生物降解

第四节废水生物处理中的微生物一、废水处理中的几个概念二、废水的好氧生物处理三、废水的厌氧生物处理四、微生物的脱氮除磷五、用生物法处理废水对水质的要求本节主要内容第十一章污水生物处理系统中的主要微生物•第一节污水生物处理的基本原理一、污水生物处理的基本原理利用微生物氧化分解废水中的有机物是十分有效的。这种利用微生物处理废水的方法叫做生物处理法。目前生物处理法主要是用来除去废水中溶解的和胶体的有机污染物质以及氮、磷等营养物质，亦可用于某些重金属离子和无机盐离子的处理。废水生物处理法：利用微生物处理废水的方法。根据对氧气的要求好氧生物处理厌氧生物处理生物处理单元：附着生长型（生物滤池）悬浮生长型（曝气池）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生态系统：生物与生物、生物与非生物（环境）之间的相互关系。各类处理系统中的微生物都是混合培养的微生物系统。从“生物处理生态学”角度看，生物处理构筑物中包含一个完整的生态系统。各类生物构成一个食物网。可以画成一个食物金字塔。在这种食物网金字塔中具有不同层次的营养水平。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第二节有机污染物好氧生物处理的基本原理及其主要微生物一、污水的好氧生物处理1、概念：好氧生物处理(或称好气生物处理)是在有氧的情况下，借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用来进行的。2、废水好氧生物处理作用对象●溶解的有机物——直接渗入细胞内被吸收●固体的、胶体的有机物——间接吸收附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，渗入细胞。•通过好氧处理，废水中一部分有机物被无机化了，一部分有机物则被合成为微生物的细胞物质。当废水中有机物较多时(超过微生物生活所需时)，合成部分增大，微生物总量增加较快；当废水中有机物不足时，一部分微生物就会因饥饿而死亡，它们的尸体将成为另一部分微生物的“食料”，微生物的总量将减少。微生物的细胞物质虽然也是有机物质，但微生物是以悬浮的状态存在于水中的，相对地说，个体比较大也比较容易凝聚，可以同废水中的其它一些物质(包括一些被吸附的有机物和某些无机的氧化产物以及菌体的排泄物等)通过物理凝聚作用在沉淀池中一起沉淀下来。•由此可见，好氧生物处理法持别适用于处理溶解的和胶体的有机物，因为这部分有机物不能直接利用沉淀法把它们除去，而利用生物法则可把它们的一部分转化成无机物，另一部分转化成微生物的细胞物质从而与废水分离，但必须注意，沉淀下来的污泥(其中含有大量微生物)在缺氧的情况下容易腐化，应作适当的处置。3、废水好氧生物处理的优缺点●优点：无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD580～90％●缺点：设备复杂4、废水好氧生物处理的方法活性污泥法★、生物膜法★（生物滤池法、生物转盘法）氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。问：什么是活性污泥？活性污泥中起主要作用的是什么物质？？答：曝气池中形成的污泥（土壤微生物群）！菌胶团！活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术二活性污泥法处理构筑物内的微生物1、什么是好氧活性污泥好氧活性污泥是在曝气状态下由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与污(废)水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。活性污泥的形成是一种自然现象。例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并持续维持水中的溶解氧，那末经过一段时间后，就会产生褐色絮花状的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里充满了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污泥。微生物在设备中呈悬浮状态。2、好氧活性污泥的组成和性质（1）组成好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。（2）好氧活性污泥的性质颜色以棕褐色为佳黑色说明厌氧、白色说明无机物过多；含水率在99％左右，密度为1.002~1.006；大小0.02~0.2mm，比表面积为20~100cm2／mL之间;弱酸性(pH6.7),对进水pH的变化有一定的承受能力。3、好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中心是能起絮凝作用的细菌形成的菌胶团，在其上生长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等)。A．菌胶团在微生物学领域里，将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。提问：菌胶团有哪些功能？①吸附和氧化分解有机物；菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%,有107~108个/mL，他们是生物处理的主力军，一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。②菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境；例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。a.菌胶团的功能为什么细菌会形成菌胶团？？①粘性多糖的粘着作用很多细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。b.菌胶团的形成机理②纤维素性质多糖的勾连作用将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，如图所示活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片提问：这些纤维素从何而来？细菌的胞外分泌物③原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用；实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；小口钟虫c.菌胶团中的细菌菌胶团中的细菌来源于土壤、水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占70％，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌见下表。细菌名称细菌名称细菌名称动胶团属(优势菌)短杆菌属微球菌属丛毛单胞菌属(优势菌)固氮菌属黄杆菌属产碱杆菌属(较多)亚硝化单胞菌属无色杆菌属棒状杆菌属(较多)假单胞菌属节杆菌属芽孢杆菌属病原细菌（偶尔）大肠埃希氏菌产气杆菌属工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但优势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌。B．活性污泥中的其它微生物在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后生动物。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫和原生动物中的轮虫。这些微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组成、浓度)、温度、供氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。•原生动物是活性污泥的重要组成部分，其个数可达5000个/ml，随着活性污泥的逐步成熟，混合液中的原生动物的优势种类也会顺序变化，从肉足类、鞭毛类优势动物开始，依次出现游泳型纤毛虫、爬行型纤毛虫、附着型纤毛虫。•爬行型纤毛虫和附着型纤毛虫与活性污泥絮体紧密连接，一旦达到一定密度就会随着二沉池中沉淀的回流活性污泥返回曝气池，而被冲洗(washout)掉的大部分是鞭毛类优势动物和游泳型纤毛虫。•新运行的曝气池或运行得不好的曝气池，池中主要含鞭毛类原生动物和根足虫类(Rhizopods)，只有少量纤毛虫；•出水水质好的曝气池混合液中，主要含纤毛虫，只有少量鞭毛型原生动物和变形虫。•这种污泥状态和出水水质和微生物种类的连带关系是利用原生动物指示活性污泥处理厂出水水质的理论基础。活性污泥原生动物(三)好氧活性污泥净化废水的作用机理后处理生物处理（二级处理）化学营养物曝气池沉淀池污泥回流净水外排预处理（一级处理）污泥及余渣消化罐活性污泥的优势：（1）可以连续反复使用。好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，且易于分离，而化学药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。（2）可以降解水中的溶解性有机物。这也是物理化学方法难以做到的。泥水分离良好，出水清澈三好氧活性污泥运行中微生物造成的问题常见故障：二次沉淀池中固液分离（泥水分离）出现问题。起因：污泥絮状体的结构不正常。絮体最大尺寸取决于它的粘聚强度和曝气池中紊流剪切作用的大小。正常的絮状体的结构有两类：微结构：较小絮体，球形，直径75um，较密实但相对地较易破碎。在曝气池紊流条件下易被剪切成小颗粒。宏结构：微生物凝聚在丝状微生物周围，较大不规则。这种絮体具有较强的抗剪切强度。絮体不稳定、破裂细菌不凝聚，为游离个体。原因：■低溶氧、低pH值现象：污泥在沉淀池中呈悬浮状，高浓度地随水流流出。由“硬”洗涤剂的使用而引起诺卡氏菌属的丝状微生物超量生长，气泡又附着在诺卡氏菌的菌体上。温度18℃，长泥龄（9天）利于该菌生长。微结构絮体造成A不凝聚B起泡沫（厚、棕色泡沫）■在过度曝气时，紊流剪切絮块成碎块。概念：活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮水面，比重减轻，随着水流而排出。该异常现象称之。由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起。造成的结果：稀薄污泥回流至曝气池。出水BOD5升高。C污泥膨胀◆BOD;N及BOD:P很高，特别N不足（BOD:N:P=100:5:1)◆进水中低分子碳水化合物过多◆水温低◆溶氧低◆低pH◆重金属等有毒物流入多。◆调节水的酸碱度◆将沉淀污泥和消化污泥搅拌混合◆添加铁盐（FeCl25~50mg/L)、铝盐(10~100mg/L)、氯(10~20mg/L、H2O2)(40~200mg/L），前两者连续添加，后两者间歇添加。◆降低溶解氧浓度（曝气池1mg/L)◆对回流污泥在曝气。产生原因：防止措施：（五）生物滤池中的微生物（生物膜法）包括：生物滤池（以此为例）生物转盘生物接触氧化法生物流化床生物膜法又称固定膜法。主要去除废水中溶解的和胶体的有机污染物。微生物为附着型生物滤池的结构三个主要部分滤床布水系统排水系统池体滤料生物滤池的结构图1旋转布水器2滤料3集水沟4总排水沟5渗水装置生物滤池的滤料滤料是生物膜赖以生存的载体。滤料应具备以下特性：（1）能为微生物的栖息提供大量的表面积。（2）能使废水以液膜状均匀分布在其表面。（3）有足够大的孔隙率，使生物膜能随水通过孔隙流到池底。保证有良好的通风。（4）适合于生物膜的形成与黏附（5）有较好的机械强度，不易变形与破碎。滤料的材料：碎石、卵石、炉渣。近年使用塑料滤料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）什么是生物膜？微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。是一个生态系统。结构由两部分组成附着生物体液膜好氧微生物（膜外层）厌氧微生物（接触滤料）附着水层流动水层膜内生物不停挖洞，膜多孔。大量有机物在好氧区被分解。厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成滤料生物滤池中的微生物污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季2～4周形成生物膜。冬季需2个月。细菌：多数为G-，能形成菌胶团。无色杆菌、黄杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌真菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌藻类：小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面）原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫后生动物：轮虫、线虫。第三节废水的厌氧生物处理（一）厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物（二）厌氧微生物群体间的关系（三）厌氧生物处理的影响因素（四）厌氧法处理废水的特征（五）厌氧法处理废水的应用（一）厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物废水的厌氧生物处理：在无氧的条件下，借多种厌氧微生物的作用处理废水。又叫厌氧消化。1881年法国报道了罗伊斯.莫拉斯（LouisMouras）发明的“自动净化器”,开始了利用厌氧消化处理废水的历史,至今已100多年。1979年布利安特（Bryant）等人提出厌氧消化的三阶段4类群理论。▲发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段）▲产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段）▲产甲烷阶段三阶段4类群理论1、发酵细菌作用阶段碳水化合物蛋白质类脂（1）