第十章

污水生物處理系統(tǒng)中的主要微生物

第一節(jié)污水生物處理的基本原理第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理的基本原理及其主要微生物第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理的基本原理及其主要微生物第四節(jié)無(wú)機(jī)污染物生物處理的基本原理及其主要微生物第五節(jié)生物處理法對(duì)污水水質(zhì)的要求1特點(diǎn)：復(fù)合微生物系統(tǒng)，包含一個(gè)較完整的生態(tài)系統(tǒng)，各種不同營(yíng)養(yǎng)水平的微生物形成一個(gè)食物網(wǎng)。例如：生物濾池（微生物膜）的食物鏈：細(xì)菌、真菌原生動(dòng)物輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)昆蟲(chóng)生物處理法：利用微生物處理污水的方法好氧處理（供氧）厭氧處理（不供氧）微生物的利用形式：懸浮態(tài)、固定化第一節(jié)污水生物處理的基本原理2BiomassinwastewatertreatmentsystemSuspendedgrowthDispersedgrowthLagoonsFlocculatedgrowthActivatedsludgeAnaerobicsludgeBlanketreactorSupported/Attachedgrowth(biofilm)TrickingfilterRotatingbiologicalcontactorBiologicalactivatedfilterAnaerobicHybridgrowthFluidizedbedreactorExpandedbedreactorImmersedmediasystemsPoroussupportsystemsCarriersactivatedsludgeBiomassformsinwastewatertreatmentsystems3一、活性污泥法中的微生物1.活性污泥中常見(jiàn)的微生物活性污泥的生物相十分復(fù)雜，除大量細(xì)菌以外，還有真菌、單胞藻類、原生動(dòng)物、還可見(jiàn)到后生動(dòng)物如輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)等。第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理4細(xì)菌：活性污泥中有多種細(xì)菌，隨污水性質(zhì)、構(gòu)筑物運(yùn)轉(zhuǎn)條件不同而出現(xiàn)不同的優(yōu)勢(shì)菌群。曾經(jīng)報(bào)道的有∶動(dòng)膠菌屬(Zoogloea)、叢毛單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、芽孢桿菌屬、無(wú)色桿菌屬、棒狀桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬、球衣菌屬、諾卡氏菌屬、短桿菌屬、八疊球菌屬、螺菌屬等

真菌：主要為霉菌。已報(bào)道的有毛霉屬、根霉屬、曲霉屬、青霉屬、鐮孢霉屬、枝孢霉屬、木霉屬、地霉屬等。第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理5原生動(dòng)物：曾發(fā)現(xiàn)225種以上，其中以纖毛蟲(chóng)為主，占160多種。原生動(dòng)物是好氧性的生物，主要附聚在活性污泥的表面，數(shù)量約在5000-20000個(gè)/ml

原生動(dòng)物在活性污泥中的作用：(a)促進(jìn)絮凝∶有的原生動(dòng)物能分泌粘液，促進(jìn)生物絮凝，從而改善活性污泥的泥水分離特性。(b)凈化作用∶大部分原生動(dòng)物是動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)，能吞食游離細(xì)菌和微小污泥，有利于改善水質(zhì)。腐生性營(yíng)養(yǎng)的鞭毛蟲(chóng)等可吸收污水中的有機(jī)物。(c)指示作用∶根據(jù)出現(xiàn)的原生動(dòng)物的種類可以判斷活性污泥的狀態(tài)和處理水質(zhì)的好壞。第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理62.微生物造成的問(wèn)題主要由污泥絮體結(jié)構(gòu)的不正常引起絮體微結(jié)構(gòu)絮體<75μm宏結(jié)構(gòu)絮體（絲狀細(xì)菌出現(xiàn)時(shí)形成較大的絮體）處理水質(zhì)與原生動(dòng)物種類有一定的關(guān)系，但不絕對(duì)：水質(zhì)好（BOD<10～20）：纖毛蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)水質(zhì)壞（BOD>20～30）：鞭毛類原生動(dòng)物、根足蟲(chóng)、變形蟲(chóng)第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理7②起泡沫由絲狀菌諾卡氏菌的異樣增殖引起；氣泡進(jìn)入絲狀細(xì)菌的群體，浮在地面上，形成泡沫或一層浮渣（原因：高負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡）DO低，pH低，污泥負(fù)荷過(guò)低（<0.2kg-BOD/(kgd),往往發(fā)生在延時(shí)曝氣①不絮凝和微小絮體原因：絮體本身不穩(wěn)定而碎裂過(guò)度曝氣，剪切力過(guò)大而被切成碎塊第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理8③污泥膨脹——由絲狀的異常增殖引起。理想的絮體：絲狀菌與絮體形成菌保持平衡膨脹絮體：絲狀菌從絮體中伸出，形成絲狀菌和絮體網(wǎng)（搭橋）細(xì)菌沿絲狀菌凝聚，形成細(xì)長(zhǎng)絮體原因：低DO，污泥負(fù)荷低，營(yíng)養(yǎng)不足（比例失調(diào)）、低pH第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理9污泥膨脹的控制方法控制負(fù)荷：0.2～0.45kg/(kg?d)

控制營(yíng)養(yǎng)比例：BOD：N：P＝100：5：1

控制DO比例：>2mg.L；P不足時(shí)有利于絲狀菌的競(jìng)爭(zhēng)加氧化劑（Cl2、H2O2、O3）：有選擇性地控制絲狀微生物投加混凝劑：改善污泥的絮凝注意：不出現(xiàn)絲狀細(xì)菌時(shí)有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹。游離細(xì)菌產(chǎn)生菌膠團(tuán)時(shí)會(huì)產(chǎn)生此現(xiàn)象菌膠團(tuán)膨脹原因：大量胞外多聚物（ECP）（extra-cellularpolymer）第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理10二、生物濾池中的微生物（生物膜法）由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物形成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。細(xì)菌：與活性污泥類似；硝化菌生活在膜內(nèi)真菌：鐮刀霉、青霉、毛菌、地霉藻類：主要生長(zhǎng)在濾池表面，小球藻等原生動(dòng)物：鐘蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)、草履蟲(chóng)后生動(dòng)物/小動(dòng)物：輪蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)、昆蟲(chóng)第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理11生物膜法與活性污泥的比較（滴濾池還提供陸生條件）①食物鏈比活性污泥長(zhǎng)；原生動(dòng)物、后生動(dòng)物的量多②微生物種類多，多樣性大小增長(zhǎng)速度慢的微生物也可以生長(zhǎng)抗沖擊性弱的微小動(dòng)物也可以生長(zhǎng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定③硝化菌含量相對(duì)較多北尾（1986）活性污泥：H＝0.5

淹沒(méi)式濾池：H＝1-3第二節(jié)有機(jī)污染物好氧生物處理12EnvironmentalBiofilmsSulfurWastewaterbiofilmsNitrifyingbiofilmsMicroaerophilicwastewaterbiofilms13Cross-sectionofbiofilmWastewaterBiofilmSubstratum200mBiomassVoids(waterchannels)14

Highmetabolicratesandmoleculardiffusioncreatesteepmicrogradientsofphysicochemicalparameters. Verticalzonationsofrespiratoryprocesses.Microenvironments(growthconditions)aredifficulttoreproduceinartificialcultures(invitro).Changesinlocalmicroenvironmentsaffectinsitumicrobialactivityandconsequentlyarrangemicrobialpopulations.ComplexmultispeciesbiofilmsConcentrationDepth(m)H2SO2NO3-15

Manymicroorganismscannotbecultivated(possiblybelow10%oftheextantmicroorganisms),andmicroorganismsinpureculturedonotnecessarilyreflecttheiractivitiesinbiofilmenvironments.

Multispecies

biofilmcommunitieshaveparticularactivitiesthatcannotbeachievedbyindividualmicroorganisms.Complexmultispecies

biofilms16一、厭氧生物處理中的微生物1.產(chǎn)酸細(xì)菌（不產(chǎn)甲烷細(xì)菌）non-methanogens對(duì)酸堿度的要求不敏感（范圍寬）：4.5～8；兼性厭氧或厭氧微生物1）初級(jí)發(fā)酵細(xì)菌主要為兼性及專性厭氧型異養(yǎng)微生物，其優(yōu)勢(shì)菌隨水質(zhì)和環(huán)境條件，特別是溫度不同而異。曾報(bào)道的細(xì)菌有：梭菌屬（Clostridium）、擬桿菌屬(Bacteriodes)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、真桿菌屬(Eubactrium)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等。

第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理172）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌亦稱二級(jí)發(fā)酵菌。該類菌產(chǎn)氫及乙酸，可供產(chǎn)甲烷菌利用，其生長(zhǎng)過(guò)程需要吸收大量能量，有賴于產(chǎn)甲烷細(xì)菌同化H2釋放能量供其利用，因此二者形成共生關(guān)系。沼氣發(fā)酵中常見(jiàn)的有沃氏共養(yǎng)單胞菌(Syntrophomonas

wolfei)、沃氏共養(yǎng)桿菌(Syntrophobacter

wolinii)及脫硫弧菌屬的某些種。

第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理183）同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌有機(jī)無(wú)機(jī)混合營(yíng)養(yǎng)型的專性厭氧菌，以二氧化碳作為最終受氫體生成乙酸。這類細(xì)菌不論利用何種基質(zhì)，其厭氧呼吸的唯一產(chǎn)物為乙酸，故稱之為同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌。報(bào)道的有∶伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium

Woodii)、威氏醋酸桿菌(Acetobacterium

Wieringae)、熱自養(yǎng)梭菌(Clostridiumthermoautotrophicum)等。第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理192.產(chǎn)甲烷菌包括兩類細(xì)菌，即:利用氫的產(chǎn)甲烷菌和利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)生甲烷的反應(yīng)分別如下：4H2+CO2

CH4+2H2OCH3COOHCH4+CO2

產(chǎn)甲烷菌的種類：種類多、形態(tài)多樣孫氏甲烷絲菌、馬氏甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理20產(chǎn)甲烷八疊球菌(顆粒污泥內(nèi)部)(左劍惡博士提供)

21嚴(yán)格厭氧菌，對(duì)溫度和pH變化敏感溫度——中溫菌：25－40°C高溫菌：50－60°C

pH：6.8～7.2（范圍窄）產(chǎn)酸過(guò)程中生成酸，從而降低pH抑制甲烷菌生長(zhǎng)因此在實(shí)際操作中應(yīng)特別注意pH的控制產(chǎn)甲烷菌的一般特性第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理22厭氧顆粒污泥厭氧顆粒污泥是顆粒狀厭氧污泥，大多呈卵形，也有的呈球形、棒形等，粒徑一般在0.1-2mm之間，最大可達(dá)3-5mm。顆粒污泥質(zhì)軟，有韌性及粘性，一般呈灰白色、淡黃色、暗綠色等。顆粒污泥的組成主要包括各類厭氧微生物、胞外多聚物和礦物質(zhì)等，其VSS/SS比一般為70－80%、比重為1.01－1.05。第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理23厭氧顆粒污泥中的微生物類型與一般厭氧污泥類似，但細(xì)菌數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于一般污泥，據(jù)測(cè)定，細(xì)菌數(shù)到達(dá)1x1012-4x1012個(gè)/g-VSS。常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)有∶孫氏甲烷絲菌、馬氏甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、伴生桿菌、伴生單胞菌等。第三節(jié)有機(jī)污染物厭氧生物處理24左上：顆粒污泥的外觀；右上：顆粒污泥表面的（類似）索氏產(chǎn)甲烷絲菌；左下：顆粒污泥內(nèi)部的球菌和絲菌；右下：顆粒污泥內(nèi)部的產(chǎn)甲烷八疊球菌(左劍惡博士提供)

25一、生物脫氮及參與的微生物除磷微生物：聚磷菌聚磷菌(PolyphosphateAccumulationMicroorganisms)在厭氧條件下釋放出磷，但在好氧條件下可以攝取超過(guò)其生理需要的過(guò)量的磷，其含磷量可達(dá)細(xì)胞干重的6-8%，有時(shí)甚至可達(dá)到10%。（一般活性污泥的磷含量：2－3%）。脫氮微生物：硝化、反硝化細(xì)菌第四節(jié)無(wú)機(jī)污染物生物處理二、生物除磷及參與的微生物26生物除磷的基本生化過(guò)程示意圖

第四節(jié)無(wú)機(jī)污染物生物處理27曾報(bào)道的聚磷菌：不動(dòng)桿菌、假單胞桿菌、氣單胞菌、諾卡氏菌、深紅紅螺菌、著色菌屬、囊硫菌屬、貝日阿托氏菌屬、蠟狀芽孢桿菌屬等。聚磷菌的一般特點(diǎn)：