第九章-水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理-4-环境生物工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章：水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理p297,第一节污、废水生物处理中的生态系统,第二节 活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀控制对策,第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落,第一节,污、废水生物处理中的生态系统,有机污染物种类,来源,人工合成,天然成分,分子,复杂,简单,浓度,高浓度,低浓度,形态,固态,液态,气态,降解能力,可生物降解,非生物降解,决定了是否采用微生物处理以及选用哪种微生物处理方法,1 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,1,0021,006,大小为,0,020,2mm,比表面积为,20100cm,2,ml,之间,弱酸性,(pH,约为,6,7),当进水改变时，对进水,pH,的变化有一定的承受能力。,一、好氧活性污泥法,活性污泥外观,（一）好氧活性污泥中的微生物群落,3 好氧活性污泥中的微生物群落,好氧活性污泥（绒粒）的结构和功能中心是能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块，称菌胶团。,菌胶团上的微生物 酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物。,绒粒的主体菌来自土壤 水和空气。他们是,动胶菌属,和,从毛单胞菌属,70%,4 好氧活性污泥中微生物的浓度和数量,污泥中微生物的浓度,混合,液,悬浮固体（MLSS）,Mixed Liquor Suspended Solid,1L活性污泥中含干污泥固体的毫克数,混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）,：,MLVSS;Mixed Liquor,Volatile Suspended Solid,混合液中可挥发性的悬浮固体浓度,是指单位体积生化池混合液所含干污泥中可挥发性物质的重量,一般的城市污水处理：20003000mg/L,工业废水处理：3000mg/L左右,高浓度的工业废水生物处理：30005000mg/L。,好氧活性污泥中的细菌有10,7,-10,8,（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理,活性污泥绒粒中微生物之间的关系,1 在好氧条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物。,2 水解性细菌水解大分子物质为小分子物质，同时合成自身细胞。,3其他微生物吸附或吞噬未分解彻底的有机物。,（三）好氧活性污泥的几种处理工艺流程,常见的有推流式活性污泥法,完全混合式活性污泥法,接触氧化稳定法,分段布水推流式活性污泥法,氧化沟式活性污泥法,（四）氧化塘的微生物群落及其处理废水机制,1 氧化塘的微生物群落,藻类和细菌共存于同一环境，保持互生关系。还有霉菌、放线菌、原生动物等低等动物。,2 氧化塘处理废水的机理,细菌吸收水中溶解氧，将有机物氧化分解为无机物。,藻类利用水和二氧化碳进行光合作用，合成碳水化合物。吸收氨等无机物。,（五）菌胶团的作用,1.有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。去除污染物有机质。,2.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。除毒和食物等。,3.为原生动物、微后生动物提供附着场所。,4.具有指示作用：通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。,（六）原生动物及微型后生动物的作用,1 指示作用,原生动物及微型后生动物出现的先后次序是：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。,原生动物及微型后生动物的指示作用表现为以下三方面：,可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判断水质和污水处理程度。还可判断活性污泥培养成熟程度。,。,2 净化作用,混合液中有500020000个原生动物70-80%是纤毛虫。,原生动物摄取溶解性有机物，起了净化作用。,3 促进絮凝和沉淀作用,原生动物能够分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用。,弯豆形虫浓度低时，细菌不絮凝，当到达4mg/L或更高，絮凝的越来越好。,（七）好氧活性污泥的培养,1 间歇式曝气培养,（1）菌种来源 来源广泛，有利获得各种各样的微生物，,（2）驯化 先低浓度废水，培养3-7天，然后提高浓度，也是3-7天，直达出水浓度为止。,（3）培养 驯化好后，连续曝气培养法继续培养，直达形成大颗粒絮团，钟虫等固着型纤毛虫大量出现。,活性污泥的MLSS,Mixed Liquor Suspended Solid,达到2000mg/L左右，正式运行。工业废水BOD5在200-300mg/L，MLSS维持在3000mg/L，溶解氧维持在2-3mg/L.,2 连续曝气培养,取相同的污水处理厂的活性污泥做菌种，可以采用连续曝气培养，接种量5-10%。,采用逐步扩大的方式。,（一）生物膜的基本特性,.结构,液 层：流动水层、附着水层,生物膜：好氧层、厌氧层,二 好氧生物膜法,B.生物转盘,生物转盘,盘片,接触反应槽,转轴,驱动装置,（三）好氧生物膜中的微生物群落,1,好氧生物膜,好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。,2 好氧生物膜中的微生物群落及其功能,生物膜生物：以菌胶团为主，辅以浮游球衣菌和藻类。功能：净化和稳定污废水。,生物膜面生物：固着型纤毛虫，游泳型纤毛虫，功能：促进滤池净化,滤池扫除生物：轮虫、线虫和寡毛虫类的沙蚕等功能：去除滤池内污染、防止污泥积累和堵塞,4 好氧生物膜的净化作用机理,生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着性纤毛虫,游动性纤毛虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。,同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自生细胞。,上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为CO,2,和H,2,O。,老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物（轮虫,线虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞食作用，废水得到净化。,（四）好氧生物膜的培养,1 自然挂膜法：直接用工业废水通入空的塔式生物滤池,2 人工挂膜法：引进菌种,并向污水中投加促使微生物生长的营养物质,依靠人工培养,使微生物富集生长在填料上,形成生物膜;,第二节 活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀 控制对策,曝气池有正常活性污泥和膨胀污泥。正常活性污泥是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌-菌胶团细菌占优势,辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、轮虫等组成的活性污泥。膨胀的污泥有两种：,由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥。,这两种发生污泥膨胀的污泥都可用污泥体积指数SVI作为衡量其沉降性能好坏的指标。,污泥指数(SVI),污泥指数指曝气池混合液经30min静沉后,相应的1g干污泥所占的容积(以mL计),正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。,混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。,活性污泥膨胀可分为,污泥中丝状菌大量繁,殖导致的丝状菌性膨胀,并无大量丝状菌存在,的非丝状菌性膨胀,丝状菌性膨胀,非丝状菌性膨胀,丝,状,菌,性,膨,胀,絮花状物质，其骨干是菌胶团,正常的活性污泥,丝状菌大量出现，主要是有鞘细菌和硫细菌,不正常的情况下,当污泥中有大量丝状菌时，大量有一定强度的丝状体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，形成了污泥膨胀。,一,丝,状,菌,性,膨,胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,污水水质是造成污泥膨胀的最主要因素。,含溶解性碳水化合物多的污水往往发生由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀。,含硫化物多的污水往往发生由硫细菌引起的丝状,膨胀。,水温低于15时，一般不会发生膨胀。温度在25-28度有利于,发生膨胀。,pH低时，容易产生膨胀。,丝,状,菌,性,膨,胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,污泥负荷对污泥膨胀在一定条件下有一定的影响，但两者无必然的联系。,溶解氧浓度并不一定影响污泥的膨胀。,丝,状,菌,性,膨,胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀。,间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀。,不设初次沉淀池的活性污泥法，不容易发生污泥膨胀。,叶轮式机械曝气与鼓风曝气相比，易于发生丝状菌性膨胀。,射流曝气的供氧方式可以有效地克制浮游球衣细菌引起的污泥膨胀。,非丝,状,菌,性,膨,胀,非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。,微生物的负荷高，细菌吸收了大量的营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高黏性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥形成污泥膨胀。,发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理效率仍很高，上清液也清澈。,二,在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝状菌的特性，可采取的抑制措施：,(1)控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧；,(2)调整pH；提高,(,3)如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物或磷化合物；,(4)投加一些化学药剂；,(5)城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉池，直接进入曝气池。,三、活性污泥法运行中常见的问题,解决方法：加强管理，及时监测。,当进水浓度大，出水水质差时，加强曝气提高供氧量；,曝气池中含碳高而使碳氮比失调时，投加含氮化合物；,加氯可以起凝聚和杀菌双重作用。,产生原因:污泥结构松散，沉降性差，造成污泥上浮而随水流失，广义地把活性污泥地凝聚性和沉降性恶化，以及处理水浑浊的现象总称为活性污泥的膨胀。,（一）污泥膨胀,2.污泥腐化上浮,污泥由于缺氧而腐化（厌氧分解），产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥上，使污泥比重变小而上浮，上浮的污泥发黑发臭。,防止方法：减少曝气、及时排泥、减少曝气池进水量。,1.污泥脱氮上浮,活性污泥上氮气吸附多时，由于比重降低，污泥随气体浮上水面。,（二）污泥上浮,（三）污泥的致密与减少,污泥失去活性。,解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排放量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。,污泥的培养和驯化,解决方法：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水（处理后的废水或自来水）喷洒，打破泡沫；定时投加除沫剂（如机油、煤油等）以破除泡沫。,（四）,泡沫问题,当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表面形成大量泡沫。它会隔绝空气与水接触，吸附大量活性污泥固体，影响环境卫生。,污泥膨胀,污泥上浮,泡沫问题,第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜 的微生物群落,一 厌氧消化甲烷发酵,（一）甲烷发酵理论与机制,第一阶段 水解酸化阶段,复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。,碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程,第二阶段 产氢产乙酸阶段,在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H,2,，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO,2,。,第三阶段 产甲烷阶段,产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO,2,和H,2,等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。,有机物厌氧分解生成甲烷的过程,1)发酵性细菌,(2)产氢产乙酸细菌,(3)同型产乙酸菌,(4)利用H2和CO2产甲烷菌（30%）,(5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）,产甲烷化学过程,4H,2,+C0,2,CH,4,2H,2,0,CH,3,C00HCH,4,+C0,2,（二）厌氧活性污泥的培养,1 厌氧活性污泥的菌种来源,禽兽粪便含有水解性细菌和产甲烷细菌,生活污水处理厂的浓缩污泥,同类水处理厂的厌氧污泥,2 厌氧活性污泥的驯化与培养,进水量从小到大，每提高一个浓度，稳定一段时间后才换下一个浓度。,3 厌氧活性污泥的组成和性质,厌氧活性污泥中的微生物的组成有五种：,a 将大分子水解为小分子的水解细菌；,b 将小分子的单糖、氨基酸等发酵为氢和乙酸的发酵细菌；,c 氢营养型和乙酸营养型的古菌；,d 利用H,2,和CO,2,合成CH,4,古菌；,e 厌氧的原生动物。,厌氧活性污泥呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能。,4 团粒化的颗粒厌氧活性污泥与其形成机制探讨,单向厌氧消化法的厌氧活性污泥：容易形成颗粒污泥，表层主要是水解发酵性细菌、产氢、产乙酸细菌和氢营养型的古菌。,内部存在大量乙酸营养型细菌、呈丝状的产甲烷丝菌和产甲烷八叠球菌。,两相厌氧消化法的厌氧活性污泥：第一相是兼性厌氧和专性厌氧的水解发酵细菌和少量的专性厌氧产甲烷菌。第二相，少量产氢产乙酸细菌，大多数专性厌氧产甲烷细菌。,二 光合细菌处理高浓度有机废水,三 含硫酸盐废水的厌氧微生物处理,四、硫素循环,