水处理微生物课件第十章.ppt

,第十章 污水生物处理系统中的主要微生物,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 微生物的脱氮除磷 用生物法处理废水对水质的要求,本节主要内容,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：,处理废水的微生物 处理构筑物,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为混合培养的微生物系统，,一 废水生物处理中的一些概念,二 废水的好氧生物处理,1 概念：在有氧的条件下借好氧微生物的作用处理废水。又叫废水生物处理。,废水中 有机物,好氧 微生物,无机物，随水排出,微生物 细胞物质,有机物充足,微生物增多,有机物少,菌体死亡,与废水 分离,O2,通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下来。,（一）废水的好氧生物处理概述,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。,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BOD5 8090 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。,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）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10021006 大小为00202mm 比表面积为20100cm2ml之间 弱酸性(pH约为67)当进水改变时，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,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？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107108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。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,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,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 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,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。,(三)好氧活性污泥净化废水的作用机理,好氧活性污泥的净化作用机理见下图好氧活性污泥吸附和降解,用框图表示见下图,后处理,曝气池,沉淀池,污泥回流,净水外排,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。,(四)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。,正常的絮状体的结构有两类：,微结构：直径75um，易破碎。宏结构：微生物凝聚在丝状微生物周围，较大不规则。,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（FeCl2550mg/L)、铝盐(10100mg/L)、氯(1020mg/L、H2O2)(40200mg/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,1 生物滤池的结构,三个主要部分,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）,1 生物滤池的结构,布水系统,作用 是将废水均匀地喷洒在滤料上。,排水系统,滤床底部，作用是收集。排出处理后的废水保证滤池通风。,旋转布水器示意图,1 生物滤池的结构,2 生物滤池工作的基本原理,在滤池内设置固定的滤料，当废水自上而下滤过时，由于废水不断与滤料接触，微生物在滤料表面繁殖，逐渐形成生物膜。生物膜是由多种微生物组成的一个生态系统。当生物膜形成并达到一定厚度时，氧就无法透入生物膜内层，造成内层的厌氧状态，使生物膜的附着力减弱。此时，在水流的冲刷下，生物膜开始脱落。随后在滤料上又会生长新的生物膜。如此循环往复，废水流经生物膜后得以净化。,生物滤池的结构图,3 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,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,4 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24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。,（六）好氧生物处理技术进展,1 活性污泥系统的进展,（1）氧化沟 又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。荷兰卫生工程研究所于20世纪50年代研制开发的。第一座氧化沟是1954年由巴斯维尔（Pasveer）设计并投入运行。一般主要用于日处理水量在5000m3以下的城市废水和有机废水。,优点：对水温、水质、水量的变动有较强适应性。产泥量低，排泥量少。充分曝气处理，水质良好。,以氧化沟为单元的废水处理流程,氧化沟的平面图,1 活性污泥系统的进展,（2）AB法废水处理工艺 又叫吸附生物降解（Adsorption Biodegradation）工艺的简称。德国20世纪70年代中期开创的。,2 生物膜法的进展 生物流化床,20世纪70年代开发出的一种新型生物膜法废水处理构筑物。,采用相对密度1的细小惰性颗粒（砂、焦炭、陶粒、活性炭等）为载体，微生物生长于载体表面形成生物膜，废水（先经充氧获在床内充氧）自下向上流动，使载体处于流化状态，其上附着的生物膜可与载体充分接触。流化床内生物固体浓度很高，氧和有机物的传递效率也高。高效。,生物流化床示意图,（六）好氧生物处理技术进展,两项生物流化床工艺,三 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（Louis Mouras）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）原理：,胞外酶,单糖 氨基酸 脂肪酸,发酵,醇 低级脂肪酸,（2）参加的微生物：,发酵细菌群,梭菌属（Clostridium)丁酸弧菌属（Butyrivibrio）拟杆菌属（Bacteroides),大多专性厌氧；适宜Ph4.58,（3）特性,2 产醋酸细菌作用阶段,上阶段产物（丙酸、丁酸、醇等）,醋酸、甲胺 CO2、H2,（1）原理,（2）参加的微生物,产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群,互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属,绝对厌氧菌获兼性厌氧菌；适宜pH 4.58,三阶段4类群理论,（3）特性：,3 产甲烷细菌作用阶段,（厌氧消化的控制阶段）,（1）原理,H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH,（2）参加的微生物,产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属,严格厌氧菌 中温菌对温度敏感 pH 适宜6.87.2 增殖速率慢,三阶段4类群理论,（3）特性：,厌氧消化三阶段四类群,废水中有机物,脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类,乙酸,H2+CO2,不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约。表现在：1 不产甲烷细菌未产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的的基质。不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷细菌。产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。2 不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细菌的代谢作用，使发酵液的氧化还原电位不断下降，为产甲烷细菌提供生长条件。,（二）厌氧微生物群体间的关系,3 不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质 苯环、氰化物可被不产甲烷细菌降解。4 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细 菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳 等，解除反馈。5 不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值。不产甲烷菌分解糖等产生酸，降低pH 产甲烷菌分解酸产生甲烷，pH 上升,（二）厌氧微生物群体间的关系,对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。,厌氧消化 最佳温度,55左右嗜热菌（高温消化）35左右嗜温菌（中温消化）,取舍：高温消化的反应速率为中温消化的1.51.9倍，但甲烷在气体中占比例低。消化不彻底。高温消化需较多的能量，不经济。,1 温度,温度对厌氧消化的影响,（三）厌氧生物处理的影响因素,不产甲烷细菌适宜pH 4.58 产甲烷细菌适宜pH 6.87.2,在pH8.2的环境中，厌氧消化会受到严重抑制。主要对甲烷细菌的抑制。,厌氧消化的最佳pH 值为6.87.2.,2 pH 值,（三）厌氧生物处理的影响因素,有机污泥不溶性有机质、纤维素含量高的污水。高浓度有机废水一般先厌氧处理将污物，后好氧处理。大量稀释或降低好氧处理进水量，则处理费用较昂贵。,1 处理对象：有机污泥和高浓度的有机废水,2 时间长：3035，需15天。,生化需氧量去除率5090,与好氧处理法比较,3 能量需求大大降低,不需供给氧气，同时还可产生甲烷 每去除1kg COD好氧生物处理一般需消耗0.51.0 kW.h电能。每去除1kg COD 厌氧生物处理约能产生3.5 kW.h电能。,（四）厌氧法处理废水的特征,4 污泥产量极低,厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。,5 处理后有机物浓度高于好氧处理,6 有臭气产生,7 设备较简单,厌氧消化池,我国常用的为圆柱形。钢筋混凝土,浮盖式消化池,（五）厌氧法处理废水的应用,四 废水的生物脱氮除磷技术,（一）水体的富营养化（二）废水的生物脱氮（三）废水的生物除磷（四）生物脱氮和除磷的影响因素,（一）水体的富营养化,水体富营养化（eutrophication）由于N、P在水体中含量过高，而引起藻类、某些细 菌大量繁殖，其它生物种类减少，以至水质恶化。,是近30年在废水处理中才出现的一个术语。,开始富营养化的条件,水体中可溶性磷 0.01mg/L N:P5:1 N：是富营养化的主要因素（NH4+、NO3-、NO2-、有机N）P:可溶性磷酸盐 与不溶性磷酸盐相互转化。,N:P比例取决于（1）生物转化（有机N和无机N间转化）（2）流入水体的水（出水的N、P超标）,（二）废水的生物脱氮,1 生物脱氮的基本原理,生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将NO3-还原为N2，从而达到脱氮的目的。,硝化作用有O2,反硝化 细菌,反硝化 作用无O2,N2、NO2,最终完成生物脱氮,（二）废水的生物脱氮,2 参与生物脱氮的微生物,氨化细菌 硝化细菌,亚硝酸细菌 硝酸细菌,反硝化细菌,3 生物脱氮工艺,活性污泥法脱氮传统工艺 缺氧好氧活性污泥法脱氮系统 氧化沟硝化脱氮工艺 生物转盘硝化脱氮工艺,（二）废水的生物脱氮,活性污泥法脱氮传统工艺分单级、2级、3级流程 是由巴茨（Barth）开创的活性污泥法脱氮流程。它是以 氨化、硝化、反硝化 3 相反应过程为基础建立的。,（1）活性污泥法脱氮传统工艺,活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图,原废水,污泥回流,剩余污泥,污泥回流,剩余污泥,处理水,污泥回流,（2）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统,沉淀 池,缺氧好氧活性污泥法脱氮系统,原废水,内循环（硝化液回流）,回流污泥,处理水,（三）废水的生物除磷,20世纪70年代末，发现多种有明显除磷能力的细菌，统称除磷菌，如不动杆菌（Acinetobacter）。在有氧环境中可超量摄取磷。一般细菌细胞中磷占2.3。而除磷菌可摄取约为正常需要10倍以上的磷。,磷常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中。,1 参与生物除磷的微生物,2 废水的生物除磷的基本原理及实质,利于聚磷菌一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。,分两步进行：聚磷菌的放磷（厌氧条件）聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）,聚磷菌的放磷（厌氧）,PHB 聚羟基丁酸,聚磷菌的磷过量摄取（好氧）,好氧时摄取的磷多于厌氧时释放的磷,厌氧好氧系统生物除磷过程图,1 温度 生物脱氮除磷系统温度在540范围内都能成功运行。2 pH值与碱度 生物脱氮最适pH：硝酸菌6.07.5，亚硝酸菌7.08.5，反硝化细菌7.07.5 生物除磷最适pH：6.08.0 3 溶解氧 生物脱氮：硝化时溶解氧2.0mg/L。反硝化时溶解氧小于0.5mg/L 生物除磷：厌氧段溶解氧小于0.2mg/L 需氧段溶解氧1.52.5mg/L,（四）生物脱氮和除磷的影响因素,复习思考题 1 氨化作用、硝化作用、反硝化作用的概念。2 好氧活性污泥的组成和性质如何？3 菌胶团的功能是什么？4 菌胶团是如何形成的？5 好氧活性污泥运行时微生物会造成哪些问题？加以分析。6 生物膜的概念、生物膜处理废水的原理。7 说明厌氧生物处理废水的原理。8 分析生物脱氮的原理，及生物除磷的原理。9 为什么厌氧生物处理废水的PH值要维持在6.87.2？从参加的微生物的生理特性分析。10 说说好氧生物法处理废水和厌氧生物法处理废各有哪些特征？比较说明,