厌氧处理活性污泥课件.ppt

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1、第七章 环境污染物的生物净化方法 第一节废水的好氧生物处理 第二节 废水的厌氧处理 第三节 特定微生物处理、脱氮除磷 第四节 固体废弃物的微生物处理 第五节土壤的生物净化作用,1,第一节废水的好氧生物处理 好氧生物处理（Aerobic Biological Treatment）:在有氧条件下，有机物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，而使污染物浓度下降的一种废水净化法。一、活性污泥法（低BOD废水处理方法）活性污泥法(Activated sludge process):是利用悬浮生长的微生物絮状体处理有机废水的一类好氧生物处理法。,2,(一)活性污泥中的微生物 有3类，原核生物:细菌、放线菌

2、、蓝细菌和立克次氏体；真核生物:酵母、丝状真菌和单细胞藻类、原生动物、多细胞微型动物；病毒。由于细菌和真菌可直接利用、分解废水中的可溶性有机物质,其中，细菌等腐生营养性微生物在水净化中起主要作用。,3,1、活性污泥中的原核生物-细菌（1）分枝状动胶杆菌（菌胶团细菌）最早由Butterfield（1935）分离到。由于这类细菌能产生胶状物如细菌多糖，分泌许多粘液或纤维，而使细菌胶合在一起形成菌胶团絮状体。菌胶团细菌是构成活性污泥絮状体的主要成分,有很强的吸附、氧化有机物的能力。,4,菌胶团细菌特点 无芽孢杆菌，有鞭毛能运动，可形成荚膜，可利用碳水化合物、明胶、酪素和蛋白胨，无硝化作用，不产生H2

3、S。形成絮状体的好处（1）可使细菌避免微型动物所吞噬。（2）利于污泥的沉降。,（2）丝状菌 有浮游球衣菌、贝氏硫细菌、发硫细菌等，也是活性污泥的重要组成成分。它们可交叉于菌胶团内，或附着生长于絮状体的表面，少数种类的丝状菌还可游离于污泥絮状体之间。丝状菌也具有很强的氧化分解有机物的能力，起着一定的净化作用。但若丝状菌数量超过菌胶团细菌，严重时可引起活性污泥膨胀，可降低活性污泥的净化功能。,6,2、活性污泥中的真核生物（1）真菌:有头孢属、芽枝霉属、青霉属、毛霉属、根霉属、曲霉属、镰刀霉属、漆斑菌属、粘帚霉属、瓶霉属、短梗霉属、木霉属等。真菌在活性污泥中的出现往往与水质有关。一般碳水化合物高、p

4、H低的酸性工业废水中容易生长真菌，而头孢属真菌出现率最高。,7,（2）原生动物 是最简单的真核生物，大部分都是单细胞生物或单细胞群体，原生动物细胞内有细胞核和细胞器，结构十分复杂。其全部生活在水中，至少包含5万种的原生生物。活性污泥中能见到的原生动物有80属，288个种。有鞭毛纲（绿眼虫）、肉足纲（变形虫）、孢子纲（疟原虫）和纤毛纲（草履虫）4个纲。,9,10,1）活性污泥中的原生动物的作用 I）捕食细菌，以降低游离细菌的数量。II）促进活性污泥的絮凝作用，许多原生动物可分泌多糖类物质，促进活性污泥形成絮凝体。III）吸收和分解废水中的有机物质。2）原生动物出现特点：I）原生动物种群数量与活性

5、污泥中游离细菌数量有直接的相关性，但与菌胶团细菌数量无关。只是因为原生动物只吃自由活动细菌，而吃不到菌胶团内的细菌。,11,II）原生动物种属的变化可在一定程度上反映水质和处理效果。运行初期，以鞭毛虫类、根足虫类为主；以后出现自由游泳型纤毛虫类；而当活性污泥处理后期，匍匐或附着型的纤毛虫占优势。III）不同废水处理的活性污泥中，原生动物的个体数和优势种不同。在城市污水的活性污泥中高频率出现的原生动物是沟钟虫、小口钟虫和有助盾纤虫。,12,（3）微型后生动物 原生动物以外的多细胞动物叫后生动物，因为体型微小，也叫微型后生动物。主要有轮虫、线虫、寡毛虫（飘体虫、颤蚓、水丝蚓等）、浮游甲壳动物、苔藓

6、动物。轮虫和线虫则是线形动物门，而寡毛类为环节动物门。它们多以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食。所以出现较晚。一般来说：线虫可在城市污水厂的活性污泥中大量存在；轮虫的出现反映有机物质含量较低，水质较好；而寡毛类以颤蚯蚓为代表，是活性污泥中体形最大，分化程度高级的多细胞生物。,13,14,15,（二）活性污泥的特性 1、具有很强的吸附能力 废水中的Fe、Cu、Pb、Ni、Zn等金属离子，大约30%-90%能被活性污泥吸附去除。生活污水在10-30 min内，80%-90%的BOD可由活性污泥的吸附作用而去除。2、具有良好的沉降性能 活性污泥因具有絮状结构而有良好的沉降性能(密度为1.002-1

7、.006)，使处理水比较容易地与污泥分离，最终达到净化废水的目的。,3、具有强的分解、氧化有机物的能力(1)被活性污泥吸附的大分子有机物质，首先在微生物细胞分泌的胞外酶作用下，变成小分子有机物.(2)小分子有机物透过细胞膜进入微生物细胞，在胞内酶的作用下，经过一系列生化途径氧化，并释放能量。与此同时，微生物可利用呼吸释放的能量，将氧化过程中的一引起中间产物转变为细胞物质，这样微生物得到生长繁殖，有机物不断地被氧化分解。,4、具有较长的食物链 在活性污泥和生物膜对废水的生物处理过程中，一般都能看到存在着“有机物-细菌-原生动物-微型后生动物”这样的食物链。食物链越长，能量消耗的比例就越大。据推算

8、，由细菌得到的原生动物的收获率约为0.5，而由细菌到微型后生动物的收获率仅为0.3。若微型后生动物捕食原生动物，则产生的生物量更小。,（三）活性污泥法处理废水的过程 活性污泥法：在人工充氧条件下，对污水中的各种微生物群体进行培养和驯化，形成活性污泥，利用活性污泥的吸附和氧化作用，分解污水中有机物质的方法。1、活性污泥分解有机污染物过程（1）初期吸附 活性污泥有巨大的比表面积，且表面上含有多糖类粘性物质，因此，其对废水中的有机物质有很强的吸附能力。当与废水接触，废水中的有机物质便迅速吸附到活性污泥表面。,（2）降解为小分子物,进入微生物体 有机物:一旦被吸附在活性污泥表面，便在微生物细胞分泌的胞

9、外酶作用下，变成小分子有机物，然后透过细胞膜进入微生物细胞.（3）体内氧化降解：被运入的小分子物，再在胞内酶的作用下，经过一系列生化途径氧化分解，并释放能量，与此同时，微生物利用呼吸释放的能量，将氧化过程中的一引起中间产物转变为细胞物质，这样微生物得到生长繁殖，有机物不断地被氧化分解。,2、活性污泥法净化基本过程（1）向废水中曝气充氧，形成活性污泥颗粒 曝气可使各种以该废水中有机物作为营养物质的微生物大量生长繁殖，形成菌胶团的细菌逐渐形成絮状体,原生动物附着其上，丝状的细菌与真菌交织穿插其间，形成一颗颗浮于混合液中的絮状颗粒，每一颗粒就是一个微生物群体。,21,（2）有机污染物的吸附和摄入代谢

10、 废水有机物被活性污泥颗粒大量吸附、并被摄入微生物体内。一部分在氧的作用下，转化为微生物本身的结构组分和新的细胞，另一部分则完全被氧化为CO2和H2O等物质。（3）活性污泥颗粒沉降 污染物被同化为微生物有机体，然后进入沉淀池，絮状化的活性污泥颗粒能很好地沉降至池底，上清液为处理过的水。,22,23,3、活性污泥法除污工艺流程,（1）在曝气池中活性污泥与废水充分混合 在曝气池中，活性污泥和待处理废水充分混合，形成混合液，在曝气池充足的氧气条件下，有机废水被氧化降解，污染物浓度被降低。注意：活性污泥微生物的新陈代谢需充足的氧气。为增加曝气池中的含氧量，可通过鼓风曝气、机械曝气等方法，由管道系统将空

11、气以微型气泡逸出的方式，在混合液中扩散，并带动混合液的混合和搅拌。,（2）二次沉淀 氧化降解的废水，经二次沉淀池沉淀，进行固液分离，下层为分离出的活性污泥，上层为已处理的清水，排出沉淀池。对于下层分离出的活性污泥，大部分送回曝气池进行活性污泥回流，其余作为废弃物排出。,普通活性污泥法运行特点：（1）BOD去除可达90%以上，处理效果极好。（2）适用于净化、稳定程度较高的废水。（3）采取渐减供气方式，前端采用高氧，后端采用低供氧方式。,（四）污水处理系统中的酶 1、污水系统中酶的来源（1）微生物分泌 微生物中含有大量的酶，可分泌到环境中，参与污水中有机物的降解。如丝状菌含有两种特异的酶，一种能使

12、氨氧化成亚硝酸，另一种能使亚硝酸进一步氧化成硝酸。另外，细菌的脲酶和蛋白酶活性也高于原生动物，分解蛋白胨和肽，产生氨基酸，供原生动物生长。,28,（2）人、畜类的排泄 在人畜的粪便和尿中存在大量的酶类，如粪便和尿中存在淀粉酶、蛋白酶，在粪便中还存在CAT，但正常新鲜的尿液一般无CAT活性。（3）动植物残体 土壤中存在许多酶，如淀粉酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酯酶、蔗糖酶、CAT、-半乳糖苷酶等，这些酶除来自微生物的分泌外，大部分来源于动、植物的残体。,29,（4）活性污泥中微生物体内的酶 活性污泥中微生物体内的酶与上述这些酶类一起，参与了有机污染物的降解。现知，胃蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶存在于絮凝体的

13、表面，而胰蛋白酶则在絮凝体颗粒周围的污水中也有所分布。,30,2、环境因素对活性污泥中酶活性的影响（1）温度:实验指出，活性污泥在有氧条件下能分解甲基兰染料，而当温度升高到50 时，就丧失分解染料的能力。由于高温可使酶钝化失活。已知蛋白酶的最适温度为22.5,CAT为10-20。（2）pH:过酸过碱会影响酶的活性。脂肪酶的最适pH为6.5，蛋白酶为7.88.0；CAT为7。,31,（3）受重金属的抑制 研究发现，Cr对污泥中的许多酶活性都有抑制作用；Hg2+、Pb2+、Cu2+、Co2+对CAT活性都有不同程度的抑制作用，200mol/L的HgCl2可完全抑制CAT的活性。而 Zn、KCN、H

14、g2+对-或-糖苷酶、-或-半乳糖苷酶都有不同程度的抑制作用。（4）有机毒物的抑制 有报道指出，苯酚、苯甲酸、苯胺可抑制活性污泥中的CAT活性；0.5 mmol/L磺乙酸、p-羟基苯汞可使蛋白酶完全失活。,32,二、生物膜法 利用微生物在固体（填料）表面的附着生长对废水进行生物处理的技术，称生物膜法（Biofilm）。其特点是微生物被固定在一特定膜上进行水的净化。（一）生物膜载体 1、无机类载体 有碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。2、有机类载体 主要有各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等，其中还有聚合物类载体，如PVC、PE、PS、PP等。,3、软性纤维载

15、体 它是经过特殊处理的合成纤维，质轻，强度大。它的比表面积大大增加，孔隙率高，截污能力强，对微生物的增殖无抑制作用，同时还可避免纤维结团堵塞。（二）生物膜中的微生物 1、细菌 有好氧、兼性和厌氧菌三类。生物膜表面是好气的，分布好氧菌；中间是兼性的，分布兼性菌；与载体接触面处于厌氧状态，分布厌氧菌。这三种不同的微环境各有优势种。,(1)好氧层：专性好氧芽孢杆菌属细菌占优势。(2)兼性层：兼性细菌数量最多，主要有假单孢菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、微球菌属、动胶杆菌属等6个属细菌。(3)厌氧层：能见到专性厌氧的反硫化弧菌属细菌存在于膜和载体的界面上，还可发现贝氏硫细菌和发硫细菌。另外，还

16、存在大肠杆菌和产气杆菌等肠道杆菌。,2、真菌 在好气区还可能生长丝状真菌。但在正常情况下，真菌受到细菌营养竞争的抑制，只有在酸性或在BOD高的特殊工业废水中，真菌才可能在滤膜上超过细菌而占优势。,3、原生动物 在普通生物滤池、生物转盘等生物膜中，出现频率高的原生动物为纤毛虫和肉足类，尤其是纤毛虫类占优势。与活性污泥不同的是：呈分枝状增殖的种类如独缩虫、累枝虫、盖虫等常占优势，有时可见到由这些种的数百个细胞组成的群体。在一个生物滤池中，上层有植鞭毛虫分布，那里有足够的有机物可供他们与细菌竞争；纤毛虫则分布在滤膜好气层的各个部位，其中，在滤膜表层往往是游动的纤毛虫占优势，而较下层为有柄纤毛虫占优势

17、。,4、微型后生动物 生物膜上出现的后生动物有轮虫类、线虫类、昆虫类、腹足类、寡毛类等。与活性污泥相比，轮虫类的种类大体相同，但个体数多得多，而线虫类数目较多。在生物膜上出现的寡毛类有：仙女虫属、吻盲虫属和飘体虫属等。据报道，1mg生物膜上有时可达1000个以上的寡毛类微型后生动物。,（三）生物膜净化过程 1、挂膜和驯化阶段 生物膜法系统投入运转时，首先要培养和驯化生物膜。微生物在载体表面生长繁殖，形成生物膜的过程称挂膜。使膜上的微生物产生一定的变异，逐渐适应所处理的污水水质的过程称驯化。通过对生物膜的驯化处理，可生产出适合不同性质污水处理的生物膜。,39,2、微生物吸附、吸收、氧化分解阶段

18、在生物膜表面，总是吸附着一层薄薄的污水称“附着水或结合水层”，而其外是能自由流动的污水称“运动水层”。附着水层中的有机物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解，浓度随之下降，运动水层中高浓度的有机污染物便迅速扩散到吸附水层，进入生物膜被微生物分解。这过程中微生物代谢所需O2，经运动水层、附着水层而进入生物膜，微生物代谢有机物的产物则沿相反方向的移动。,40,3、形成新的生物膜阶段 生物膜在处理污水过程中会不断增厚，附着在载体一面的就形成厌氧区，近结合水层区的生物膜就分成好氧层，两者之间的兼性层。随着厌氧的增厚，生物膜的老化、剥落，又开始形成新的生物膜。有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等。,

19、42,43,（四）生物膜法的特点 1、微生物多样性高 包括好氧、厌氧细菌、真菌和藻类等。那些增殖速度小的生物、对搅拌相当敏感微型后生动物也会出现在生物膜中。因此与活性污泥相比，生物膜的生物多样性高，相互作用复杂，构成的生态系统稳定，更能承受环境条件的变动。如水温降到5，在生物膜上仍存在各种生物。2、生物膜各段的微生物类群不同 微生物群落的种类组成随废水净化过程而相应地发生变化。在多段式生物膜法处理中，与净化过程相对应，会分别出现不同的微生物优势种。,44,3、生物膜中的食物链较长 在生物膜上不仅栖息着捕食细菌的生物，而且还存在着其它更高营养级的生物，因而食物链比活性污泥中的长。食物链长，高营养

20、级的生物多,对有机污染物的消耗多,所产生的大部分污泥，可被其本身消化,剩余的污泥量少,净化效率高。,45,4、具有较高的脱氮能力 在生物膜中存在繁殖速度较小的硝化细菌，尤其是在NH4+较高的生物膜法废水处理中，生物膜上的硝化细菌常能占优势地增殖。此外，脱氮细菌发育良好，在生物膜内部发生一定的脱氮作用。5、单位处理能力强 大量微生物占据了整个反应器的空间，单位体积生物量远比活性污泥法高，因此单位处理废水的能力强。,46,6、操作运行稳定 因生态系统的结构复杂，对水力和有机物负荷的承受能力强，操作运行稳定。7、系统维护方便 系统操作维护方便，能耗低，无需污泥回流。,47,第二节 废水的厌氧处理一、

21、厌氧生物处理的原理及过程（高BOD的废水处理）（一）原理：厌氧生物处理(Anaerobic process)指在厌氧条件下,厌氧微生物分解水中的有机物并产生甲烷和CO2的过程,又称厌氧发酵。厌氧微生物主要包括厌氧有机物分解菌（不产生甲烷的厌氧微生物）和甲烷菌。,48,与好氧生物处理的主要区别为 1）废水中有机物浓度较高，BOD超过1500 mg/L，此时，若用好氧生物处理效果较差。2）厌氧生物降解常以碳、硫、氮和一些盐类物质作为受氢体，而不以氧为受氢体。分解碳素有机物后的产物为甲烷。3）处理过程中剩余污泥产量低，因而污泥处置费用少。4）由于不需要充氧设备，工艺所需的能量消耗相当低，所需要的氮磷

22、养分较少。,49,（二）厌氧生物处理过程：分三个阶段 1、第一阶段：水解阶段 指在厌氧微生物分解菌分泌的胞外酶作用下，复杂的有机物分解为脂肪酸、醇类、CO2、氨和氢的过程。常见的厌氧微生物有纤维素菌、脂肪菌、蛋白质分解菌。在它们作用的下，纤维素水解成多糖、蛋白质水解成多肽和氨基酸、脂肪水解成甘油和脂肪酸。,50,2、第二阶段：酸化阶段，产生乙酸和氢 在产酸菌如乙酸细菌、某些芽孢杆菌和产氢菌作用下，将脂肪酸、芳香族酸如苯基醋酸和吲哚乙酸等产物还原成乙酸和氢的过程。3、第三阶段：甲烷化阶段 由甲烷菌利用CO2和氢或CO和氢合成甲烷；或由甲烷菌利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺裂解生成甲烷。注意：上述三个

23、阶段在厌氧生物处理过程中，实际上是同步进行的。,51,52,二、厌氧反应器中的微生物 主要有2类：不产甲烷菌和甲烷菌1、不产甲烷菌 它们参与产甲烷以前所有分解有机物的过程，并产生小分子有机酸。这类微生物中有厌氧菌和兼性厌氧菌，还有少量好氧菌、真菌和原生动物。其中细菌起着重要的作用，而原生动物数量不多，但能见于发酵器中，如鞭毛虫、纤毛虫和变形虫等。,53,2、甲烷菌 1）类型：分为四种,八叠球状、杆状、球状和螺旋状。2）作用特点(1)严格的厌氧环境。氧和氧化剂对甲烷菌有很强的毒性，甚至，硝酸盐等容易释放出氧的化合物可能会使甲烷菌死亡。（2）代谢最佳pH为6.77.2。若产酸菌和甲烷菌在代谢平衡上

24、发生改变，如产酸菌数量急增，会降低pH而抑制甲烷菌的生长。,54,（3）甲烷菌只能利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等少数简单有机化合物裂解生成甲烷。但各种甲烷菌都能利用氢作为生长和产甲烷的电子供体。（4）甲烷菌世代时间较长，有的可达46天，所以厌氧发酵设备的投产期较长。,55,（5）在厌氧发酵器中只有很少部分的有机物转化为甲烷新菌体，所以厌氧处理废水产生的剩余污泥极少，一般不超过处理工艺的1/6。（6）在厌氧发酵产生的气体中，约55%80%为甲烷，其中72%的甲烷来自乙酸盐的转化，13%是由丙酸盐转化的，还有15%是经其他中间产物转化产生的。,56,三、厌氧生物处理的影响因素1、温度 厌氧发酵实际

25、上是利用微生物的分解酶对有机物的降解过程，所以在一定的温度范围内，对废水、消化池进行加热和保温,均可提高发酵速度。常采用中温发酵温度35 38,高温发酵温度52 55。,57,2、pH pH明显影响厌氧发酵过程。由于甲烷菌的最适作用pH为中性，所以在酸化和甲烷化分开的工艺中，要求甲烷化阶段pH控制在7.0 7.5。因此,废水在厌氧处理前必须对其中的无机酸和碱进行中和处理。3、营养成分 当污水中的C、N、P含量不足或比例不当时，会影响厌氧发酵。对N和P的需要量比好氧生物处理低，一般采用BOD:N:P=200:5:1。,58,4、有机负荷 某些化学污染物超过一定浓度时，会对厌氧发酵有抑制作用，甚至

26、完全破坏厌氧发酵过程。如Cu、Ni和Cd的允许浓度为100 200 mg/L，甲醛必须小于100 mg/L，四苯小于440 mg/L等。四、厌氧生物处理类型（P266）1、普通厌氧反应器 2、厌氧接触反应器 3、上流式厌氧污泥床反应器 4、厌氧生物滤池 5、厌氧流化床反应器 6、厌氧处理活性污泥,59,第三节 光合细菌法、脱氮除磷 一、光合细菌（PSB）法 1、光合细菌特点 光合细菌是一大类能进行光合作用的原核生物，如绿硫细菌、紫色硫细菌等。特点为：（1）在黑暗有氧条件下，以有机物为呼吸基质，进行好氧异养生长；（2）在厌氧光照条件下，以小分子有机物如H2S、异丙醇、脂肪酸等作为光合作用的电子供

27、体，进行光能自养生长。,60,如：紫色硫细菌/绿色硫细菌以H2S 为供氢体 再例：紫色非硫细菌以异丙醇、脂肪酸等有机物作为氢供体,61,如废水处理的光合细菌（PSB）-红螺菌科，它们不仅能在有氧黑暗条件下，以有机物作为呼吸基质，进行好氧异养生长。而且能在厌氧光照条件下，以低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用的电子供体，进行光能异养生长。因此，PSB既不像好氧的活性污泥细菌受污水中氧浓度的限制，又不像严格的厌氧甲烷菌等对氧的存在特别敏感，只要有光和微氧条件，PSB就可对废水进行处理。,62,2、光合细菌法工艺流程 分三步（1）异养菌作用：在异养菌作用下，高浓

28、度大分子有机物被降解成小分子有机物的过程。（2）光合细菌：它们可将经异养菌降解形成的小分子有机物进一步降解，有机物浓度大幅度降低。（3）其它生物的好氧降解：用藻类或原核生物的细菌、放线菌、蓝细菌和立克次氏体；真核生物的原生动物、多细胞微型动物、酵母、丝状真菌的好氧降解，使废水达到排放标准。图6-22为光保细菌法一般工艺流程,63,3、光合细菌法的优点（1）光合细菌生长稳定性好：无论在厌氧还是在好氧状态下，它具有耐受高浓度、高负荷、高盐分和低温时处理效果稳定的特点。（2）处理效率高：降解有机物的速率比甲烷发酵快2倍左右。据研究，仅第二步PSB处理中，COD去除率大于90%，BOD去除率达98%，

29、总氮去除率在70%左右。,64,（3）投资少，较经济：与常规活性污泥法相比较，PSB 法可节约基建投资39%50%，处理费用减少28%左右，占地面积仅为活性污泥法的1/41/5。二、微生物脱氮（缺氧-好氧生物处理系统，A/O工艺）缺氧-好氧生物处理系统是为了提高废水脱氮要求而设计出的一个废水处理系统。,1、细菌硝化和反硝化作用(1)硝化作用：指将NH4+氧化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。分3步：1)氨化过程：即含氮有机化合物转化为 NH4+的过程；微生物分泌蛋白质水解酶，将蛋白质水解成的氨基酸，这些Aa在多种微生物及其分泌酶的作用下，产生氨的过程。2)NH4+在亚硝化菌作用下，转化为

30、NO2-。3)在硝化菌作用下，将NO2-转化为NO3-。,66,即：2）反硝化作用：即是NO3-的还原作用。在厌氧条件下，异养反硝化细菌利用NO3-中的氧，将葡萄糖等有机物氧化成CO2和水，并释放N2或其它氮氧化合物的过程。,67,2、A/O工艺原理 1）第一步：硝化作用 污水先在好氧反应器中进行硝化，使含氮有机物质被细胞分解成氨。然后在亚硝化细菌作用下,氨进一步转化为亚硝酸盐,再经过硝化菌作用而转化为硝酸盐。2）第二步：反硝化作用 硝酸盐进入缺氧或厌氧反应器，利用或部分利用污水中原有的有机物碳原作为电子供体，进行无氧呼吸，分解有机质，同时将硝酸盐还原成气态氮，完成脱氮处理过程。,68,69,

31、3、影响微生物脱氮的因素（1）pH值 硝化和亚硝化菌活性最适pH为7.78.1和7.07.8。因此，硝化作用需在碱性条件下进行。因此，若污水中碱度不足，会降低它们的硝化能力。此外，反硝化菌的最佳pH范围也在中性和微碱性，反硝化作用也需微碱性条件。,70,（2）温度 1）硝化菌的增殖速度和活性，硝化反应受温度影响较大。两类细菌的最适温度为30。2）温度对反硝化速度的影响与反硝化设备的类型和硝酸盐负荷率等因素有关。研究表明，流化床反硝化过程对温度的敏感性比生物转盘和悬浮污泥的小得多，填料床反硝化反应速度受温度的影响比悬浮污泥小；另外,负荷越低,温度影响越小。,71,(3)溶解氧 1）溶解氧浓度影响

32、硝化菌的生长速度和硝化反应速度。硝化过程的溶解氧一般在1.02.0 mg/L。2）溶解氧对反硝化脱氮有抑制作用，是由于氧可充当电子受体而竞争性地阻碍NO3-的还原。但由于反硝化菌体内某些酶系统组分的合成只有在有氧时才能进行，所以氧的存在对反硝化菌的生长是有利的。在生产工艺上,常采用好氧和厌氧交替进行，脱氮反应并不要求完全的处在厌氧状态，一般溶解氧控制在0.5 mg/L。,72,(4)碳源 反硝化菌的脱氮作用需碳源提供电子供体，故脱氮受碳源的影响。碳源有三个来源：(1)废水中所含有机碳源 如有机酸类、醇类、碳水化合物类、酚类等，一般废水BOD与总氮比值大于3:1时，无需加外源碳源。,73,（2）

33、外加碳源：当废水BOD与总氮比值小于3：1时，需外加碳源，大多用甲醇，因为它的氧化产物为CO2和水，不留任何难分解中间产物。（3）内碳源：主要指活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二次性基质。为利用内碳源，要求反应器的泥龄长、污泥负荷低，这样可使微生物处于生长曲线稳定期的后部或衰亡期，提供多的内碳源。但利用内碳源的反硝化率极低，约为上述两种碳源的1/10。,74,三、废水的微生物除磷（一）积磷菌和代谢特点 1、积磷菌 是一些既能在好氧又能在厌氧条件下生长占优势能积磷的细菌为兼性细菌。常见的有：不动杆菌属、假单胞菌属和气单胞菌属，此外，还有棒状菌群和肠杆菌。一般不动杆菌仅是总积磷的1

34、%10%，而假单胞菌和气单胞菌可占15%20%。此外，还发现诺卡氏菌体内有聚磷颗粒。,75,2、代谢特点（1）在好氧条件下，积磷菌体内的聚-羟丁酸（PHB）被氧化为乙酰CoA，一部分用于细胞合成，大部分进入TCA循环和乙醛酸循环,进行氧化分解,形成NADH2等还原物质。NADH2等经电子传递产生能量，同时消耗O2。积磷菌产生的能量ATP，一部分供积磷菌的正常生长繁殖，另一部分促进对磷的主动吸收，并合成聚磷(polyPn)，使能量储存在聚磷的高能磷酸键中。聚磷的形成促进菌体从外界吸收无机磷，并伴随金属阳离子进入体内，以维持电中性。,76,（2）在厌氧条件下，积磷菌将体内的聚磷分解，能量以ATP的

35、形式释放，一部分供积磷菌正常的生理活动所需，另一部分用于主动吸收环境中的可溶性脂肪酸（乙酸），生成乙酰CoA，在菌体内形成聚-羟丁酸(PHB)储存起来。聚磷的分解导致可溶性无机磷从菌体中释放，伴随金属阳离子转移到细胞外。由于积磷菌只能利用低级的脂肪酸如乙酸等,而不能直接利用大分子有机质,而发酵产酸菌将大分子物质降解为小分子物质，故积磷菌和发酵产酸菌的作用互不可分。,77,78,（二）微生物除磷工艺流程例：A/O法 污水端先和二沉池的回流污泥混合后，进入一推进式厌氧池而放磷，所形成的小分子有机物如PHB，进入好氧池进行好氧吸磷，最后经二沉池泥水分离，剩余污泥中富含磷，通过排除剩余污泥就可达到除磷

36、目的。,79,（三）影响脱磷的因素 1、溶解氧 1）溶解氧可抑制脱磷过程。由于积磷菌的活动由于依赖于产酸菌小分子有机物如乙酸的提供，而氧气促进其它好氧微生物的活动，而可消耗一部分可生物降解的有机物，使产酸菌可利用的有机物质减少，结果积磷菌所需的溶解性生物降解有机质大大减少而抑制脱磷。2）促进积磷菌的聚磷。一般厌氧放磷池中的含氧量应小于0.2 mg/L，而好氧池中的溶解氧应大于2 mg/L。,80,2、硝酸盐和亚硝酸盐：高NO3-抑制脱磷 若在厌氧区中存在NO3-和NO2-时,反硝化菌可以它们作为电子受体而氧化有机基质,产酸菌得不到足够的有机质,而减少小分子脂肪酸如乙酸的生产,而抑制脱磷。,81

37、,第四节 固体废弃物的微生物处理 一、城市固体废弃物 1、城市垃圾：随着城市的发展，城市垃圾数量猛增，但几乎95%的垃圾未经处理，一般堆积于城郊或倒入江河，到1988年止，我国垃圾堆放量达66 108 t之多，占地面积达536 km2.2、污水处理产生的污泥：我国污水处理厂每年产生的干污泥达20104 t，且每年以20%的速度增加。污泥中含丰富的N、P、K等营养物质。3、农业废弃物：主要包括秸秆、树木茎叶、人畜粪便等。,82,二、固体废弃物微生物处理方法 主要方法：卫生填埋、堆肥、沼气发酵等（一）堆肥 依靠自然界中的微生物如细菌、放线菌和真菌等，促进可被降解的有机物质向稳定腐植质转化的生物化学

38、过程。劳动人民常将杂草落叶、动物粪便等堆积发酵，形成的就是堆肥。根据形成堆肥过程中微生物对氧气的要求，可将堆肥分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法二种。,83,1、好氧堆肥法 好氧堆肥法：在有氧条件下，通过微生物的作用使有机废弃物转变为有利于作物吸收生长的有机物的方法。在堆肥过程中，微生物通过吸收而氧化废弃物中的溶解性有机物，此外，通过分泌胞外酶，可将胶体状有机物质分解为溶解性物质。在被吸收的有机物质在微生物体内被氧化成小分子物质，并释放微生物生长所需要的能量，中间产物可转化为微生物生长所需的细胞物质，用于繁殖。,84,（1）好氧堆肥的形成过程 1）发热阶段：中温好氧细菌分解有机物中易降解的葡萄糖、脂肪

39、等，同时释放热量使温度升高，上升至40 时，此类细菌的降解能力下降。2）高温阶段：此阶段耐高温的细菌开始繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的有机物如蛋白质、纤维等继续被氧化降解，同时释放能量，使温度上升至6070，出现第二次升温。,85,3）熟化阶段 当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，温度逐渐下降，当稳定在40 时，中温性微生物又逐渐成为优势菌群，残余物质进一步被分解，腐殖质不断积累，堆肥进入腐熟阶段。（2）影响好氧堆肥的因素 1）有机质含量 有机质含量低的物质发酵所产生的热量不足以维持堆肥所需要的温度，所产生的堆肥肥效低。但有机质含量也不宜过高，否则易产生厌氧和发臭。,86,2

40、）水分 水分过多，物料空隙被水充满，供氧量减少而变成厌氧状态，抑制好氧微生物的代谢活动。此外，过多的水分蒸发，带走大部分热量，而抑制高温菌的降解活动，最终影响堆肥效果。但水分过少，因不能满足微生物生长的水分要求，有机物质也就不能分解。,87,3）碳氮比：碳氮比一般以C:N=30:135:1为好。碳氮比若高于35:1时，因氮素相对缺乏而降低微生物的繁殖速度，有机物分解速度变慢；碳氮比低于30:1时，发现有机物分解速度最大。4）碳磷比：磷也可以通过影响微生物的生长而影响对有机物的降解。堆肥原料的碳磷比一般为C:P=75:1150:1。在堆肥中加入污泥（富磷）就是为了调整物料的碳磷比。,88,5）p

41、H值：堆肥过程中，pH由低到高。堆肥初期，由于酸性细菌的作用，pH会降低到5.56.0，呈酸性，后来，由于酸性物质的分解和氨氮的形成，导致pH会上升至8.59.0,呈碱性。2、厌氧堆肥法 在厌氧条件下，将有机废弃物（城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水厂处理的污泥等堆放，进行厌氧发酵，制成肥料的方法。其特点是：1）堆内不通气；2）堆温低；3）腐化及无害化时间长。一般在不急需肥料，劳力又紧张时用。,89,（1）厌氧堆肥法过程：2个阶段 1）酸化发酵阶段 在厌氧微生物分解菌分泌的胞外酶作用下，将复杂的有机物分解为脂肪酸、氨基酸、醇类、可溶性糖等小分子有机物质。再在产酸菌（如乙酸细菌、某些芽孢杆菌）和

42、产氢菌作用下，产生有机酸如乙酸、醇、CO2、NH3、H2S等物，使pH下降。,90,2）产气发酵阶段 甲烷菌利用CO2和氢或CO和氢合成甲烷；或由甲烷菌利用甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺裂解生成甲烷。（2）厌氧发酵的影响因素 1）碳氮比 厌氧发酵的碳氮比以20:1-30:1为宜，当碳氮比增加到35:1时，产气量明显下降。玉米秆、水稻草、麦秆、人畜粪便等的碳氮比差异较大，故应根据物料性质调整合理的碳氮比。,91,2）温度 由于高温可加速微生物的代谢活动，在一定温度范围内，温度越高，产气量越高。3）pH值 甲烷菌的最适pH为6.8-7.5，为碱性环境，可用石灰来调节。若pH低，将产生CO2和H2S，反过

43、来抑制甲烷菌的生长。,92,（二）卫生填埋 将城市垃圾、炉渣、建筑垃圾及无害化工业废渣等运到填埋场的限定区域进行分层填埋。有厌氧、好氧和半好氧三种填埋方式。厌氧填埋操作简单，费用低，还可同时回收甲烷气体。好氧和半好氧填埋：分解速度快，垃圾稳定化时间短，但工艺复杂，费用高。,93,一般铺成4075 cm的薄层，然后压实以减少废物的体积，每天操作之后用一层土壤覆盖并压实，由此构成一个填筑单元。同一高度的相互衔接的单元构成一个升层，有若干个升层组成一个完整填埋场，当填埋达到最终设计高度后，最后覆盖一层90120 cm厚土壤压实。,94,1、场地选择（1）填埋场的面积：需满足1020年服务区内垃圾的填

44、埋量，否则投入设施、管理的效益低，处置成本会增加。（2）运输距离：既不能太远，又不能太近而对城镇居民的生活环境造成影响，同时公路交通应在各种气候条件下都能进行运输。（3）填埋场地质和水文条件：应全面了解填埋区的地质和水文状况。一般要求地下水位尽量低，距填埋底层至少1.5 cm。以避免或减少浸出液对该地区地下水源的污染。,95,（4）气象条件：进行填埋时应选择蒸发量大于降水量的环境。在北方还应考虑有一定的覆土贮备（冬季冰冻时，不能挖土）。（5）远离居民区：填埋操作易产生噪声、臭味及飞扬物，造成污染。因此，填埋场应避免选在居民区附近，最好在城市的下风向。（6）土壤与地形 1）填埋场的底层土壤应有较

45、好的抗渗透性能，以防浸出液对地下水产生污染。,96,2）填埋场要求有较强的泄水能力，便于施工操作及各项管理。3）覆盖土，最好取自填埋场区，以降低运输成本，还可增加填埋场的容量；覆盖土质应易于压实，且有较强的防渗能力。4）场地避免设置在风口，防止废纸、废塑料扬起污染环境。,97,2、防渗措施设计 垃圾的渗出液来自垃圾腐败、雨水和地表径流的渗入，渗出液中含有多种有毒污染物，会污染地下水源。主要措施：1）选择合适的填埋场地：如填埋场底层有较好的抗渗能力和较强的泄水能力。2）设置防渗衬里：在填埋垃圾与土体之间（底部和四周）设置一个不透水层。常用的人工衬里有沥青、橡胶和塑料，天然衬里主要采用粘土。,98

46、,3）设置导流渠或导流坝：常在填埋场的上坡方向开挖导流渠或导流坝，防止地表径流进入填埋场。4）选择合适的覆盖材料：国内取用粘土，并分层压实，国外采用铺塑料布后再覆盖粘土，起防渗作用。,99,3、气体的产生和收集设计 当固体进入填埋场，由于微生物的生化作用会产生好氧与厌氧分解。填埋初期，垃圾中的有机物主要进行好氧分解，产生CO2、H2O、NH3；持续数天后，待垃圾中的氧耗尽后，垃圾有机物行无氧分解，产生CH4、CO2、N2、NH3、H2O以及H2S等气体。由于垃圾填埋产生气体可影响环境和人的健康，设计填埋场时应设计气体的产生和收集设备，便于监测。可采用沼气收集井、控制水平排气的渗透性排气系统和密

47、封法排气系统等法收集气体。,100,(三)安全填埋（有毒、有害固体废物）对于有毒、有害固体废物的处置。在填埋场结构上更强调了对地下水保护渗出液的处理，以及填埋场的安全监测。1、安全填埋场的特殊要求（1）必须设置人造或天然衬里，要求下层土壤或与衬里相结合处的渗透率应小于10-8 cm/s。（2）安全填埋场必须位于地下水位线之上。,101,（3）要配置浸出液收集、处理及监测系统。（4）要记录处理废物的来源、性质及数量，把不相容的废物分开处理。（5）需要时应采取覆盖材料，以防气体逸出。2、场地选择和填埋场结构 除应满足卫生填埋的要求外，安全填埋场常采用人造托盘式、洼地式和斜坡式三种结构。,102,3

48、、地下水保护系统：采用的方法是：（1）加强防渗衬里：需依据处置废物的性质、场地水文地质条件、建造费用，选择合适的防渗衬里。常用的衬里有无机材料：粘土和水泥；有机材料：沥青、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯等；混合衬里：水泥沥青混凝土。（2）建立渗出液收集监测处理系统 随时监测填埋场内渗出液的液位，定期采样分析其性质；处理后渗出液排放监测，还可确定渗出液是否达到排放标准。,103,4、加强场地监测系统 除对渗出液监测外，还 需对地下水、地表水、逸出气体等的监测。（1）地下水监测:是场地监测的重点,可分为充气区监测和饱和区监测 1）充气区监测:衬垫结构下部与地下水位之间的土壤层区域。该部分为空气和部分水所饱

49、和，也称未饱和区。渗出液必须经过该部分进入地下水。因此，此部分的监测可及早发现污染物质的渗出。,104,2）饱和区监测:位于地下水位以下区域。井深应达地下水位以下3 m，此地带土壤空隙为水充填。饱和区监测可了解填埋场运营后地下水质的变化情况。（2）地表水监测：是对填埋场附近地表水如河流、湖泊等进行监测，以监控渗出液对这些水体的污染情况。（3）气体监测：包括填埋场排出气体和填埋场附近大气监测，以了解废物排出气体的性质和特点和填埋场附近大气的质量。,105,第五节 土壤的生物净化作用一、土壤污染物种类 1、有机污染物:主要有合成的有机农药、酚类化合物、腈、石油、稠环芳烃、洗涤剂，以及高浓度的可生物

50、转化的有机物。2、无机污染物:人类的生产活动如采矿、冶炼、机械制造、建筑、化工等行业，每天都会排出大量的无机污染物，生活垃圾也是土壤无机污染的一重要来源。这些污染物含重金属、有害元素的氧化物、酸、碱和盐类，其中以重金属污染最具威胁，一旦污染，难以彻底消除，且可通过食物链，危及人类的健康。,106,3、生物污染物 人畜粪便、垃圾、城市生活污水、饲养场、屠宰场的废物、医院的污水和污物含有种类病原菌、寄生虫，一旦进入土壤，可在土壤大量繁殖，一方面破坏了土壤原有生态平衡，二方面危害土壤动、植物生长，造成农业减产。4、放射性污染 指各种放射性核素通过各种途径进入土壤，使土壤的放射性水平高于本底值的一种污