水环境污染控制与治理的.ppt

1、2019/6/6,1,第三章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理,2019/6/6,2,自然界水体的生物自净由于受到溶解氧、营养平衡、微生物种属及其它生存条件的限制，净化速度是有限的。提问：如何利用人工手段提高污废水生物处理效率？一是 通过基因工程或人工驯化的手段获得高效工程菌投加到处理系统中；二是 改善微生物生长的环境条件，发挥微生物的最大潜能。目前生物处理主要用于水中有机污染物以及氮磷污染的处理。,2019/6/6,3,限制：毒物（pH、盐、酸碱、有机毒物等）浓度不能过高、存在难生物降解物质（多苯环、过长链聚合物等）提问：对于这类废水是否就不能用生物法吗？筛选驯化、重组制造高效降

2、解菌；先进行物理化学前处理降低难降解及有毒物质的浓度，然后可进行生物处理。这样可以最大限度的发挥各种方法的长处，并节约处理时间降低成本。这一章我们主要介绍污废水生物处理的微生物的机理。,2019/6/6,4,第一节 污废水生物处理中的生态系统,一、 种类（一）根据处理微生物与氧气的关系，分为:好氧处理和厌氧处理通常低浓度（COD1500mg/L）的有机污染物废水适合用好氧处理对于高浓度有机污废水（COD1500mg/L）用厌氧处理更为适宜。提问：为什么过高COD的废水不宜用好氧法？有机物浓度过高，好氧生物代谢迅速，水中溶解氧难以即时供应，好氧生物生长受限，很难保证处理质量，而厌氧生物则没有这种

3、限制。,2019/6/6,5,（二）活性污泥法和生物膜法,这是根据微生物在人工水处理设备中微生物所处状态的不同来进行的划分。原理活性污泥法模拟水体自净 微生物在设备中呈悬浮状态，与污废水接触使之净化的方法； 生 物 膜 法模拟土壤自净 微生物附着于其他物体表面上成薄膜状，与污废水接触使之净化的方法。,2019/6/6,6,活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厌氧活性污泥法，生物膜法既有好氧生物膜法也有厌氧生物膜法。对于污废水的脱氮、脱磷处理必须采用厌氧法与好氧法相结合的方式才能成功实现。,2019/6/6,7,废水的好氧生物处理,1 概念： 在有氧的条件下借好氧微生物的作用处理废水。又叫废水生物处

4、理。,废水中有机物,好氧 微生物,无机物，随水排出,微生物细胞物质,有机物充足,微生物增多,有机物少,菌体死亡,与废水 分离,O2,通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下,2019/6/6,8,2 废水好氧生物处理作用对象,溶解的有机物直接渗入细胞内被吸收 固体的、胶体的有机物间接吸收 附在菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，渗入细胞。,3 废水好氧生物处理的优缺点 优点：无臭气、时间短。条件适宜可除去BOD5 8090 缺点：设备复杂,4 废水好氧生物处理的方法 活性污泥法、生物膜法（生物滤池法、生物转盘法） 氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。,2019/6/6,9,活性污泥法又叫曝气法，最

5、早由英国人于1914年创建而来，经过80多年的发展已成为处理有机废水最主要的方法。是一种应用最广的废水好氧生物处理技术。（格栅、沉砂、00601.swf）,二、 好氧活性污泥法中的微生物,1. 什么是好氧活性污泥,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(兼有少量的厌氧微生物)与污(废)水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。活性污泥的形成是一种自然现象。例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并持续维持水中的溶解氧，那末经过一段时间后，就会产生褐色絮花状的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里充满了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污泥。,2019/6/6,1

6、0,2 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20100cm2mL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。,2019/6/6,11,3好氧活性污泥中微生物的浓度和数量,MLSS (混合液悬浮固体)每L活性污泥混合液（ML）中含有多少毫克恒重的干固体（SS）或MLVSS (恒重的干挥发性悬浮固体)在一般的城市

7、污水处理中，MLSS保持在20003000mgL。工业废水生物处理中，MLSS保持在3000 mgL左右。高浓度的工业废水生物处理的MLSS保持在30005000mgL。,2019/6/6,12,提问：好氧活性污泥上的微生物是如何分布的？ 中心是能起絮凝作用的细菌形成菌胶团，在其上生长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等)。A.菌胶团 在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。,4好氧活性污泥中的微生物群落,2019/6/6,13,吸附和氧

8、化分解有机物；菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%, 有107108个/ml ，他们是生物处理的主力军，一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。 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；例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。,(1) 菌胶团的功能,2019/6/6,14, 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。例如新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力旺

9、盛，吸附和氧化能力强，再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。,2019/6/6,15, 粘性多糖的粘着作用 我们在第一章介绍了，很多细菌可分泌粘胶状的多糖物质，附着于细胞壁，形成所谓的荚膜，这些荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。,(2) 菌胶团的形成机理,为什么细菌会形成菌胶团？, 纤维素性质多糖的勾连作用 将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，如图所示

10、,活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片,了解,2019/6/6,16, 原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用； 实验证明小口钟虫、累枝虫和草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；,2019/6/6,17,(3) 菌胶团的生物意义, 形成了一个稳定的细菌共生体系：菌胶团吸附的大分子有机物被表层的细菌首先水解吸收，代谢后的产物降解不完全，又作为了下面细菌的食物另一方面随着颗粒化由表及里，局部的氧浓度逐渐减少，对氧浓度有不同要求的细菌则可以各自找到最适宜的位置 增强细菌抵抗环境变化及微型动物捕食的能力在层层细菌的屏蔽作用下，菌胶团中的微环境要比溶液中

11、稳定的多。且菌胶团的颗粒较大，原生动物只能蚕食很少的一部分表层的细菌，从而提高了大多数细菌抵抗微型动物的捕食能力。,2019/6/6,18, 菌胶团还为细菌储备了碳源菌胶团中的结构多糖，不仅是其骨架，还是细菌们的储备碳源。当环境中的营养物匮乏时，这些多糖被细菌作为碳源使用，虽然此时菌胶团逐渐瓦解，但一定程度上延缓了细菌的衰亡。因此菌胶团的形成是细菌们为维护共同利益的共生产物，对于细菌的生存有着重要的生物意义。,2019/6/6,19,B、活性污泥中的原生动物及其作用 活性污泥中原生动物在数量和种类上仅次于细菌，常见的优势种是纤毛类。它们主要附聚在污泥表面。其作用在于：（1）指示作用（2）净化作

12、用（3）促进絮凝和沉淀,2019/6/6,20,（1）指示作用,1）可根据原生动物或微型后生动物的演替及它们的活动规律判断水质和污（废）水处理程度： 活性污泥培养初期鞭毛虫、变形虫 活性污泥培养中期游泳型纤毛虫、鞭毛虫 活性污泥培养成熟期固着型纤毛虫：钟虫及后生动物：轮虫2）根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。3）根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。,2019/6/6,21,依据和优越性依据 原生动物数量、种类、优势种、个体活性与污水净化处理的效果有着密切关系，因此原生动物可以作为净化情况的指示生物，可由它们对净化处理效果作出预报。,2

13、019/6/6,22,优越性 与水质分析及细菌观察、计数相比好处何在? 观察测量容易仅需低倍显微镜即可活体观察。而细菌的观察、分类、鉴定所需时间较长，不能及时起到预报的作用。而原生动物与细菌之间存在相互依存的关系，且对环境的变化比细菌敏感(如氧溶量、pH值等) 。,2019/6/6,23,.快速预报,通常污水处理厂每天都要对本厂的出水进行水质监测，若超过国家规定的标准，就要及时追查原因，以求解决。,但有些数据当天得不到如BOD5，根据原生动物与BOD5的对应关系，则可以作出快速的判断，缩短发现问题、解决问题的时间。,2019/6/6,24,普遍规律,如若发现群体的纤毛虫缩成一团钟虫的柄脱落纤毛

14、虫接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊表明水中？存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。,.水质毒物判断,2019/6/6,25,有些原生动物对水中的溶解氧变化十分敏感。如钟虫细胞前端出现气泡，运动迟缓，说明水中充氧不足，或溶氧过高，水质将变坏。反之则表明溶解氧情况适中良好,.溶解氧判断,2019/6/6,26,.曝气池处理效果的判断,1 钟虫前端出现气泡充氧不正常，水质将变坏。 2 原生动物的数量渐减少，直至消失水质变坏。原生动物对毒物的敏感性比细菌大。 3 钟虫大量出现活性污泥已经成熟，充氧正常。 4 在正常运行的曝气池中，如果固着型纤毛虫减少，游泳型纤毛虫突然增加处理效果将变坏。,2

15、019/6/6,27,2019/6/6,28,如何加以确定？,应对废水处理构筑物中的生物类群进行长期不间断的镜检观察，掌握本厂正常运行时常见的而且数量多的种类。 （1）原生动物种类的组成。 （2）种类的数量变化 （3）各种群的代谢活力。 以原生动物为指示生物只能起辅助理化分析的作用。,2019/6/6,29,（2）原生动物对废水净化的影响 鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫可以直接利用水中的有机物,对水中有机物的净化有一定的积极作用。 纤毛虫吞食游离细菌，改善生物处理法出水的水质。细菌（尤其使游离细菌）本身也是有机污染物。,提问：游离细菌转化为原生动物同样是有机污染物，净化何在呢？,3kg,1kg,201

16、9/6/6,30,活性污泥颗粒主要是由细菌絮凝而成，实验证明小口钟虫、累枝虫和草履虫等纤毛虫能分泌一些粘性多糖、粘朊，促进生物絮凝，使它们能够附着在小的絮凝体上，同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。使废水能在二次沉淀池中很好地沉淀，改善出水水质,生产上常常发现在活性污泥培养初期，一旦处理系统中出现固着型纤毛虫，随后就可看到活性污泥絮体的形成并逐渐增大。,促进絮凝和沉淀,2019/6/6,31,C、后生动物主要指轮虫，在活性污泥系统指是不经常出现的。因此轮虫的出现是水质非常稳定的标志。 且由于活性污泥系统的曝气池中不断人工充氧和污泥回流，使得活性污泥中不适合比轮虫、线虫更大的、生命周期更

17、长的种群生长，因此，活性污泥法的生物链较短。,线虫,2019/6/6,32,D活性污泥中的其它微生物,在菌胶团上层居住的还有放线菌、真菌。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等。各种微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组成、浓度)、温度、供氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。,2019/6/6,33,(三) 好氧活性污泥净化废水的作用机理,好氧活性污泥的净化作用机理见下图好氧活性污泥吸附和降解,2019/6/6,34,2019/6/6,35,好氧生物膜

18、是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生产，生物膜法又获得了新的发展。,二、好氧生物膜法,2019/6/6,36,生物填料,悬浮型生物填料,投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧或厌生物塘 好氧或厌氧 滤池 反应池体积% 8-13 5 15-25 3-5 40-60,2019/6/6,37,悬挂型填料 弹性立体填料 网片式立体填料,2019/6/6,38,生物填料上的生物膜,2019/6/6,39,1. 什么是生物膜

19、？,好氧生物膜是由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粘性、薄膜状的微生物混合群体,是一个生态系统。污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季24周形成生物膜。冬季需2个月。,结构由两部分组成,(一)好氧生物膜中的微生物群落,2019/6/6,40,2、生物膜结构示意图,滤料或填料或转盘,生物膜,空气,附着水层,流动水层,性质：高度亲水，存在着附着水层；,微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，形成了有机污染物细菌原(后)生动物的食物链。,成熟的生物膜由好氧膜和厌氧膜组成:好氧膜是有机物降解的主要场所当生物膜形成并达到一定厚度时，氧就无法透入生物膜内层，形成厌氧

20、膜,随着厌氧层厚度的增加，其代谢产物也逐渐增多。,2019/6/6,41,当这些代谢产物透过好氧层逸出时，破坏了好氧层生态系统的稳定状态，使生物膜的附着力减弱。此时，在水流的冲刷下，生物膜开始脱落。随后在滤料上又会生长新的生物膜。如此循环往复，废水流经生物膜后得以净化。,2019/6/6,42,2.膜中微生物群落及功能,滤扫生物,膜面生物,膜生物,2019/6/6,43,好氧生物膜法的微生物群落分布不同于好氧活性污泥法的微生物群落（悬浮状态），生物膜附着在一定的载体上（如滤料）上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上，滤池内不同高度（不同层次）的生物膜所得到的营养（有机物的组分和浓度）不同，致使不同

21、高度的微生物种群和数量不同，因此好氧生物膜法的微生物相是分层的。,2019/6/6,44,3好氧生物膜的净化作用机理上层生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物（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，并进行氧化分解，微生物利用吸收的营养合成自身细胞；上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CO2和H2O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物（轮虫、线虫、颗体虫等）吞食，通过以上生物化学和吞食作用，废水得到净化。,2019/6/6,45,生物滤池,活性污泥,4.生物膜的特征和滤池微生物

22、的生态学：,2019/6/6,46,与活性污泥相比，生物滤池的食物链要多几种营养水平，这是由反应器结构的不同造成的：生物膜由于固着在介质上，其上的微生物没有像活性污泥的微生物一样承受强烈的曝气冲击，因此能在膜上生长增殖速度慢，世代时间长的细菌和较高级的微小动物。且生物膜多为分段处理，在每段都能形成各自的优势微生物种群。由于生物膜生物相的多样性，使得生物膜法对污废水的处理效果比活性污泥更好。,第三节 活性污泥膨胀和控制对策,什么是活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积发生膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。本质污泥密度变小或黏附能力下降。造成的结

23、果：稀薄污泥回流至曝气池。出水BOD5升高。在业内，污泥膨胀被比喻作污泥系统的“感冒”，没有特效药，慢慢调试过一段时间就会恢复过来，是运行管理中的一大难题。非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类,2019/6/6,48,丝状污泥膨胀,2019/6/6,49,一、丝状菌污泥膨胀,正常的活性污泥结构较稠密，菌胶团生长良好，含水量在99左右，沉降性能良好，菌胶团和丝状菌之间有适当的比例关系。如果丝状菌生长繁殖过多，菌胶团的生长繁殖将受到抑制，众多的丝状菌伸出污泥表面之外，使得絮体松散，沉淀性能恶化，此时就发生了丝状菌污泥膨胀，这种情况占污泥膨胀的大多数。,2019/6/6,50,1、现象 污泥膨胀开始

24、时，由于过多的丝状细菌伸到污泥絮体外，由此产生的絮体强度大，且能过滤掉水中的细小颗粒，因此沉淀后可产生清澈的上清液。但是由于絮体增大而且丝状细菌延伸到絮体外，使得絮体沉淀慢，压缩性能差，从而影响了沉淀池的容量，以至絮体随之溢出水面，使得出水的SS和BOD升高；且由于压缩性能差，使得回流到曝气池中的活性污泥稀薄，使池中MLSS值下降，进而导致曝气池运行失败。,2019/6/6,51,2、产生原因A.如果曝气池溶解氧长期维持在较低的水平菌胶团细菌是严格好氧，丝状菌适应性强，在微量好氧条件下，仍正常生长。B.低分子糖类和有机酸过多运行经验和实验室试验证明：低分子糖类和有机酸过多有利于丝状细菌生长，容

25、易发生活性污泥丝状膨胀。（食物种类上的差别）C.废水C/N比高丝状细菌适合于高C/N比废水，而菌胶团细菌正好相反，它们需要较低C/N比废水。,为什么？,2019/6/6,52,这是由于C是丝状细菌衣鞘的主要成分，过量的C源可为丝状菌吸收，并以-羟基丁酸（PHB）的形式储存，使丝状菌进一步生长，而菌胶团细菌对于N源的需求量要比丝状菌大得多，一旦水中氮源贫乏，菌胶团细菌的生长将严重受到抑制。实践表明活性污泥理想的BOD5与N和P的比例为BOD5：N：P100：5：1。通常，处理生活污水和废水时按此值设计和运行，如果N：P比例小于这一值时常常会出现丝状菌优势生长的现象。此时丝状细菌大的比表面积还能进

26、一步增强与菌胶团细菌争夺氮和磷的优势，使活性污泥膨胀迅速发生。,2019/6/6,53,D.毒物冲击原因菌丝体耐受能力强E.低pH曝气池中的pH值应保持在6.58.0，大量研究显示pH6.0时，有利于丝状菌生长，而菌胶团受到抑制， pH4.5，真菌完全占优势，原生动物大部分消失，严重影响污泥沉淀和出水水质。,2019/6/6,54,3.污泥膨胀的预防与控制对策,如何预防污泥膨胀？A.设调节池控制高负荷（BOD、毒物）冲击污水厂一般处理的正常负荷是0.20.3Kg/（Kgd）B. 控制溶解氧溶解氧浓度必须控制在2mg/L以上。当水温的变化时，改变水中溶解性有机物的浓度可以保持溶解氧浓度在2mg/

27、L条件。但在实践中，这种方法是很难做到的。通常通过提高曝气力度或从其它角度抑制丝状菌的生长；,2019/6/6,55,C 调节废水的营养配比尽量BOD5与N和P的比例BOD5：N：P100：5：1。补N尿素或含氮量高的污泥消化池上清液补P磷酸钠D. 改革工艺改动工艺会兼得丝状菌的优势性能:浮游球衣菌等丝状微生物去除有机物的能力比较强，对去除有机物是有积极意义的。只是在二次沉淀池中泥水分离有困难，影响出水水质。将活性污泥法改为生物膜法：在曝气池中加填料改为生物接触氧化法,2019/6/6,56,发生后如何处理？A投加次氯酸钠（1020mg/l）、H2O2（100200mg/l）有选择的控制丝状微

28、生物的过度生长，以防止丝状污泥膨胀的发生。B投加混凝剂FeSO4和FeCl3、聚合铝盐、聚丙烯酰胺、干污泥或浓缩消化污泥增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常C.强化补氮（C:N100：2030）D.替换污泥,2019/6/6,57,2019/6/6,58,第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落,废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;,一、厌氧法的优点提问：优点有哪些？1产生的沼气可用于发电或作为能源,沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，是一种很好的燃料。,2019/6/6,59,3对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350500

29、）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。,2.能量需求大大降低,不需供给氧气，同时还可产生甲烷 每去除1kg COD好氧生物处理一般需消耗0.51.0 kW.h电能。 每去除1kg COD 厌氧生物处理约能产生3.5 kW.h电能。,2019/6/6,60,5设备较简单,负荷大，占地少 厌氧反应器容积负荷比好氧法要高得多，单位反应容器的有机物去除量也因此要高得多，因此处理同样的废水，所用的设备就可以小得多。,4产生的污泥量少，运行费用低 厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多 ；不需要曝气,基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的

30、应用。但厌氧处理也存在缺点,2019/6/6,61,1出水的有机物浓度高于好氧处理；2对温度变化较为敏感；因而在工业中需要设置进水的控温装置。3厌氧微生物对有毒物质较为敏感；较低的有毒物浓度就会引起厌氧处理的失败，但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。,二、 厌氧法的缺点,2019/6/6,62,4.厌氧反应器初次启动过程缓慢，处理时间长 好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要812周才可以培育成功，这是由于厌氧菌增殖缓慢的缘故。,5处理过程中产生臭气和有色物质 臭气主要是硫酸盐还原菌形成的具有臭味的硫化氢气体以

31、及硫醇、氨气等臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。,2019/6/6,63,1979年布赖恩特（Bryant）等人提出厌氧消化的三阶段理论，几乎与Bryant提出三阶段理论的同时，Zeikus等提出了厌氧消化的四阶段理论 。发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段） 产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段） 产甲烷阶段同型产乙酸阶段,2019/6/6,64,废水中有机物,脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类,乙酸,H2 + CO2,厌氧消化四阶段,2019/6/6,65,1 发酵细菌作用阶段,碳水化合物 蛋白质 脂类,（1

32、）原理：,胞外酶,单糖 氨基酸 脂肪酸,发酵,CO2、H2、NH3、H2S醇 低级脂肪酸,（2）参加的微生物：,发酵细菌群,梭菌属（Clostridium) 乳杆菌属（Loclobacillus） 拟杆菌属（Ramibaclerium),大多专性厌氧；适宜pH4.58,2019/6/6,66,2. 产氢产乙酸阶段,上阶段产物 （丙酸、丁酸、醇等）,醋酸CO2、H2,（1）原理,上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、CO2以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。,2019/6/6,67,（2）参加的微生物,产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸

33、菌,互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属,绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；适宜pH 4.58,CH3COOH、H2、CO2、HCOOH、CH3OH和CH3NH2等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。,（厌氧消化的控制阶段）,3产甲烷阶段,2019/6/6,68,（1）原理,H2、CO2、CH3COOH HCOOH、CH3NH2、CH3OH,（2）参加的微生物,产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属,严格厌氧，要求氧化还原电位在300400 mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，世代时间很长，可达46天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。,201

34、9/6/6,69,产甲烷菌只能利用氢气、二氧化碳、一氧化碳、乙酸、甲酸、甲醇及甲基胺等简单物质产生甲烷和组成自身细胞物质。 P317主要功能：将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2、CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；产甲烷菌可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌；乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，但在厌氧反应器中，有72%的甲烷是来自乙酸的氧化分解；,经过这些阶段大分子的有机物就被转化为CH4、 CO2、 H2、 H2S等小分子物质和少量的厌氧污泥。,2019/6/6,70,在生物分类学上，产甲烷细菌(Methanogens)属于古细菌(Archaebacteria)，大小、外

35、观上与普通细菌(Eubacteria)相似，但实际上，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的结构较特殊；在自然界的分布，一般可认为是栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、沉积物等），但实际上其分布极为广泛，如污泥、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等；,2019/6/6,71,不同形态的产甲烷菌,产甲烷杆菌：a、瘤胃甲烷短杆菌,2019/6/6,72,不同形态的产甲烷菌,产甲烷杆菌： b、史氏甲烷短杆菌,2019/6/6,73,不同形态的产甲烷菌,产甲烷球菌斯氏甲烷球菌,2019/6/6,74,不同形态的产甲烷菌,产甲烷八叠球菌,2019/6/6,75,不同形态的产甲烷菌,产甲烷丝菌,2019/6/

36、6,76,四、厌氧颗粒污泥,厌氧颗粒污泥形状多种多样，呈卵形、球形、丝状、棒形等等；粒径平均直径为1mm，一般在0.1-2mm之间，最大可达3-5mm。最好的颗粒厌氧活性污泥是以丝状厌氧菌为骨架和具有絮凝能力的厌氧菌团粒化形成的圆形或椭圆形污泥颗粒。,颗粒污泥质软，有韧性及粘性，颜色多为黑色、灰色等；颗粒污泥的组成主要包括各类厌氧微生物、胞外多聚物和矿物质等,2019/6/6,77,颗粒污泥的扫描电镜照片（运行180天）产甲烷丝菌,2019/6/6,78,左上：颗粒污泥的外观；右上：颗粒污泥表面的（类似）索氏产甲烷丝菌；,2019/6/6,79,颗粒内部产甲烷球菌与丝状菌,颗粒污泥内部的产甲烷

37、八叠球菌,颗粒污泥的内部细菌产甲烷八叠球菌,2019/6/6,80,二、光合细菌处理高浓度有机废水BOD5在10000mg/L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（PSB）处理。处理的BOD5 去除效果可达95%，甚至达98%。,光能异养细菌（无氧有光） 光能+色素 有机物 + CO2 菌体 CH2O小分子有机物碳源,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。,在污水处理中的优势：不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水（食品行业）的高效处理,2019/6/6,81,三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理高浓度的SO42-对微生物有毒害作用。去除的方法有，化学法：加CaO和Ca(OH)2生成CaSO4沉淀，若加少量的FeCL3，效果更佳。厌氧微生物方法：用SRB法，利用在厌氧条件下，硫酸盐还原菌发生反硫化作用，以SO42-为最终电子受体，利用有机物为供氢体，将SO42-还原成H2S从水中溢出。,2019/6/6,82,高碑店污泥消化池,2019/6/6,83,杭州四堡污水厂污泥消化池,