环境微生物学讲.ppt

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1、第八章 污水的生物处理 第一节 概述一、水体污染及其危害（一）我国水体污染的现状 污水是指生活与生产活动中排放水的总称，是水环境污染的主要污染源之一。（二）污水中化学污染物的特点及其危害 特点:种类多、成分复杂多变、物理化学性质多样、可生物处理性差异大等.污水引起水体缺氧和水生生物的死亡，破坏水体功能。在厌氧条件下有机物被微生物降解产生H2S、NH3、低级脂肪酸等有害或恶臭物质。另外H2S会与铁形成黑色沉淀，引起水体的“黑臭”现象。,二、污染物浓度指标及其意义（一）全需氧量（TOD）它是指水中全部有机物和无机物在被彻底氧化成CO2、H2O、NO-3 等无机物过程中所消耗的氧。（二）化学需氧量(

2、COD)它是指强氧化剂使污染物氧化所消耗的氧量，所有能被氧化剂氧化的有机物与无机物均包括在内。（三）生化需氧量(BOD)它是指微生物在有足够溶解氧的情况下，分解有机物所消耗的氧量。常用BOD5，即为5日生化需氧量。,四）总有机碳(TOC)它是指污水中有机物的总含碳量。它能反映污水中有机物的总含量。（五）总氮(TN)它是指污水中所有含氮化合物的总含氮量，表示污水被氮污染的综合指标。（六）总磷(TP)它是指污水中所有含磷化合物的总含磷量，表示污水被磷污染的综合指标。,三、污水排放标准及处理要求表8-1 项目 一级标准 二级标准 三级标准 pH 6-9 6-9 6-9 BOD5/mg/L 20 30

3、 COD/mg/L 60 120 氨盐/mg/L 15 25 磷酸盐/mg/L 0.5 1.0 一级标准最严。排入饮用水源水体的污水应达到一级标准。要求熟记,四、污水处理的一般技术途径污水处理技术 为物理处理法、化学处理法、生物化学或生物处理法。根据处理对象与程度，污水处理可分为一级处理：主要通过过滤、沉淀等物理方法去除污水中粗大固型物及部分悬浮物。二级处理：在一级处理基础上，主要去除水中的有机物。三级处理：使二级处理后的出水进一步净化，使各种有机和无机污染物去除率达98以上。,第二节 有机污水的生物处理一、有机污水生物处理的基本原理 水体自净污染水体后借助水体自身的能力使之得到净化，这种现象

4、称作。其过程主要包括稀释、沉淀、扩散等物理作用，氧化、还原、分解等化学作用和生物降解作用。污水生物处理法使微生物高浓度的富集在特定的构筑物，即污水处理装置中，充分利用微生物的作用，高速度的分解污水中的污染物。污水生物处理概分为好氧处理和厌氧处理两大类。常用的方法有好氧生物处理法、厌氧生物处理法、氧化塘法、土地处理法。,污水中的可溶性有机物透过微生物细胞壁和细胞质膜被菌体吸收;固体和胶体等不容性有机物先附着在菌体外，由细胞分泌的外酶分解为可溶性物质，在渗入细胞内。通过微生物体内的氧化、还原、分解、合成等生化作用，把一部分被吸收的有机物转化为微生物体内所需营养物质，组成新的微生物体。另一部分有机物

5、氧化分解为CO2、H2O等简单无机物，同时释放能量。,微生物,污染物 细胞构成物,矿质元素 维生素,能源,化学能 光能,受氢体,氧 二氧化碳 硫酸盐 硝酸盐,能,微生物体,热能,生物不可降解物,+,分解产物,随水排出,CO2 H2O NN3,生物污泥,分解,合成,有机体分解内源性呼吸,有机污水生物处理总的生化过程,二、好氧生物处理（一）活性污泥法 活性污泥法是利用含有大量好氧性微生物的活性污泥，在强力通风的条件下使污水净化的生物学方法。1活性污泥的性质和生物相活性污泥是一种绒絮状小颗粒，由好氧菌为主体的微型生物群以及胶体、悬浮物等组成。它具有很强的吸附及分解有机物的能力。它的生物相十分复杂，除

6、大量细菌以外，还有原生动物、霉菌、酵母菌、单细胞藻类等微生物，还可见到后生动物。,(1)细菌：细菌在活性污泥中起主导作用，活性污泥中有多种细菌：动胶菌属、微球菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、八叠球菌等。其中假单胞菌属、芽孢杆菌等是活性污泥中的优势菌。活性污泥中的细菌大多数包括在菌胶团生成菌分泌的蛋白质、多糖及核酸等胞外聚合物，以菌胶团形式存在。胶质在活性污泥形成初期，细菌多以游离态存在，随着活性污泥的成熟，细菌增多聚集成菌胶团，进而形成活性污泥絮状体。絮状体形成过程称作生物絮凝作用。活性污泥絮状体的作用为：有机物的吸附或黏附及其分解；金属离子的吸附；防止原生动物对细菌的吞食；增强污泥的沉降性，有

7、利于泥水分离。,（2）原生动物：活性污泥中的原生动物，曾发现225种以上，其中以纤毛虫为主，占160多种。原生动物在活性污泥中的作用有：促进絮凝：有的原生动物能分泌黏液，促进生物絮 凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性。净化作用：大部分原生动物是动物性营养，能吞食 游离细菌和微小污泥，有利于改善水质。腐生鞭毛虫等可吸收污水中的有机物。原生动物判断活性污泥的状态和处理水质指示作用：先出现以有机物颗粒为食的鞭毛虫和肉足虫；随细菌的增殖，开始出现以细菌为食的纤毛虫；随着菌胶团的增加，固着型纤毛虫逐渐泳动纤毛虫；污水处理正常运转时，以有柄纤毛虫为优势。因此，根据原生动物和微型动物的种类交替可以判断污泥培

8、养的成熟度。,（3）其他微生物：活性污泥中的真菌主要为霉菌。已报道的有毛霉属。根霉属、曲霉属、青霉属等。活性污泥中虽曾见到单胞藻类，但由于它们需要光而曝气池中浑浊污泥影响光的透入，故藻类在其中难以繁殖，为数极少。,2活性污泥法的工艺流程及微生物学过程（1）活性污泥法的基本工艺流程及工艺参数：以其曝气方式的不同，有普遍曝气法、完全混合曝气法、逐步曝气法等。目前采用较多的时完全混合曝气法。活性污泥的基本工艺流程示意图如图：污水 初沉池 曝气池 二沉池 处理后出水 回流污泥 剩余污泥此系统由初沉池、生物反应器和二沉池组成。污水中的有机污染物等主要在曝气池内被微生物降解而去除。,工程术语 P2161：

9、水力停留时间；（6-10小时）2：污染物容积负荷率；（5/m3.d）3：污泥负荷率；（F/M kg BOD5/kg MLSS.d）4：污泥龄（2-4天）5：污泥产率系数（0.4-0.7）6：污泥干重（MLSS mg/L）7：挥发性污泥（MLVSS,mg/L）8：污泥沉降比（SV%）9：污泥指数（SVI）以上熟记,（2）活性污泥法的微生物学过程 活性污泥的比表面积大，吸附力强。1-30分钟被吸附在活性污泥上，大分子的有机物先被胞外酶分解为小分子化合物，然后吸入菌体内。低分子的有机物可直接吸收。另一部分转化成CO2，H2O，NH 3 等释放，它是复杂的过程，包括一系列的微生物酶引起的复杂生化反应。

10、（3）活性污泥的培育及驯化 培育是活性污泥法启动运行的首要环节。活性污泥的培育可以直接在曝气池中进行，一般步骤如下：,将污水泵入曝气池，并按曝气池有效体积的5 10投入接种污泥。在不进水的条件下，连续曝气数天，溶解氧控制在 1mg/L左右。继续保持曝气，以小流量进水，并逐渐提高进水 流量，最终达到设计流量。每调整一个流量，一般应保持一周左右的运行时间，溶解氧也应随水流量的增加，而适当的提高2-3 mg/L。在无法获得同类水质污水处理厂活性污泥的情况下：具体做法是：将取来的污泥或土壤置于有待处理废水的培养基中进行培养。然后逐渐转种扩大培养量，废水浓度逐渐增大甚至达100。,3活性污泥法的基本要求

11、（1）养料：水中BOD5：N：P以为100：5：1适宜，最低要求是100：2：0.5。养料的不平衡问题解决：通过投加粪尿或污水。此外，进水有机物浓度BOD5为5001000mg/L，不低于50100 mg/L。（2）氧气：曝气池中的溶解氧应在1.53 mg/L。（3）温度：最适温度为2532度。（4）pH：大多数细菌以pH6.58，以真菌为主，则 pH45为宜。（5）有毒物质：表8-2 驯化前 不耐毒，驯化后 耐毒。,4活性污泥法运行中的问题（1）污泥膨胀：在曝气过程中，有时会出现污泥结构松散，沉降性能恶化，随水漂浮，溢出池外。污泥膨胀的本质原因商不明确，多数归因于暴气池中生态平衡突然遭到破坏

12、，污泥营养供养三要素发生紊乱。或因有机物太多碳氮比率失调：或水温、PH、不适，造成丝状菌膨胀与非丝状菌膨胀，以前者为常见。曾报道过25种丝状细菌和霉菌，如浮游球衣菌、丝硫细菌、放线菌、根霉、毛霉等，其中有以球衣菌多见。抑制丝状菌生长的方法：投加化学药剂；调节水的酸碱度；调整其他工艺条件。,（2）污泥的解体：在曝气池运转过程中有时会出现污泥絮凝体微细化，导致处理水质浑浊，处理效果变坏的现象。原因：暴气过量，污水中混有毒物等。措施：控制曝气量，或对废水进行适当的预处理。（3）起泡沫现象：主要原因是污水中含有合成洗涤剂或由微生物产生的表面活性物质等。措施：适当减少曝气量或喷洒消泡剂减缓此现象。（4）

13、剩余污泥：活性污泥在分解污染物的同时，合成菌体细胞，因而生物量增加。措施：在运转过程中必需定期排出剩余污泥。剩余污泥一般先经脱水，然后再作处置使之无害化。,5活性污泥法的新发展（1）序批式活性污泥法（SBR）：因污水一次性投入，有机物浓度随时间变化减少，有利于菌胶团形成菌的生长，能较好的抑制丝状细菌的过量繁殖，在反应器内可以实现厌氧缺氧好氧条件的交替，有效的防止污泥膨胀，又可获得脱氮除磷的效果。小水量的处理。,进水工序,反应工序,沉淀工序,排水工序,静置工序,处理水,空气,污水,（2）吸附生物降解工艺（AB）AB工艺为两段活性污泥法，通常不设初沉池，主要由A段曝气池、中间沉淀池、B段曝气池和二

14、沉淀池等组成。特点：通过水力停留时间的控制，使不同特性的微生物分居在不同反应器中，达到提高负荷的目的。A段F/M大于2，B段F/M小于0.15，水力停留时间2-4，污泥龄15-20天。A段中 主要的微生物是原核生物细菌等。B段除降解性细菌外，原生动物和后生动物，如钟虫、轮虫等占优势。它们吞食来自A段的细菌等微生物。,A段暴气池,中沉池,B段暴气池,二沉池,剩余污泥,剩余污泥,处理水,（二）生物膜法 生物膜法是指以生长在固体表面的生物膜为净化主体的生物处理法。1生物膜中的生物 生物膜中包括大量细菌、真菌、原生动物、藻类和后生动物，还有肉眼可见的无脊椎动物，但生物膜主要由菌胶团和丝状菌组成。生物膜

15、中的细菌也是活性污泥中常见的一些种属，如动胶菌、假单胞菌、球衣菌、贝氏硫菌等。常见的真菌有镰孢霉、白地霉、酵母等。常见地藻类有丝藻、毛枝藻等丝状藻类，以及小球藻、硅藻等单胞藻类。原生动物也活跃在生物膜表面。,2生物膜的净化原理 生物膜的表面，总是吸附着一层污水称“附着水”，外层为能游动的自由流动的污水，称“运动水”。当附着水中的有机物被生物膜中的微生物吸附并氧化分解时，附着水层中有机物浓度随之降低，而运动水层中浓度高，因而发生传质过程。污水中的有机物不断转移进去被微生物分解。微生物所消耗的氧，沿着空气、运动水层、附着水层而进入生物膜；微生物分解有机物产生的无机物和CO2等，沿相反方向释出。,厌

16、氧层,生物膜,好氧层,附着水,有机酸,无机物,有机物,CO2,O2,生物膜净化原理示意图,污水,空气,运动水,3生物膜的培育（1）自然挂膜法：自然挂膜法是利用待处理污水中的自然菌种进行生物膜培育的方法。（2）菌种添加挂膜法：为加速生物膜的形成或提高生物膜的降解能力，可向污水中投加优良菌种。4生物膜反应器类型及其应用前景（1）生物滤池：生物滤池有普通生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池等。,普通生物滤池 污水通过一层表面布满生物膜的滤料，使之得以净化。特点是结构简单，管理方便。问题是卫生条件差，容易滋生蚊蝇，处理效率较低。塔式生物滤池 是近40多年发展起来的新型生物滤池。其特点是占地少，基建费用

17、省，净化效果好。主要原因是：生物膜与污水接触时间较长，在不同的塔高处存在不同的生物相，污水可接触到不同的微生物及其他生物的作用。曝气生物滤池是20世纪80年代开发的一种高效生物滤池，其结构与普通生物滤池相似，但进行人工曝气，污水的流向可以是自上而下也可是自下而上。,（2）生物接触氧化：生物接触氧化法又称淹没式生物滤池是介于活性污泥法和生物滤池之间的一种生物膜法。接触氧化池内设有填料，填料的表面生长有生物膜，还有一部分微生物以絮状污泥的形式生长于水中，因此具有活性污泥法和生物滤池法两者的特点。（3）流化床生物膜法：流化床是一种固体颗粒流态化技术。将此技术应用于污水生物处理，使生物膜挂在运动的颗粒

18、上处理废水，称为流化床生物膜法。它是一项较新的生化处理技术。注 P-225 生物流化床法增强了原生物膜工艺，其特点如下：高浓度生物量（MLVSS）高比表面积 高传质速率 耐负荷冲击能力显著增加 设备小，占地面积少，同时易于管理和操作。,（4）微污染水源水的生物膜法预处理：由于未处理或未达到排放标准的污水排入。微污染水源水是指受到轻度污染的水体，供自来水厂作为源水使用。目前的研究前沿是对微污染水源水进行预处理，去除源水中微量有机物等污染以保证饮水安全。微污染水是一个贫营养的生态环境，因此生物膜的主要微生物有贫营养异养细菌、硝化菌、藻类、原生动物及微型动物等。清华大学从处理受石油污染的水源水的生物

19、陶粒过滤装置分离出假单胞菌、芽孢杆菌和微球菌等3类优势菌属。,三、厌氧生物处理 在厌氧或缺氧条件下，利用厌氧性微生物分解污水中的有机物的方法。好氧生物处理 厌氧生物处理可处理的有机物浓度 低 COD 50-1000 mg/L 高COD 500-60000 mg/L有机物容积负荷 低0.3-5 kg COD/m3.d 高1-30 kg COD/m3.d 水力停留时间 短0.5-12h 0.5-20d能耗 高 低处理后出水水质 好 COD50-100mg/L 差 COD150-500mg/L CO2 H2O N P S CH4 NH3 H2 S 产物的可利用性 低 高剩余污泥产量 多 少运转费用

20、高 低,（一）沼气发酵的生物化学的三个阶段：第一阶段：厌氧、兼厌氧细菌或发酵性细菌将碳水化合 物、含氮化合物降解为丙酮酸、乙酸、丁酸、氢 气、二氧化碳。第二阶段：产氢和产乙酸细菌将各种有机酸分解成乙酸、氢气、二氧化碳。第三阶段：由严格厌氧的产甲烷菌群利用氧化碳、甲醇 甲酸乙酸、氢气等合成甲烷。产甲烷细菌是一 类 不含过氧化氢酶也不含超氧化物歧化酶SOD 的严格的厌养菌。,（二）厌氧污泥的性质及微生物特征 一般呈灰色至黑色。污泥中数量最多的是细菌。真菌数量较少。藻类和原生动物有时能发现。细菌以兼性或专性厌氧菌为主。在沼气发酵型的厌氧生物处理中，以下面菌群为主：1、主要梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属

21、、真杆菌属、双歧杆菌属 2、常见的有沃氏共养单胞菌、沃氏共养杆菌及脱硫弧菌属、伍氏醋酸杆菌、威氏醋酸杆菌的某些种 3、既氧化氢的产甲烷菌和利用乙酸的产甲烷菌 H2+CO2 CH4+H2 O CH COOH CH4+CO2,（三）厌氧污泥的培育方法 为了缩短时间，最好取同类水质污水厌氧处理装置的污泥作为接种源。另外，城市生活污水处理厂的浓缩污泥亦可作为接种源。厌氧活性污泥的驯化在厌氧反应器内进行，进水量由小到大，每提高一个梯度，都要稳定一段时间。（四）厌氧处理法的基本要求1菌种：一般采用混合菌种。第一次投料时必需引入足够数量的混合菌种，或经过厌氧消化培养的污泥。单纯接种产甲烷菌效果不佳。2氧化还

22、原电位严格的厌氧环境，氧化还原电位E值一般要求-200mV。,3发酵温度 最适发酵温度，中温型发酵为2040，最佳3738；高温型发酵以5354为宜。4废水组成 BOD：N：P100：6：1为佳。5 pH和有机酸度 一般pH在6.57.5为宜。有机酸浓度是控制发酵的重要指标，以2000mg/L为宜，过高说明产甲烷作用降低，甚至停止产气。6CO2产生状况 CO2以沼气的2535%为好。检测CO2可以鉴别不产甲烷与产生甲烷阶段的平衡状况。,五）厌氧反应器类型1普通厌氧消化池 诞生于20世纪20年代，是较为常用的一种厌氧反应器。污水、污泥定期或连续加入消化池，经消化后的污泥和污水分别由消化池底部和上

23、部排出。所产生的沼气由顶部排出。水力停留时间7-20天 有机负荷1-2kg COD/m3.d.2厌氧接触法 该法诞生于20世纪50年代中期，在消化池后设污泥沉淀池，污泥从沉淀池回流到消化池，因此该法由称厌氧活性污泥法。适用于处理悬浮物浓度较高的高浓度有机废水水力停留时间0.5-6天 有机负荷2-4kg COD/m3.d.3厌氧生物滤池 该法诞生于20世纪60年代。水力停留时间1-8天 有机负荷3-6kg COD/m3.d.不需搅拌，节能，质量轻，空隙率高，不易堵塞等特点。为了提高效果，有时采用厌氧接触法与厌氧生物滤池结合的组合工艺8-12。,4升流式厌氧污泥床反应器UASB 荷兰20世纪70年

24、代开发的处理新技术。在我国UASB反应器已成功应用于味精废水、啤酒废水等的处理，水力停留时间0.3-1天 有机负荷20kg COD/m3.d.,气水分离器,污水,污泥床,污泥悬浮层,三项分离器,沉淀区,处理水,沼气,UASB反应器,1）构成及特点：UASB反应器由污泥床、污泥悬浮液、沉淀区和分离器组成。由活性生物量占7080以上的颗粒污泥组成。废水从下向上流过反应器。（2）颗粒污泥的性质及微生物组成：UASB反应器内的颗粒污泥的外形多种多样，大多呈卵形，细菌数远远多于一般污泥。优势菌有：孙氏甲烷丝菌、马氏甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌等。一般情况下，伴生单胞菌的数量多于产甲烷菌、而产甲烷菌又多

25、于伴生杆菌。（3）颗粒污泥的形成过程及培养：启动与污泥活性提高阶段；颗粒污泥形成阶段；污泥床形成阶段。5厌氧流化床（自学）,6厌氧生物处理新工艺及应用前景（1）光合细菌，特别是紫色非硫细菌在高浓度有机废水厌氧生物处理的应用受到人们的重视。它们是一些兼性厌氧的光能异养细菌，在无光黑暗通气条件下时，通过氧化磷酸化途径从分解有机物中获得能量及养料生长。在光照厌氧条件下，菌体内光合色素经光合磷酸化作用取得能量，分解有机物合成其菌体细胞。某种荚膜红假单胞菌可将致癌物亚硝胺类转化为无毒的化合物。它还可以处理制糖、酿酒等食品工业废水；合成纤维、化学肥料等化工废水。另外，光合菌耐低温10度，耐高盐分20g/1

26、00ml,菌体内有丰富的蛋白质65%,B12 23mg/g细胞。核黄素等，故可收获菌体作为高营养的饲料与饵料，其菌液为良好的肥料。,（2）厌氧好氧组合工艺处理难降解工业废水（自学）：厌氧微生物能耐受较高浓度有机废水，并对一些难以好氧降解的有机物有较好的降解能力；但有机物降解不完全。研究发现短期厌氧降解能改变杂环有机物的结构，使其转化为易于好氧生物降解的有机酸类物质等。据此开发出一种厌氧好氧结合的新工艺。,四、其他处理技术（一）氧化塘法1净化原理 1藻菌共生系统来分解水中污染物质，使之得到净化。2 好氧 微生物氧化分解形成各种无机物；藻类利用它们作为养料，3能源：太阳能，合成自身的细胞，同时释放

27、出大量氧气供好氧微生物所用。2氧化塘的类型 根据供氧情况可以将氧化塘分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘和通气塘4种类型（二）土地处理法 是将污水按一定方式投配到土壤中，凭借土壤植物微生物系统的物理、化学与生物的作用使水质得到净化的一种污水生态处理技术。常用的土地处理法有土壤灌溉法、土地渗滤系统和湿地处理系统法等。,（三）固定化酶与固定化细胞技术在废水处理中的应用*固定化酶是通过物理或化学的方法，将生物酶和固定不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保留活性的衍生物。固定化酶与固定化细胞可防止细胞与酶的流失、维持高微生物浓度、污泥产量低、重复利用、抗有毒物质能力的特点，但也存在微生物活性降低等缺点。1载体

28、结合法（物理吸附）2交联法（酶或细胞与两个以上功能团试剂交连，在他们之间形成共价键而固定）3包埋法（酶或细胞包埋在凝胶或硅胶中）。例如用藻酸钙凝胶固定的白腐木菌处理硫酸盐纸浆废水中的色素；黑曲霉固定化细胞处理淀粉废水、多电解质絮凝剂固定的葡柄霉、高梁胶尾孢霉处理含氰废水均有效果。,第三节 氮磷污水的生物处理 污水二级处理中尚含有大量的无机氮磷化合物，为防止水体的富营养化，需进一步处理水中的氮磷。一、生物脱氮技术（一）生物脱氮的基本原理 硝酸态氮在厌氧条件下，可被反硝化微生物利用，逐步还原成为分子态氮而进入大气中。生物脱氮就是利用这种原理去除污水中的硝态氮的一种技术。NO3-的还原过程为：NO3

29、-NO2-NO N2O N2 如果污水中含有大量的NH3，可先经硝化作用使之生成NO3-，NO3-在厌氧条件下经反硝化作用而脱氮。该方法是目前应用最广泛的污水脱氮方法。,（二）硝化反硝化菌的培养 首先将含有硝化菌的活性污泥接种到不含有机物的适于硝化菌的选择培养基中，在通气条件下培养。反硝化菌广泛存在于活性污泥中，可按前述厌氧活性污泥的培育方法，在富含有机物培养液，厌氧条件下培养，以获得大量反硝化菌。,（三）影响硝化-反硝化的因素1影响硝化作用的因素（1）硝化菌数量及污泥龄 即污泥停留时间（一般要大于2030天）（2）溶解氧（DO）在DO低于0.5mg/L时，DO对硝化菌的 生长及活性都有显著影

30、响。混合液的DO 一般大于2mg/L，生物膜法应大于3mg/L（3）温度 12-30活性最大。（4）pH值 亚硝化菌的最适pH的范围时7.07.88.1（5）营养物质 C/N比影响活性污泥中硝化细菌所占的比例、因硝化菌为自养微生物，所以BOD5浓度越低硝化菌的比例越大（6）毒物,2影响反硝化作用的因素（1）营养物质 一般认为废水中BOD5与总氮之比大于3时，不需外加碳源。低于此值时需要添加碳源，利用最多的是甲醇，西方国家用乙醇。(2)溶解氧 反硝化菌一般为兼性厌氧菌，只有溶解氧浓度接近零时才开始进行反硝化作用，溶解氧需保持在0.5 mg/L以下，对于生物膜系统，溶解氧需保持在1.5 mg/L以

31、下。（3）温度 最佳40，50由于酶的变性，反硝化活性急剧降低。（4）pH值 最适pH7.07.5，pH 8时或 6时都会明显降低反硝化活性。,（5）营养物质 污水水质特别是C/N比影响活性污泥中硝化细菌所占的比例、因硝化菌为自养微生物，所以BOD5/T-N浓度越低硝化菌的比例越大，硝化反应越易进行。硝化菌的比例一般不低于0.086（6）毒物 硝化菌对毒物的敏感度大于一般细菌，大多数重金属和有机物对硝化菌具有抑制作用。亚硝化菌比硝化菌对毒物更敏感。,（四）生物脱氮工艺1传统工艺传统的生物脱氮工艺为三级活性污泥法工艺。流程如图：污水 BOD去除 沉淀 硝化 沉淀 反硝化 沉淀 氨化 处理水 剩余

32、污泥 剩余污泥 剩余污泥 该工艺在三个反应器内进行。第一级为曝气池作用是氨化；第二级是硝化池在这里进行硝化反应；第三级是反硝化池，在缺氧的条件下还原为氮气。该工艺应用的较少。,污泥回流,污泥回流,污泥回流,有机碳源,2缺氧-好氧脱氮工艺（A/O脱氮工艺）：工艺流程图如下：污水 缺氧池 好氧池 沉淀 处理水 剩余污泥特点（1）反硝化过程能直接利用污水中的有机碳源，硝酸根还原为NH3、N2、NH3、NO3-（2）回流使产生的NO3-在反硝化池内被除去，总氮的去除率65-80%该工艺应用的较多。,污泥回流,混合液回流,3生物脱氮工艺的新进展（自学）（1）简捷硝化反硝化工艺：该工艺的特点是将氨氮氧化控

33、制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。有一定的经济性。在较高温度下，硝酸菌的生长速度明显低于亚硝酸菌，因此可以通过控制温度和停留时间使亚硝化菌在反应器中占优势，从而把将氨氮氧化物控制在亚硝化阶段。（2）厌氧氨氧化工艺：该工艺的特点是在厌氧的条件下，以硝酸根为电子受体，将氨转化为氮气，因此无需添加有机物。,二、生物除磷技术（一）生物除磷的基本原理在厌氧-好氧交替运行的条件下，活性污泥中可产生聚磷菌，该类菌在厌氧条件下释放出磷，但在好氧条件下可以摄取超过其生理需要的过量的磷。生物除磷就是利用这种机理形成高磷污泥从而达到污水中去磷的效果。,TCA 乙酰 CoA,磷释放厌氧,磷摄取好氧,细胞外,CH3 CO

34、OH CH3 COOH 乙酰 CoA,ATP ADP,Poly pn Poly Pn-1,Pi,PHB,Pi,ATP ADP,Poly pn Poly Pn-1,PHB,NAD+,NADH2,乙醛酸循环,细胞外,合成,分解,分解,合成,（二）生物除磷工艺中的微生物组成及其特点 细胞内的异染颗粒是它区别于其他细菌的主要标志之一。能同时积累聚磷酸盐和PHB假单胞菌、气单胞菌占聚磷菌的1520。另外，诺卡氏菌、深红红螺菌、着色菌属、发酵产酸菌和异氧好氧菌等。（三）聚磷菌的培育 将高效聚磷菌的纯培养，经扩大培养后，投加到除磷池中。聚磷菌的分离多采用同位素标记法。,（四）影响生物除磷的因素1溶解氧/氧化

35、还原电位：E在-200-300mV2.温度：对生物除磷效果影响不大。8-9仍可生长。3PH值：适宜PH范围为中性弱碱性。4硝酸盐与亚硝酸盐浓度：一般应控制硝酸盐浓度一定在0.2mg/L。5碳源：进水的BOD5/T-P比值一般应大于156污泥龄：污泥龄越长，污泥中的磷含量越低，加之排泥量减少，会导致除磷效果的降低。因此一般采用较短的污泥龄3.57天。,（五）生物除磷的工艺1厌氧-好氧除磷工艺：流程如图：污水 厌氧池 好氧池 沉淀 处理水 剩余污泥在该系统中，污水首先进入厌氧池，微生物在厌氧条件下释放细胞中的磷，然后进入好氧池，在好氧条件下微生物摄取污水中的磷，其摄取量高于在厌氧条件下释放量。之后

36、，将高含磷的剩余污泥从系统中排出，从而达到去除磷的目的。,污泥回流,2厌氧-缺氧-好氧脱氮除磷工艺（A2/O）混合液回流 污水 厌氧池 缺氧池 好氧池 沉淀 处理水 剩余污泥 1.有机物在厌氧池中被厌氧菌转化为挥发性脂肪酸等 聚磷菌将其细胞内的聚磷酸盐分解并排入污水。2.在缺氧池内反硝化菌利用好氧池回流液中的硝酸盐和污水中的有机物进行反硝化，从而去除污水中的氮。3.在好氧池内，微生物过量摄取污水中的磷，从而达到去磷的目的。,污泥回流,第四节 其他无机污染物废水的生物处理一、含硫废水的生物处理 SO42-的厌氧生物处理是利用硫酸盐还原菌在氧化有机物的过程中，以SO42-作为最终电子受体，使其还原

37、为H2S 即反硫化作用。能将硫化物氧化成单质硫或SO42-的菌有无色硫细菌等。有报道将紫色非硫细菌与绿硫菌联合用于处理含硫有机废水。,硫酸盐生物还原 SO4 2 H2S,H2S空气吹脱,NaOH吸收,硫化物生物氧化H2S S0,工艺1,工艺2,处理水,处理水,Na2S 回收,二、金属废水的生物处理（一）金属的生物沉淀处理 它的原理是利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下把SO42-还原成硫化氢，废水中的金属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被去除。（二）金属的生物还原处理 工业废水中常含有较高浓度的Cr6+生物毒性大。Cr6+的处理方法近年来利用微生物还原法，是利用Cr6+还原菌，在厌氧的条件下把Cr6+

38、还原成无毒性的Cr3+，Cr3+在碱性条件下生成沉淀而被去除。Cr6+生物还原菌有：铜绿假单胞菌、萤光假单胞菌、阴沟肠杆菌等。,（三）金属的生物氧化处理矿山废水中有较高浓度的Fe3+和硫酸根，利用铁细菌首先将不易沉淀的Fe2+氧化为易沉淀的Fe3+，使形成沉淀除去。（四）金属的生物吸附处理微生物细胞的表面通常含有羟基、羧基等与金属络和、配位的基团，这些基团可以与水中的金属离子结合是其吸附到细胞表面，这种现象为生物吸附。细菌、真菌和藻类等都可作为吸附剂。吸附于生物吸附剂上的金属可以用适当的方法解吸，回收金属。,第九章 废渣与废气的生物处理第一节 废渣的生物处理一、概述（一）废渣种类与来源 废渣即

39、固体废弃物，是指在生产、生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。按组成分为有机废物和无机废物；按来源分为工业废物、矿业废物、垃圾、农业废物、放射性废物及有害废物。本节主要讨论城市生活垃圾。（二）垃圾污染危害与特点 1数量巨大、处理率低 2组成复杂、四季变化 3污染环境、危害严重：（1）污染大气（2）污染水体（3）生物性污染（4）侵占大量土地（5）易燃易爆,4垃圾问题的特点：（1）最晚得到重视（2 最具综合性的环境问题（3）最难得到处置（4）最贴近的环境问题（三）我国垃圾处理技术政策与有关标准 治本：措施是努力实现生活垃圾的源头减量，即垃圾产量的最小化，具体措施包括改变燃料结构、实

40、施净菜进城、减小难降解的化学塑料包装与废品，强化废物回收利用工作等；治标：措施是对收集的垃圾进行处理，并以无害化、减量化和资源化即“三化”要求为处理目标。（四）垃圾无害化处理的一般技术途径 卫生填埋约占全部处置总量的70以上；其次是高温堆肥，约占20以上；焚烧量甚微，除医院垃圾必用外，仅在我国少数几个城市进行试点工作。,1卫生填埋技术 优点是工程造价和处理费用均较低，产生的沼气可回收利用；缺点是占地面积大，稳定时间长，产生的渗率液浓度高、毒性大较难处理。2高温堆肥处理技术 优点是稳定时间较短，缺点是有机物含量要求高，操作较复杂。3焚烧处理技术 优点：在8001000高温下使垃圾转化为化学性质稳

41、定的无害化灰渣。焚烧工艺可使垃圾体积减少8095，便于填埋处理，并能彻底消灭各种病原体。另外，通过焚烧工艺，可回收热资源。缺点：是可产生有害气体，焚烧设备投资大，运转成本高。我国现有的城市垃圾焚烧厂很少。4综合处理技术以上3种处理技术即可单独使用，也可作为综合处理技术组合使用。例如：有的城市同时采用填埋和焚烧或填埋和堆肥两种技术。,5微生物学在垃圾处理技术中的作用（1）微生物可使垃圾产生高温并持续足够时日，以杀灭有害生物及病原微生物，并提供有机肥料。（2）微生物可促进卫生填埋场中的有机物降解，使堆体减量稳产，并产生沼气，供做能源利用。（3）微生物可防治垃圾处理产生的二次污染。,二、高温堆肥法

42、堆肥法可分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法两种。好氧堆肥法由于可产生高温因此亦称作高温堆肥法。高温可杀死垃圾中的病原微生物，同时对有机物的降解速度快于中温菌。（一）堆肥产热及微生物学过程 1堆肥中热量的产生及热灭活条件 在堆肥过程中，能量主要用于微生物本身生长繁殖和转化为高能化合物储存体内；剩余的能量便以热能形式释放出来，从而使堆体内逐渐升温。病原体的热致死主要是由于酶的热灭活所致。好氧堆肥无害化工艺条件为：堆层温度55以上需维持57天；堆层温度70以上维持35天。但实际操作要比理论值高一些。,2堆肥的微生物过程（重点）（1）发热阶段：初期可溶性有机物和易分解有机物、有机质分解迅速，释出热量，发热阶段

43、温度一般为1545，时间一般为13天。此段微生物以中温好氧细菌和丝状真菌为主。（2）高温阶段：堆肥温度升高到50以上进入高温阶段，此阶段复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开始强烈分解。高温阶段温度一般为5070，时间为38天。（3）降温阶段：此时，中温微生物又称为优势种。残余物质进一步分解，腐殖质积累不断加大，堆肥进入腐熟阶段。降温阶段的时间一般较短，13天内即可完成。（4）腐熟阶段：此阶段堆肥物质逐步进入稳定化状态。一般为2030天。细菌、真菌 纤维素分解菌 放线菌、能分解木质素的微生物细菌、真菌。,（二）影响堆肥的主要因素与控制1通风供氧2含水率 堆肥物料的含水率一般控制在“临界水分”范围

44、。“临界 水分”一般控制在55左右最佳。3温度 适宜的堆肥温度为5560。4其他影响因素（1）有机物含量与碳氮比：一般认为堆肥原料最佳为（2635）/1（2）颗粒度：适宜粒度为1260mm。（3）pH：垃圾的堆肥化一般不必调整pH。,（三）工艺类型与流程1工艺类型（1）静态堆肥工艺类似微生物分批培养，即每次发酵操作之初向处理设施投入一批物料，经发酵后排出全部产品，再重新投料；动态堆肥工艺类似微生物连续培养，即物料每日从处理设施一端投入，产品同时从处理设施另一端排出，工艺参数在任一固定位置不随时间而变。动态堆肥工艺适于有机物含量高而进料量稳定的处理对象，具有发酵周期短、物料混合均匀及占地面积小地

45、特点，但设备较复杂、投资及运费较高。（2）一次性发酵工艺和二次性发酵工艺：一次性发酵工艺是指堆肥全过程在一个发酵装置中一次完成，微生物学全过程在此连续完成；二次性发酵工艺是指堆肥全过程分两个阶段在不同发酵装置中完成。第一阶段称为一次发酵，堆肥地中温和高温阶段在此进行：第二阶段称为二次发酵，堆肥地降温、腐熟阶段在此进行。,（3）露天式工艺和装置式工艺：露天式堆肥工艺一般有搅拌式发酵和固定式发酵两种，投资少，但发酵效率低、发酵周期长、无害化程度不高、卫生条件较差。装置式工艺在各种发酵设备内进行堆肥，各种发酵设备都向微生物提供良好地生长条件；主要有立式多层发酵塔、卧式发酵池等。装置式工艺发酵时间短、

46、占地面积小、堆肥质量可控可调，但投资和运行费用高。2工艺流程典型地二次发酵装置式工艺流程见图：脱臭垃圾 预处理 一次发酵仓 二次发酵仓 后处理 成品 堆肥返回,（1）预处理：去除粗大垃圾，减少不可堆肥化物质特别 是废旧电池等有毒有害物，并使堆肥物料粒度12 60mm和含水率达到一定程度地均匀化。（2）一次发酵：温度升高直至开始降低地阶段。垃圾地 无害化主要在此阶段完成。一般靠强制通风或翻堆搅拌来供氧。一次发酵期为512天。（3）二次发酵：它的目的使较难分解的有机物转化成腐殖酸，得到完全成熟的堆肥成品。时间2030天以上。（4）后处理：去除在前处理工序中还没有完全分选出的 塑料、玻璃、金属等杂物

47、。（5）脱臭：主要方法是化学除臭剂除臭法；臭氧氧化法等。其中经济实用的方法是腐熟堆肥除臭法，利用其中微生物分解和吸附作用可使臭气物质去除率达98以上。,（四）垃圾堆肥的问题与改进垃圾堆肥处理技术还存在一些问题，如堆肥设备不过关；堆肥腐熟周期偏长等。针对上述问题开展了很多技术改进研究，其中包括向垃圾堆接种有益微生物的研究。垃圾堆肥中重金属污染的主要解决方法是，切实进行垃圾在源头的分类储存与收集，在运到垃圾处理厂后再经分拣处理，严格防止含有重金属的废品如电池等进入垃圾堆肥发酵仓。,三、卫生填埋法（一）卫生填埋场内微生物学原理与过程1好氧分解阶段 复杂的多聚化学物水解为单体，然后经好氧呼吸作用转化为

48、CO2、NO3-、SO42-、H2O以及一些较简单的有机物。2厌氧分解不产甲烷阶段 本阶段最重要产氢产乙酸菌与同型产乙酸菌。前者可将丙酸等三碳以上有机酸、长链脂肪酸和醇类等氧化，生成乙酸和分子态氢，后者可利用不同基质，唯一产生乙酸。CH2COOH和H2是下阶段产甲烷菌的主要基质。3厌氧分解产甲烷阶段 氧化氢的产甲烷菌和裂解乙酸的产甲烷菌将上阶段生成的乙酸、H2、CO2转化为CH4。4稳定产气阶段 填埋场释出的沼气中，CH4一般占6070，CO2占3040，其余为少量NH3、H2S等气体。,（二）影响填埋场垃圾降解的主要因素1垃圾组成与特性各类垃圾降解的速率不同，垃圾的含水率和颗粒尺寸可以在某种

49、程度上控制垃圾的降解速度，具有高含水率和小颗粒尺寸特性的垃圾可以提高沼气产量。2水分垃圾卫生填埋过程中能产生沼气的含水率范围为2570，过高的含水率会使易降解垃圾形成大量高浓度的渗滤液而导致沼气产生量减少，产沼气最佳含水率为5060。（三）工艺流程与类型1工艺流程卫生填埋法的典型工艺流程见书P2622工艺类型卫生填埋工艺主要有沟槽法、平面法和斜面法。沟槽法是将垃圾填埋在挖掘的沟槽中，然后压实，挖掘土作为覆盖材料，再压实形成填埋单元结构。,平面法是直接将垃圾填埋在地面上，压实后用土覆盖，再压实形成填埋单元结构。斜面法是直接将垃圾填埋在斜坡上，压实后从工作面前面挖取覆盖土，再压实形成填埋单元结构。

50、该法实际上是沟槽法和平面法的结合填埋方式。填埋场产生渗滤液的水质，主要取决于所填垃圾的种类和填埋的时间。渗滤液的水质变化范围相当广，主要特点是有机物浓度高，氨氮浓度随填埋时间逐年增高。为防止渗滤液对地下水的污染，主要对其进行无害化处理。采取的方案如下：直接进入城市污水处理厂进行合并处理；经必要的预处理后汇入城市污水处理厂进行合并处理；渗滤液向填埋场循环喷洒处理；在填埋场建设污水处理站进行独立处理。,（四）填埋工艺新进展1生物反应器式的填埋技术 生物反应器是将填埋场视作一个大型反应器，着重调节其中的微生物生化反应与作用。当前最主要的措施是将收集的填埋场渗滤液，经调节后，适量的回流，均匀散步于垃圾