水環(huán)境中的污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理

第三章水環(huán)境中的污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/20231環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)第一節(jié)好氧污〔廢〕水的生態(tài)系統(tǒng)及生物處理原理一、好氧活性污泥法二、好氧生物膜法第二節(jié)厭氧污〔廢〕水的生態(tài)系統(tǒng)及生物處理原理本章內(nèi)容11/30/20232環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/20233①效率高;

普通活性污泥水處理廠，每天1m3曝氣池能轉(zhuǎn)換1~2kg干有機(jī)物，100倍于森林。②效果好;

BOD去除率達(dá)90%~95%，COD去除率為60%~70%。生物處理的優(yōu)點(diǎn)③適用范圍廣〔與微生物特點(diǎn)相關(guān)〕④本錢低、運(yùn)行費(fèi)用少；⑤可處理的水量大，方法成熟;

生物處理是廢水二級(jí)處理的首選方法11/30/20234第一節(jié)好氧污〔廢〕水的生態(tài)系統(tǒng)及生物處理原理環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)城市生活污水和工業(yè)廢水生物處理的方法好氧法厭氧法活性污泥法生物膜法生態(tài)系統(tǒng)11/30/20235一、好氧活性污泥法(activatedsludgeprocess)環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)生物處理的主體11/30/2023611/30/202371.活性污泥的組成和性質(zhì)環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)無機(jī)固體有機(jī)-各種生物細(xì)胞代謝物及殘?bào)w水中有機(jī)質(zhì)11/30/20238環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)

好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧的微生物，少量的厭氧微生物，其上吸附的污水中的有機(jī)和無機(jī)固體物混凝交織在一起的，形成絮狀體的或稱絨粒。11/30/20239性質(zhì)含水率99％；密度為，混合液中為，回流污泥中為；具有生物活性，有吸附，氧化有機(jī)物的能力；絨粒的大小為；比外表積20-100cm2/mL；呈弱酸性，pH為6.7；環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202310環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)2.活性污泥的形成及存在形式對(duì)含有機(jī)物和細(xì)菌的污水不斷曝氣，維持足夠的溶解氧，經(jīng)過一定時(shí)間后，就會(huì)產(chǎn)生絮狀的污泥。11/30/202311環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)在顯微鏡下觀察，可看到各種微生物——細(xì)菌、霉菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物。從外觀上看，活性污泥根據(jù)廢水水質(zhì)不同有不同的顏色，有褐色、黃色、灰色和鐵紅色等。輕輕攪動(dòng)，易于呈懸浮物狀；靜止片刻，也易沉下?；钚晕勰酂o臭味，具有微微的土腥味。

11/30/2023123.好氧活性污泥中的微生物群落及各種群的作用環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)產(chǎn)生絮凝體的微生物優(yōu)勢(shì)菌屬真菌微型后生動(dòng)物和原生動(dòng)物絲狀菌組成11/30/202313環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)產(chǎn)生絮凝體的微生物菌膠團(tuán)

污泥的絮體形成之前，細(xì)菌分泌的粘液體，莢膜或明膠質(zhì)與細(xì)菌體組成了菌膠團(tuán)，這是活性污泥的結(jié)構(gòu)和功能的中心。

多糖，氨基酸

11/30/202314對(duì)有機(jī)物有吸附能力和分解的能力；為原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物提供了良好的生存環(huán)境和附著場(chǎng)所；具有指示作用，從菌膠團(tuán)的透明度，顏色，數(shù)量和顆粒大小，結(jié)構(gòu)的松散程度判斷活性污泥的性能。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)菌膠團(tuán)功能：新生的菌膠團(tuán)顏色淺，無色透明，結(jié)構(gòu)緊密，說明菌膠團(tuán)生命力旺盛，吸附和分解有機(jī)物的能力強(qiáng)。老化的菌膠團(tuán)顏色深，結(jié)構(gòu)松散，活性不強(qiáng)，吸附和分解能力差。11/30/202315產(chǎn)生絮凝體的微生物有：動(dòng)膠菌屬.*從毛單胞菌屬*假單胞菌屬*產(chǎn)堿桿菌屬*微球菌屬無色桿菌屬黃桿菌屬原生動(dòng)物，如鐘蟲環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202316絲狀菌：浮游球衣菌——引起污泥絲狀膨脹的主要菌屬。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)優(yōu)勢(shì)菌屬:與產(chǎn)絮凝體微生物不同，菌體數(shù)量占優(yōu)勢(shì)。芽孢桿菌屬，棒狀桿菌屬，螺菌屬，大腸菌屬，短桿菌屬。真菌:青霉屬，芽枝霉屬，頭孢霉屬。其存在與水質(zhì)有很大關(guān)系，pH低的水質(zhì)，含C量多數(shù)量和種類不多。11/30/202317環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)微型后生動(dòng)物和原生動(dòng)物保持活性污泥的物理特性，降解活性、絮凝和沉淀性能，并具有指示作用。

鞭毛類、肉足類和纖毛類11/30/202318a.根據(jù)原生動(dòng)物種類的演替，來判斷水質(zhì)和污水處理的程度。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)微型后生動(dòng)物和原生動(dòng)物指示作用細(xì)菌植物性鞭毛蟲肉足類動(dòng)物性鞭毛蟲游泳型纖毛蟲、吸管蟲固著型纖毛蟲輪蟲11/30/202319環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)污泥培養(yǎng)初期中期成熟期鞭毛蟲游泳型纖毛蟲、鞭毛蟲鐘蟲等固著性纖毛蟲，盾纖蟲，輪蟲判斷污泥的程度綠眼蟲11/30/202320纖毛蟲的豆形蟲屬，草履蟲，四膜蟲屬，屋滴蟲屬，眼蟲屬等出現(xiàn)，說明活性污泥結(jié)構(gòu)松散，出水水質(zhì)變差。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)b.通過原生動(dòng)物的種類判斷活性污泥的處理水質(zhì)的好壞。

11/30/202321纖毛蟲的鐘蟲屬，累枝蟲屬，蓋纖蟲屬，聚縮蟲屬，獨(dú)縮蟲屬，獨(dú)縮蟲屬，盾纖蟲屬，吸管蟲屬，漫游蟲屬，內(nèi)管蟲屬。輪蟲屬等出現(xiàn)，說明活性污泥正常，出水水質(zhì)好。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)b.通過原生動(dòng)物的種類判斷活性污泥的處理水質(zhì)的好壞。

在0.05ｍl混合液中有50～150只鐘蟲時(shí)，出水良好，COD<50ｍg/Ｌ11/30/202322線蟲說明缺氧。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)b.通過原生動(dòng)物的種類判斷活性污泥的處理水質(zhì)的好壞。

11/30/202323環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)c.通過原生動(dòng)物在惡劣環(huán)境中個(gè)體形態(tài)的改變，來判斷進(jìn)水水質(zhì)的變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。在溶解氧缺乏和其它環(huán)境條件惡劣時(shí)，鐘蟲由正常蟲體向胞囊演變的一系列變態(tài)變化。鐘蟲的變態(tài)

形成過程：鞭毛、纖毛等細(xì)胞器縮入體內(nèi)，縮水，并分泌一種膠狀物質(zhì)于體表，凝固成孢殼，均為球狀。

胞囊11/30/202324環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)原生動(dòng)物能夠吞食有機(jī)顆粒，游離的細(xì)菌和其它小的生物，起到凈化的作用。凈化作用原生動(dòng)物分泌的粘液物協(xié)同和促進(jìn)細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。彎豆形蟲的濃度低時(shí)，細(xì)菌不起絮凝作用，在濃度增加到2.5×103個(gè)時(shí)，細(xì)菌產(chǎn)生很大的絮凝作用。彎豆形蟲濃度增大到很大時(shí)，產(chǎn)生很大的細(xì)菌絮體。鐘蟲的尾柄也分泌一些粘性物質(zhì)，使許多尾柄交織在一起，和細(xì)菌形成了很大的絮體。

促進(jìn)絮凝和沉淀的作用11/30/202325環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)4.好氧活性污泥的凈化作用機(jī)理吸附吸收混凝11/30/20232611/30/20232711/30/202328紀(jì)莊子污水處理廠氧化溝〔中試〕11/30/202329環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)5.好氧活性污泥的馴化1〕菌種來源污水處理廠的曝氣池的活性污泥；污水廠集水池污泥；污水廠沉淀池污泥；污水廠廢水流經(jīng)的河流淤泥。

11/30/2023302〕菌種馴化

馴化的方法是逐漸增加廢水的濃度或流量，可以采用間歇方法或連續(xù)方法。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)根據(jù)處理水質(zhì)狀況，投加必需的營(yíng)養(yǎng)物(碳源、氮源、磷源)。11/30/2023313〕培養(yǎng)間歇培養(yǎng)：悶曝，將曝氣池注滿廢水，只曝氣而不進(jìn)廢水。混合液曝氣到開始出現(xiàn)活性污泥絮狀體后，即停止曝氣，靜止沉淀1h～1.5h，排放上清液，再補(bǔ)充廢水，繼續(xù)曝氣。不斷觀察生物相中微生物組成。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202332連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)曝氣，進(jìn)水量從小到大逐漸增加，同時(shí)增加溶解氧供給量，連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，活性污泥出現(xiàn)并逐漸增多。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202333環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)6.好氧活性污泥的膨脹

正常的活性污泥顆粒體積膨脹，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。分非絲狀菌污泥膨脹與絲狀菌污泥膨脹兩類。11/30/202334活性污泥絲狀膨脹：由于絲狀細(xì)菌的極度生長(zhǎng)導(dǎo)致的活性污泥膨脹。

環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202335致因微生物：絲狀細(xì)菌〔浮游球衣菌、發(fā)硫菌屬、貝日阿托氏菌屬、亮發(fā)菌屬、纖發(fā)菌屬、微絲菌屬〕或真菌優(yōu)勢(shì)過度生長(zhǎng)。11/30/202336原因：水溫過高〔＞25℃〕、pH過低〔＜6.5〕；曝氣池DO長(zhǎng)期維持在較低〔＜0.1~0.2mg/L〕；硫化物過高，硫細(xì)菌生長(zhǎng)過度；營(yíng)養(yǎng)失衡。廢水C/N低；無機(jī)金屬離子較少。原因——菌絲體儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)物少、外表積大，在稀溶液中爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力強(qiáng)，更適合于貧瘠環(huán)境〔包括溶解氧、各種營(yíng)養(yǎng)物〕的生長(zhǎng)。毒物沖擊。原因—菌絲體耐受能力強(qiáng)。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202337生物膜法的處理工藝有：生物濾池〔普通，高負(fù)荷，塔式〕，生物轉(zhuǎn)盤，生物接觸氧化法。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)二、好氧生物膜法好氧生物膜法即好氧附著生物處理系統(tǒng)物料載體好氧微生物和兼性厭氧微生物11/30/202338生物濾池環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202339生物濾池環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202340塔式生物濾池環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202341生物膜生物生物膜面生物濾池掃除生物

環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)1.好氧生物膜的微生物群落在膜內(nèi)部;以菌膠團(tuán)為主浮游球衣菌藻類,凈化穩(wěn)定污水。

在膜的外表；固著性纖毛蟲〔鐘蟲，累枝蟲，獨(dú)縮蟲〕游泳性纖毛蟲〔盾纖蟲，斜管蟲，尖毛蟲，豆形蟲〕；促進(jìn)濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率。在膜外部輪蟲，線蟲，寡毛類沙蠶，顠體蟲；去除濾池里污泥，防止污泥堵塞的功能。

11/30/202342環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)2.生物膜的結(jié)構(gòu)和各局部的微生物上層，營(yíng)養(yǎng)物濃度高——細(xì)菌，少數(shù)鞭毛蟲。中層，營(yíng)養(yǎng)物，上層的代謝產(chǎn)物——微生物種類多，菌膠團(tuán)，浮游球衣菌，鞭毛蟲，變形蟲，豆性蟲，腎形蟲。下層，有機(jī)物濃度低，低分子有機(jī)酸多——菌膠團(tuán)，浮游球衣菌，固著纖毛蟲鐘蟲和游泳纖毛蟲盾纖蟲，漫游蟲。輪蟲。廢水填料層11/30/202343環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)3.凈化機(jī)理11/30/202344環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)第二節(jié)厭氧環(huán)境中的活性污泥和微生物群落沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間。厭氧生物處理是在無氧的條件下，利用兼性和厭氧微生物分解有機(jī)物的一種生物處理法。

11/30/202345環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)厭氧法處理廢水的特點(diǎn)：處理中能量要求低，能夠產(chǎn)出能源物質(zhì)——沼氣，其中含有50-70％的甲烷。污泥的產(chǎn)量低，厭氧微生物增殖速率比好氧微生物慢。對(duì)溫度，

pH值，環(huán)境因素更敏感，有中溫菌，低溫菌和高溫菌。要求一定的碳氮比，對(duì)毒性物質(zhì)敏感。處理后，厭氧廢水中有機(jī)物濃度高于好氧處理。厭氧微生物能夠降解好氧處理不能降解的有機(jī)物。厭氧處理過程較復(fù)雜。一、厭氧生物法11/30/202346環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器↑37℃厭氧活性污泥反應(yīng)器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥厭氧活性污泥法11/30/202347環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)厭氧生物膜法沼氣出水進(jìn)水AF厭氧濾池11/30/202348環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)厭氧反響器化糞池UASB反響器厭氧流化床生物膜反響器〔AFB)厭氧膨脹顆粒污泥床EGSB升流式污泥床過濾器UBF11/30/202349二、厭氧處理中的甲烷發(fā)酵理論及各階段微生物厭氧處理中，甲烷發(fā)酵的理論先后提出了二階段，三階段，四階段理論。三階段理論比較完善，目前應(yīng)用較多的是四階段理論。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)產(chǎn)酸產(chǎn)氣兩大階段11/30/2023501.第一階段-水解和發(fā)酵纖維素，淀粉水解為單糖，再酵解為丙酮酸；蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成有機(jī)酸和氨；脂類水解為各種低級(jí)脂肪酸和醇。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)

厭氧發(fā)酵性細(xì)菌利用胞外水解酶的作用水解進(jìn)而再發(fā)酵的過程。11/30/202351第一階段的微生物

有纖維素分解菌，蛋白質(zhì)分解菌，淀粉分解菌和脂類分解菌。專性厭氧菌有梭菌屬，擬桿菌屬，丁酸弧菌屬，真細(xì)菌，雙歧桿菌屬；兼性厭氧的有鏈球菌和腸道菌，假單胞菌屬，芽孢桿菌屬，變形菌屬，產(chǎn)堿桿菌屬，產(chǎn)氣桿菌屬，大腸桿菌屬等。發(fā)酵性細(xì)菌數(shù)量108~109/mL混合液，1010~1011/g揮發(fā)性固體。環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202352環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)分解纖維素半纖維素的微生物：兼性厭氧的蠟狀芽孢桿菌，銅綠色假單胞桿菌，類產(chǎn)堿桿菌，假單胞菌屬的一類菌。分解淀粉的微生物：變形微球菌，尿素微球菌，亮白微球菌、芽孢桿菌屬的某些菌、假單胞菌屬。分解類脂微生物：產(chǎn)色莢膜梭菌。分解蛋白質(zhì)的微生物：蠟狀芽孢桿菌，環(huán)狀芽孢桿菌，球形芽孢桿菌，枯草芽孢桿菌，脫氮假單胞菌屬。11/30/2023532.第二階段-產(chǎn)氫，產(chǎn)乙酸階段分解為CH3COOH和H2。

環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)丙酸琥珀酸丁酸乙醇長(zhǎng)鏈脂肪酸芳香酸及醇產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸微生物pH的變化pH下降pH上升

大量有機(jī)酸類產(chǎn)生蛋白質(zhì)，含氮有機(jī)物的分解，生成氨，碳酸鹽，胺類物質(zhì)等堿性物質(zhì)

11/30/202354產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸微生物包括：互營(yíng)單胞菌屬，互營(yíng)桿菌屬，梭菌屬，暗桿菌屬。將揮發(fā)性的脂肪酸降解為乙酸和氫氣。硫酸復(fù)原菌如脫硫弧菌環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/2023553.第三階段——產(chǎn)甲烷階段環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)CH3COOHH2CO2COH2OCH3CH2OHCH3OHHCOOH兩組生理性質(zhì)不同的專性厭氧菌群CH4簡(jiǎn)單的含碳有機(jī)物11/30/202356產(chǎn)甲烷機(jī)制：氫氣和二氧化碳或一氧化碳的合成甲烷——28％的甲烷來自合成。

環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202357乙酸分解為甲烷和二氧化碳。或利用甲酸，甲醇，甲基胺裂解為甲烷——72％的甲烷來自酸的裂解。

環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)11/30/202358環(huán)境微生物根底教學(xué)課件天津工業(yè)大學(xué)其它產(chǎn)生甲烷機(jī)制：****11/30/202359產(chǎn)甲烷菌：對(duì)溫度要求嚴(yán)格，有中溫菌30-35℃，低溫菌10-15℃，高溫菌50-55℃；p