1第十一章

污水生物處理系統(tǒng)中的主要微生物

第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及其主要微生物第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及其主要微生物第三節(jié)無機污染物生物處理的基本原理及其主要微生物第四節(jié)生物處理法對污水水質(zhì)的要求2一、污水好氧生物處理的基本原理

在有氧的情況下，借好氧微生物的作用來進行，污水中的溶解性有機物質(zhì)透過微生物的細胞壁和細胞膜而被吸收；固體的和膠體的有機物先附著在細菌細胞體外，由細菌所分泌的胞外酶分解為溶解性物質(zhì)，再滲入細胞，微生物通過物理凝聚作用在沉淀池中沉淀，與水體分離，從而達到凈化污水的效果。第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物污水好氧生物處理方法：

活性污泥法、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、污水灌溉和生物塘等。3二、活性污泥法中的微生物1.活性污泥中常見的微生物

活性污泥的生物相十分復雜，除大量細菌以外，還有真菌、單胞藻類、原生動物、還可見到后生動物如輪蟲、線蟲等。第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物4細菌：活性污泥中有多種細菌，隨污水性質(zhì)、構(gòu)筑物運轉(zhuǎn)條件不同而出現(xiàn)不同的優(yōu)勢菌群。曾經(jīng)報道的有：動膠菌屬(Zoogloea)、微球菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、芽孢桿菌屬、螺菌屬等。第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物原生動物：曾發(fā)現(xiàn)225種以上，其中以纖毛蟲為主，占160多種。原生動物是好氧性的生物，主要附聚在活性污泥的表面，數(shù)量約在5000-20000個/ml。真菌：主要為霉菌。已報道的有毛霉屬、根霉屬、曲霉屬、

青霉屬、鐮孢霉屬、枝孢霉屬、木霉屬、地霉屬等。5(a)促進絮凝∶有的原生動物能分泌粘液，促進生物絮凝，從而改善活性污泥的泥水分離特性。(b)凈化作用∶大部分原生動物是動物性營養(yǎng)，能吞食游離細菌和微小污泥，有利于改善水質(zhì)。腐生性營養(yǎng)的鞭毛蟲等可吸收污水中的有機物。(c)指示作用∶根據(jù)出現(xiàn)的原生動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。第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物原生動物在活性污泥中的作用：

水質(zhì)好（BOD<10～20）：纖毛蟲、鐘蟲水質(zhì)壞（BOD>20～30）：鞭毛類原生動物、根足蟲、變形蟲62.微生物造成的問題絮體微結(jié)構(gòu)<75μm：球形、密實、較易破裂（絮體形成菌）宏結(jié)構(gòu)：大而不規(guī)則，抗剪切能力較強（絲狀菌）第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物問題：二沉池中泥水的分離問題原因：污泥絮體結(jié)構(gòu)不正常不凝聚；微小絮體；起泡沫；污泥膨脹7③起泡沫由諾卡氏絲狀菌的異樣增殖引起，曝氣產(chǎn)生的氣泡進入絲狀菌群體中，浮在水面上，形成泡沫或一層浮渣。原因：高溫（>18℃）；高負荷；長泥齡（利于絲狀菌生長）①不絮凝（微結(jié)構(gòu)絮體）原因：

絮體本身不穩(wěn)定而碎裂（DO低、pH低、污泥負荷過低）過度曝氣，剪切力過大而被切成碎塊②微小絮體原因：曝氣過度；長泥齡（>5~6d）；低有機負荷第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物8④污泥膨脹—由絲狀菌的異常增殖引起

污泥結(jié)構(gòu)松散，沉降性能惡化，隨水漂浮，溢出池外的異?，F(xiàn)象。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，形成絮體網(wǎng)（搭橋）細菌沿絲狀菌凝聚，形成細長絮體原因：低DO，污泥負荷低，營養(yǎng)不足（比例失調(diào)），低pH（絲狀菌適宜pH為4.5~6.5，菌膠團為6~8）25種絲狀菌第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物9污泥膨脹現(xiàn)象10污泥膨脹的控制方法：

控制污泥負荷：0.2～0.45kg/(kg?d)

控制營養(yǎng)比例：BOD：N：P＝100：5：1，P不足時有利于

絲狀菌的競爭

控制DO比例：>2

mg/L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：1.不出現(xiàn)絲狀細菌時有時也會出現(xiàn)污泥膨脹。游離細菌產(chǎn)生菌膠團時會產(chǎn)生此現(xiàn)象菌膠團膨脹原因：大量胞外多聚物（ECP）（extra-cellularpolymer）2.在二沉池中因為反硝化作用產(chǎn)生氮氣也會引起污泥膨脹第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物11游離細菌產(chǎn)生菌膠團基質(zhì)時絮體微結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了大量胞外多聚物（ECP,extra-cellularpolymer），導致污泥膨脹。第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物⑤非絲狀菌引起的污泥膨脹菌膠團膨脹二沉池中因為反硝化作用產(chǎn)生氮氣也會引起污泥膨脹12三、生物濾池中的微生物（生物膜法）生物膜是由好氧微生物、兼性微生物和部分厭氧微生物附著在載體表面而形成的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。包括細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物。第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物13細菌：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：主要生長在濾池表面，小球藻等原生動物：鐘蟲、蓋纖蟲、草履蟲后生動物/小動物：輪蟲、蠕蟲、昆蟲第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物14生物濾池剖面結(jié)構(gòu)15生物膜法與活性污泥的比較（濾池可提供陸生條件）①食物鏈比活性污泥長，原生動物、后生動物的量多②微生物種類多，多樣性指數(shù)大增長速度慢的微生物也可以生長抗沖擊性弱的微小動物也可以生長生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定③硝化菌含量相對較多第一節(jié)有機污染物好氧生物處理的基本原理及主要微生物16ConcentrationDepth(m)H2SO2NO3-17厭氧生物處理是在無氧條件下是利用厭氧微生物的代謝作用將水中有機污染物分解轉(zhuǎn)化的過程。二階段論：酸性發(fā)酵階段+堿性發(fā)酵階段（產(chǎn)甲烷階段）三階段論：產(chǎn)酸階段+產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段+產(chǎn)甲烷階段四階段論：產(chǎn)酸階段+產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段+同型產(chǎn)乙酸階段+產(chǎn)甲烷階段一、厭氧生物處理的基本原理第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物18第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物19第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物三階段理論：1、水解、發(fā)酵階段：發(fā)酵產(chǎn)酸細菌2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2/CO23、產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4在上述三階段理論的基礎上，增加了一類細菌—同型產(chǎn)乙酸菌，其主要功能是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)生的H2/CO2

合成為乙酸。四階段理論：20其它厭氧細菌群：硫酸鹽還原菌、三價鐵還原菌，與產(chǎn)甲烷菌競爭底物。二、厭氧生物處理中的微生物初級發(fā)酵細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌同型產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)甲烷細菌第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物211.

初級發(fā)酵細菌功能：水解：在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物酸化：將可溶性大分子有機物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等水解過程較緩慢，并受多種因素的影響，是厭氧反應的限速步驟；產(chǎn)酸反應速率較快發(fā)酵產(chǎn)酸細菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真桿菌屬、雙歧桿菌屬等按功能來分類：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌

、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌等第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物222.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌主要功能：將高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2主要反應：

該類菌產(chǎn)氫及乙酸，可供產(chǎn)甲烷菌利用，其生長過程需要吸收大量能量，有賴于產(chǎn)甲烷細菌同化H2釋放能量供其利用，因此二者形成共生關系。主要細菌：互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬等。第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物23功能：將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)生的H2/CO2合成為乙酸這類細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)乙酸細菌。實際上這一部分由H2/CO2合成而來的乙酸的量較少，只占厭氧體系中總乙酸量的5%左右。主要細菌：伍氏醋酸桿菌、威氏醋酸桿菌、熱自養(yǎng)梭菌等。第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物3.同型產(chǎn)乙酸細菌244.產(chǎn)甲烷菌主要功能：將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物—乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，使厭氧消化過程順利進行；包括兩類細菌，利用氫的產(chǎn)甲烷菌和利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)生甲烷的反應分別如下：4H2+CO2

CH4+2H2OCH3COOHCH4+CO2

第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物產(chǎn)甲烷菌是一類十分特別的古細菌（Archea），其最主要的特點是：產(chǎn)甲烷細菌只能利用一些簡單有機物作為基質(zhì)，其中主要是一些簡單的一碳物質(zhì)如甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2

等，兩碳物質(zhì)中只有乙酸，而不能利用其它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類。25第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物種類：種類多、形態(tài)多樣，包括孫氏甲烷絲菌、馬氏甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌的種類較少，只有產(chǎn)甲烷八疊球菌和產(chǎn)甲烷絲狀菌，但在厭氧反應器中這兩種菌居多，70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解。26嚴格厭氧菌，對溫度和pH變化敏感中溫菌：25－40°C；高溫菌：50－60°CpH：6.8～7.2（范圍窄），產(chǎn)酸過程中生成酸，從而降低pH抑制甲烷菌生長，因此在實際操作中應特別注意pH的控制。產(chǎn)甲烷菌的一般特性：屬于古細菌一般認為棲息于一些極端環(huán)境中，但實際上分布極為廣泛，如污泥，瘤胃，昆蟲腸道，濕樹林，厭氧反應器等。第二節(jié)有機污染物厭氧生物處理的基本原理及主要微生物2728第三節(jié)無機污染物生物處理生物脫氮及參與的主要微生物生物除磷及參與的主要微生物含硫廢水的生物處理含金屬離子廢水的生物處理29第三節(jié)無機污染物生物處理氮是水體富營養(yǎng)化的主要誘因，必須加以嚴格控制。生物脫氮是利用硝化細菌和反硝化細菌的生理特性而在處理工藝創(chuàng)造好氧－厭氧條件使水中的氨氮經(jīng)亞硝化、硝化作用形成硝態(tài)氮，再經(jīng)過反硝化作用還原為氮氣，從而從水中去除的過程。利用的微生物主要是硝化細菌和反硝化細菌生物脫氮的工藝類型

1）A-O工藝；2）A2-O工藝；3）倒置A2-O工藝生物脫氮及參與的主要微生物：30傳統(tǒng)脫氮工藝第三節(jié)無機污染物生物處理31兩級脫氮工藝第三節(jié)無機污染物生物處理32A-O工藝第三節(jié)無機污染物生物處理33第三節(jié)無機污染物生物處理磷是水體富營養(yǎng)化的主要誘因，必須加以嚴格控制；生物除磷是根據(jù)一些聚磷菌可在好氧－厭氧條件下分別超量吸磷和放磷的生理特性來創(chuàng)造厭氧－缺氧－好氧工藝條件，最后通過排出富磷污泥來去除水中磷的過程；生物脫氮除磷通常合并進行，具有處理效果好、運行穩(wěn)定的特點。生物除磷及參與的微生物34厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過量攝取磷高含磷污泥的排出I——PHB（聚β羥基丁酸）S——聚合磷酸鹽原理與過程示意第三節(jié)無機污染物生物處理35生物除磷的基本生化過程示意圖

第三節(jié)無機污染物生物處理36PHB及PO43-第三節(jié)無機污染物生物處理37曾報道的聚磷菌：不動桿菌、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：1）生長較慢，但因能積累和分解聚磷酸和PHB（聚-β-羥基丁酸），所以更能適應厭氧和好氧交替的環(huán)境而成為優(yōu)勢種。2）大多數(shù)聚磷菌一般只能利用低級脂肪酸等小分子的有機質(zhì)，不能直接利用和分解大分子有機質(zhì)。第三節(jié)無機污染物生物處理38生物除磷過程的影響因素①溶解氧：厭氧池內(nèi)：絕對的厭氧；好氧池內(nèi)：充足的溶解氧；②污泥齡：泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥多，可以取得較好的除磷效果；有報道稱：污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%；而污泥齡為5d時，除磷率高達

87%。③溫度：5~30℃；第三節(jié)無機污染物生物處理39④pH值：6~8。⑤BOD5負荷：BOD/TP>20；

小分子易降解的有機物誘導磷的釋放的能力更強；

磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大。⑥硝酸鹽：會進行反硝化反應，會抑制有機物的發(fā)酵產(chǎn)酸作用，從而影響聚磷菌的釋磷和合成PHB的能力。⑦氧化還原電位第三節(jié)無機污染物生物處理40生物除磷的工藝類型第三節(jié)無機污染物生物處理41同步脫氮除磷工藝巴顛甫（Bardenpho）脫氮除磷工藝第三節(jié)