第9章环境工程微生物.ppt
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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,第二篇 微生物生态与环境工程中的微生物作用,主要内容,一、污、废水生物处理中的生态系统 二、活性污泥膨胀及控制对策 三、厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落,第一节 污、废水生物处理中的生态系统,污水生物处理,好氧活性污泥法,生物膜法,活性污泥法,好氧生物膜法,厌氧活性污泥法,厌氧生物膜法,微生物 悬浮,微生物 固着,好氧,厌氧,厌氧,好氧,(一)好氧活性污泥的组成和性质 1. 好氧活性污泥的组成 概念:是指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)及其吸附的有机的和无机的固体物质混凝交织在一起形成的絮状体。,一、好氧
2、活性污泥法,组成 具有代谢功能的微生物群体Ma(好氧、兼氧、厌氧) 微生物内源代谢、自身氧化的残留物Me 由污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质Mi 由污水挟入的无机物质Mii,2. 好氧活性污泥的性质 含水率高(99%),密度为1.0021.006,具有沉降性能; 大小为0.020.2mm,比表面积为20100cm2/ml; 有生物活性,有吸附、氧化分解有机物的能力; 有自我繁殖能力; 呈弱酸性,对进水pH变化有一定承受能力。,3. 好氧活性污泥的存在状态 在曝气池中,以悬浮状态均匀地存在,并处于激烈的运动之中; 在推流式的曝气池中各区段之间的微生物种群和数量有差异,随推流方向种类依次增多。
3、但在每一区段的任何一点,微生物群落基本相同。,(二)好氧活性污泥中的微生物及其作用 1. 好氧活性污泥中的微生物种类 核心微生物:细菌(菌胶团),多数是G菌。 附生微生物:藻类、真菌、原生动物和微型后生动物 构成活性污泥的微生物种群随营养条件、温度、供氧和pH等环境条件的变化而改变。 处理生活污水和医院污水的活性污泥中还会有致病细菌、致病真菌、病毒、立克氏体、枝原体、衣原体、螺旋体等病原微生物。,2.好氧活性污泥中菌胶团的作用 菌胶团是活性污泥的结构和功能的中心,其作用: 对有机物具有很强的生物吸附和氧化分解能力; 对有机物的吸附和分解,为原生动物和后生动物提供良好的生存环境,如去除毒物、提供
4、食料、溶解氧升高; 为原生动物和后生动物提供附着场所; 对好氧活性污泥的性能具有指示作用.,新生菌胶团:颜色浅、无色透明,结构紧密,生命力旺盛,吸附和氧化能力强,即再生能力强。 老化的菌胶团:颜色深,结构松散,活性不强,吸附和氧化能力强。,3.好氧活性污泥中的藻类,藻类在活性污泥主要分布于水气交界处,数量少。,4. 好氧活性污泥中的真菌,在活性污泥中常含有酵母和霉菌,它们能在酸性条件下生长繁殖,且需氧量比细菌少,所以在处理某些特种工业废水及有机固体废渣中起到重要作用。但总的来讲,在废水处理中真菌种类并不多,数量也较少。常见的为酵母、假丝酵母、青霉菌和镰刀霉菌。,5.好氧活性污泥中的原生动物和后
5、生动物及作用 (1) 指示作用 判断水质和污(废)水处理程度或活性污泥成熟程度 随污(废)水净化和水体自净程度的增高,出现顺序为: 细菌植物性鞭毛虫肉足虫(变形虫)动物性鞭毛虫游泳性纤毛虫、吸管虫固着型纤毛虫轮虫,污泥不同培养期指示生物,游泳型 纤毛虫,游泳型 纤毛虫,游泳型 纤毛虫,累枝虫,累枝虫,累枝虫,钟虫,钟虫,钟虫,钟虫 分裂中,漫游虫,漫游虫,轮虫,判断活性污泥和处理水质的好坏,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 如钟虫:当水中溶氧不足或其他环境条件恶劣时,由正常虫体演变为胞囊,发生变态;如果水质改善,虫体可恢复常态,恢复活性。(P76
6、图),意义:生物监测 可根据原生动物消长的规律性,在污水处理过程中对出水水质进行判断,快速便捷; 或根据原生动物的个体形态、生长状况的变化预报出水水质和运行条件正常与否。,(2) 净化作用 腐生性营养的鞭毛虫通过渗透作用吸收污(废)中的溶解性有机物 动物性营养的原生动物吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小的生物 原生动物和微型后生动物吞食食物是无选择的,既吞食有机颗粒,也吞食菌胶团,但它们的吞食量不影响整体的净化效果,而且可以减少出水中细菌的数量。,(3) 促进絮凝和沉淀作用 有些原生动物能分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用,如弯形豆虫、钟虫. 固着型纤毛虫本身具有沉降性能.,6、好氧活性
7、污泥中微生物的浓度和数量 微生物浓度:常用1L活性污泥混合液中含有多少mg恒重的干重的干固体即MLSS(混合液悬浮固体)表示. 或用1L活性污泥混合液中含有多少mg恒重的、干的挥发性固体即MLVSS(混合液挥发性悬浮固体)表示. 一般城市污水的MLVSS与MLSS之比在0.75左右。,不同类型污(废)水处理的MLSS指标: 一般城市污水生物处理厂:20003000 mg/L 工业废水生物处理厂:约3000 mg/L 高浓度有机废水生物处理厂: 30005000 mg/L 微生物数量:正常成熟的好氧活性污泥中细菌数量大致为107108个/ml。,(三)好氧活性污泥净化废水的作用机理,吸附有机物,
8、污水,微生物生长、繁殖、捕食,1. 好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程,絮凝性 微生物,2. 好氧活性污泥生态系统中的食物链,细菌,污水,原生动物,后生动物,(四)好氧活性污泥法的工艺流程,(五)好氧活性污泥的培养 1. 获得菌种 取自污水处理厂的活性污泥 取自不同水质废水处理厂的活性污泥 取自相同水质废水处理厂的活性污泥 取本厂集水池或沉淀池的下脚污泥 本厂污水长期流经的河流淤泥。,2. 驯化凡是采用与本厂不同水质废水处理厂的活性污泥都要经驯化才能使用。 驯化方法:间歇式曝气培养,低浓度废水培养: 曝气23h,沉淀1h,倾去上清液, 再进同浓度新鲜废水继续培养, 每一浓度运行37d,逐级提高
9、废水浓度,提高至原废水浓度,活性污泥结构松散, 游离细菌较多, 出现鞭毛虫和游泳性纤毛虫, 活性污泥有一定沉降效果,3. 连续曝气培养 取自相同水质处理厂的活性污泥作菌种可直接用连续曝气培养法培养活性污泥 活性污泥接种量按曝气池体积的5%10%投入,启动初始维持低溶解氧(1mg/L),以小流量进水,运行7d;逐步增大进水流量,并逐渐提高溶氧,每个流量梯度均运行7d;当进水流量达到设计水量,培养结束,进入正式运行阶段,维持溶解氧13mg/L 。,活性污泥培养成熟衡量指标,活性污泥(菌胶团)全面形成大颗粒絮凝团,结构紧密,沉降性能极好,SV3050%,SVI在100mL/g左右。 钟虫等固着型纤毛
10、虫大量出现,并相继出现楯纤虫、漫游虫、轮虫等。 生活污水进水BOD5150250mg/L,曝气池MLSS维持2000mg/L,溶解氧维持12mg/L; 工业废水进水BOD5200300mg/L,曝气池MLSS维持3000mg/L,溶解氧维持23mg/L.,培养前的污泥,污泥培养后期,(六)氧化塘中的微生物群落及处理废水机制 1.氧化塘的概念 氧化塘是一种大面积、敞开式的污水处理系统。废水在稳定塘中停留一段时间,由藻类的光合作用产生氧,以及从空气溶解的氧来调节氧的状态,以微生物为主的生物对废水中的有机物进行生物降解。,2. 氧化塘(沟)中的生物群落 微生物:细菌、真菌、藻类; 水生动物:原生动物
11、、后生动物等; 水生植物:挺水植物、浮水植物、沉水植物。,水芹菜,大薸,3. 氧化塘(沟)处理废水的机理 物理作用:吸附、过滤; 化学作用:氧化、还原、沉淀、溶解; 生物作用:生物吸收、生物降解。,氧化塘处理污水的机理,20世纪60年代末至90年代,我国陆续修建了一批氧化塘,代表性的有: 日处理20 万m3 城市污水的齐齐哈尔稳定塘 日处理17 万m3 城市污水的西安漕运河稳定塘 日处理3 万m3 城市污水的山东胶州氧化塘 日处理8 万m3 农药废水的湖北鸭儿湖氧化塘 内蒙古满洲里市氧化塘 新疆克拉玛依市氧化塘,二、好氧生物膜法,概念:利用生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。
12、 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和环境保护对水质要求的进一步提高,生物膜法又获得了新的发展。,好氧生物膜法构筑物有 普通滤池 高负荷生物滤池 塔式生物滤池 生物转盘 生物接触氧化法(即浸没滤池法)。,生物滤池和填料,生物转盘,(一)好氧生物膜中的微生物群落,1. 好氧生物膜 好氧生物膜是指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体。,生物填料上的生物膜,2. 好氧生物膜内的微生物群落及其功能 1)普通生
13、物滤池的微生物群落 根据位置与功能不同分为: 生物膜生物 生物膜面生物 滤池扫除生物,滤扫生物,膜生物,膜面生物,生物膜生物,生物膜面生物,滤池扫除生物,所处位置,膜内,膜表面,膜外层,生物组成,以菌胶团为主要,组分,辅以浮游,球衣菌、藻类等,固着型纤毛虫及,游泳型纤毛虫,轮虫、线虫、寡,毛类的沙蚕、颗,体虫,功能,净化和稳定污、,废水水质,促进滤池净化速,度,提高滤池整,体的处理效率,去除滤池内的污,泥、防止污泥积,聚和堵塞,普通生物滤池生物膜的微生物群落,生物滤池(塔)中的微生物分层特征表,相当于多污带,相当于中污带,相当于寡污带,2) 塔式滤池好氧生物膜的结构,3. 好氧生物膜的净化作用
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