水环境污染控制与治理的生态工程已微生物原理

第九章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物原理第一节污废水生物处理中的生态系统废水的生物处理的方法很多根据微生物与氧的关系可分为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。活性污泥是由细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有吸附分解有机物质能力的絮状体。生物膜附着在填料上呈薄膜状的活性污泥一、好氧活性污泥法活性污泥法又称曝气法，是以废水中的有机污染物作为培养基（底物），在人工曝气充氧的条件下，对各种微生物群体进行混合连续培养，使之形成活性污泥。并利用活性污泥在水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中的有机污染物的废水处理方法。（一）好氧活性污泥中的微生物1.好氧活性污泥的组成与性质1、什么是好氧活性污泥？由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。具有沉降性能和生物活性，吸附和氧化有机物的能力。组成：微生物（好氧、兼性及少量厌氧）+固体杂质（有机和无机）显微镜下的活性污泥2、活性污泥的性质颜色黄褐色状态似矾花絮绒颗粒味道土腥味相对密度含水率：99.2～99.6％曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒径0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积活性污泥法的基本流程后处理生物处理（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情况活性污泥3、好氧活性污泥的存在状态完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在，池内任一点，微生物群落基本相同；推流式曝气池中，各区段之间的微生物种群和数量有差异，随推流方向微生物种类依次增多，在区段内各点微生物群落基本相同栖息着的微生物4、活性污泥的组成大量的细菌真菌原生动物后生动物活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，以细菌为主体（净化污水的第一承担者），还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。（1）细菌：净化污水的第一承担者，即主要承担者①异养型原核细菌（107～108个/mL）；②特征：G=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒（2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌，具有分解有机物的功能。若大量繁殖则会引起污泥膨胀。（3）原生动物：肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫等。通过辨认原生动物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生动物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者，它是污水净化的第二承担者。（4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中不经常出现，轮虫的出现是水质稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。活性微生物的分类及作用5．好氧活性污泥的微生物群落好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团。在其上面生长有其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及微型后生动物等。活性污泥中有机成分主要由微生物及其代谢产物构成。这些微生物群体构成了一个相对稳定的微型生态系统。高效的活性污泥应具有以下几个特征：①活性污泥具有很强的吸附能力。②活性污泥具有很强的有机物降解能力。③活性污泥具有良好的沉降性能。6．好氧活性污泥中微生物的浓度和数量常用MLSS（混合液悬浮固体）或MLVSS（混合液挥发性悬浮固体）来表示。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。1ml好氧活性污泥中的细菌数在107-108个。活性污泥数量的指标(1)MLSS，即混合液悬浮固体浓度——表示在单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物质的总质量，单位以mg/L。经典值2000－3000mg/L指1L曝气池混合液中所含悬浮固体干重，它是衡量反应器中活性污泥数量多少的指标。由于ＭＬＳＳ在测定上比较方便，所以工程上往往以它作为估量活性污泥中微生物数量的指标。一般反应器中污泥浓度控制在２.0～６.0g/L。(2)MLVSS，即混合液挥发性悬浮固体浓度——指混合液活性污泥中有机固体物质的浓度，单位为mg/L。1L曝气池混合液中所含挥发性悬浮固体含量。ＭＬＶＳＳ能比较确切地反映反应器中微生物的数量。一般情况下处理生活污水的活性污泥的MLVSS/MLSS比值在0.75左右，对于工业污水，则因水质不同而异，MLVSS/MLSS比值差异较大。（0.5~0.9之间）f=MLVSS/MLSS0.75f：对于生活污水•（3）SV(SolidVolume、30分钟沉降比)指曝气池混合液在量筒中静止30min后，污泥所占体积与原混合液体积的比值。正常的活性污泥沉降30min后，可接近其最大的密度，故在正常运行时，SV％大致反映了反应器中的污泥量，可用于控制污泥排放。一般曝气池中SV％正常值为20%～30%。SV％的变化还可以及时反映污泥膨胀等异常情况。所以SV％是控制活性污泥法运行的重要指标。•（4）SVI(SolidVolumeIndex、污泥体积指数)污泥体积指数指曝气池混合液经30min静止沉降后的浓污泥中，每1g干污泥所占的体积，单位为ml/g。SVI反应的是经过沉淀浓缩后的污泥浓度。SVI＝混合液30min沉降后污泥容积／污泥干重＝（ＳＶ％×１００）/MLSSＳＶＩ反映了污泥的松散程度和凝聚性能，ＳＶＩ过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，微生物数量少，此时污泥缺乏活性和吸附能力。ＳＶＩ过高则说明污泥结构松散，难于沉淀分离，即将膨胀或已经发生膨胀。SVI100污泥沉降性能较好100SVI200污泥沉降性能一般200SVI污泥沉降性能差正常情况下：城市生活污水处理设施中的SVI在50~150之间；SVI过高、过低意味着什么？•（5）污泥负荷(SludgeLoading)污泥负荷是反应器设计和运行的一个重要参数，它指单位活性污泥每天所能去除的5日生化需氧量，单位是kgBOD/kgMLSS.d。污泥负荷又叫F/M比，即养料（Food）与活性污泥（MLVSS）之间的比值，养料即BOD。进行工程设计时，对于污泥负荷的选择需要考虑预期运行的处理效率和出水效果、曝气量、泥龄等参数。低污泥负荷0.1-0.25kgBOD5/kgMLSS·dBOD去除率90～95%常规污泥负荷0.3-0.6kgBOD5/kgMLSS·dBOD去除率85～98%高污泥负荷1.0-5.0kgBOD5/kgMLSS·dBOD去除率50～60%•（6）容积负荷容积负荷是反应器设计和运行的一个重要参数，它指单位反应器容积内每天所能去除的5日生化需氧量，单位是kgBOD/立方米.天。容积负荷是衡量实际生化处理过程中处理效率的重要指标，直接关系到工程的投资总额、占地面积大小等环节。容积负荷与污泥负荷之间的关系？1.净化废水的作用机理①生物絮凝②生物吸附③生物氧化④沉淀作用（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理2.生物吸附、降解有机物的过程①在有氧条件下，絮凝性微生物吸附废水中的有机物；②水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时微生物合成自身细胞；溶解性有机物直接被细菌吸收并被氧化分解而无机化；③其它的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。上一页下一页本章目录有机污染物好氧微生物处理的一般途径能量32能量+322227+O内源呼吸↓内源呼吸残留物内源呼吸产物HOCONH+2分解代谢2+O微生物↓zyx污水中有机污染物CHO5合成代谢代谢产物HOCONH图4-5微生物对有机物的分解代谢及合成代谢及其产物的模式图合成细胞物质CHNOHOH2yxCOO)2z4yx(OHC222zyx酶HOHynCOxnNOHCOzyxnnNHOHnCnzyx2227523)4(2)5()()524(微生物细胞的化学式酶HnNHOnHnCOnONOHCn3222275255)(酶氧化分解合成代谢（合成新细胞）内源代谢图4-6微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼提出）合成氧化可降解有机物2/31/3内源代谢20%残留物质新细胞物质无机物＋能量80%无机物＋能量（三）菌胶团的作用菌胶团：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。菌胶团细菌是活性污泥的主体，是活性污泥结构和功能的中心，多为G－。菌胶团是活性污泥的中心（三）菌胶团的作用（1）对有机物进行吸附和氧化分解具有很强的吸附、氧化分解有机物的能力。（2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境（3）为原生动物提供附着场所为原生动物、微型后生动物提供了良好的生存环境、附着场所。（4）具有指示作用通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。活性污泥培养初期活性污泥培养中期活性污泥培养成熟期鞭毛虫游泳型纤毛虫、鞭毛虫钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫1.指示作用微生物出现的先后次序是：细菌→植物性鞭毛虫→肉足类(变形虫)→动物性鞭毛虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮虫。(1)根据微生物的演替判断水质和污水处理程度及判断活性污泥培养成熟程度（四）、原生动物及微型后生动物的作用1.指示作用微生物出现的先后次序是：细菌→植物性鞭毛虫→肉足类(变形虫)→动物性鞭毛虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮虫。(1)根据微生物的演替判断水质和污水处理程度及判断活性污泥培养成熟程度（五）原生动物及微型后生动物的作用活性污泥培养初期活性污泥培养中期活性污泥培养成熟期鞭毛虫游泳型纤毛虫、鞭毛虫钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫(2)根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏固着型纤毛虫、轮虫等出现，说明活性污泥正常、出水水质好；草履虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质差；线虫出现则说明缺氧。(3)根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。2.净化作用腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物；动物性原生动物、微型后生动物吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小生物；3.有利于减少剩余污泥原生动物、微型后生动物的出现，延长了食物链，减少剩余污泥形成量。4.促进絮凝和沉淀作用原生动物分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用；钟虫等固着型原生动物的尾柄周围分泌粘性物质，许多尾柄交织粘集在一起和细菌凝聚成大的絮体；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（五）、几种处理工艺流程各种类型活性污泥运行方式•推流式曝气池的基本结构•推流式曝气池运行特点：活性污泥处理效果好，但易受到水质波动冲击的影响，运行不稳定。•推流式活性污泥池常被分割成几个廊道，每个廊道深3-5m，宽3~6m，长20-80m。•1、传统的推流式曝气池各种类型活性污泥运行方式推流式曝气池流程示意除了抗冲击性能外，还存在氧的供需不平衡问题回流污泥进水曝气池剩余污泥沉淀池出水•减渐曝气法就是通过合理布置曝气装置，使气量沿池长方向逐渐减少，所以采用减渐曝气法可以克服传统曝气法需氧量和供氧量之间的矛盾，提高系统对氧气的利用率。各种类型活性污泥运行方式渐减曝气法阶段曝气法（多点进水法）•调节供氧量有困难，可以调节需氧量各种类型活性污泥运行方式阶段曝气法（多点进水法）各种类型活性污泥运行方式完全混合反应器•与推流式反应器相比，完全混合反应器可能存在的优点和缺点；A、承受冲击能力B、全池供氧、需氧平衡C、曝气池和沉淀池可以合建，不需单独设置沉淀池•根据具体的构造，完全混合式活性污泥法又可分为合建式完全混合曝气法（又叫曝气沉淀法）和分建式完全混合式曝气池