27、 彈性立體填料 網(wǎng)片式立體填料,2024/3/8,38,生物填料上的生物膜,2024/3/8,39,1. 什么是生物膜？,好氧生物膜是由好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或粘附在生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層粘性、薄膜狀的微生物混合群體,是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。污水中含有生物膜所需的各種微生物。夏季2～4周形成生物膜。冬季需2個(gè)月。,結(jié)構(gòu)由兩部分組成,(一)好氧生物膜中的微生物群落,2024/3/8,40

28、,2、生物膜結(jié)構(gòu)示意圖,,,濾料或填料或轉(zhuǎn)盤,生物膜,空氣,附著水層,流動(dòng)水層,性質(zhì)：①高度親水，存在著附著水層；,·,②微生物高度密集：各種細(xì)菌以及微型動(dòng)物，形成了有機(jī)污染物——細(xì)菌——原(后)生動(dòng)物的食物鏈。,成熟的生物膜由好氧膜和厭氧膜組成:①好氧膜是有機(jī)物降解的主要場(chǎng)所②當(dāng)生物膜形成并達(dá)到一定厚度時(shí)，氧就無法透入生物膜內(nèi)層，形成厭氧膜,隨著厭氧層厚度的增加，其代謝產(chǎn)物也逐漸增多。,2024/3/8,4

29、1,當(dāng)這些代謝產(chǎn)物透過好氧層逸出時(shí)，破壞了好氧層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，使生物膜的附著力減弱。此時(shí)，在水流的沖刷下，生物膜開始脫落。隨后在濾料上又會(huì)生長(zhǎng)新的生物膜。如此循環(huán)往復(fù)，廢水流經(jīng)生物膜后得以凈化。,2024/3/8,42,2.膜中微生物群落及功能,,濾掃生物,膜面生物,膜生物,,2024/3/8,43,好氧生物膜法的微生物群落分布不同于好氧活性污泥法的微生物群落（懸浮狀態(tài)），生物膜附著在一定的載體上（如濾料）上不動(dòng)，廢水自上而下淋灑

30、在生物膜上，濾池內(nèi)不同高度（不同層次）的生物膜所得到的營(yíng)養(yǎng)（有機(jī)物的組分和濃度）不同，致使不同高度的微生物種群和數(shù)量不同，因此好氧生物膜法的微生物相是分層的。,2024/3/8,44,3．好氧生物膜的凈化作用機(jī)理上層生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物（纖毛蟲及微型后生動(dòng)物）吸附廢水中的大分子有機(jī)物，將其水解為小分子有機(jī)物；同時(shí)吸收溶解性有機(jī)物和經(jīng)水解的小分子有機(jī)物進(jìn)入體內(nèi)，并進(jìn)行氧化分解，微生物利用吸收的營(yíng)養(yǎng)合成自身細(xì)胞；上層生物膜

31、的代謝產(chǎn)物流向下層，被下一層生物膜生物吸收，進(jìn)一步被氧化分解為CO2和H2O。老化的生物膜和游離細(xì)菌被濾池掃除生物（輪蟲、線蟲、顆體蟲等）吞食，通過以上生物化學(xué)和吞食作用，廢水得到凈化。,2024/3/8,45,生物濾池,活性污泥,4.生物膜的特征和濾池微生物的生態(tài)學(xué)：,2024/3/8,46,與活性污泥相比，生物濾池的食物鏈要多幾種營(yíng)養(yǎng)水平，這是由反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的不同造成的：①生物膜由于固著在介質(zhì)上，②其上的微生物沒有像活性污泥的微生

32、物一樣承受強(qiáng)烈的曝氣沖擊，因此能在膜上生長(zhǎng)增殖速度慢，世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌和較高級(jí)的微小動(dòng)物。③且生物膜多為分段處理，在每段都能形成各自的優(yōu)勢(shì)微生物種群。由于生物膜生物相的多樣性，使得生物膜法對(duì)污廢水的處理效果比活性污泥更好。,第三節(jié) 活性污泥膨脹和控制對(duì)策,什么是活性污泥膨脹？正常的活性污泥顆粒體積發(fā)生膨脹，繼而分裂為沉降性很差的小顆粒污泥，引起二沉池池面飄泥嚴(yán)重，出水水質(zhì)急劇變差的現(xiàn)象。本質(zhì)—污泥密度變小或黏附能力下降。造

33、成的結(jié)果：稀薄污泥回流至曝氣池。出水BOD5升高。在業(yè)內(nèi)，污泥膨脹被比喻作污泥系統(tǒng)的“感冒”，沒有特效藥，慢慢調(diào)試過一段時(shí)間就會(huì)恢復(fù)過來，是運(yùn)行管理中的一大難題。非絲狀菌污泥膨脹與絲狀菌污泥膨脹兩類,2024/3/8,48,,絲狀污泥膨脹,,2024/3/8,49,一、絲狀菌污泥膨脹,正常的活性污泥結(jié)構(gòu)較稠密，菌膠團(tuán)生長(zhǎng)良好，含水量在99％左右，沉降性能良好，菌膠團(tuán)和絲狀菌之間有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系。如果絲狀菌生長(zhǎng)繁殖過多，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)繁

34、殖將受到抑制，眾多的絲狀菌伸出污泥表面之外，使得絮體松散，沉淀性能惡化，此時(shí)就發(fā)生了絲狀菌污泥膨脹，這種情況占污泥膨脹的大多數(shù)。,2024/3/8,50,1、現(xiàn)象 污泥膨脹開始時(shí)，由于過多的絲狀細(xì)菌伸到污泥絮體外，由此產(chǎn)生的絮體強(qiáng)度大，且能過濾掉水中的細(xì)小顆粒，因此沉淀后可產(chǎn)生清澈的上清液。但是由于絮體增大而且絲狀細(xì)菌延伸到絮體外，使得絮體沉淀慢，壓縮性能差，從而影響了沉淀池的容量，以至絮體隨之溢出水面，使得出水的SS和BOD升高

35、；且由于壓縮性能差，使得回流到曝氣池中的活性污泥稀薄，使池中MLSS值下降，進(jìn)而導(dǎo)致曝氣池運(yùn)行失敗。,2024/3/8,51,2、產(chǎn)生原因A.如果曝氣池溶解氧長(zhǎng)期維持在較低的水平菌膠團(tuán)細(xì)菌是嚴(yán)格好氧，絲狀菌適應(yīng)性強(qiáng)，在微量好氧條件下，仍正常生長(zhǎng)。B.低分子糖類和有機(jī)酸過多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明：低分子糖類和有機(jī)酸過多有利于絲狀細(xì)菌生長(zhǎng)，容易發(fā)生活性污泥絲狀膨脹。（食物種類上的差別）C.廢水C/N比高絲狀細(xì)菌適合于高C/N

36、比廢水，而菌膠團(tuán)細(xì)菌正好相反，它們需要較低C/N比廢水。,為什么？,2024/3/8,52,這是由于C是絲狀細(xì)菌衣鞘的主要成分，過量的C源可為絲狀菌吸收，并以β-羥基丁酸（PHB）的形式儲(chǔ)存，使絲狀菌進(jìn)一步生長(zhǎng)，而菌膠團(tuán)細(xì)菌對(duì)于N源的需求量要比絲狀菌大得多，一旦水中氮源貧乏，菌膠團(tuán)細(xì)菌的生長(zhǎng)將嚴(yán)重受到抑制。實(shí)踐表明活性污泥理想的BOD5與N和P的比例為BOD5：N：P＝100：5：1。通常，處理生活污水和廢水時(shí)按此值設(shè)計(jì)和運(yùn)行，如果

37、N：P比例小于這一值時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)絲狀菌優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的現(xiàn)象。此時(shí)絲狀細(xì)菌大的比表面積還能進(jìn)一步增強(qiáng)與菌膠團(tuán)細(xì)菌爭(zhēng)奪氮和磷的優(yōu)勢(shì)，使活性污泥膨脹迅速發(fā)生。,2024/3/8,53,D.毒物沖擊原因—菌絲體耐受能力強(qiáng)E.低pH曝氣池中的pH值應(yīng)保持在6.5~8.0，大量研究顯示pH＜6.0時(shí)，有利于絲狀菌生長(zhǎng)，而菌膠團(tuán)受到抑制， pH＜4.5，真菌完全占優(yōu)勢(shì)，原生動(dòng)物大部分消失，嚴(yán)重影響污泥沉淀和出水水質(zhì)。,2024/3/8,54,3.污泥

38、膨脹的預(yù)防與控制對(duì)策,如何預(yù)防污泥膨脹？A.設(shè)調(diào)節(jié)池控制高負(fù)荷（BOD、毒物）沖擊污水廠一般處理的正常負(fù)荷是0.2~0.3Kg/（Kg·d）B. 控制溶解氧溶解氧濃度必須控制在2mg/L以上。當(dāng)水溫的變化時(shí)，改變水中溶解性有機(jī)物的濃度可以保持溶解氧濃度在2mg/L條件。但在實(shí)踐中，這種方法是很難做到的。通常通過提高曝氣力度或從其它角度抑制絲狀菌的生長(zhǎng)；,2024/3/8,55,C 調(diào)節(jié)廢水的營(yíng)養(yǎng)配比盡量BOD5與N

39、和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。補(bǔ)N——尿素或含氮量高的污泥消化池上清液補(bǔ)P——磷酸鈉D. 改革工藝改動(dòng)工藝會(huì)兼得絲狀菌的優(yōu)勢(shì)性能:浮游球衣菌等絲狀微生物去除有機(jī)物的能力比較強(qiáng)，對(duì)去除有機(jī)物是有積極意義的。只是在二次沉淀池中泥水分離有困難，影響出水水質(zhì)。將活性污泥法改為生物膜法：在曝氣池中加填料改為生物接觸氧化法,2024/3/8,56,發(fā)生后如何處理？A．投加次氯酸鈉（10~20mg/l）、H2O2（100~2

40、00mg/l）有選擇的控制絲狀微生物的過度生長(zhǎng)，以防止絲狀污泥膨脹的發(fā)生。B．投加混凝劑FeSO4和FeCl3、聚合鋁鹽、聚丙烯酰胺、干污泥或濃縮消化污泥增加絮體密度、強(qiáng)度，使已膨脹的污泥恢復(fù)正常C.強(qiáng)化補(bǔ)氮（C:N＝100：20～30）D.替換污泥,2024/3/8,57,2024/3/8,58,第三節(jié) 厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落,廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機(jī)廢水的前處理;,一、厭氧法的優(yōu)點(diǎn)提問：優(yōu)點(diǎn)有哪

41、些？1．產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電或作為能源,沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間，是一種很好的燃料。,2024/3/8,59,3．對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厭氧方法為（350~500）：5：1，相比而言對(duì)N、P的需求要小的多，因此厭氧處理時(shí)可以不添加或少添加營(yíng)養(yǎng)鹽。,2.能量需求大大降低,不需供給氧氣，同時(shí)還可產(chǎn)生甲烷 每去除1kg COD好氧生物處理一般需消耗0.5~1.0 kW.h電能。

42、每去除1kg COD 厭氧生物處理約能產(chǎn)生3.5 kW.h電能。,2024/3/8,60,5．設(shè)備較簡(jiǎn)單,負(fù)荷大，占地少 厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷比好氧法要高得多，單位反應(yīng)容器的有機(jī)物去除量也因此要高得多，因此處理同樣的廢水，所用的設(shè)備就可以小得多。,4．產(chǎn)生的污泥量少，運(yùn)行費(fèi)用低 厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多 ；不需要曝氣,基于這些優(yōu)點(diǎn)，厭氧處理在食品、釀造、制糖等工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但厭氧處理也存在

43、缺點(diǎn),2024/3/8,61,1．出水的有機(jī)物濃度高于好氧處理；2．對(duì)溫度變化較為敏感；因而在工業(yè)中需要設(shè)置進(jìn)水的控溫裝置。3．厭氧微生物對(duì)有毒物質(zhì)較為敏感；較低的有毒物濃度就會(huì)引起厭氧處理的失敗，但經(jīng)過毒物馴化處理的厭氧菌對(duì)毒物的耐受力常常會(huì)極大地提高。,二、 厭氧法的缺點(diǎn),2024/3/8,62,4.厭氧反應(yīng)器初次啟動(dòng)過程緩慢，處理時(shí)間長(zhǎng) 好氧處理體系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厭氧處理

44、體系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功，這是由于厭氧菌增殖緩慢的緣故。,5．處理過程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì) 臭氣主要是硫酸鹽還原菌形成的具有臭味的硫化氫氣體以及硫醇、氨氣等臭氣。同時(shí)硫化氫還會(huì)與水中的鐵離子等金屬離子反應(yīng)形成黑色的硫化物沉淀，使處理后的廢水顏色較深，需要添加后處理設(shè)施，進(jìn)一步脫色脫臭。,2024/3/8,63,1979年布賴恩特（Bryant）等人提出厭氧消化的三階段理論，幾乎與Bryant提

45、出三階段理論的同時(shí)，Zeikus等提出了厭氧消化的四階段理論 。發(fā)酵細(xì)菌作用階段（水解發(fā)酵階段） 產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段（產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段） 產(chǎn)甲烷階段同型產(chǎn)乙酸階段,2024/3/8,64,廢水中有機(jī)物,脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇類,乙酸,H2 + CO2,厭氧消化四階段,2024/3/8,65,1 發(fā)酵細(xì)菌作用階段,碳水化合物 蛋白質(zhì) 脂類,（1）原理：,,,胞外酶,,,單糖 氨基酸 脂肪酸,,發(fā)酵,,CO2、H2、NH

46、3、H2S醇 低級(jí)脂肪酸,（2）參加的微生物：,發(fā)酵細(xì)菌群,,梭菌屬（Clostridium) 乳桿菌屬（Loclobacillus） 擬桿菌屬（Ramibaclerium),大多專性厭氧；適宜pH4.5～8,2024/3/8,66,2. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段,上階段產(chǎn)物 （丙酸、丁酸、醇等）,,,醋酸CO2、H2,（1）原理,上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、CO2以及新的細(xì)胞物質(zhì)，這一階段的主導(dǎo)細(xì)菌是乙酸菌。同時(shí)水中有硫

47、酸鹽時(shí)，還會(huì)有硫酸鹽還原菌參與產(chǎn)乙酸過程。,2024/3/8,67,（2）參加的微生物,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群 同型產(chǎn)乙酸菌,,,互營(yíng)單胞菌屬 互營(yíng)桿菌屬 梭菌屬 暗桿菌屬,絕對(duì)厭氧菌或兼性厭氧菌；適宜pH 4.5～8,CH3COOH、H2、CO2、HCOOH、CH3OH和CH3NH2等被甲烷菌利用被轉(zhuǎn)化為甲烷和以及甲烷菌細(xì)胞物質(zhì)。,（厭氧消化的控制階段）,3．產(chǎn)甲烷階段,2024/3/8,68,（1）原理,H2、CO2、CH3CO

48、OH HCOOH、CH3NH2、CH3OH,（2）參加的微生物,產(chǎn)甲烷桿菌屬 產(chǎn)甲烷短桿菌屬 產(chǎn)甲烷球菌屬,嚴(yán)格厭氧，要求氧化還原電位在?300??400 mv，氧和氧化劑對(duì)其有很強(qiáng)的毒害作用；產(chǎn)甲烷菌的增殖速率很慢，世代時(shí)間很長(zhǎng)，可達(dá)4?6天，因此，一般情況下產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化的限速步驟。,2024/3/8,69,產(chǎn)甲烷菌只能利用氫氣、二氧化碳、一氧化碳、乙酸、甲酸、甲醇及甲基胺等簡(jiǎn)單物質(zhì)產(chǎn)生甲烷和組成自身細(xì)胞物質(zhì)。 P31

49、7主要功能：將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物——乙酸和H2、CO2轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進(jìn)行；產(chǎn)甲烷菌可分為兩大類：乙酸營(yíng)養(yǎng)型和H2營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌；乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類較少，但在厭氧反應(yīng)器中，有72%的甲烷是來自乙酸的氧化分解；,經(jīng)過這些階段大分子的有機(jī)物就被轉(zhuǎn)化為CH4、 CO2、 H2、 H2S等小分子物質(zhì)和少量的厭氧污泥。,2024/3/8,70,在生物分類學(xué)上，產(chǎn)甲烷細(xì)菌(Methanogens)屬于古細(xì)菌(A

50、rchaebacteria)，大小、外觀上與普通細(xì)菌(Eubacteria)相似，但實(shí)際上，其細(xì)胞成分特殊，特別是細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)較特殊；在自然界的分布，一般可認(rèn)為是棲息于一些極端環(huán)境中（如地?zé)崛⑸詈；鹕娇凇⒊练e物等），但實(shí)際上其分布極為廣泛，如污泥、昆蟲腸道、濕樹木、厭氧反應(yīng)器等；,2024/3/8,71,不同形態(tài)的產(chǎn)甲烷菌,①產(chǎn)甲烷桿菌：——a、瘤胃甲烷短桿菌,,2024/3/8,72,不同形態(tài)的產(chǎn)甲烷菌,①產(chǎn)甲烷桿菌： ——b、

51、史氏甲烷短桿菌,,2024/3/8,73,不同形態(tài)的產(chǎn)甲烷菌,②產(chǎn)甲烷球菌——斯氏甲烷球菌,2024/3/8,74,不同形態(tài)的產(chǎn)甲烷菌,③產(chǎn)甲烷八疊球菌,2024/3/8,75,不同形態(tài)的產(chǎn)甲烷菌,④產(chǎn)甲烷絲菌,2024/3/8,76,四、厭氧顆粒污泥,厭氧顆粒污泥形狀多種多樣，呈卵形、球形、絲狀、棒形等等；粒徑平均直徑為1mm，一般在0.1-2mm之間，最大可達(dá)3-5mm。最好的顆粒厭氧活性污泥是以絲狀厭氧菌為骨架和具有絮凝能力的厭

52、氧菌團(tuán)?；纬傻膱A形或橢圓形污泥顆粒。,顆粒污泥質(zhì)軟，有韌性及粘性，顏色多為黑色、灰色等；顆粒污泥的組成主要包括各類厭氧微生物、胞外多聚物和礦物質(zhì)等,2024/3/8,77,顆粒污泥的掃描電鏡照片（運(yùn)行180天）——產(chǎn)甲烷絲菌,2024/3/8,78,左上：顆粒污泥的外觀；右上：顆粒污泥表面的（類似）索氏產(chǎn)甲烷絲菌；,2024/3/8,79,顆粒內(nèi)部產(chǎn)甲烷球菌與絲狀菌,顆粒污泥內(nèi)部的產(chǎn)甲烷八疊球菌,顆粒污泥的內(nèi)部細(xì)菌——產(chǎn)甲烷八疊球

53、菌,2024/3/8,80,二、光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水BOD5在10000mg/L以上的高濃度有機(jī)廢水（濃糞便水、豆制品廢水、食品加工廢水、屠宰廢水等）可用有機(jī)光合細(xì)菌（PSB）處理。處理的BOD5 去除效果可達(dá)95%，甚至達(dá)98%。,光能異養(yǎng)細(xì)菌（無氧有光） 光能+色素 有機(jī)物 + CO2 → 菌體 [CH2O]小分子有機(jī)物碳源,常用的有機(jī)光合

54、細(xì)菌有：紅螺菌科的紅螺菌屬、紅假單胞菌屬和紅微菌屬。,在污水處理中的優(yōu)勢(shì)：不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機(jī)廢水（食品行業(yè)）的高效處理,2024/3/8,81,三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理高濃度的SO42-對(duì)微生物有毒害作用。去除的方法有，化學(xué)法：加CaO和Ca(OH)2生成CaSO4沉淀，若加少量的FeCL3，效果更佳。厭氧微生物方法：用SRB法，利用在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌發(fā)生反硫化作用，以SO42-為最終電子受體，利用