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1、2022/12/2,1,第三章 水环境中的污染控制与治理的生态工程及微生物学原理,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,2,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,第一节 好氧污（废）水的生态系统及生物处理原理一、好氧活性污泥法二、好氧生物膜法 第二节 厌氧污（废）水的生态系统及生物处理原理,本章内容,2022/12/2,3,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,4,效率高; 普通活性污泥水处理厂，每天1m3曝气池能转换12kg干有机物，100倍于森林。效果好; BOD去除率达90%95%，COD去除率为60%70%。,生物处理的优点,适用范围广（与微生物
2、特点相关）成本低、运行费用少；可处理的水量大，方法成熟;,生物处理是废水二级处理的首选方法,2022/12/2,5,第一节 好氧污（废）水的生态系统及生物处理原理,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,城市生活污水和工业废水生物处理的方法,好氧法,厌氧法,活性污泥法,生物膜法,2022/12/2,6,一、好氧活性污泥法(activated sludge process),环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,7,2022/12/2,8,1. 活性污泥的组成和性质,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,9,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,好氧活性污泥
3、是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧的微生物，少量的厌氧微生物，其上吸附的污水中的有机和无机固体物混凝交织在一起的，形成絮状体的或称绒粒。,2022/12/2,10,性质,含水率99 ；密度为1.002-1.006，混合液中为1.002-1.003，回流污泥中为1.004-1.006； 具有生物活性，有吸附，氧化有机物的能力 ；绒粒的大小为0.02-0.2mm；比表面积20-100cm2/mL；呈弱酸性，pH为6.7 ；,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,11,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2. 活性污泥的形成及存在形式,对含有机物和细菌的污水不断曝气，维持足够的
4、溶解氧，经过一定时间后，就会产生絮状的污泥。,2022/12/2,12,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,在显微镜下观察，可看到各种微生物细菌、霉菌、原生动物、后生动物。从外观上看，活性污泥根据废水水质不同有不同的颜色，有褐色、黄色、灰色和铁红色等。轻轻搅动，易于呈悬浮物状；静止片刻，也易沉下。活性污泥无臭味，具有微微的土腥味。,2022/12/2,13,3. 好氧活性污泥中的微生物群落及各种群的作用,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,产生絮凝体的微生物,优势菌属,真菌,微型后生动物和原生动物,丝状菌,组成,2022/12/2,14,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,产生絮凝体的微
5、生物,菌胶团,污泥的絮体形成之前，细菌分泌的粘液体，荚膜或明胶质与细菌体组成了菌胶团，这是活性污泥的结构和功能的中心。,多糖，氨基酸,2022/12/2,15,对有机物有吸附能力和分解的能力；为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境和附着场所；具有指示作用，从菌胶团的透明度，颜色，数量和颗粒大小，结构的松散程度判断活性污泥的性能。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,菌胶团功能：,新生的菌胶团颜色浅，无色透明，结构紧密，说明菌胶团生命力旺盛，吸附和分解有机物的能力强。老化的菌胶团颜色深，结构松散，活性不强，吸附和分解能力差。,2022/12/2,16,产生絮凝体的微生物有：,动胶菌属.*
6、从毛单胞菌属*假单胞菌属*产碱杆菌属*微球菌属无色杆菌属黄杆菌属原生动物，如钟虫,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,17,丝状菌：浮游球衣菌引起污泥丝状膨胀的主要菌属。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,优势菌属: 与产絮凝体微生物不同，菌体数量占优势。芽孢杆菌属，棒状杆菌属，螺菌属，大肠菌属，短杆菌属。,真菌: 青霉属，芽枝霉属，头孢霉属。 其存在与水质有很大关系，pH低的水质，含C量多数量和种类不多。,2022/12/2,18,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,微型后生动物和原生动物,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。,鞭毛类
7、、肉足类和纤毛类,2022/12/2,19,a. 根据原生动物种类的演替，来判断水质和污水处理的程度。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,微型后生动物和原生动物指示作用,细菌,植物性鞭毛虫,肉足类,动物性鞭毛虫,游泳型纤毛虫、吸管虫,固着型纤毛虫,轮虫,2022/12/2,20,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,判断污泥的程度,绿眼虫,2022/12/2,21,纤毛虫的豆形虫属，草履虫，四膜虫属，屋滴虫属，眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质变差。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,b. 通过原生动物的种类判断活性污泥的处理水质的好坏。,2022/12/2,22,纤毛虫的钟
8、虫属，累枝虫属，盖纤虫属，聚缩虫属，独缩虫属，独缩虫属，盾纤虫属，吸管虫属，漫游虫属，内管虫属。轮虫属等出现，说明活性污泥正常，出水水质好。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,b. 通过原生动物的种类判断活性污泥的处理水质的好坏。,在0.05l混合液中有50150只钟虫时，出水良好，COD50g/,2022/12/2,23,线虫说明缺氧。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,b. 通过原生动物的种类判断活性污泥的处理水质的好坏。,2022/12/2,24,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,c. 通过原生动物在恶劣环境中个体形态的改变，来判断进水水质的变化和运行中出现的问题。,在溶解氧
9、不足和其它环境条件恶劣时，钟虫由正常虫体向胞囊演变的一系列变态变化。,钟虫的变态,形成过程：鞭毛、纤毛等细胞器缩入体内，缩水，并分泌一种胶状物质于体表，凝固成孢壳，均为球状。,胞囊,2022/12/2,25,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,原生动物能够吞食有机颗粒，游离的细菌和其它小的生物，起到净化的作用。,净化作用,原生动物分泌的粘液物协同和促进细菌发生絮凝作用。弯豆形虫的浓度低时，细菌不起絮凝作用，在浓度增加到2.5103个时，细菌产生很大的絮凝作用。弯豆形虫浓度增大到很大时，产生很大的细菌絮体。钟虫的尾柄也分泌一些粘性物质，使许多尾柄交织在一起，和细菌形成了很大的絮体。,促进絮凝和
10、沉淀的作用,2022/12/2,26,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,4. 好氧活性污泥的净化作用机理,吸附,吸收,混凝,2022/12/2,27,2022/12/2,28,2022/12/2,29,纪庄子污水处理厂氧化沟（中试）,2022/12/2,30,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,5. 好氧活性污泥的驯化,1）菌种来源,污水处理厂的曝气池的活性污泥；污水厂集水池污泥；污水厂沉淀池污泥；污水厂废水流经的河流淤泥。,2022/12/2,31,2）菌种驯化,驯化的方法是逐渐增加废水的浓度或流量，可以采用间歇方法或连续方法。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,根据处理水质状况，
11、投加必需的营养物(碳源、氮源、磷源)。,2022/12/2,32,3）培养,间歇培养：闷曝，将曝气池注满废水，只曝气而不进废水。 混合液曝气到开始出现活性污泥絮状体后，即停止曝气，静止沉淀1h1.5h，排放上清液，再补充废水，继续曝气。不断观察生物相中微生物组成。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,33,连续培养：连续曝气，进水量从小到大逐渐增加，同时增加溶解氧供应量，连续运行一段时间，活性污泥出现并逐渐增多。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,34,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,6. 好氧活性污泥的膨胀,正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而
12、分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。,本质污泥密度变小或黏附能力下降。分非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类。,2022/12/2,35,活性污泥丝状膨胀：由于丝状细菌的极度生长导致的活性污泥膨胀。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,36,致因微生物：丝状细菌（浮游球衣菌、发硫菌属、贝日阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属、微丝菌属）或真菌优势过度生长。,2022/12/2,37,原因：,水温过高（25）、pH过低（6.5）；曝气池DO长期维持在较低（0.10.2mg/L）；硫化物过高，硫细菌生长过度；营养失衡。 废水C/N低；无机金
13、属离子较少。 原因菌丝体储备营养物少、表面积大，在稀溶液中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境（包括溶解氧、各种营养物）的生长。毒物冲击。原因菌丝体耐受能力强。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,38,生物膜法的处理工艺有：生物滤池（普通，高负荷，塔式），生物转盘，生物接触氧化法。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,二、好氧生物膜法,好氧生物膜法即好氧附着生物处理系统,2022/12/2,39,生物滤池,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,40,生物滤池,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,41,塔式生物滤池,环境微生物
14、基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,42,生物膜生物 生物膜面生物 滤池扫除生物,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,1.好氧生物膜的微生物群落,在膜内部;以菌胶团为主浮游球衣菌藻类,净化稳定污水。,在膜的表面；固着性纤毛虫（钟虫，累枝虫，独缩虫）游泳性纤毛虫（盾纤虫，斜管虫，尖毛虫，豆形虫）；促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率。,在膜外部轮虫，线虫，寡毛类沙蚕，顠体虫；去除滤池里污泥，防止污泥堵塞的功能。,2022/12/2,43,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2.生物膜的结构和各部分的微生物,上层，营养物浓度高细菌，少数鞭毛虫。,中层，营养物，上层的代谢产物微生
15、物种类多，菌胶团，浮游球衣菌，鞭毛虫，变形虫，豆性虫，肾形虫。,下层，有机物浓度低，低分子有机酸多菌胶团，浮游球衣菌，固着纤毛虫钟虫和游泳纤毛虫盾纤虫，漫游虫。轮虫。,废水,2022/12/2,44,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,3.净化机理,2022/12/2,45,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,第二节 厌氧环境中的活性污泥和微生物群落,沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间。,厌氧生物处理是在无氧的条件下，利用兼性和厌氧微生物分解有机物的一种生物处理法。,2022/12/2,46,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,厌氧法处理废水的特点：,处理中能量要求低，能够产出能
16、源物质沼气，其中含有50-70的甲烷。污泥的产量低，厌氧微生物增殖速率比好氧微生物慢。对温度， pH值，环境因素更敏感，有中温菌，低温菌和高温菌。要求一定的碳氮比，对毒性物质敏感。处理后，厌氧废水中有机物浓度高于好氧处理。厌氧微生物能够降解好氧处理不能降解的有机物。厌氧处理过程较复杂。,一、厌氧生物法,2022/12/2,47,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,厌氧活性污泥法,2022/12/2,48,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,厌氧生物膜法,沼气,出水,进水,AF,厌氧滤池,2022/12/2,49,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,厌氧反应器,化粪池,UASB反应器,厌氧
17、流化床生物膜反应器（AFB),厌氧膨胀颗粒污泥床EGSB,升流式污泥床过滤器UBF,2022/12/2,50,二、厌氧处理中的甲烷发酵理论及各阶段微生物,厌氧处理中，甲烷发酵的理论先后提出了二阶段，三阶段，四阶段理论。三阶段理论比较完善，目前应用较多的是四阶段理论。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,产酸,产气,两大阶段,2022/12/2,51,1.第一阶段-水解和发酵,纤维素，淀粉水解为单糖，再酵解为丙酮酸；蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,厌氧发酵性细菌利用胞外水解酶的作用水解进而再发酵的过程。,2022/1
18、2/2,52,第一阶段的微生物,有纤维素分解菌，蛋白质分解菌，淀粉分解菌和脂类分解菌。专性厌氧菌有梭菌属，拟杆菌属，丁酸弧菌属，真细菌，双歧杆菌属；兼性厌氧的有链球菌和肠道菌，假单胞菌属，芽孢杆菌属，变形菌属，产碱杆菌属，产气杆菌属，大肠杆菌属等。发酵性细菌数量108109/mL混合液，10101011/g挥发性固体。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,53,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,54,2. 第二阶段-产氢，产乙酸阶段,分解为CH3COOH和H2。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,丙酸琥珀酸丁酸乙醇长链脂肪酸芳香酸及醇,H的变化
19、,H下降,H上升,6.6-6.8,大量有机酸类产生,蛋白质，含氮有机物的分解，生成氨，碳酸盐，胺类物质等碱性物质,2022/12/2,55,产氢产乙酸微生物包括：,互营单胞菌属，互营杆菌属，梭菌属，暗杆菌属。将挥发性的脂肪酸降解为乙酸和氢气。硫酸还原菌如脱硫弧菌,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,56,3.第三阶段产甲烷阶段,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,CH3COOHH2CO2COH2OCH3CH2OHCH3OHHCOOH,两组生理性质不同的专性厌氧菌群,CH4,简单的含碳有机物,2022/12/2,57,产甲烷机制：,氢气和二氧化碳或一氧化碳的合成甲烷28的
20、甲烷来自合成。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,58,乙酸分解为甲烷和二氧化碳。或利用甲酸，甲醇，甲基胺裂解为甲烷72的甲烷来自酸的裂解。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,59,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,其它产生甲烷机制：,2022/12/2,60,产甲烷菌：,对温度要求严格，有中温菌30-35，低温菌10-15，高温菌50-55 ；pH值要求严格，适应的范围pH是6.8-7.8；严格厌氧、繁殖速率慢，世代时间长；氧和任何形式的氧化剂对产甲烷菌都有很强的毒性；产甲烷菌的种类很多，常见的有3目，4科，7属，13种，都属于古细菌 。,
21、环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2022/12/2,61,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,产甲烷丝菌属索氏产甲烷丝菌,2022/12/2,62,4.第四阶段同型产乙酸阶段,同型产乙酸细菌将转化为乙酸。,2022/12/2,63,微生物组成水解细菌、发酵细菌、营氢营养性和乙酸营养型古菌、利用H2、CO2合成CH4的古菌、厌氧原生动物。颜色呈灰色及黑色，有生物吸附、降解及絮凝作用。颗粒厌氧污泥直径0.5mm以上，以丝状菌为骨架的具有絮凝能力的团粒化污泥24mm，表面灰黑色，内部黑色。,三、厌氧活性污泥的组成及性质,2022/12/2,64,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,第一节 好氧污（废）水的生态系统及生物处理原理一、好氧活性污泥法。*活性污泥微生物组成及功能、菌胶团的功能、净化原理。二、好氧生物膜法。生物膜微生物组成及功能、净化原理。第二节 厌氧污（废）水的生态系统及生物处理原理*产甲烷的过程，及甲烷产生机制（两大类）,本章总结,
