第九章第九章 水环境污染控制水环境污染控制与治理的生态工程及微与治理的生态工程及微 生物原理生物原理1一、好氧活性污泥法一、好氧活性污泥法 （一）好氧活性污泥中的微生物（一）好氧活性污泥中的微生物 1. 好氧活性污泥的组成和性质好氧活性污泥的组成和性质 好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机固物（兼有少量厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机固体物混凝交织在一起所形成的体物混凝交织在一起所形成的絮状体。絮状体。 废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。膜是净化污（废）水的工作主体。 第一节第一节 污废水生物处理中的生态系统污废水生物处理中的生态系统2（1）组成：）组成： 微生物（好氧、兼性及少量厌氧）微生物（好氧、兼性及少量厌氧） + 固体杂质固体杂质 （有机和无机）（有机和无机） （2）性质：絮状，大小为）性质：絮状，大小为0.02-0.2mm，比表面积在，比表面积在20- 100cm2/ml； 颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关；颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关； 含水率在含水率在99%，比重，比重1.002-1.006，具有沉降性能；，具有沉降性能； pH在在6-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。，弱酸性，具一定的缓冲能力。 2好氧活性污泥的存在状态好氧活性污泥的存在状态 在完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在，均匀分布；在推在完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在，均匀分布；在推流式曝气池内，随推流方向而有变化。流式曝气池内，随推流方向而有变化。33 3好氧活性污泥的微生物群落好氧活性污泥的微生物群落 好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团。在其上面生长好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团。在其上面生长有其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及有其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及微型后生动物等。微型后生动物等。4 4好氧活性污泥中微生物的浓度和数量好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 常用常用MLSS（混合液悬浮固体）或（混合液悬浮固体）或MLVSS（混合液挥发性悬（混合液挥发性悬浮固体）来表示。浮固体）来表示。 一般城市污水处理中，一般城市污水处理中，MLSS在在2000-3000mg/L，工业废水在，工业废水在3000 mg/L左右，高浓度工业废水在左右，高浓度工业废水在3000-5000 mg/L。 1ml好氧活性污泥中的细菌数在好氧活性污泥中的细菌数在107-108个。个。4显显微微镜镜下的活性下的活性污污泥泥5（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理 主要有两方面的作用：吸附有机物主要有两方面的作用：吸附有机物 降解有机物降解有机物 （三）菌胶团的作用（三）菌胶团的作用 （1 1）对有机物进行吸附和氧化分解）对有机物进行吸附和氧化分解 （2 2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境 （3 3）为原生动物提供附着场所）为原生动物提供附着场所 （4 4）具有指示作用）具有指示作用6二、好氧生物膜法二、好氧生物膜法 好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生物滤池、好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧化法（即浸没式滤池塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧化法（即浸没式滤池法）等。法）等。 （一）好氧生物膜中的微生物（一）好氧生物膜中的微生物 1 1好氧生物膜好氧生物膜 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。膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污水的工作主体。72 2好氧生物膜中的微生物及其功能好氧生物膜中的微生物及其功能 生物膜生物：生物膜生物：以菌胶团为主；净化和降解作用；以菌胶团为主；净化和降解作用； 膜面生物：膜面生物：固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化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；速度，提高整体效率的作用； 滤池扫除生物：滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、票页体虫等，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起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能。3 3好氧生物膜的结构好氧生物膜的结构 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。数量的不同。89生物填料悬浮型生物填料悬浮型生物填料投加量投加量 普通接触氧化普通接触氧化 水解调节池水解调节池 好氧或厌氧流化床好氧或厌氧流化床 好氧好氧 好氧好氧 或厌生物塘或厌生物塘 或厌氧滤池或厌氧滤池 反应池体积反应池体积% 8-13 5 15-25 % 8-13 5 15-25 3-5 40-60 3-5 40-60 10悬挂型填料悬挂型填料悬挂型填料悬挂型填料 弹性立体填料弹性立体填料弹性立体填料弹性立体填料11软性填料软性填料生物填料上的生物膜12（二）好氧生物膜净化废水的作用机理（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。细菌被滤池扫除生物吞食。13 高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。机废水还可用有机光合细菌处理。 （一）厌氧消化甲烷发酵（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、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燃性气体沼气（甲烷，沼气（甲烷，CHCH4 4）。常用的构筑物为发酵罐或消化）。常用的构筑物为发酵罐或消化池。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。性厌氧的产甲烷菌等组成。 第二节第二节 厌氧环境中活性污泥的微生物群落厌氧环境中活性污泥的微生物群落14复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸 HH2 2 + CO + CO2 23 3产乙酸产乙酸 CHCH4 4 + CO + CO2 2HH2 2S+ COS+ CO2 2硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷硫酸盐还原硫酸盐还原15厌氧活性污泥：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成的颗粒污泥颗粒污泥颗粒污泥颗粒污泥。 （二）、光合细菌处理高浓度有机废水（二）、光合细菌处理高浓度有机废水 BODBOD5 5在在10000mg/L10000mg/L以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废水、以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌处理。因有机光合食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌处理。因有机光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性细菌将细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性细菌将碳水化合物、蛋白质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。利碳水化合物、蛋白质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。利用光合细菌处理的用光合细菌处理的BODBOD5 5 去除效果可达去除效果可达95%95%，甚至达，甚至达98%98%。常用的有机。常用的有机光合细菌有：红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。光合细菌有：红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。16（三）厌氧活性污泥处理的工艺流程（三）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其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废废水水调节池调节池热热交交换换器器37厌氧活性厌氧活性污泥反应器污泥反应器气柜气柜沉淀池沉淀池出出水水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥17(四四)、厌氧生物反应器发展、厌氧生物反应器发展工作原理工作原理2 2级级( (平流沉淀平流沉淀+ +厌厌氧污泥消化氧污泥消化) )全国各地使用广泛，为生活污水的预处理全国各地使用广泛，为生活污水的预处理液固分离液固分离处理污泥处理污泥处理污泥处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器第一代厌氧反应器化粪池化粪池 缺点：污泥量少、易缺点：污泥量少、易 被带出，静态消化被带出，静态消化 18克服了第一代的缺点，且处理污水克服了第一代的缺点，且处理污水 第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器(1)(1)UASBUASB反应器反应器influentSludge bed污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集1920工业级工业级UASB装置装置钢制圆形结构钢制圆形结构混凝土方形结构混凝土方形结构（便于施工及分（便于施工及分离器设置）离器设置）21全世界有几千座全世界有几千座UASBUASB反应器，占所有厌氧反应器反应器，占所有厌氧反应器（第二代以上）总数的（第二代以上）总数的64%64%，应用广泛，应用广泛 6422 第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器内循环反应器 升流式污泥床过滤器升流式污泥床过滤器填料填料EGSB IC UBF2324以前通常能不用厌氧法处理的就不用以前通常能不用厌氧法处理的就不用，不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理，处理，现在厌氧反应器发展迅现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主速逐渐成为水处理的新的主力设备。力设备。25