第十章 微生物在水污染治理中的作用ppt课件.ppt

'第十章微生物在水污染治理中的作用水体自净作用污废水生物处理方法分类活性污泥法中的微生物及其作用生物膜法中的微生物及其作用厌氧消化法中的微生物及其作用影响生物处理因素 水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的及生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。第一节水体自净 物理作用：稀释、沉淀（强）化学作用：日光、氧气等对污染物的分解（弱）生物作用：生物降解（食物链）（强）阳光↓一级生产者→原生动物→轮虫、浮游甲壳动物→鱼→其他动物异养细菌废物、排泄物人第一节水体自净一、水体的自净 提问：水体自净速度有哪些限制因素？物理？净水流量、流速、污染物物理性质化学？地域、季节、天气生物？生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、代谢的极限速度因此水体的自净速度是有限的。在正常情况下，水体单位时间内通过正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为同化容量或自净容量。 A．自净的过程a.物理作用有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底；b.生物作用溶氧↓溶解氧↑好氧菌↑好氧菌↓有机物降解厌氧菌↑自然溶氧、藻类产氧 河流污染和自净过程图污水自净 被污染的水体都是自净水体！但自净恢复的程度不同，或称污染现状不同。 2、衡量水体污染与自净的指标提问：用什么指标可以衡量河段水体污染与自净所处的阶段?水体外观、化学指标、生物种类、数量及比例关系、溶解氧等等山东小清河 A．氧浓度昼夜变化幅度河流污染中氧浓度昼夜变化示意图氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关. B．水体外观外观特征：混浊程度、颜色及气味等原因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量污染前污染净化开始持续结束外观:无色暗灰色灰色继续变清无色澄清透明很混浊、臭混浊浊度下降澄清透明水面有泡沫泡沫减少 C．指示生物例如污染前污染净化开始持续结束生物:植物消失藻类、原生鱼虾植物、鱼动物出现出现、鱼可作为指示生物的生物种类很多，包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有寡毛类的颤体虫、软体动物和植物和水生昆虫等。 多污带、α中污带、β中污带、寡污带多污带二、污化系统及污化指示生物 α中污带 β中污带 寡污带 特征多污带α-中污带β-中污带寡污带水色暗灰色，很浑浊灰色，较浑浊浑浊浑浊度低BOD高减少,有悬浮物减少,悬浮物少极少,悬浮极少溶解氧含量极低（或无）少升高恢复正常气体H2S、CO2和CH4NH3、H2S氨及H2S减少H2S消失细菌数量几亿/毫升几千万/毫升几万/毫升极少微生物种类特点（兼）厌气性硫酸还原菌产甲烷菌藻类及原生动物出现藻类大量繁殖纤毛虫活跃鱼腥藻、硅藻、黄藻、钟虫、变形虫动物类型寡毛类（颤蚯蚓）颤蚯蚓，增多轮虫、浮游甲壳动物轮虫、浮游甲壳动物增多显花植物无无出现增多鱼类无无无有底泥大量的有机质部分无机化大量无机化二、污化系统及污化指示生物 第二节污废水生物处理方法分类 指有分子氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。处理对象：以胶体或溶解态存在的有机物。适用范围：中、低浓度有机废水，或BOD5小于500mg/l的有机废水。特点：反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积小，处理过程散发臭气较少1、废水的好氧生物处理第二节污、废水生物处理方法分类 好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把1/3有机物分解为无机物，把2/3有机物合成为微生物自身，当活性污泥进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化和无害化。有机物+氧M分解代谢合成代谢原生质H2O、CO2、NH3+能量内源呼吸净增细胞物质M、O2H2O、CO2、NH3、SO42-、PO43-+能量（有氧呼吸）1/32/3放热合成代谢方程式：CXHYOZ+NH3+O2→C5H7NO2+CO2+H2O-能量第二节污、废水生物处理方法分类 2、废水的厌氧生物处理在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。适用范围：有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD5≥2000mg/l）特点：不需加氧，故运行费用低，剩余污泥少，可回收能量。缺点反应速度慢，反应时间长，处理构筑物容积大。第二节污、废水生物处理方法分类 I类产物甲酸甲醇甲胺乙酸等通过不同途径转化为CH4、CO2等废水或污泥中不溶态大分子有机物蛋白质多糖脂类氨基酸C6H12O6甘油脂肪酸II类产物丙酸丁酸乳酸乙醇等水解酸化产氢产乙酸产甲烷发酵菌甲烷菌产氢产乙酸菌CO2[H]乙酸发酵菌废水的厌氧生物处理可分为三个阶段：大分子有机物（不溶性）→小分子有机物（溶解性）、无机物→有机酸、无机物→CH4、CO2、NH3、H2S，使有机物得以降解和稳定。第二节污、废水生物处理方法分类 好氧处理与厌氧处理的区别:1.作用的微生物群不同.2.产物不同3.反应速率不同4.对环境要求条件不同 活性污泥：由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能的絮状体颗粒。经过初沉的废水空气曝气池二次沉淀池出水剩余污泥回流污泥第三节活性污泥法中的微生物及其作用 显微镜下的活性污泥 一、活性污泥中的微生物动胶菌属丛毛单胞菌属产碱杆菌属微球菌属棒状杆菌属黄杆菌属无色杆菌属芽孢杆菌属假单胞菌属亚硝化单胞菌属短杆菌属固氮菌属浮游球衣属微丝菌属大肠杆菌属产气杆菌属节杆菌属螺菌属其中可分为优势菌、较多、一般、及少量四个数量等级。１、构成正常活性污泥的主要细菌第三节活性污泥法中的微生物及其作用 第三节活性污泥法中的微生物及其作用一、活性污泥中的微生物２、活性污泥中的原生动物活性污泥的成熟度与原生动物的种类分布活性污泥逐步成熟游动型纤毛虫肉足虫植物性鞭毛虫固着型纤毛虫通常，活性污泥中的微生物种类相对稳定，但当环境条件改变，优势菌种会变化。动物性鞭毛虫轮虫 二、好氧活性污泥净化废水的作用机理吸附微生物氧化分解原生动物吞食第三节活性污泥法中微生物及其作用 ΔS=aLr–bSa其中ΔS―新生成的细胞物质(kg；近似等于剩余污泥量)Lr―去除的BOD(kg/d)Sa―原有细胞物质(kg)a―合成系数(kg/kgBOD)0.5~0.7b―细胞物质消耗系数(1/d)0.05~0.1 举例：1污泥生产量计算曝气池容积为340m3；进水流量150m3/h；进水BOD5200mg/L；出水BOD520mg/L；曝气池内污泥浓度为4g/L，其中挥发性物质占75%。计算污泥剩余量根据ΔS=aLr–bSa原有细胞物质重量=Sa=4×75%×340(吨)=1020kg去除的BOD5=Lr=(200-20)×150×24(1天)/1000=648kg/da=0.6b=0.075问题：如何得到a和b两个参数？ΔS=aLr–bSa=0.6×648-0.075×1020=312.8kg/d所以：剩余无污泥量＝312.8/75%=416kg/d如果剩余污泥的含水量为99.2%，那么剩余污泥的体积为416/(1-0.992)=52000kg~52吨细胞重量(克) O2=a’Lr+b’SaO2―微生物需氧量(kg/d)Lr―所去除的BOD(kg/d)Sa―微生物生物量(kg)a’―去除单位BOD所需氧量(kg/kg)b’―微生物自身氧化需氧量(1/d)大约估计值：每去除1kgBOD需氧1kg(留有余地)；按照空气21%含氧量可以计算出通气量。污泥产生量和耗氧量是污水处理厂设计时必须考虑的参数。需要强调的是，上述计算只适用于好氧处理系统，不适用于其它系统。2耗氧量计算 三、活性污泥中微生物的指示作用1、活性污泥外观的指示作用颜色浅、无色透明、结构紧密——吸附氧化能力强，沉降性能良好2、原生动物和微型后生动物的指示作用根据生物演替判断活性污泥的成熟程度根据生物种类判断活性污泥和处理水质的效果轮虫——污泥状况良好，出水水质较好线虫——系统缺氧，出水水质差游泳型纤毛虫和鞭毛虫——污泥结构松散，出水水质较差根据生物形态和数量变化判断处理条件3、丝状微生物的指示作用第三节活性污泥法中的微生物及其作用活性污泥逐步成熟游动型纤毛虫肉足虫植物性鞭毛虫固着型纤毛虫动物性鞭毛虫轮虫 四、活性污泥的培养及驯化连续式培养间歇式培养第三节活性污泥法中的微生物及其作用 污泥上浮的原因：1.因污泥被破碎,沉速减小而不能下沉,随水飘浮而流失:一些是由于污泥颗料夹带气体油滴,密度减小而上浮.2.操作不当,曝气量过小,二次沉淀池可能由于缺氧而发生的污泥腐化,即池底污泥压氧分解,产生大量气体,促使污泥上浮.3.当曝气时间才或曝气量大时,在曝气池中将发生高度硝化作用,使混合液中硝酸盐浓度较高,这时,在沉淀池中可能由于反硝化而产生大量N或N气而使污泥上浮.4.当废水中含油量过大时,污泥可能夹油上浮,当废水温度较高,在沉定池中形成温差异重流时,将导致污泥无法下沉而流失.。 污泥上浮的处理办法:应暂停进水,打碎或清除浮沉,判明原因,调整操作：1.如污泥沉降性差,可适当投力口混凝挤或惰性物质,改善沉淀性.2.如进水负荷过大应减小进水量或加大回流量；3.如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；4.如发现反硝化,应减小曝气量,增大污泥回流量或排泥量；5.如发现污泥腐化,应加大曝气量,消除积泥,并设法改善池内水力条件. 污泥膨胀原因：污水水质；运行条件；工艺方法污泥膨胀的措施：1.控制曝气量,使曝气池保持溶解1-42.调整PH值3.如营养比失调,可造量投加含N.P化合物4.投加一些化学药剂.5.调整污泥负荷,通常用处理后的水稀释进水6.短期内间易曝气(闷曝) 活性污泥法运行中常见的微生物问题1不絮凝原因：溶解氧浓度低、pH低、冲击负荷过小；2微小絮体原因：曝气过量/延时曝气3起泡沫白色泡沫：难降解洗涤剂；棕色泡沫：放线菌(Nocardia居多)；用增加剩余污泥法冲洗出处理系统4丝状菌污泥膨胀丝状菌在絮体中大量生长以致影响沉降的现象。SS=solidsubstance;MLSS控制：a.营养比例C/N真菌喜欢高碳基质，降低C/N可以控制真菌生长b.控制dissolvedoxygencontent(DO)污泥膨胀与污泥负荷F/M(有机底物量F/微生物量M)成函数关系(图6-13)。c.加氧化剂d.加絮凝剂(CaCO3) 活性污泥法的发展和演变 3）分布曝气4).浅层曝气5).深层曝气活性污泥法的发展和演变 吸附池沉淀池再生池剩余污泥出水污泥回流进水活性污泥法的发展和演变 活性污泥法的发展和演变 6、吸附—生物降解工艺（AB法）格栅沉砂吸附沉淀曝气沉淀A级B级出水污水剩余污泥回流污泥剩余污泥7、序批式活性污泥法（SBR法）格栅沉砂池初沉池间歇式曝气池出水原废水活性污泥法的发展和演变8、连续进水周期循环延时曝气活性污泥法 第四节生物膜法中的微生物及其作用 第四节生物膜法中的微生物及其作用一、好氧生物膜中的微生物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生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污水的工作主体。 2．好氧生物膜中的微生物及其功能生物膜生物：以菌胶团为主；净化和降解作用；膜面生物：固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化速度，提高整体效率的作用；滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、票页体虫等，起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能。3．好氧生物膜的结构好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不同高度位置，由于微生物得到的营养不同，造成微生物种类和数量的不同。第四节生物膜法中的微生物及其作用 生物填料悬浮型生物填料 悬挂型填料弹性立体填料 软性填料生物填料上的生物膜 二、好氧生物膜净化废水的作用机理在生物滤池中，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（固着型纤毛虫、游泳型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身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。第四节生物膜法中的微生物及其作用 三、生物膜中微生物的指示作用根据某种生物的有无、多少，指示系统运行状况和判断处理效果四、生物膜的培养自然挂膜法活性污泥挂膜法优势菌挂膜法第四节生物膜法中的微生物及其作用 第五节厌氧消化法中的微生物及其作用高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。一、厌氧消化－甲烷发酵沼气发酵，已有年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可燃性气体——沼气（甲烷，CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消化池。甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它们是由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成。 复杂有机物1水解2发酵脂肪酸乙酸H2+CO23产乙酸CH4+CO2H2S+CO2硫酸盐还原硫酸盐还原4产甲烷4产甲烷硫酸盐还原消化分为三阶段：水解发酵产乙酸产甲烷 厌氧活性污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥。 二、厌氧活性污泥处理的工艺流程其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废水调节池热交换器↑37℃厌氧活性污泥反应器气柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥 三、厌氧生物反应器发展工作原理2级(平流沉淀+厌氧污泥消化)全国各地使用广泛，为生活污水的预处理——液固分离处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器——化粪池缺点：污泥量少、易被带出，静态消化 克服了第一代的缺点，且处理污水第二代厌氧反应器UASB反应器influentSludgebed污泥沉降沼气阻挡收集 工业级UASB装置钢制圆形结构混凝土方形结构（便于施工及分离器设置） 全世界有几千座UASB反应器，占所有厌氧反应器（第二代以上）总数的64%，应用广泛64％ 第三代厌氧生物反应器厌氧膨胀颗粒污泥床内循环反应器升流式污泥床过滤器填料EGSBICUBF 第六节影响生物处理因素温度PH有毒物质营养元素配比 微生物脱氮工艺原理及其微生物一、污、废水脱氮的具体指标一级标准氨氮≤15mg／L 二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物A/O脱氮工艺废水好氧脱碳缺氧反硝化沉淀池好氧硝化沉淀池1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水回流？(一)微生物脱氮工艺活性污泥法典型工艺——A/O工艺（缺氧、好氧工艺） (二)脱氮原理缺氧反硝化细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌）反应：NO3-—N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气碳源：原水中BOD硝酸盐来源：回流出水中的硝化产物好氧脱碳硝化脱碳——氧化去除COD脱碳菌——好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为碳源硝化菌——好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳源（NH4+→NO2-→NO3-) 挂生物膜或投加悬浮填料定期投菌提问：为什么先脱碳、后脱氮？硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物；有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速，硝化菌氧利用不足，生长缓慢；提问：硝化脱氮时有时需要补碱（Na2CO3或NaOH)?硝化作用消耗碱（NH4+、CO32-），水pH下降；补充碳源、升高pH提问：硝化菌世代周期长，容易从活性污泥系统中被洗掉，如何解决？ 两级滤池法工艺流程好氧脱碳硝化滤池进水厌氧反硝化滤池出水甲醇补充反硝化菌的碳源！利用进水中的BOD （BOD：N：P）100：5：1——微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等，但只去除污水中约19％左右的磷。某些高含磷废水中残留的磷还相当高，故需用除磷工艺处理。1．微生物除磷原理依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些细菌。微生物除磷工艺原理及其微生物 好氧时：大量繁殖（消耗好氧状态能源——聚β-羟基丁二酸（PHB））,逆浓度梯度过量吸磷（贮备厌氧状态能源—多聚磷酸盐颗粒(异染颗粒)）；厌氧时：正相反——不繁殖，释放磷酸盐于体外（产生能量供其储备消耗好氧状态能源——PHB）。聚P聚P聚P聚P部分回流做种大部分（P）去除水中P 2．工艺简介常见的脱磷工艺如下图所示进水厌氧放磷好氧聚磷出水部分污泥回流接种剩余污泥处理沉淀脱磷'