主要内容： ●废水处理 ●固体废弃物处理 ●废气处理 ●污废水深度处理——脱氮、除磷 中的微生物及其作用 第九章 环境污染控制与治理中的微生物学 主要内容： ●废水处理 ●固体废弃物处理 ●废气处理 ●污废水深度处理——脱氮、除磷 中的微生物及其作用

第一节 污、废水生物处理中的生态系统 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。

废水生物处理的基本过程

西安市污水处理厂图 沉砂池

1. 好氧活性污泥法 1.1 好氧活性污泥中的微生物群落 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絮状体。 （1）组成：微生物（好氧、兼性及少量厌氧）+ 固体杂质（有机和无机） （2）性质：絮状，大小为0.02-0.2mm，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； 含水率在99%，比重1.002-1.006，具有沉降性能； pH在6-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。

■好氧活性污泥的存在状态 ■好氧活性污泥的微生物群落 ■好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 在完成混合式曝气池中，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。 ■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。 ■好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 常用MLSS（混合液悬浮固体）或MLVSS（混合液挥发性悬浮固体）来表示。 一般城市污水处理中，MLSS在2000-3000mg/L，工业废水在3000 mg/L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107-108个。

显微镜下的活性污泥

1.2好氧活性污泥净化废水的作用原理 主要有两方面的作用：吸附有机物 降解有机物

▲氧化塘中的微生物群落及其处理废水机制 图 2.3-2 好氧活性污泥吸附和生物降解有机物的过程

1.3菌胶团的作用 生物吸附和氧化分解 原生动物和微型后生动物良好的生存环境 原生动物和微型后生动物附着场所 指示作用

1.4原生动物几微型后生动物的作用 指示作用

净化作用 促进絮凝和沉淀作用

▲ 好氧活性污泥的培养 间歇式曝气培养 ● 菌种来源 ● 驯化 ● 培养 连续式八曝气培养

2.好氧生物膜法 2.1好氧生物膜中的微生物 1．好氧生物膜 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（即浸没式滤池法）等。 2.1好氧生物膜中的微生物 1．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群体。是生物膜法净化污水的工作主体。

2．好氧生物膜中的微生物及其功能 生物膜生物：以菌胶团为主；净化和降解作用； 膜面生物：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； 滤池扫除生物：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。 3．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，造成微生物种类和数量的不同。

2.2好氧生物膜的净化作用原理

2.3好氧生物膜中的培养 自然挂膜法 活性污泥挂膜法 优势菌种挂膜法

第二节 活性污泥丝状膨胀和控制对策 用活性污泥法处理废水，曝气池中的活性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌——菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋转虫等组成。 由于某些环境条件的变化，污泥会发生膨胀现象（可分为由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥，而又以丝状膨胀污泥较为普遍），此时，二沉池中会发生泥水分离困难，池面飘泥严重，造成出水水质极差。

（一）活性污泥丝状膨胀的致因微生物 由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称为活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀的致因微生物种类很多，常见的有：诺卡氏菌属、浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等。

（二）活性污泥丝状膨胀的成因 活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物因素。主导因素是丝状微生物过度生长，环境因素促进丝状微生物过度生长。 包括：温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类 、有机物浓度（或有机负荷）等。 此外，pH值的变化也可能会引起活性污泥丝状膨胀。 总之，引起活性污泥丝状膨胀的原因是比较复杂的，要具体问题具体分析，然后采取相应的措施予以控制。

（三）控制活性污泥丝状膨胀的对策 解决活性污泥丝状膨胀的问题，从根本上说是要控制引起丝状微生物的过度生长的具体环境因子。 1．控制溶解氧 在2mg/L以上 2．控制有机负荷 BOD污泥负荷在0.2-0.3kg/kgMLSS.d为宜。 3．改革工艺 如二沉池采用气浮法。

第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落 ▲厌氧消化—甲烷发酵 沼气发酵，已有多年的研究历史，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，并从中获得可燃性气体——沼气（甲烷，CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消化池。 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。

甲烷发酵理论与机制

甲烷发酵理论与机制（四阶段理论） 第一阶段：水解和发酵性细菌群 将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；将脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。 第二阶段：产氢和产乙酸细菌群 把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。 第三阶段：两组生理特性不同的专性厌氧的产甲烷菌群 一组将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另一组是将酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。 第四阶段：同型产乙酸细菌 将氢气和二氧化碳转化为乙酸。 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成的颗粒污泥。 厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污泥颗粒等性质，与厌氧消化处理的效果好坏有很大关系。

厌氧活性污泥的培养 ●厌氧活性污泥的菌种来源 ●厌氧活性污泥的驯化与培养 ●厌氧活性污泥的组成和性质 ●团粒化的颗粒厌氧活性污泥与其形成机制探讨

▲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。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BOD5 去除效果可达95%，甚至达98%。 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。

光合细菌处理高浓度有机废水

▲含硫酸盐废水的厌氧微生物处理 在发酵工业的废水，如味精（即谷氨酸）废水和赖氨酸废水中含的硫酸根（SO42-）有200-30000mg/L。低浓度的SO42-可作为好氧微生物的无机营养，但高浓度的SO42-对微生物有毒害作用。在甲烷发酵中，当有SO42-存在时，硫酸盐还原菌会与产甲烷菌争夺氢，使产甲烷菌得不到H2，无法还原CO2为CH4。因此，在甲烷发酵之前，需要将SO42-的浓度降低。 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SBR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。

第四节 有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落 堆肥法 ●堆肥法、堆肥化和堆肥 堆肥化使依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物，有控制地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的过程。堆肥是堆肥化的产品。堆肥是优质的土壤改良剂和农肥。堆肥法就是利用堆肥化过程来处理城市的生活垃圾及其他有机固体废弃物的方法。 ●好氧堆肥

▲好氧堆肥机理 ▲堆肥发酵微生物 ▲有机堆肥好氧分解要求的条件

▲ 堆肥工艺 静态堆肥工艺

■高温动态二次堆肥工艺

■立仓式堆肥工艺

■滚筒式堆肥工艺

●社区小型化微生物有机垃圾处理装置 ●厌氧堆肥 ■卫生填埋法及渗滤液

第五节 废气的生物处理 废气生物处理方法 废气的处理方法有物理和化学的方法，如吸附、吸收、氧化及等离子体转化等。也有生物法，生物法是最经济有效的方法。 生物净化有植物净化法和微生物净化法。 植物净化法就是利用植物吸收和转化大气中的污染物，包括二氧化碳，放出氧气清洁空气。 微生物净化法是利用处理装置对气态污染物进行处理，如生物吸收池、生物洗涤池、生物滴滤池和生物过滤池。

含硫恶臭污染物及NH3、CO2的微生物处理

第六节 污废水深度处理——脱氮、除磷与微生物原理 ▲废水深度处理---脱氮和脱磷的目的与意义 ▲天然水体中氮、磷的来源 ▲微生物脱氮工艺、原理及其微生物 ■脱氮工艺 ■脱氮原理 ■消化、脱氮微生物

●消化作用段微生物与运行操作 ① 氧化氨的细菌 ② 氧化亚硝酸细菌

③ 消化段运行操作 ● 泥龄 QSTR=1μN+KNd ● 供给足够氧 ● 控制适度的曝气时间 ● 泥龄 QSTR=1μN+KNd ● 供给足够氧 ● 控制适度的曝气时间 ● 在硝化过程中，消耗了碱性物质NH3，生成HNO3,水中pH下降，对硝化细菌生长不利 ● 温度

● 反消化作用段微生物与运行操作 ①反消化细菌 ②反消化段运行操作

●生物脱氮工艺选择

▲微生物脱磷原理、工艺及其微生物 脱磷的微生物学原理 聚磷细菌 除磷的生物化学机制 ●厌氧放磷的过程 ●好氧吸磷过程

除磷工艺与运行