第九章 污水生物处理系统中的主要微生物

回流污泥 预处理段 A段
回流污泥 B段
AB法废水处理工艺流程
（六） 好氧生物处理技术进展
2 生物膜法的进展—— 生物流化床
20世纪70年代开发出的一种新型生物膜法废水处理构筑物。 采用相对密度>1的细小惰性颗
粒（砂、焦炭、陶粒、活 性炭等）为载体，微生物生 长于载体表面形成生物膜，
废水（先经充氧获在床内充氧） 自下向上流动，使载体处于流 化状态，其上附着的生物膜可 与载体充分接触。流化床内生 物固体浓度很高，氧和有机物 的传递效率也高。高效。
载体
生物流化床示意图
三
废水的厌氧生物处理
废水的厌氧生物处理：
在无氧的条件下，借多种厌氧微生
物的作用处理废水。又叫厌氧消化。
1979年布利安特（Bryant）等人提出厌氧
消化的三阶段4 类群理论。
▲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
三阶段4类群理论
比重减轻，随着水流而排出。该异常现象称之。 由丝状细菌和其它丝状微生物大量增殖引起。 造成的结果：稀薄污泥回流至曝气池。
出水BOD5升高。
产生原因：
防止措施：
◆BOD;N及BOD:P很高， ◆调节水的酸碱度 特别N不足 ◆将沉淀污泥和消化污泥搅拌混合 （BOD:N:P=100:5:1) ◆添加铁盐（FeCl25~50mg/L)、 ◆进水中低分子碳水化合 铝盐(10~100mg/L)、 物过多 氯(10~20mg/L、 ◆水温低 H2O2)(40~200mg/L）， ◆溶氧低 前两者连续添加，后两者间歇 添加。 ◆低pH ◆降低溶解氧浓度（曝气池1mg/L) ◆重金属等有毒物流入多。 ◆对回流污泥再曝气。
第九章
污水生物处理系统中
的主要微生物★★
本节主要内容
一 废水处理中的几个概念 二 废水的好氧生物处理 三 废水的厌氧生物处理 四 微生物的脱氮除磷
一 废水生物处理中的一些概念
废水生物处理法：利用微生物处理废水的方法。
根据对氧气的要求 处理废水的微生物 处理构筑物 好氧生物处理 厌氧生物处理
生物处理单元：
CH4
产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属
（2）参加的微生物
产甲烷细菌群
（3）特性： ▲严格厌氧菌
▲ pH 适宜6.8~7.2
▲中温菌对温度敏感
▲增殖速率慢
废水中有机物 Ⅰ 发酵性细菌
脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类 Ⅱ 产氢产乙酸细菌 H2 + CO2
乙酸
同型产乙酸细菌
Ⅲ
产甲烷细菌
CH4
厌氧消化三阶段四类群
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。
b.


菌胶团的形成机理
①
粘性多糖的粘着作用
很多细菌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 活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片 样就形成了菌胶团的雏形。
（1）来自百度文库理
上阶段产物
（丙酸、丁酸、醇等）
醋酸、甲胺 CO2、H2 互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属
（2）参加的微生物
产氢产乙酸细菌群
同型产乙酸细菌群
（3）特性：
绝对厌氧菌获兼性厌氧菌； 适宜pH 4.5～8
三阶段4类群理论
3 产甲烷细菌作用阶段 （厌氧消化的控制阶段） （1）原理
H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH
(三) 好氧活性污泥运行中微生物造成的问题 常见故障：二次沉淀池中固液分离（泥水分离）
出现问题。
起因：污泥絮状体的结构不正常。
正常的絮状体的结构有两类：
微结构：直径<75um，易破碎。 宏结构：微生物凝聚在丝状微生物周围，较大不规则。
A 不凝聚
微结构絮体造成
原因：■低溶氧、低pH值
絮体不稳定、破裂 细菌不凝聚，为游离个体。
优点：对水温、水质、水量的变动有较强适应性。
产泥量低，排泥量少。
充分曝气处理，水质良好。
1 活性污泥系统的进展
（2）AB法废水处理工艺
又叫吸附－生物降解（Adsorption Biodegradation） 工艺的简称。德国20世纪70年代中期开创的。
格栅 原废水
中间沉淀池 沉砂池
吸附池 曝气池
二次沉淀池 处理水
最终完成生物脱氮
N2、NO2
（一） 废水的生物脱氮
2 参与生物脱氮的微生物 氨化细菌 硝化细菌 反硝化细菌
亚硝酸细菌 硝酸细菌
（二） 废水的生物除磷
我国常用的为圆柱形。钢筋混凝土
浮盖式消化池
四 废水的生物脱氮除磷技术 （一） 废水的生物脱氮
1 生物脱氮的基本原理
生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中 被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝 化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将NO3-还原 为N2，从而达到脱氮的目的。 硝化作用有O2 异养型 亚硝酸 硝酸 微生物 细菌 细菌 含氮有机物 NH4+-N NO2--N NO3--N 氨化 反硝化 反硝化 作用 细菌 作用无O2
附着生物体 液膜
流动水层
膜内生物不停挖洞，膜多孔。 大量有机物在好氧区被分解。
滤 料
厌氧区增厚使膜脱落，新膜形成
2 生物滤池中的微生物
污水中含有生物膜所需的各种微生物。夏季 2～4周形成生物膜。冬季需2个月。
细菌：多数为G-，能形成菌胶团。无色杆菌、黄
杆菌、极毛杆菌、球衣细菌、贝氏硫杆菌
（四） 生物滤池中的微生物（生物膜法）
生物膜法又称固定膜法。主要去除废水中溶
解的和胶体的有机污染物。
生物滤池（以此为例）
包括：
生物转盘 生物接触氧化法
生物流化床
微生物为附着型
1 什么是生物膜？

微生物在滤料表面繁殖形成的膜状结构。
是一个生态系统。 结构由两部分组成
好氧微生物（膜外层）
厌氧微生物（接触滤料） 附着水层
1 发酵细菌作用阶段
（1）原理：
碳水化合物 蛋白质 类脂
单糖
胞外酶
氨基酸 脂肪酸
发酵
醇
低级脂肪酸
（2）参加的微生物：
梭菌属（Clostridium)
发酵细菌群 （3）特性
丁酸弧菌属（Butyrivibrio） 拟杆菌属（Bacteroides)
大多专性厌氧；适宜Ph4.5～8
三阶段4类群理论
2 产醋酸细菌作用阶段
■在过度曝气时，紊流剪切絮块成碎块。
现象：污泥在沉淀池中呈悬浮状，高浓度地随水流流出。 B 起泡沫（厚、棕色泡沫）
由“硬”洗涤剂的使用而引起诺卡氏菌属的丝状微生 物超量生长，气泡又附着在诺卡氏菌的菌体上。
温度>18℃，长泥龄（>9天）利于该菌生长。
C
污泥膨胀
概念：活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮水面，
●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。
（二） 好氧活性污泥法中的微生物
活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术
什么是活性污泥？ 活性污泥中起主 要作用的是什么 物质？
？
曝气池中形成的污泥（土壤微生物群）！ 菌胶团！
微生物增多 菌体死亡
与废水 分离
细胞物质
有机物少
通过物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下来 。
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 80～90％


②
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

提问：这些纤维素从何而来？
细菌的胞外分泌物
③ 原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用；
实验证明小口钟虫、累枝虫和尾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；
（二） 厌氧生物处理的影响因素
1 温度
对厌氧生物及厌氧消化的影响尤为显著。
厌氧消化 55℃左右——嗜热菌（高温消化） 35℃左右——嗜温菌（中温消化）
最佳温度
取舍：
高温消化的反应速率为中温消化 的1.5~1.9倍，但甲烷在气体中占 比例低。消化不彻底。
高温消化需较多的能量，不经济。 温度对厌氧消化的影响
1

什么是好氧活性污泥
好氧活性污泥是在曝气状态下由多种 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。
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。
？
提问：菌胶团有哪些功能？
①吸附和氧化分解有机物；
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107~108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。

② 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微
处理系统
生态系统：生物与生物、生物与非生物（环境）之间的相
互关系。 各类处理系统中的微生物都为混合培养的微生物系统，
二 废水的好氧生物处理
（一）废水的好氧生物处理概述
1 概念： 在有氧的条件下借好氧微生物的作用处理废水。
又叫废水生物处理。
无机物，随水排出 废水中 有机物 O2
好氧 微生物
有机物充足 微生物
小口钟虫
c. 菌胶团中的细菌

菌胶团中的细菌来源于土壤、水和空气。它们多数 是革兰氏阴性菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属， 它们可占70％，生活污水好氧处理时菌胶团中的主 要细菌见下表
细菌名称 短杆菌属 固氮菌属 亚硝化单胞菌属 假单胞菌属 病原细菌 （偶尔） 细菌名称 微球菌属 黄杆菌属 无色杆菌属 节杆菌属 大肠埃希氏菌
真菌：镰刀菌、青霉、毛霉、地霉、多种酵母菌 藻类：小球藻、蓝藻、绿藻（仅在滤池表面） 原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫 后生动物：轮虫、线虫。
（五） 好氧生物处理技术进展
1 活性污泥系统的进展
（1）氧化沟
又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。 荷兰卫生工程研究所于20世纪50年代研制开发的。 第一座氧化沟是1954年由巴斯维尔（Pasveer）设 计并投入运行。一般主要用于日处理水量在 5000m3以下的城市废水和有机废水。
细菌名称 动胶团属 (优势菌) 丛毛单胞菌属 (优势菌) 产碱杆菌属 (较多) 棒状杆菌属 (较多) 芽孢杆菌属 产气杆菌属
工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但优 势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌
B．活性污泥中的其它微生物

在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、 后生动物。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，以及原生动物中的钟虫、 活 盖纤虫、等枝虫、草履虫和原生动物中的轮虫。这 性 些微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它 污 们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量 原生 泥 随营养条件(废水种类、化学组成、浓度)、温度、供 动物 氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。
（三） 厌氧生物处理的影响因素
2 pH 值
不产甲烷细菌适宜pH 4.5~8 产甲烷细菌适宜pH 6.8~7.2 在pH<6.5 或 pH>8.2的环 境中，厌氧消化会受到严 重抑制。主要对甲烷细菌 的抑制。
厌氧消化的最佳pH 值为6.8~7.2.
（三） 厌氧法处理废水的应用
厌氧消化池
主要用于处理城市废水厂的污泥和固体含量很高的废水。 沼气 污泥体积减少1/2以上。 稳定性好的腐殖质。

中心是能起絮凝作用的细菌形成的 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。
为什么细菌会形成菌胶团？
菌胶团的功能





（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 弱酸性(pH约为6．7)
的承受能力。 密度为1．002~1．006 比表面积为20~100cm2／ml之间 当进水改变时，对进水pH的变化有一定
大小为0．02~0．2mm
3．好氧活性污泥中的微生物群落