第七章 微生物在环境污染治理中的作用 环境监测与治理技术专业 田丹.

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1 第七章 微生物在环境污染治理中的作用 环境监测与治理技术专业 田丹

2 第一节 污水的生物处理类型 有机污染的污染程度可用COD、BOD、 TOC等表示。 微生物处理有机污染物的方法分为好氧处 理、厌氧处理和兼氧处理三大类。

3 ⑴ 好氧处理 好氧微生物处理有机污染物的一般途径： 胞外酶 好氧微生物 大分子有机物 小分子有机物 丙酮酸

4 影响好氧微生物处理的因素： pH：6.5～8.5 氧气 T：25～40℃、30℃最佳 C：N：P=100：5：1 C量过高，N、P含量将成为限制因子，应添加N、P；N、P过高，易引起水体富营养化

5 ⑵ 厌氧处理 *厌氧处理：能量少、细胞产量低、污染物分解速度低 *有机污染物厌氧分解生成甲烷过程： 发酵性细菌产生胞外酶 胞内酶 复杂有机物 简单溶解性有机物 酸类 产H2、CH3COOH菌 H2、CO2、CH3COOH 产甲烷细菌 CH4 、CO2

6 ⑶ 兼氧（水解）处理（PVA废水、表面活性剂废水、焦化废水、印染废水）
水解产酸菌 把复杂有机物转化 有利于好氧处理

7 一、活性污泥法：利用含有大量需氧性微生物的活性污泥，在强力通气的件下使污水净化的生物学方法。
活性污泥法是应用最广泛的废水好氧生物处理技术，主要用来处理生活污水，也用在纺织、印染、炼油、石油化工、造纸焦化等工业废水中。

8 ㈠ 活性污泥中的微生物 活性污泥：由细菌、霉菌、原生动物、藻类等大量微生物以及污水中有机和无机的固体物凝聚较之一起所形成的褐色的絮状体或绒粒。

9 ① 细菌为主，革兰阴性菌为主； ② 丝状细菌（引起活性污泥膨胀）； ③ 真菌，较少，酸性（絮状体形成、污泥膨胀有关）； ④ 原生动物、微型后生动物（掌握各动物的污水中的指示作用）。

10 一般认为：当曝气池中出现大量钟虫、累枝虫、盖纤虫、聚缩虫、独缩虫等固着型的纤毛虫及轮虫时，说明污水处理运转正常，出水水质好；
当大量出现豆形虫、草履虫、四膜虫等游泳型纤毛虫和鞭毛虫、根足虫时，说明活性污泥结构松散，运转不正常，出水水质差； 出现线虫则说明缺氧。

11 活性污泥的特点 含水率高、比表面积大、结构松散 吸附和氧化分解有机物
活性污泥中的微生物主要为细菌，而细菌多数以菌胶团形式存在，少数以游离态存在

12 菌胶团：由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块。
菌胶团是活性污泥的主体，作用表现如下： ⅰ.吸附富集生物和污染物，增加微生物与污染物接触机会； ⅱ.促进活性污泥颗粒形成； ⅲ.防止微型动物对细菌吞食； ⅳ.为原生动物、微型后生动物提供吸附场所和生存环境。

13 活性污泥的组成： M=Ma+Me+Mi+Mii 式中：M-活性污泥 Ma-活性微生物 Me-微生物分解过程残留物 Mi-不可生物降解部分 Mii-无机物

14 ㈡ 活性污泥的形成 活性污泥的形成是微生物在废水中新陈代谢和生长繁殖的结果。 ① 细菌、菌胶团早期形态； ② 菌胶团吸附污染物，形成有机物、微生物、无机物组成颗粒，是污泥正常形成的基础； ③ 桥联作用、静电作用。

15 ㈢ 活性污泥的培养驯化 活性污泥培养中“种泥”的来源： ⑴ 同类废水处理厂的剩余污泥； ⑵ 生活污水处理厂的剩余污泥； ⑶ 城市污水处理厂的剩余污泥； ⑷ 较大毒性和难降解有机废水，采用处理废水下水道中沉积物或受该污染的土壤。

16 判断活性污泥成熟程度的方法： 观察活性污泥培养初期、中期、成熟期各优势种群。 培养初期一般鞭毛虫和变形虫占优势 培养中期游泳型纤毛虫和鞭毛虫占优势 培养成熟期钟虫等固着型纤毛虫占优势

17 驯化活性污泥的方法：预处理工业废水中的有机物，则应在混合液中逐渐增加工业废水的比例，直到达到满负荷。
为了缩短培养和驯化时间，可将培养和驯化合并起来，在培养过程中不断的加入少量的工业废水，使微生物在培养过程中逐渐适应新的环境。

18 ㈣ 活性污泥性能监测 生物相观察法：在显微镜下观察，从活性污泥的外观及微生物的状态判断活性污泥的好坏。 污泥沉降比（SV）：混合液在1L量筒中静置30min，沉降污泥与原混合液体积比。 SV=30%为正常情况 活性污泥浓度（MLSS）：活性污泥微生物量的相对指标，单位为（mg/L），一般1500－2000 mg/L

19 污泥指数（SVI）：mL/g 曝气池混合液经30min静沉后，1g干污泥所占的体积：SVI=混合液30min静沉后污泥体积（mL/L）/污泥干重（g/L） 该值能更好的评价污泥的凝聚性能和沉降性能： SVI值过低，说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性； 过高说明污泥难于沉淀分离，发生膨胀现象，使回流污泥浓度降低 城市污水处理活性污泥的SVI介于50～150 mL/g

20 计算：曝气池混合液污泥沉降比为30％，污泥浓度为2500 mg/L，求SVI

21 污泥龄（Qc）=微生物在水中平均停留时间（MCRT）
Qc=工作污泥量/排走剩余污泥=（Ma+Mc+Mr）/(Mw+Me) 式中：Ma—曝气池中活性污泥量 Mc—二沉池中活性污泥量 Mr—回流系统中活性污泥量 Mw—每天所排放剩余活性污泥 Me—二沉池中随水流带走的活性污泥量 比如：Qc=6000㎏/600㎏=10d（表明微生物每天更新1/10） Qc减少，表明微生物更新加快，降解污染物加快

22 污泥负荷率（Ns）: ㎏(BOD5)/㎏(MLSS)d
Ns=Q.So/m.v 式中：Q—平均进水流量 So—进水平均BOD5值 m—污泥浓度 v—曝气池体积

23 ㈤活性污泥法 活性污泥法：将空气鼓入水体中，水中好氧细菌繁殖，微生物吸附、降解有机污染物，最终使有机物转化为CO2、H2O、NH3等，然后把活性污泥分离出来，成为净水的方法。

24 基本工艺流程： 废水 初沉池 曝气池 二沉池 出水 回流污泥 剩余污泥 浓缩 消化 干燥 焚烧、填埋

25 各个池子、系统的作用： 初沉池：降低曝气池中进水的SS及沉砂，也可以去除部分BOD； 曝气池：也叫反应池、生物反应器，提供微生物吸附降解有机物的场所； 曝气系统：供O2、搅拌，使微生物与有机物充分接触混合；

26 二沉池：固液分离、污泥浓缩； 回流系统：确保曝气池中有一定活性污泥浓度，即保持有足够的微生物量，起到接种作用； 剩余污泥排出系统：排出增殖的活性污泥，以维持整个活性污泥系统的稳定性。

27 ㈥ 活性污泥法的净化机理（吸附、稳定阶段）
吸附阶段：有机物转移到活性污泥上去，15～45min； 稳定阶段：大分子有机物先被细菌分泌的胞外酶作用分解为小分子化合物，然后被细菌摄入体内，继而在胞内酶作用下，一部分被同化成细胞物质，另一部分转化成CO2、H2O、SO42-、NH3、PO43-

28 国内流行的污水处理工艺 AB法 吸附＋生物氧化 SBR法 进水、反应、沉淀、出水、闲置 A/O法 缺氧（Anoxin)/好氧（Oxic)
A/A/O法 氧化沟法等

29 ㈧ 活性污泥膨胀原因及控制措施 原因：为丝状菌大量繁殖所引起，如污水中缺乏N、P、Fe等，溶解氧不足，水温高等，此外，超负荷、污泥龄过长、或有机物浓度梯度小等。 控制：针对原因采取措施，如缺氧加大曝气量，污泥负荷率过高，可适当调整MLSS值，若污泥大量流失，可加5－10mg/L氯化铁，帮助凝聚，刺激菌胶团生长，也可加漂白粉抑制丝状菌繁殖。

30 ㈨运行效果检测 ①反映处理效果的项目：进出水BOD、COD、TN、TP、SS等 ②反映污泥情况的项目：SV、MLSS、SVI、DO、微生物相等 ③反映污泥营养和环境条件的项目：N、P、pH、水温等 一般SV和DO常测。

31 二、生物膜法 生物膜法与活性污泥法的异同点 Ⅰ.相同点：都是利用微生物来处理废水中有机物的好氧处理过程； Ⅱ.不同点： 活性污泥法：悬浮流动的微生物 生物膜法：附着生长固体介质表面的微生物

32 ⅰ.生物膜：由多种多样的好氧微生物、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带粘性、薄膜状的微生物混合群体。
生物膜由细菌、真菌、原生动物及昆虫的幼虫组成的。 培养生物膜的阶段—挂膜

33 ⅱ.生物膜法:微生物依附在介质“滤料”上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化成H2O、CO2、NH3和微生物的细胞物质，污水得到净化的过程。

34 ㈠生物膜的净化机理（浓度差） 吸附 吸收 氧化分解 见图 污染物从废水向生物膜内传递 氧的传递 微生物代谢产物传递

35 固定床生物处理技术：普通生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法
流动床生物技术

36 ㈡ 生物膜法的特点 与活性污泥法相比，优点在于： ① 微生物的多样性高； ⅰ.好氧细菌、厌氧细菌、真菌、藻类等。 ⅱ.活性污泥中，增殖慢的生物随水流流失，而生物膜中与废水停留时间无关，增殖速度慢的生物也能生存。

37 ② 生物膜各段的微生物类群不同（优势菌种）
好氧层 厌氧层 兼氧菌占优势 ③ 生物膜中的食物链长； 动物性成分高，微型后生动物数量多，产生的污泥大部分消化。生物膜法产生的污泥量比活性污泥法少20%。上清液透明

38 ④ 具有较高的脱氮能力 硝化细菌、亚硝化细菌增殖速度慢，脱氮细菌（厌氧层） ⑤ 单位处理能力大（微生物量大）

39 ⑥ 系统维护方便 能耗低、无需污泥回流、不存在污泥膨胀 ⑦ 操作运行稳定 对水力和有机物负荷承受能力强。 在石油化工、印染、制革、造纸、食品、医 药、农药、化纤等工业废水中应用广泛。

40 ㈢ 生物膜的脱落与更新 生物膜不断增厚，超过一定厚度后，吸附有机营养物质在生物膜表层微生物代谢完成，而内层微生物得不到充足营养物质而进行内源代谢，从而失去粘附作用，脱落随水流流走，滤料表面重新挂膜，得到新的生物膜。

41 生物膜脱落原因： 厌氧层粘性减弱； 水力冲刷作用； 自身重力。

42 微生物的“驯化-挂膜”两种方式（工业废水生物滤池）
从其他工厂废水站或城市污水厂取来活性污泥或生物膜碎屑，进行驯化、挂膜； 用生活污水、城市污水、河水或回流出水替代部分工业废水进行运行

43 ㈣ 生物膜法中的负荷率 以流量为主的负荷率（水力负荷率）: 单位时间单位面积滤床所能承担的废水量，单位为：m3（废水)/m2（滤料）.d 有机负荷率: 单位时间单位体积滤料所能承担的有机物量，单位为：㎏（BOD5）/m3（滤料）.d

44 ㈤ 生物膜法工艺流程 ⑴ 回流水 进水 初沉池 生物滤池 二沉池 出水 回流水 ⑵ 回流 回流
⑴ 回流水 进水 初沉池 生物滤池 二沉池 出水 回流水 ⑵ 进水 初沉池 一级生物滤池 二级生物滤池 二沉池 出水 回流 回流

45 生物滤池串联的作用： 便于提高出水水质； 避免单个滤池的深度太深； 提高冲击负荷； 进水浓度高，单级生物滤池无法达到要求，可采用二级生物滤池以达到要求。

46 回流废水的作用： 稀释进水浓度，改善水质； 当水质有波动时，可调节稳定水质； 有利于防止产生恶臭（增大了水力负荷）； 连续接种生物膜，促进生物膜的生长。

47 应考虑回流的情况： 进水浓度COD>400mg/L； 污染物抑制微生物生长时。

48 ㈥ 生物膜法的类型 见图 生物滤池； 塔式生物滤池； 生物转盘（RBC）； 生物接触氧化。

49 运行管理 控制好进水量、浓度、温度及所需投加的营养、通风 检查布水装置及填料是否有堵塞 冲洗或停止干燥脱落 不同的生物膜镜检观察分层分级

50 三、稳定塘法（氧化塘法、生物塘法） 稳定塘系统由多个天然的或人工开挖的池塘所组成，利用天然生态系统净化能力处理污水的生物处理设施。

51 投资少，运用费用低，用于处理中、小城镇的污水，可作一级处理、二级处理，也可作三级处理。
可处理生活污水、食品、制革、造纸、石化、农药等行业的废水。

52 ㈠ 稳定塘法的净化机理 利用细菌和藻类的互生关系 好氧层 藻类供氧 兼性厌氧层 细菌分解 厌氧层 细菌产甲烷

53 ㈡ 稳定塘内的生物相 ⑴ 藻类：稳定塘的表层主要为藻类； ⑵ 细菌：稳定塘中细菌大量存在于下层； ⑶ 微型动物：纤毛虫类，如：钟虫、膜袋虫，1000个/mL 注：在活性污泥或曝气塘系统中往往残留较多的难分解的有机物，可以采用串联的活性污泥与稳定塘系统去除。

54 ㈢ 稳定塘的类型及特点 ⑴ 好氧塘： 浅、有氧、藻类供氧 ⑵ 兼性塘： 深、上层好氧区（氧气来源于藻类和大气复 氧）、中间过渡层、下层为厌氧层，沉淀污 泥在此分解。

55 ⑶ 厌氧塘： 深2m、有机负荷高，DO=0 ⑷ 曝气塘： 深2m以上 ⑸深度处理塘 （BOD5≤300mg/L）

56 ㈣ 稳定塘的优缺点 ⑴ 稳定塘的优点： 基建投资低； 运行管理简单经济； 可进行综合作用。

57 ⑵ 稳定塘的缺点： 占地面积大； 处理效果受气候影响；如温度 设计运行不当时，可能造成二次污染。气味等

58 ㈤运行管理 ①去除处理水中的藻类，是氧化塘设计的一个重要课题 采用的方法有：自然沉淀、混凝沉淀、混凝上浮和过滤等

59 ②氧化塘分级管理 分四级：前两级培育藻类，光合作用旺盛，使BOD大幅度降低，具有好氧氧化塘功能；第三级培养动物性浮游生物；第四级则是养鱼塘。食物链净化

60 ③好氧塘及兼性塘运行正常时应呈淡绿色，褐色表明因缺乏光照、温度过低或进水含有毒物引起藻类光合作用不足，灰色表明藻类死亡。

61 ④常检测项目有：DO一般1－2mg/L，其他如pH、BOD、SS和大肠杆菌数等

62 四、废水的厌氧处理 废水厌氧处理的对象主要有：食品工业、发酵工业、家禽家畜养殖厂、屠宰场等高浓度有机废水、生活污水、工业废水处理产生的污泥、来自水厂产生的污泥、活性污泥法处理产生的剩余污泥、生物膜法处理产生的脱落生物膜等。

63 ㈠ 甲烷发酵的机理 废水厌氧处理：在无氧条件下，通过能进行厌氧呼吸的微生物分解、利用和转化有机污染物，使废水得到净化的过程。

64 水解 酸化 大分子有机物 水解的和溶解的有机物 （碳水化合物 细菌胞外酶 产酸细菌 、蛋白质、脂肪等） 有机酸 乙酸化 甲烷化 醇类 乙酸 CH4 醛类 乙酸细菌 甲烷细菌

65 ⑴ 液化阶段（水解与发酵） 胞外酶 胞内酶 大分子有机物 小分子有机物 小分子化合物

66 ⑵ 酸化阶段（生成乙酸和氢） 胞内酶 小分子化合物 甲酸、乙酸、小分子 醇、CO2、H2、 NH3、H2S和细胞物质

67 ⑶ 甲烷发酵阶段（生成甲烷） 4H2+CO CH4+2H2O CH3COOH CH4+CO2 CH3COONH4+H2O CH4+NH4++HCO3-

68 ㈡ 厌氧生物处理的影响因素（甲烷产生菌） 氧化还原电位、温度、酸碱度（pH值）、混合状态、抑制物浓度 氧化还原电位：用混合溶液氧浓度衡量。低 要求反应器为密闭系统，严格防止空气中氧渗入。

69 合适的温度 低温型：5～15℃ 中温型：30～35℃ 高温型：50～55℃ 较好

70 pH值：6.8～7.2 控制出水pH值，加入适量的酸碱缓冲剂、CaCO3 一般不加搅拌及沉淀池

71 ㈢ 参与甲烷发酵的微生物 自然水体底泥内和高浓度有机废水厌氧分解 ⑴ 厌氧性水解菌 蛋白质、多糖和脂肪水解菌

72 ⑵ 挥发性酸生成菌 球菌：厌氧； 螺旋菌：兼性厌氧； 放线菌：微好氧。 ⑶ 甲烷产生菌 利用微生物代谢生成物 CO2、甲酸、乙酸、甲醇

73 ㈤ 利用光合细菌（PSB）处理高浓度有机废水
ⅰ.“红螺菌科”用于处理有机废水； ⅱ.生活在水田、浅池塘、污浊水域等地方； ⅲ.联合光合细菌和小球藻处理生活污水； BOD mg/L ⅳ.光合细菌处理后存在的问题：BOD尚高（100～200mg/L）,进一步净化处理才排放

74 如豆腐厂废水BOD达7000mg/L 经固液分离、溶化、中和后BOD为4600mg/L， 经光合细菌处理后上清液BOD为540 mg/L，光合细菌可投入凝聚剂回收， 再和来自漂白工序的废水混合经生物滤池处理，BOD可至20 mg/L以下。

75 第二节 微污染水源水预处理的微生物应用 一、微污染水源水污染源、污染物及预处理目的 微污染水源水污染源：主要是未经处理的生活污水、工业废水、养殖业排放水和农田灌溉水，还有未达到排放标准的处理水等。 污染物为有机物、氨氮、藻类分泌物、挥发酚、氰化物、重金属、农药等。

76 受到有机物、氨氮、磷及有毒污染物较低程度污染的水源水，经自来水厂混凝、沉淀、过滤、消毒的传统工艺处理后，未能有效去除污染物
1.烷烃类加氯处理后产生卤代烃三氯甲烷和二氯甲烷 2.氨氮在供水管道中氧化为亚硝氮 3.残留有机物引起管道异氧菌繁殖

77 二、微污染水源水微生物预处理 国外采用生物流化床处理， 我国在深圳水库水源水生物接触氧化处理渠

78 ㈠ 微生物预处理工艺 水源水预处理 混凝 沉淀 快砂滤 慢砂滤 加氯消毒 清水储罐 出水 用来处理有机物和氨氮，设在净化工艺流程之前。

79 ㈡ 水源水预处理的运行条件 ⑴ 微生物 适合贫营养的异氧除氮菌、硝化细菌和反硝化细菌、藻类、原生动物和微型后生动物组成的生态系统。 ⑵ 供氢体（乙醇和糖） ⑶ 溶解氧：DO>4mg/L ⑷ 水温和pH值 20℃ 中性 ⑸ 该系统的处理效率：COD去除在10%～30%，氨氮去除在75%以上

80 三、微污染水源水净化对策 有机物的去除，氨氮的去除。 化学氧化法 臭氧、高锰酸钾 光化学氧化法 吸附法 活性碳 生物法

81 第三节 固体废物的微生物处理 固体废物分类 按性状：有机废物；无机废物 按来源：工业、矿业废物；城市垃圾；农业废物；污水处理厂污泥；放射性废物。

82 针对城市垃圾、污水处理厂污泥和农业废物的处理，
主要方法有卫生填埋、堆肥、沼气发酵等。

83 一、堆肥 堆肥就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。 分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法

84 1.好氧堆肥法 好氧堆肥法是在有氧的条件下，通过好氧微生物的作用使有机废物达到稳定，转变为有利于作物吸收生长的有机物的方法

85 ⑴ 固体废物的预处理 分拣 粉碎 调配 ⑵ 堆制 保温 通气

86 ⑶ 堆肥的发酵过程 发热阶段 高温阶段 50℃左右，为嗜热性真菌和放线菌 60℃时，嗜热放线菌与细菌 70℃ 均休眠 待温度回落 降热和腐熟保肥阶段 中温微生物成为优势

87 好氧堆肥主要包括： 堆肥预处理 一次发酵 二次发酵 后处理。

88 2.厌氧堆肥法 在不通气的条件下，将有机废物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废物无害化的过程。 ⑴ 堆肥过程的影响因素 固体颗粒的大小 适中 温度 通风强度 物料含水率 物料的酸碱度（pH值在6～8） 物料的营养平衡

89 3.堆肥的腐熟度 ①颜色、质地、气味 ②无虫卵、杂草 ③有机物含量低 ④氮以硝态氮为主

90 二、卫生填埋 厌氧、好氧、半好氧三种 一般垃圾厚度2－3m，每层间土0.2－0.3m

91 1.填埋坑中微生物的活动过程 ⑴ 好氧分解阶段 ⑵ 厌氧分解不产甲烷阶段 产生硫化物、氮气 ⑶ 厌氧分解产甲烷阶段 ⑷ 稳定产气阶段

92 2.填埋场渗沥水： 垃圾分解过程中产生的液体以及渗出的地下水和渗入的地表水。 渗埋场渗沥水数量取决于填埋场渗沥水的来源、填埋场的面积、垃圾状况和下层土壤。

93 处理：在填埋场底部构筑不透水的防水层、 集水管、集水井等收集， 新产生的渗沥水采用厌氧、好氧处理方法 稳定的渗沥水采用理化方法

94 三、固体废物的来源和危害 ⑴ 占用大量土地 ⑵ 污染土壤和水源 ⑶ 污染空气

95 污泥膨胀： 活性污泥沉降性能变差的现象。指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。

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