【污水的微生物處(課堂PPT)

1、1,污水的微生物處理,2,世界水資源現(xiàn)狀,環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐證明，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須解決好發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾。 全球水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日趨嚴(yán)重。據(jù)水文地理學(xué)家的估算，地球上的水資源總量約為億立方公里，其中是海水（億立方公里）。淡水只占，其中絕大部分為極地冰雪冰川和地下水，適宜人類享用的僅為 世紀(jì)年代以后，全球人口急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。本屆世界水論壇提供的聯(lián)合國水資源世界評估報告顯示，全世界每天約有噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染升淡水

2、；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲條河流中僅有條水質(zhì)差強(qiáng)人意。,3,世紀(jì)，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了倍。世界上許多國家正面臨水資源危機(jī)：億人用水短缺，億人缺乏用水衛(wèi)生設(shè)施，每年有萬到萬人死于和水有關(guān)的疾病。到年，水危機(jī)將蔓延到個國家，億人為水所困。水資源危機(jī)帶來的生態(tài)系統(tǒng)惡化和生物多樣性破壞，也將嚴(yán)重威脅人類生存。 水資源危機(jī)既阻礙世界可持續(xù)發(fā)展，也威脅著世界和平。過去年中，由水引發(fā)的沖突共起，其中起有暴力性質(zhì)，起演變?yōu)檐娛聸_突。專家警告說，隨著水資源日益緊缺，水的爭奪戰(zhàn)將愈演愈烈。,4,水污染物的類型及來源, 生活污水 生

3、活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機(jī)物，有機(jī)物。無機(jī)物如氯化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機(jī)物有纖維素，淀粉，脂肪，蛋白質(zhì)和尿素等。排放入環(huán)境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。 工業(yè)廢水 工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，印刷廢水，化工廢水等。 農(nóng)業(yè)廢水 它面廣而量大且分散。農(nóng)田使用農(nóng)藥，化肥，進(jìn)入水體造成水體富營養(yǎng)化。,5,.污水處理方法分類, 物理法 利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)。主要有沉淀法，過濾法，離心分離法，吸附法等。 化學(xué)法 利用化學(xué)反應(yīng)原理及方法來分離，回收廢水中的污染物，或改變污染物的性質(zhì)，使它從有

4、害變?yōu)闊o害的處理法。主要有化學(xué)凝聚法，中和法，氧化還原法，離子交換法。 生物法 主要利用微生物的生命活動過程，對廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的作用，從而是污水得到凈化的方法。,6,.微生物簡介,微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細(xì)菌，放線菌和藍(lán)細(xì)菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細(xì)胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點(diǎn)，能不斷與周圍環(huán)境快速進(jìn)行物質(zhì)交換。污水具備微生物生長繁殖的條件，因而微生物能從污水中獲取養(yǎng)分，同時降解和利用有害物質(zhì)，從而使污水得到凈化。因此微生物可在污水凈化和治理中得到廣泛應(yīng)用，造福人類。 微生物能降解和轉(zhuǎn)化污染物主要是因?yàn)槲?/p>

5、生物具有以下幾個特點(diǎn)：個體微小，比表面積大，代謝速率快；種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；具有多種降解酶；繁殖快，易變異，適應(yīng)性強(qiáng)；共代謝作用等。,7,原理,利用微生物處理污水實(shí)際就是通過微生物的新陳代謝活動,將污水中的有機(jī)物分解,從而達(dá)到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖，蛋白質(zhì)，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.,8,好氧凈化 氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦物化，在把有機(jī)物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置

6、于一定的構(gòu)筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，高效率凈化污水的方法。 厭氧凈化 微生物在嚴(yán)格厭氧條件下，有機(jī)物發(fā)酵或消化過程中，大部分有機(jī)物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細(xì)胞能量轉(zhuǎn)移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機(jī)物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機(jī)污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質(zhì)，再由產(chǎn)甲烷厭氧細(xì)菌和產(chǎn)氫細(xì)菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機(jī)酸類和類經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。,9,微生物凈化過程,.有機(jī)污染物的

7、濃度由高變低 .異養(yǎng)細(xì)菌迅速氧化分解有機(jī)污染物而大量繁殖，然后是以細(xì)菌為食料的原生動物出現(xiàn)數(shù)量高峰，再后是由于有機(jī)物礦化，利于藻類的生長，而出現(xiàn)藻類的生長高峰。 .溶解氧濃度隨著有機(jī)物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點(diǎn)，隨后，由于有機(jī)物的無機(jī)化和藻類的光合作用及其他好氧微生物數(shù)量的下降，溶解氧又恢復(fù)到原來水平。 這樣，在離開污染源相當(dāng)?shù)木嚯x之后，水中的微生物數(shù)量，有機(jī)物，無機(jī)物的含量，也都下降到最低點(diǎn)。于是，水體恢復(fù)到原來的狀態(tài)。,10,微生物處理優(yōu)點(diǎn),微生物具有來源廣，易培養(yǎng)，繁殖快，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，易變異的特征在生產(chǎn)上較容易的采集菌種進(jìn)行培養(yǎng)繁殖，并在特定條件下進(jìn)行馴化，使之適應(yīng)不

8、同的水質(zhì)條件，從而通過微生物的新陳代謝使有機(jī)物無機(jī)化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用相對較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化效率之高是任何天然的或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所不能比擬的。,11,污水處理中重要的微生物種群,12,1.絲狀細(xì)菌,絲狀細(xì)菌(Filamentous bacteria)能顯著影響絮狀活性污泥的沉降性(污泥膨脹)或引起生物量變化和泡沫形成(污泥發(fā)泡)，從而嚴(yán)重影響活性污泥的處理效率傳統(tǒng)上，絲狀細(xì)菌是通過光學(xué)顯微鏡學(xué)進(jìn)行分析鑒定的，如革蘭氏和N

9、eisser染色反應(yīng)、典型的形態(tài)學(xué)特征等但應(yīng)用fullcycle rRNA技術(shù)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定方法不能發(fā)現(xiàn)污水廠活性污泥中的許多絲狀細(xì)菌 。 系統(tǒng)發(fā)生樹部分提供了絲狀菌的系統(tǒng)發(fā)生親緣關(guān)系，但有些絲狀類型如Eikelboom 1863或Nostocoidalimicola等則是放置在完全無關(guān)的類群中現(xiàn)在利用rRNA目標(biāo)寡聚核苷酸探針能迅速地鑒定大多數(shù)絲狀菌，證明在活性污泥中有些絲狀菌呈現(xiàn)多態(tài)性現(xiàn)象Kanagawa等(2000)從活性污泥中分離出15種絲狀菌，根據(jù)形態(tài)被分類為Eikelboom 21 N，利用16S rDNA序列分析表明都同變形桿菌亞綱的Thiothrix絲狀菌形成單系群(mo

10、nophyletic group).Thiothrix絲狀菌在污水中通常表現(xiàn)出生理多能性，在異養(yǎng)、兼性營養(yǎng)和化能自養(yǎng)情況下，它們都能同標(biāo)記的乙酸鹽或碳酸氫鹽結(jié)合。在厭氧狀況下(無論有無硝酸鹽)，Thiothrix絲狀菌都很活躍，它通過吸收硫代硫酸鹽和乙酸鹽來形成胞內(nèi)硫粒。 利用絲狀菌的FISH探針，Mircothrix parvicella被發(fā)現(xiàn)有特殊的脂消費(fèi)，在厭氧情況下專門吸收長鏈脂肪酸(而不是短鏈脂肪酸和葡萄糖)，隨后當(dāng)硝酸鹽或氧可用作電子受體時它們則使用貯存完成生長不過，在厭氧情況下，M.parvicella不能吸收磷，不適合那些有除磷要求的生物反應(yīng)器利用FISH技術(shù)對絲狀菌進(jìn)行系統(tǒng)分

11、類發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)未描述的絲狀菌屬于綠色非硫細(xì)菌(Chloroflexi)，也可能是污水生物處理系統(tǒng)中豐度最高的絲狀菌。Liao等(2004)發(fā)展一種定量FISH，對實(shí)驗(yàn)室和污水廠反應(yīng)器中的絲狀菌進(jìn)行了研究，以增加Sphaerotilus natans的方式來刺激污泥膨脹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是Eikelboom 1851菌叢(而不是試驗(yàn)的Snatans菌)同活性污泥容積指數(shù)(volume index)極度相關(guān)，其可延伸的菌絲長度約為610。la,mmL。,13,2.生物除磷的重要細(xì)菌,生物除磷可以在EBPR的微生物途徑中由完成，該過程通過循環(huán)活性污泥進(jìn)行交替的厭氧、需氧為特征?；谖⑸锏募兣囵B(yǎng)技術(shù)，變形桿

12、菌綱亞綱的不動桿菌屬(Acinetobacter)長期被認(rèn)為是唯一的PAO(Polyphosphateaccumulating organism)但實(shí)際上，雖然不動桿菌能積累多聚磷酸鹽，卻沒有PAO的典型代謝方式Wanger等(1994)用rRNA目的探針測試后認(rèn)為，主要的PAO應(yīng)該為口亞綱中的Rhoclocyclus群，其次為 亞綱中的Planctomycete群及屈撓桿菌屬(Flexibacter)、CFB群(CytophagaFlavobacteriumBacteroides)等利用螢光抗體染色、呼吸醌檢測和屬特異探針的FISH等非培養(yǎng)方法，證明在EBPR系統(tǒng)中，由于培養(yǎng)偏差顯然高估了不

13、動桿菌的相對豐度，表明其對EBPR系統(tǒng)實(shí)際上不是最重要的，而另外一些分離出的細(xì)菌才是PAO的候選者。不過，有7個Acinembacter新種從活性污泥中分離到，可望進(jìn)一步闡釋該屬在脫磷中扮演的角色和意義。 積磷小月菌(Microlunatus phosphovorus)是一個高G+C含量的革蘭氏陽性菌，被認(rèn)為是專性好氧菌，可以通過EMP途徑發(fā)酵葡萄糖為乙酸，而不能夠在厭氧情況下生長有明顯吸收葡萄糖、分泌乙酸的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致胞內(nèi)乙酸積累；產(chǎn)生的乙酸在隨后的好氧階段消耗掉phosphovorus表現(xiàn)出卓越的吸收和釋放磷的能力，磷釋放率和吸收率可分別高達(dá)334 mmol gcellh和156 mmol

14、gcellh，比Lampropedia spp和Acinetobacterspp要高1個數(shù)量級，特異探針證明其在EBPR工廠里可占總細(xì)菌的27。 俊片菌屬(Lampropedia)也擁有聚磷菌的基本代謝特征，但比EBPR模型預(yù)言的吸收乙酸鹽釋放磷酸鹽的比率要低很多那些被建議名為“Candidatus Accumulibacter phosphates”已被證實(shí)顯著存在于EBPR系統(tǒng)中Saunders等(2003) 在對6個運(yùn)行污水廠進(jìn)行了檢測后認(rèn)為，很可能“無關(guān)緊要”的“CandidatusAccumulibacter phosphates”正是重要的PAO另外還有顯微鏡原位觀察顯示，酵母菌很

15、可能涉及在生物除磷中，許多“聚磷菌”很可能是酵母菌的孢子，但其作用機(jī)理顯然還需要進(jìn)一步探討,14,3.硝化細(xì)菌,氮循環(huán)是高度依賴微生物活性和轉(zhuǎn)化的一個過程這類微生物在污水處理、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有極其重要的作用，因此成為近年來世界研究的熱點(diǎn)，變形桿菌的亞綱幾乎已經(jīng)成為微生物生態(tài)學(xué)的模式系統(tǒng) Kindaichi等(2004)對自養(yǎng)硝化生物膜進(jìn)行了FISH分析表明，膜上有50屬于硝化細(xì)菌，其余50為異養(yǎng)細(xì)菌，分布為變形桿菌亞綱23 ，亞綱13 ，綠色非硫細(xì)菌9 ，CFB群2，未定類群3該結(jié)果表明，硝化細(xì)菌通過可溶性產(chǎn)物的產(chǎn)生支持了異養(yǎng)菌，異養(yǎng)菌也從代謝多樣性等方面確保了生物膜的生態(tài)穩(wěn)定性 從培養(yǎng)角度來說

16、，硝化細(xì)菌生長極慢；由于硝化細(xì)菌的分布同pH、溫度等敏感，所以污水廠的硝化作用常有崩潰的情況發(fā)生,15,3.1.氨氧化茵,基于16S rDNA序列分析，已經(jīng)分離和描述過的氨氧化細(xì)菌都分屬于變形桿菌綱的2個單系群中Ni-trosococcusoceanus和Nhalophilus屬于Proteobacteria的亞綱，包括亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)和亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus)，后3個屬關(guān)系密切；而Nitrosococcus mobilis(實(shí)際是Nitrosomonas的一個成員)

17、則在亞綱組成緊密相關(guān)的集合,16,32 亞硝酸氧化茵,基于超微特性，已培養(yǎng)出的亞硝酸氧化菌(Nitriteoxidizing bacteria，NOB)被分為4個已知屬，硝化桿菌屬(Nitrobacter)，硝化刺菌屬(Nitrospina)，硝化球菌屬(Nitrococcus)和硝化螺菌屬(Nhrospira)16S rDNA序列比較分析表明，硝化桿菌屬及其3個種都屬于變形桿菌的一亞綱；Nitrospina和Nitrococcus各有一個種，分屬于變形桿菌的和一亞綱；Nitrospira屬包含有moscoviensis和rrtarin在傳統(tǒng)上，Nitrobacter一直被認(rèn)為是最重要的亞硝酸

18、鹽氧化菌然而，在硝化污水廠內(nèi)用目的探針的FISH法和定量斑點(diǎn)雜交(Quantitative dot blot)等發(fā)現(xiàn)，檢測不到Nitrobacter或者數(shù)目很低，因此凸現(xiàn)了非Nitrobacter的NOB在硝化過程中的重要性Egli等(2003)用不同污泥接種反應(yīng)器，利用定量FISH和RFLP(Restriction fragment length polymorphism)方法對穩(wěn)定的硝化作用反應(yīng)器進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)有活性的都屬于Nitrospira屬 J以Nitrospira序列發(fā)展的特定16S rRNA探針，對活性污泥進(jìn)行FISH查后表明，未培養(yǎng)的類硝化螺菌(Nitrospiralike)以

19、顯著性數(shù)目(總菌數(shù)的9)存在，其對亞硝酸鹽氧化的重要性已由反應(yīng)器富集研究所證實(shí)Nhrospira能固定CO：，也能利用丙酮酸混合營養(yǎng)生長，而不利用乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽,17,4 反硝化細(xì)菌,反硝化細(xì)菌(Denitrifying bacteria)的大多數(shù)鑒定和計數(shù)都是依賴培養(yǎng)法很多屬的成員，如產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、甲基桿菌屬(Methylobacteriurn)，副球菌屬(Paracoccus)和生絲微菌屬(Hyphornicrobiurrt)等，都從污水廠中作為脫氮微生物群分離出來過，但這些細(xì)菌屬在污水廠中是否具有原位脫氮的活性卻很少被

20、知道在一個補(bǔ)充以甲醇作為還原碳化物的脫氮沙濾中，使用特異FISH探針監(jiān)測到有大量數(shù)目的Pspp和Hspp；而在沒有附加甲醇的非脫氮沙濾中，兩屬存在的數(shù)目都低于總細(xì)胞01 ，這間接證明了在脫氮過程中有兩屬的活性參與。,18,微生物除臭,主要利用微生物的生理代謝活動降解惡臭物質(zhì)，將其氧化成無臭、無害的最終產(chǎn)物，達(dá)到除臭的目的 微生物除臭的主要方法有生物過濾法和生物吸收法。生物過濾法的原理是臭氣從反應(yīng)器的底部進(jìn)入，通過附著在填料上的微生物，將臭氣中的污染物氧化分解為二氧化碳、水、硝酸鹽、硫酸鹽等，達(dá)到臭氣凈化的目的。生物吸收法（也可稱為生物洗滌法）多采用活性污泥的方法，先將惡臭成分轉(zhuǎn)移到水中，然后，

21、再將受污染的水進(jìn)行微生物處理,19,微生物去除重金屬,由海藻、真菌和細(xì)菌等微生物組成的生物吸附劑由于具有原料來源豐富、品種多、成本低，在低濃度下處理效果好、吸附容量大、速度快、選擇性強(qiáng)，吸附設(shè)備簡單、易操作等優(yōu)點(diǎn)成為去除工業(yè)廢水中重金屬元素有效的凈化方法 無論是海藻、真菌或是細(xì)菌去除重金屬污染物的原理都是吸附原理，它們在實(shí)際工作中各有其特點(diǎn)。細(xì)菌在細(xì)胞外分泌聚合物，形成菌膠團(tuán)，對重金屬有很好的吸附能力。而真菌類微生物菌絲體粗大且具有吸附后易于分離、吸附量大等特點(diǎn)也是良好的生物吸附劑,20,水污染物的類型及處理,21,生活污水,生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機(jī)物，有機(jī)物。無機(jī)物如氯

22、化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機(jī)物有纖維素，淀粉，脂肪，蛋白質(zhì)和尿素等。排放入環(huán)境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。 生活污水的處理主要是其中有機(jī)物的分解，其主要方法有活性污泥法、生物膜法、AB法。,22,5.1.1活性污泥法 活性污泥法是以活性污泥為主體的廢水生物處理的主要方法?；钚晕勰喾ㄊ窍驈U水中連續(xù)通入空氣，經(jīng)一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團(tuán)為主的微生物群，具有很強(qiáng)的吸附與氧化有機(jī)物的能力。 5.1.2生物膜法 生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進(jìn)行有機(jī)污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭

23、氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點(diǎn)：（1）對水量、水質(zhì)、水溫變動適應(yīng)性強(qiáng)；（2）處理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量?。s為活性污泥法的34）且易于固液分離；（4）動力費(fèi)用省。 5.1.3AB法 AB法工藝由德國B0HUKE教授首先開發(fā)。該工藝將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，各有獨(dú)立的沉淀和污泥

24、回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段A段停留時間約2040分鐘，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完會氧化反應(yīng)，生物主要為短世代的細(xì)菌群落，去除BOD達(dá)50以上。B段與常規(guī)活性污泥相似，負(fù)荷較低，泥齡較長。,23,工業(yè)廢水,工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，印刷廢水，化工廢水等。隨著工業(yè)化的發(fā)展，含有重金屬離子的廢水產(chǎn)生量越來越多。重金屬離子已成為最重要、最常見的污染物之一。由于重金屬在生物體內(nèi)的富集、吸收與轉(zhuǎn)化，從而通過食物鏈危害人體健康。如致癌、致畸等，故而處理重金屬污染刻不容緩。 微生物處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟并且全面普及，但是在工業(yè)污水的處理中還存在著一定

25、的技術(shù)問題。相對于生活污水來說，工業(yè)污水的成份要復(fù)雜的多，大多數(shù)工業(yè)污水的COD值都相當(dāng)高，可生化性差，這就給微生物處理帶來了相當(dāng)大的難度，有些工業(yè)污水甚至還有很高的氨氮指標(biāo)，增加了微生物處理的難度。但是微生物技術(shù)的許多優(yōu)勢注定了它將是工業(yè)污水治理的一個方面，而且目前已經(jīng)有很多行業(yè)的工業(yè)污水開始采用微生物處理技術(shù)并且得到了穩(wěn)定的運(yùn)行數(shù)據(jù)。 這里主要講述關(guān)于污水中重金屬的處理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸鹽還原菌凈化法和利用微生物的轉(zhuǎn)化作用去除重金屬。,24,生物吸附法,生物吸附是利用生物量（如發(fā)酵工業(yè)的剩余菌體）通過物理化學(xué)機(jī)制，將金屬吸附或通過細(xì)胞吸收并濃縮環(huán)境中的重金屬離子，由于重

26、金屬具有毒性，如果濃度太高，活的微生物細(xì)胞就會被殺死。所以，必須控制控制被處理水的重金屬濃度。 例如陳小霞等人用小球藻富集鉻離子，研究表明小球藻富集鉻離子的機(jī)制主要表現(xiàn)是表面吸附和主動運(yùn)輸。在生長期和穩(wěn)定期小球藻富集的鉻以有機(jī)鉻存在，而在衰亡期，小球藻富集的鉻以無機(jī)鉻存在。 利用工業(yè)發(fā)酵后剩余的芽孢桿菌菌體或酵母菌吸附重金屬，具體做法是首先用堿處理菌體，以便增加其吸附重金屬的能力。然后通過化學(xué)交聯(lián)法固定這些細(xì)胞，固定化的芽孢桿菌對重金屬的吸附?jīng)]有選擇性（微生物在結(jié)合無機(jī)污染物上表現(xiàn)出選擇性，多于大多數(shù)合成的化學(xué)吸附劑，微生物對金屬的吸附和累積主要取決于不同配位體結(jié)合部位對對金屬的選擇性）?？梢?/p>

27、去除廢水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 去除率可達(dá)99%。吸附在細(xì)胞上的重金屬可以用硫酸洗脫，然后用化學(xué)方法回收重金屬，經(jīng)過堿處理后的固定化細(xì)胞還可以重新用于吸附重金屬。,25,硫酸鹽還原菌凈化法,脫硫弧菌屬硫酸鹽還原菌是厭氧化能細(xì)菌，它最大的特征就是在無自由氧的條件下，在有機(jī)質(zhì)存在時通過還原硫酸根變成硫化氫，從中獲得生長能量而大量繁殖;它繁殖的結(jié)果是使溶解度很大的硫酸鹽變成了極難溶解的硫化物或硫化氫。這類細(xì)菌分布廣泛，海洋、湖泊、河流及陸地上都能存在。在沒有自由氧而有硫酸鹽及有機(jī)物存在的地方它就能生長繁殖，其生長溫度為2535攝氏度，PH值為6.27.5.該細(xì)菌的作用可將廢水中

28、的硫酸根變成硫化氫，使廢水中濃度較高的重金屬Cu、Pb、Zn等轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧锒恋?，從而使廢水中的重金屬離子得以去除。,26,利用微生物的轉(zhuǎn)化作用去除重金屬,微生物可以通過氧化作用、還原作用、甲基化作用和去烷基化作用對重金屬和重金屬類化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 細(xì)菌胞外的莢膜或粘膜層可產(chǎn)生多種胞外多聚體，胞外多聚體能夠吸附自然條件下或廢水處理設(shè)施中的重金屬。其主要成分是多糖、蛋白質(zhì)和核酸。 真菌的細(xì)胞壁內(nèi)含幾丁質(zhì)，這和N-乙酰葡糖胺多聚體是一種有效的金屬于放射性核素結(jié)合的生物吸附劑。經(jīng)過氫氧化物處理的各類真菌暴露出來的幾丁質(zhì)、脫乙酰殼多糖和其他金屬結(jié)合的配位體，形成菌絲層，可以有效的去除廢水中的重金屬。

29、六價鉻具有強(qiáng)烈的毒性，其毒性是三價鉻的100倍，而且能在人體內(nèi)沉淀。由于六價鉻很容易通過胞膜進(jìn)入細(xì)胞，然后在細(xì)胞質(zhì)、線粒體和細(xì)胞核中被還原為三價鉻，三價格在細(xì)胞內(nèi)與蛋白質(zhì)結(jié)合為穩(wěn)定的物質(zhì)并且和核酸相作用，而細(xì)胞外的三價鉻是不能參透細(xì)胞的，細(xì)菌利用細(xì)胞中的NADH作為還原劑，在厭氧或好氧的狀態(tài)下，將六價鉻還原為三價鉻。如陰溝腸桿菌能抗10000mol/l鉻酸鹽，在厭氧的條件下能使六價鉻還原為三價鉻，三價鉻可以通過沉淀反應(yīng)與水分離而被去除。,27,農(nóng)業(yè)廢水,它面廣而量大且分散。農(nóng)田使用農(nóng)藥，化學(xué)農(nóng)藥主要是人工合成的生物外源性物質(zhì)，很多農(nóng)藥本身對人類及其他生物是有毒的，而且很多類型是不易生物降解的頑

30、固性化合物。農(nóng)藥殘留很難降解，人們在使用農(nóng)藥防止病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農(nóng)藥殘留超標(biāo)，污染嚴(yán)重，同時給非靶生物帶來傷害，每年造成的農(nóng)藥中毒事件及職業(yè)性中毒病例不斷增加。同時，農(nóng)藥廠排出的污水和施入農(nóng)田的農(nóng)藥等也對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，破壞了生態(tài)平衡，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的身心健康。農(nóng)藥不合理的大量使用給人類及生態(tài)環(huán)境造成了越來越嚴(yán)重的不良后果，農(nóng)藥的污染問題已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，加強(qiáng)農(nóng)藥的生物降解研究、解決農(nóng)藥對環(huán)境及食物的污染問題，是人類當(dāng)前迫切需要解決的課題之一。,28,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要使用的農(nóng)藥類型,當(dāng)前農(nóng)業(yè)上使用的主要有機(jī)化合物農(nóng)藥如表1所示。其中，有些已

31、經(jīng)禁止使用，如六六六、滴滴涕等有機(jī)氯農(nóng)藥，還有一些正在逐步停止使用，如有機(jī)磷類中的甲胺磷等。,29,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用農(nóng)藥種類簡表,有機(jī)磷：敵百蟲、甲胺磷、敵敵畏、乙酰甲胺磷、對硫磷、雙硫磷、樂果等 殺蟲劑 有機(jī)氮：西維因、速滅威、巴沙、殺蟲脒等 有機(jī)氯：六六六、滴滴涕、毒殺芬等 殺螨劑 螨凈、殺螨特、三氯殺螨砜、螨卵酯、氯殺、敵螨丹等 除草劑 2，4D、敵稗、滅草靈、阿特拉津、草甘膦、毒草胺等 殺菌劑 甲基硫化砷、福美雙、滅菌丹、敵克松、克瘟散、稻瘟凈、多菌靈、葉枯凈等 生長調(diào)節(jié)劑 矮壯素、健壯素、增產(chǎn)靈、赤霉素、縮節(jié)胺等,30,人們發(fā)現(xiàn)，在自然生態(tài)系統(tǒng)中存在著大量的、代謝類型各異的、具有很強(qiáng)適

32、應(yīng)能力的和能利用各種人工合成有機(jī)農(nóng)藥為碳源、氮源和能源生長的微生物，它們可以通過各種謝途徑把有機(jī)農(nóng)藥完全礦化或降解成無毒的其他成分，為人類去除農(nóng)藥污染和凈化生態(tài)環(huán)境提供必要的條件。,31,降解農(nóng)藥的微生物類群,土壤中的微生物，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和藻類等，它們中有一些具有農(nóng)藥降解功能的種類。細(xì)菌由于其生化上的多種適應(yīng)能力和容易誘發(fā)突變菌株，從而在農(nóng)藥降解中占有主要地位。一在土壤、污水及高溫堆肥體系中，對農(nóng)藥分解起主要作用的是細(xì)菌類，這與農(nóng)藥類型、微生物降解農(nóng)藥的能力和環(huán)境條件等有關(guān)，如在高溫堆肥體系當(dāng)中，由于高溫階段體系內(nèi)部溫度較高（大于50 ），存活的主要是耐高溫細(xì)菌，而此階段也是農(nóng)藥降解

33、最快的時期。通過微生物的作用，把環(huán)境中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無毒無害或毒性較小的其他物質(zhì)。通過許多科研工作者的努力，已經(jīng)分離得到了大量的可降解農(nóng)藥的微生物（見表2）。不同的微生物類群降解農(nóng)藥的機(jī)理、途徑和過程可能不同，下面簡要介紹一下農(nóng)藥的微生物降解機(jī)理。,32,微生物降解農(nóng)藥的機(jī)理,目前，對于微生物降解農(nóng)藥的研究主要集中于細(xì)菌上，因此對于細(xì)菌代謝農(nóng)藥的機(jī)理研究得比較清楚。,33,34,細(xì)菌降解農(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應(yīng)，即化合物通過一定的方式進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，然后在各種酶的作用下，經(jīng)過一系列的生理生化反應(yīng)，最終將農(nóng)藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小的化合物的過程。如莠去津作為假單

34、胞菌ADP菌株的唯一碳源，有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應(yīng)。第一種酶是A tzA，催化莠去津水解脫氯的反應(yīng)，得到無毒的羥基莠去津，此酶是莠去津生物降解的關(guān)鍵酶；第二種酶是A tzB，催化羥基莠去津脫氯氨基反應(yīng)，產(chǎn)生N異丙基氰尿酰胺；第三種酶是A tzC，催化N異丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和異丙胺。最終莠去津被降解為CO2和NH3。微生物所產(chǎn)生的酶系，有的是組成酶系，如門多薩假單胞菌DR8對甲單脒農(nóng)藥的降解代謝，產(chǎn)生的酶主要分布于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜組分；有的是誘導(dǎo)酶系，如王永杰等得到的有機(jī)磷農(nóng)藥廣譜活性降解菌所產(chǎn)生的降解酶等。由于降解酶往往比產(chǎn)生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環(huán)境條件，酶的降解效率遠(yuǎn)

35、高于微生物本身，特別是對低濃度的農(nóng)藥，人們想利用降解酶作為凈化農(nóng)藥污染的有效手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長時間保持降解活性，而且酶在土壤中的移動性差，這都限制了降解酶在實(shí)際中的應(yīng)用?，F(xiàn)在許多試驗(yàn)已經(jīng)證明，編碼合成這些酶系的基因多數(shù)在質(zhì)粒上，如2，4D的生物降解，即由質(zhì)粒攜帶的基因所控制。通過質(zhì)粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內(nèi)把農(nóng)藥降解。因此，利用分子生物學(xué)技術(shù)，可以人工構(gòu)建“工程菌”來更好地實(shí)現(xiàn)人類利用微生物降解農(nóng)藥的愿望。,35,第四節(jié) 廢水生物處理中的微生物,一 廢水處理中的幾個概念 二 廢水的好氧生物處理 三 廢水的厭氧生物處理

36、 微生物的脫氮除磷 用生物法處理廢水對水質(zhì)的要求,本節(jié)主要內(nèi)容,36,廢水生物處理法：利用微生物處理廢水的方法。 根據(jù)對氧氣的要求,好氧生物處理 厭氧生物處理,生物處理單元：,處理廢水的微生物 處理構(gòu)筑物,生態(tài)系統(tǒng)：生物與生物、生物與非生物（環(huán)境）之間的相 互關(guān)系。 各類處理系統(tǒng)中的微生物都為混合培養(yǎng)的微生物系統(tǒng)，,一 廢水生物處理中的一些概念,37,二 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

37、在沉淀池中沉淀下來,（一）廢水的好氧生物處理概述,38,2 作用對象,溶解的有機(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 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無臭氣、時間短。條件適宜可除去BOD5 8090 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 、酵母處理技術(shù),39,曝氣池中形成的污泥（土壤微生物群）！ 菌膠團(tuán)！,活性污泥法是一種應(yīng)用最廣的廢水好氧生物處理技術(shù),（二） 好氧活性污泥法中的微生物,40,1 什么是好氧活性污泥,好氧活性污泥是在曝氣狀態(tài)下由多種

38、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。,活性污泥的形成是一種自然現(xiàn)象 微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài),41,2 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）性質(zhì) 顏色 棕褐色 含水率 99左右 密度為1.0021.006 大小為0.020.2mm 比表面積為20100cm2ml之間 弱酸性(pH約為6.7) 當(dāng)進(jìn)水改變時，對進(jìn)水pH的變化有一定的承受能力。,42,3微生物群落,中心 菌膠團(tuán) 其他微生物 A菌膠團(tuán) 微生物學(xué)領(lǐng)

39、域里，將動膠菌屬形成的細(xì)菌團(tuán)塊稱為菌膠團(tuán)。 水處理領(lǐng)域內(nèi)，則將所有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)。,43,菌膠團(tuán)有哪些功能？ 吸附和氧化分解有機(jī)物； 菌膠團(tuán)對有機(jī)物的吸附和分解，為原生動物和微型后生動物提供了良好的生存環(huán)境；,a. 菌膠團(tuán)的功能,44,粘性多糖的粘著作用,b. 菌膠團(tuán)的形成機(jī)理,纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用,活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片,45,這些纖維素從何而來？ 細(xì)菌的胞外分泌物 原生動物分泌的胞外粘液的粘著作用；,小口鐘蟲,46,c. 菌膠團(tuán)中的細(xì)菌,革蘭氏陰性菌，如動膠菌屬和叢毛單胞菌屬，70,工業(yè)廢水處理中的菌膠團(tuán)細(xì)菌組成與之類似，但優(yōu)勢

40、菌主要是對特定工業(yè)廢物起主要降解作用的細(xì)菌,47,B活性污泥中的其它微生物,放線菌、真菌及原生動物、后生動物,48,(三) 好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理,49,50,后處理,曝氣池,沉淀池,污泥回流,凈水外排,污泥及余渣消化罐,51,活性污泥的優(yōu)勢： （1）可以連續(xù)反復(fù)使用 好氧活性污泥由于是由有生命的微生物組成，能自我繁殖，且易于分離，而化學(xué)藥劑只能一次使用，故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越。,（2）可以降解水中的溶解性有機(jī)物，這也是物理化學(xué)方法難以做到的。,52,(四) 好氧活性污泥運(yùn)行中微生物造成的問題,常見故障：二次沉淀池泥水分離 起因：污泥絮狀體結(jié)構(gòu)不正常。,絮狀體結(jié)構(gòu),微結(jié)構(gòu)：直徑75

41、m，易破碎。 宏結(jié)構(gòu)：微生物凝聚在絲狀微生物周圍，較大不規(guī)則。,53,絮體不穩(wěn)定、破裂 細(xì)菌不凝聚，為游離個體。,原因：低溶氧、低pH值,現(xiàn)象：污泥在沉淀池中呈懸浮狀，高濃度地隨水流流出。,由“硬”洗滌劑 反硝化 諾卡氏菌屬的絲狀微生物超量生長 溫度18，長泥齡（9天）利于該菌生長。,微結(jié)構(gòu)絮體造成,A 不凝聚,B 起泡沫,在過度曝氣時，紊流剪切絮塊成碎塊。,54,概念：絲狀細(xì)菌，在廢水處理的活性污泥中大量繁殖后，會使污泥結(jié)構(gòu)極度松散，體積增大、上浮，難于沉降分離影響出水水質(zhì)的現(xiàn)象,造成的結(jié)果：稀薄污泥回流至曝氣池。 出水BOD5升高。,C 污泥膨脹,55,BOD:N及BOD:P很高， 特別N

42、不足 （BOD:N:P=100:5:1) 進(jìn)水中低分子碳水化合 物過多 水溫低 溶氧低 低pH 重金屬等有毒物流入多。,調(diào)節(jié)水的酸堿度和DO 將沉淀污泥和消化污泥攪拌混合 添加鐵鹽（FeCl2550mg/L)、 鋁鹽(10100mg/L)、 添加氯(1020mg/L、 H2O2)(40200mg/L）， 前兩者連續(xù)添加，后兩者間歇添加。 對回流污泥在曝氣 控制污泥負(fù)荷率和營養(yǎng)比例,產(chǎn)生原因：,防止措施：,56,D 反硝化,曝氣池硝酸鹽過高，反硝化產(chǎn)生大量氮?dú)?57,（五） 生物濾池中的微生物（生物膜法）,包括：,生物膜法又稱固定膜法。,微生物為附著型,58,1 生物濾池的結(jié)構(gòu),三個主要部分,5

43、9,濾料,應(yīng)具備以下特性： （1）能為微生物棲息提供大量的表面積。 （2）能使廢水以液膜狀均勻分布在其表面。 （3）有足夠大的孔隙率 保證通風(fēng) （4）適合于生物膜的形成與黏附 （5）有較好的機(jī)械強(qiáng)度，不易變形與破碎。,材料：碎石、卵石、爐渣。 近年使用塑料濾料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）,1 生物濾池的結(jié)構(gòu),60,布水系統(tǒng),是將廢水均勻地噴灑在濾料上,排水系統(tǒng),收集、排出廢水 保證濾池通風(fēng)。,旋轉(zhuǎn)布水器示意圖,1 生物濾池的結(jié)構(gòu),61,2 生物濾池工作的基本原理,當(dāng)廢水濾過時，微生物在濾料表面繁殖，逐漸形成生物膜 當(dāng)生物膜形成并達(dá)到一定厚度時，生物膜脫落。生長新的生物膜。凈化廢水。,生物濾池的結(jié)構(gòu)圖

44、,62,3 什么是生物膜？,微生物在濾料表面繁殖形成的膜狀結(jié)構(gòu)。一個生態(tài)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)由兩部分組成,膜內(nèi)生物不停挖洞，膜多孔。 大量有機(jī)物在好氧區(qū)被分解。 厭氧區(qū)增厚使膜脫落，新膜形成,濾料,63,4 生物濾池中的微生物,污水中含有生物膜所需的各種微生物。夏季34周形成生物膜。冬季需2個月。,細(xì)菌：多數(shù)為G-，能形成菌膠團(tuán)。無色桿菌、黃 桿菌、極毛桿菌、球衣細(xì)菌、貝氏硫桿菌 真菌：鐮刀菌、青霉、毛霉、地霉、多種酵母菌 藻類：小球藻、藍(lán)藻、綠藻（僅在濾池表面） 原生動物：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲 后生動物：輪蟲、線蟲。,64,（六） 好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展,1 活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展,（1）氧化溝 又

45、稱循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形。,優(yōu)點(diǎn)：對水溫、水質(zhì)、水量的變動有較強(qiáng)適應(yīng)性 產(chǎn)泥量低，排泥量少 充分曝氣處理，水質(zhì)良好,65,以氧化溝為單元的廢水處理流程,氧化溝的平面圖,66,1 活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展,（2）AB法廢水處理工藝 又叫吸附生物降解（Adsorption Biodegradation）工藝的簡稱。德國20世紀(jì)70年代中期開創(chuàng)的。,67,2 生物膜法的進(jìn)展 生物流化床,20世紀(jì)70年代開發(fā)出的一種新型生物膜法廢水處理構(gòu)筑物。,惰性顆粒（砂、焦炭、陶粒、活性炭等）為載體 微生物于載體表面形成生物膜 廢水自下向上流動，載體處于流化狀態(tài)，附著的生物膜與載體充分接觸。高效。,生物流化

46、床示意圖,（六） 好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展,68,兩相生物流化床工藝,69,三 廢水的厭氧生物處理,（一） 厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物 （二） 厭氧微生物群體間的關(guān)系 （三） 厭氧生物處理的影響因素 （四） 厭氧法處理廢水的特征 （五） 厭氧法處理廢水的應(yīng)用,70,（一） 厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物,廢水的厭氧生物處理： 在無氧的條件下，借多種厭氧微生 物的作用處理廢水。又叫厭氧消化。,1881年法國報道了羅伊斯.莫拉斯發(fā)明的“自動凈化器”。開始了利用厭氧消化處理廢水的歷史。至今已100多年。,1979年布利安特（Bryant）等人提出厭氧消化的三階段4 類群理論。,發(fā)酵細(xì)菌作

47、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,71,三階段4類群理論,1 發(fā)酵細(xì)菌作用階段,碳水化合物 蛋白質(zhì) 類脂,（1）原理：,胞外酶,單糖 氨基酸 脂肪酸,發(fā)酵,醇 低級脂肪酸,（2）參加的微生物：,發(fā)酵細(xì)菌群,梭菌屬 丁酸梭菌屬 乳酸桿菌屬 枝桿菌屬,大多專性厭氧；適宜Ph4.58,（3）特性,72,2 產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段,上階段產(chǎn)物 （丙酸、丁酸、醇等）,醋酸、甲酸、甲胺、 甲烷 、甲醇 CO2、CO、H2,（1）原理,（2）參加的微生物,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群 同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群,互營單胞菌屬 互營桿菌屬 梭菌屬 暗桿菌屬,絕對厭氧菌或兼性厭氧菌；適宜pH 4

48、.58,三階段4類群理論,（3）特性：,73,3 產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用階段,（厭氧消化的控制階段）,（1）原理,（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)格厭氧菌 中溫菌對溫度敏感 pH 適宜6.87.2 增殖速率慢,三階段4類群理論,（3）特性：,醋酸、甲酸、甲胺、 甲烷 、甲醇 CO2、CO、H2,74,厭氧消化三階段四類群,廢水中有機(jī)物,脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇類,乙酸,H2 + CO2,75,不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌相互依賴、相互制約 1 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需的的基質(zhì)。 2 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件。,（二） 厭氧微生物群

49、體間的關(guān)系,76,3 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì) 4 產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制。 5 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值。,（二） 厭氧微生物群體間的關(guān)系,77,對厭氧生物及厭氧消化的影響尤為顯著。,厭氧消化 最佳溫度,55左右嗜熱菌（高溫消化） 35左右嗜溫菌（中溫消化）,取舍： 高溫消化反應(yīng)速率更大，但消化不徹底 高溫消化需較多的能量，不經(jīng)濟(jì),1 溫度,溫度對厭氧消化的影響,（三） 厭氧生物處理的影響因素,78,不產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜pH 4.58 產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜pH 6.87.2,在pH8的環(huán)境中，厭氧消化會受嚴(yán)重抑制,厭氧消化的最佳pH 值為6

50、.87.2.,2 pH 值,（三） 厭氧生物處理的影響因素,79,有機(jī)污泥 不溶性有機(jī)質(zhì)、纖維素含量高 高濃度有機(jī)廢水 一般先厭氧處理將污物，后好氧處理。,處理對象：有機(jī)污泥和高濃度的有機(jī)廢水,時間長：3035 ，需15天。,生化需氧量去除率5090,與好氧處理法比較,能量需求大大降低,不需供給氧氣，同時還可產(chǎn)生甲烷 好氧 每去除1kg COD 消耗0.51.0 kW.h電能 厭氧 每去除1kg COD 產(chǎn)生3.5 kW.h電能。,（四） 厭氧法處理廢水的特征,80,4 污泥產(chǎn)量極低,5 處理后有機(jī)物濃度高于好氧處理,6 有臭氣產(chǎn)生,7 設(shè)備較簡單,81,厭氧消化池,我國常用的為圓柱形。鋼筋混

51、凝土 新型厭氧反應(yīng)器：接解消化池 厭氧生物濾池 厭氧流化床 USBA,浮蓋式消化池,（五） 厭氧法處理廢水的應(yīng)用,82,四 廢水的生物脫氮除磷技術(shù),（一） 水體的富營養(yǎng)化 （二） 廢水的生物脫氮 （三） 廢水的生物除磷 （四） 生物脫氮和除磷的影響因素,83,（一） 水體的富營養(yǎng)化,水體富營養(yǎng)化 水體中N、P等營養(yǎng)元素大量增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常的含量，導(dǎo)致原有的生態(tài)系統(tǒng)破壞，使藻類和某些細(xì)菌的數(shù)量激增，其它生物種類減少的現(xiàn)象。,是近30年在廢水處理中才出現(xiàn)的一個術(shù)語,開始富營養(yǎng)化的條件, 水體中可溶性磷 0.01mg/L N :P15:1 N ：主要因素 P: 可溶性磷酸鹽 與不溶性磷酸鹽相互轉(zhuǎn)化

52、。,N:P比例取決于 （1）生物轉(zhuǎn)化（有機(jī)N和無機(jī)N間轉(zhuǎn)化） （2）流入水體的水（出水的N、P超標(biāo)）,84,（二） 廢水的生物脫氮,1 基本原理,硝化作用有O2,反硝化 細(xì)菌,反硝化 作用無O2,N2、NO、N2O,最終完成生物脫氮,85,（二） 廢水的生物脫氮,2 參與生物脫氮的微生物,氨化細(xì)菌 硝化細(xì)菌,亞硝酸細(xì)菌 硝酸細(xì)菌,反硝化細(xì)菌,86,3 生物脫氮工藝,活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝 缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng) 氧化溝硝化脫氮工藝 生物轉(zhuǎn)盤硝化脫氮工藝,（二） 廢水的生物脫氮,87,活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝分單級、2級、3級流程 是由巴茨開創(chuàng)的活性污泥法脫氮流程。它是以 氨化、硝化、反硝化

53、3 相反應(yīng)過程為基礎(chǔ)建立的。,（1）活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝,88,活性污泥法傳統(tǒng)脫氮工藝（3級）流程示意圖,原廢水,污泥回流,剩余污泥,污泥回流,剩余污泥,處理水,污泥回流,89,沉淀 池,缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng),原廢水,N2,內(nèi)循環(huán) （硝化液回流）,回流污泥,處理水,堿,90,（三） 廢水的生物除磷,20世紀(jì)70年代末，發(fā)現(xiàn)多種有明顯除磷能力的細(xì)菌，統(tǒng)稱除磷菌，如不動桿菌。 在有氧環(huán)境中可超量攝取磷。 一般細(xì)菌細(xì)胞中磷占2.3。而除磷菌可攝取約為正常需要10倍以上的磷。,1 參與生物除磷的微生物,91,2 廢水的生物除磷的基本原理及實(shí)質(zhì),聚磷菌，過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并將

54、其以聚合形態(tài)儲存在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)到從廢水中除磷的效果。,分兩步進(jìn)行： 聚磷菌的放磷（厭氧條件） 聚磷菌的磷過量攝?。ê醚鯒l件）,92,聚磷菌的放磷（厭氧）,PHB 聚羥基丁酸,93,聚磷菌的磷過量攝?。ê醚酰?好氧時攝取的磷多于厭氧時釋放的磷,94,厭氧好氧系統(tǒng)生物除磷過程圖,95,1 溫度 在540范圍內(nèi)都能成功運(yùn)行。 2 pH值與堿度 脫氮： 硝酸菌6.07.5， 亞硝酸菌7.08.5， 反硝化細(xì)菌7.07.5 除磷：6.08.0 3 溶解氧 脫氮：硝化 2.0mg/L。 反硝化小于0.5mg/L 除磷：厭氧段 小于0.2mg/L 需氧段 1.52.5mg/L,（四） 生物脫氮和除磷的影響因素,96,廢水種類：啤酒廢水 設(shè)計水量：9000m