第九章水环境污染控制与治理 的生态工程及微生物学原理

1、微生物群落 （1）藻类：表层是藻类，如小球藻、栅列藻、衣藻、裸 藻、颤藻等。 （2）细菌：存在下层。优势菌群：假单胞菌、黄杆菌、
产碱杆菌、芽孢杆菌、光合细菌等，在底部厌氧层有硫酸
盐还原菌、产甲烷菌等。 （3）微型动物：主要是纤毛虫，一般有钟虫、膜袋虫等
种类，最高1000个/ml。还有轮虫、甲壳类、摇蚊幼虫（
曝气池
利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定 污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活 性污泥充分接触的混合条件。
曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。 池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆 形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。
沉淀池
应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。沉淀池 在废水处理中广为使用。它的型式很多，按池内水流方向 可分为平流式、竖流式和辐流式三种。
（5）氧化沟式活性污泥法 连续环式反应池，因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名。平 面上多为椭圆或圆形。 具有特殊的水流混合特征，介于推流式和完全混合式之间 。适合处理高浓度有机废水。污泥产量少，能耗低。
（四）氧化塘（或氧化沟）的生物群落及其处理废水机制 氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地来治理污染。在塘 内形成藻类、好氧性细菌和原生动物组成共生系统，使废水 得到净化。
生物转盘:
由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理 构筑物。盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽中污水和 空气中的氧，使污水获得净化。
（一）生物膜中的微生物群落 1、好氧生物膜： 由各种微生物组成的，附着在各种支撑体上的一层 粘性固定化薄膜。是生物膜法处理系统的工作主体，厚
约2-3mm，一般呈蓬松的絮状结构，微孔很多，表面积
物质与溶解性有机物一起在透膜酶作用下或在浓度梯度推动
下选择性吸收入胞。在细菌内氧化分解，中间代谢物被其他 细菌吸收无机化为水和二氧化碳。 3、其他微生物吸收或吞食未分解的有机物。
（三）好氧活性污泥法的几种处理工艺流程 （1）推流式曝气法： 采用长方形曝气池，处理时废水与活性污泥从曝气池一 端同时进入，经曝气机的推流作用，原污水与活性污泥向前 推进到末端。该法BOD和悬浮物的去除率达90-95%，适用于 处理水质要求高和水质比较稳定的废水。 缺点： 对水质变化的适应能力不强； 所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空气是 沿池平均分布的； 曝气池相对庞大，占地多，能耗高。
2、好氧活性污泥的存在状态：
在完全混合式曝气池中，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。
3、好氧活性污泥中的微生物群落 活性污泥的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌 形成的菌胶团，其上生长着各种类型的微生物，形成一个 微生物群落。 （1）细菌：活性污泥主要成分是细菌，来 源于土壤、水、空气。某些属出现频率很 高，尤其是动胶菌属和假单胞菌属。此外 还有一类丝状细菌存在，如球衣菌属、发 硫菌、贝氏硫菌属。它们大多数是化能异 养菌，以有机质为主要营养源，好氧或兼 性厌氧，以G-占优势。许多菌具有荚膜或 微荚膜，部分细菌有纤毛，与絮状体形成 密切相关。
等肉足类。
（3）指示水质变化和运行中出现的问题 形态变化：环境条件恶劣时——形成孢囊；pH超过正常范 围——钟虫纤毛停止摆动，虫体收缩成团。 生殖方式：出现有性生殖时往往预示环境条件变差或种群处 于衰老期。
优势种变化： 高负荷，曝气不足——小鞭毛虫； 水停留时间过短——小的游泳型纤毛虫； 很高负荷及难降解物——小裸变形虫和鞭毛虫； 溶氧不足——阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属 过分曝气——肉足类及轮虫类。
（4）指示细菌活力：小口钟虫在细菌生长活跃旺盛的对数 期出现，沟钟虫需要细菌的代谢副产物，出现在细菌生长的 衰老期。
2、净化作用 腐生性营养的某些鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解
性有机物；动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒和游离细 菌，利于净化水质。 3、絮凝和沉淀作用
原生动物可以分泌一定的粘液协同和促进细菌发生絮凝 作用。
（2）生物膜面生物 固着型纤毛虫：钟虫、独缩虫、累枝虫属； 游泳型纤毛虫：豆形虫、尖毛虫等。它们是动物中的主要类 群，其优势种随生物膜营养物质和其他环境条件变化而更替 ，可作为水处理的指示生物。能促进滤池净化速度，提高滤 池整体的处理效率。 （3）滤池扫除生物 体形较大的无脊椎动物如轮虫、线虫，环节动物门的瓢
（2）完全混合式曝气法 原污水、回流污泥进入曝气池后立即与池内原有的混合 液充分混合。池内水质均匀，各部分工作情况基本一样。 缺点主要是出水水质上往往不及推流式。
（3）接触氧化稳定法 也称吸附再生法。曝气池分为接触氧化池（吸附池）和 稳定池（再生池）。废水先进入接触氧化池，充分混合后进 入沉淀池，回流污泥进入稳定池，曝气但不加废水，使活性 污泥中有机物进一步分解。 （4）分段布水推流式曝气法 也称多点进水曝气法。废水沿池多点进入，使有机物在 曝气池中分布均匀。
第九章 水环境污染控制与治理 的生态工程及微生物学原理
重点：废水好氧处理中的微生物生态 难点：好氧活性污泥中丝状膨胀
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。
相粘连形成最初的活性污泥凝聚体。
菌胶团的作用： 1、 很强的生物吸附和氧化分解有机物的能力 2、 为原生动物提供良好的生存环境 3、 为原生动物、微型动物提供附着场所
4、 具有指示作用
（六）原生动物及微型后生动物的作用 1、指示作用：原因在于原生动物是较高等动物，耐毒力比 细菌好，对环境因素改变比较敏感，环境条件改变可引起它 们种群、数量及代谢活力的变化；个体大，在低倍镜下可见， 便于观察。 （1）判断污水处理程度：
（二）好氧生物膜的培养——挂膜 1、自然挂膜法 将带有自然菌种的工业废水用泵慢速打入空的生物滤池
中，循环3-7天后改为慢速连续进水。在这过程中，废水中
底泥中）
2、 处理机制 利用细菌与藻类的互生关系来分解有机污染物的废水 处理系统。
（五）菌胶团的作用 将所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相 絮凝聚集成的一团胶状物都称为菌胶团。形成菌胶团的 主要细菌是动胶菌，有的种胞外有荚膜，在污水中可凝
聚成肉眼可见的絮状物。此外该菌有胞外小纤毛能将絮
状物中的细胞交织在一起，这种交织作用使许多细胞互
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。同时生物膜生物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，利用吸
收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一
层，被下一层的生物膜生物吸收氧பைடு நூலகம்，分解为二氧化碳和水。 老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。
（2）指示污泥性质和好坏： 正常污泥：钟虫属、累枝虫属、盖虫属等固着性或匍匐
性种属。
污泥恶化：絮凝体0.1-0.2mm以下，优势种属有豆形虫 、草履虫、眼虫、波豆虫属等快速游泳型种属。严重恶化时
微型动物几乎不出现。
污泥膨胀：摄食丝状菌的裸口目旋毛科、全毛类原生动 物及拟轮毛虫等。
污泥解体：絮凝体细小。优势种为变形虫属、简便虫属
动胶菌属
球衣菌属
（2）真菌：主要为丝状真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、 镰刀霉、木霉、地霉等。霉菌常出现在pH低的废水中。真 菌在活性污泥中不占重要地位，其作用估计与絮状水体形 成及膨胀有关。 （3）微型动物：原生动物和少数多细胞动物，原生动物占
总数90%。数量种类与污水的类型不同而不同，生活污水中
体虫、沙蚕，节肢动物水螨，软体动物蜗牛等，去除滤池中 的污泥，防止污泥积聚和堵塞。
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。
生物滤池中的生物膜分为上层、中层和下层
很大，因此有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对 这些吸附的有机物的分解。
2、好氧生物膜中的微生物群落及其功能 （1）生物膜生物： 细菌：以动胶菌为主，其他的还有好氧的芽孢杆菌属、不动 杆菌属，专性厌氧的脱硫弧菌属等。另一主要的细菌是丝状 细菌。在生物膜中丝状细菌不会引起膨胀，特别是球衣细菌 降解有机物能力非常强，在净化废水中起重要作用。此外， 丝状菌大量生长，菌丝体交叉粘连形成网状结构，对水流起 到过滤作用。 真菌：种类和数量都很丰富，约30%是真菌。 藻类：在生物滤池上部，藻类的主要作用是向生物膜供氧。
上层：营养浓度高，主要是细菌，少数是鞭毛虫。
中层：废水中的营养物，微生物代谢产物，种类较多， 有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、肾形虫等。 下层：有机物浓度低，低分子有机物较多。菌胶团、浮 游球衣菌、固着型纤毛虫，少数游泳型纤毛虫。
4、净化作用机理
在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细 菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型
原生动物量大于工业废水。以纤毛虫纲占优势，多细胞动物 有轮虫、颤蚓、线虫等。原生动物在废水净化中的作用仅次 于细菌。 （4）藻类：较少，有绿藻如小球藻属，蓝细菌颤藻属。
4、好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 浓度常用1升活性污泥混合液中恒重的干固体mg数表示 ，即MLSS（mixed liquor suspended solids——混合液挥发 性悬浮固体）。
一、好氧活性污泥法
普通活性污泥法是依据水的自净作用原理发展而来的， 是废水生物处理中微生物悬浮在水中的各种方法的统称，
悬浮的微生物群体呈泥花状态(floc) 。一般指需氧活性污
泥过程。
在曝气池中废水与积累的活性污泥充分混合接触， 污染物转移到污泥上，微生物以污染物为养料并从水中 取得氧气生长繁殖(biomass)，某些代谢产物(如二氧化 碳、氨)则进入水中。随后,混合液流过沉淀池,泥水分离， 出水得到处理,污泥则回流到曝气池入口,再次进入过程。
一般生活污水
工业废水
MLSS 2000-3000mg/L
MLSS 3000mg/L
高浓度工业废水 MLSS 3000-5000mg/L
1ml好氧活性污泥中的细菌数有107-108个
（二）活性污泥净化废水的作用机理
净化作用过程：
1、吸附：废水与活性污泥充分接触，形成悬浊混合液，污染 物被比表面积大的絮凝性微生物吸附。 2、胞外分解和吸收：呈胶态的大分子有机物被吸附后，首先 被微生物分泌的胞外水解酶分解为小分子物质，这些小分子
（七）好氧活性污泥的培养
1、间歇式曝气培养
（1）菌种来源： 污水处理厂的活性污泥； 工厂集水池或沉淀池污泥； 污水流经的河流淤泥。
（2）驯化（P305）：
低浓度废水培养 重复3-7天
曝气23h
沉淀1h
倾去上清液，加入同浓度新鲜废水 重复操作 原废水浓度
调高1个浓度
（3）培养：将驯化好的活性污泥改用连续曝气培养法培养， 用镜检和化学测定分析判断活性污泥的成熟度，若菌胶团结 构紧密，原生动物以钟虫等固着型纤毛虫为主，沉降性能好，
（一） 好氧活性污泥中的微生物群落 1、好氧活性污泥的组成与性质 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 物与污（废）水中有机和无机固体物混凝交织在一起，形成的 絮状体或称绒粒（floc）。 （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20100cm2/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。
说明活性污泥培养进入成熟期。
2、连续曝气培养（P305） 用现成的与本厂相同水质处理厂的活性污泥做菌种可直 接用连续曝气培养。
闷曝
运行一周
接 种
小流量进水
增加一个浓度梯度
设计流量
二、好氧生物膜法
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。