应用微生物第五章 环境中的微生物应用及原理

通常为黄褐色,常因水质不同而呈不同颜色，含 水率在99％左右，具有生物活性和吸附、氧化有 机物的能力。能分泌胞外酶。具有自我繁殖的能 力。大小为0.02～0.2mm, 呈弱酸性pH6.7左右） ，对进水pH的变化有一定的承受能力
1.2.2 好氧活性污泥法的几种处理工艺流程
常见的好氧活性污泥法的处理工艺有:
生物修复或称生物整治，译自英文Bioremediation， 它是一项利用微生物的生物降解作用减少污染现场 有害物质的浓度或使其无害化的环境生物技术，是 传统的生物处理技术 (Biotreatment) 的延伸，主要解 决土壤、地下水和表面水的污染问题。这项技术需 要把基础研究和工程研究有机地结合起来，它所涉 及的领域包括微生物学、生物化学、分子遗传学、 有机化学、土壤和水化学、地质学、水文学和工程 学等。生物修复污染环境的技术方法可分为原位 （in-situ）和非原位（ex-situ）两种。
解性细菌和产甲烷菌。 ②城市生活污水处理厂的浓缩污泥 ③同类水质处理厂的厌氧活性污泥
3.3.2 厌氧活性污泥的驯化与培养 来自不同水质的厌氧活性污泥要先经驯化后
培养，尤其是处理工业废水是如此。进水量由 小到大，每提高一个浓度梯度，要稳定一段时 间后才换下一个浓度。当处理效果接近期望效 果，并形成颗粒化的活性污泥时即为成熟厌氧 活性污泥。此时可按设计流量进水进入正式运 行阶段。
（2）驯化 （3）培养 (2)连续曝气培养 在处理生活污水和工业废水时，凡取现成的 与本厂相同水质处理厂的活性污泥作菌种时， 都可直接用连续曝气培养法培养活性污泥。 (接种量5-10%,闷曝-小流量-设计流量,溶氧)
1.2.9 活性污泥是否培养成熟的判断
（1）镜检判断 培养初期活性污泥的生长状况，在向成熟
环境污染的分子生物学检测
PCR技术：用PCR (聚合酶链式反应) 技术扩增特定 降解基因，检测是否存在降解菌，从而间接证明是 否存在污染物。
免疫学技术：用菌株特异性单克隆抗体与环境样品 进行抗酶联免疫反应（ELISA），用于追踪遗传工 程菌的去向。
DNA杂交：以降解基因为探针与环境样品的DNA提 取物进行DNA杂交，证明降解菌的存在。
1. 污、废水的深度处理 2. 微生物脱氮工艺、原理及其微生物 3. 微生物除磷原理、工艺及其微生物
1. 污、废水的深度处理
污废水经过一、二级处理以后，在一般情 况下还会含有一定量的污染物如BOD5 20 -30 mg/L,COD 60 -100 mg/L ,SS 20 -30 mg/L ,NH3-N 15 -25 mg/L, P 6 -10 mg/L等， 如果直接排放到自然水体中，可能造成水体 的富营养化，如果排放养殖水体，还可能使 其遭到破坏。
阶段过渡的进程中，菌胶团的结构是否由松 散向紧密演变，原生动物是否由低级向高级 演替。
当进水流量达到设计值时，菌胶团结构是 否紧密，形成大的絮状颗粒。当原生动物以 钟虫等固着型纤毛虫大量出现，相继出现楯 纤虫、漫游虫、轮虫等时即进入成熟期。 （2）化学测定分析指标
SV，SVI
1.3 好氧生物膜法
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。
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，还有生物 转盘、接触氧化法（即浸 没滤池法）等。见图2.36。
1.3.1 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 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。
根据位置与功能不 同——生物膜生物、 生物膜面生物及滤池 扫除生物。
第五讲 环境工程中的微生物应用及原理
教学内容： 第一节 水污染控制与治理生态工程与微生物原理 第二节 污、废水深度处理的微生物学原理 第三节 微污染水源水预处理中的微生物学原理 第四节 有机固体废物的微生物处理 第五节 废气的生物处理
环境生物技术主要包括环境污染的分子生物学检测， 降解性微生物的遗传改造，废物、废水和废气的生物 处理，以及污染环境的生物修复。
2)对营养物的需求量少 好 氧 方 法 BOD：N：P=100：5：1， 而 厌 氧 方 法 为
（350~500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的 多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。 4)产生的污泥量少，运行费用低
? 繁殖慢；不需要曝气 基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工
❖在菌胶团生长着其他微生物，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）。处理生活污水和 医院污水的活性污泥中还会有致病细菌、病 毒、立克次氏体、螺旋体等病原微生物。
❖营养条件（废水种类、化学组成、浓度）、 温度、供氧、pH等环境条件改变，会导致主 要细菌种群（优势菌）改变。
③ 还可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。 净化作用 促进絮凝和沉淀作用
1.2.8 好氧活性污泥的培养
(1)间歇式曝气培养 （1）菌种来源：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或本厂污水长期流经的 河流淤泥经扩大培养后备用。
复习思考题:
1.什么叫活性污泥？它的组成和性质是什么？ 2.好氧活性污泥中有哪些微生物？ 3.叙述好氧活性污泥净化废水的机理。 4.菌胶团、原生动物和微型后生动物在污水净
化中的作用？ 5.叙述生物膜法净化废水的作用机理。 6. 叙述高浓度有机废水厌氧处理原理。
第二节 污、废水深度处理的微生物学原理
深度处理的对象包括：去除处理水中残存 的悬浮物，脱色、除臭，进一步降低BOD、 COD 等指标，脱氮除磷，消毒杀菌，去除 有毒有害物质。
前者根据微生物在构筑物中处于悬浮状态 或固着状态，分为活性污泥法和生物膜法。 后者又称厌氧消化法,利用厌氧菌将有机物 分解成甲烷.
1.2 好氧活性污泥法
1.2.1 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。(主体是菌胶团形成菌和丝状菌) ❖ 组成： 由多种多样的好氧和兼性厌氧微生物（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。 ❖ 性质：
烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌
是厌氧活性污泥的中心骨架
复杂有机物
1水解 2发酵
脂肪酸
3产乙酸
硫酸盐还原
H2 + CO2
乙酸
硫酸盐还原
4产甲烷
4产甲烷
CH4 + CO2
硫酸盐还原
H2S+ CO2
3.3 厌氧活性污泥的培养
3.3.l 厌氧活性污泥的菌种来源 ①牛、羊、猪、鸡等禽畜粪便含有丰富的水
推流式活性污泥法、 完全混合式活性污泥法、 接触氧化稳定法、 分段布水推流式活性污泥法 氧化沟式活性污泥法
1.2.3 好氧活性污泥的存在状态
❖在完全混合式的曝气池内，因曝气搅动始 终与污（废）水完全混合， 好氧活性污泥 总以悬浮状态存在，均匀分布在曝气池内 并处于激烈运动之中。(曝气池的任何一点 取出的活性污泥的微生物群落基本成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才 可以培育成功
5．处理过程中产生臭气和有色物质
提问：是什么？
臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、 有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子 反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要 添加后处理设施，进一步脱色脱臭。
2 厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法
废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;
一、厌氧法的优点
提问：优点有哪些？ 1）产生的沼气可用于发电或作为能源
沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间， 是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为 例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的 80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于 3.85t原煤，可发电5400度电。
后生动物提供了良好的生存环境，例如去除毒物、提供 食料、溶解氧升高。 ③ 为原生动物、微型后生动物提供附着场所。 ④ 具有指示作用。
1.2.7 原生动物及微型后生动物的作用
指示作用 三方面： ① 可根据上述原生动物和微型后生动物
的演替，根据它们的活动规律判断水质和 污（废）水处理程度。
② 根据原生动物种类判断活性污泥和处 理水质的好与坏。
生物传感器：使降解基因的启动子与发光操纵子形 成融合发光操纵子，在污染物的诱导下，使发光操 纵子表达，通过生物传感器检测污染物的存在。
第一节 水污染控制与治理生态工程与微生物原理
1.污、废水的生物处理
1.1概念 城市污水和工业废水生物处理的方法很
多，根据微生物与氧的关系分为好氧生物处 理和厌氧生物处理两大类。
生物膜在滤池中是分层的，生物膜上层的生物膜和 生物膜面生物吸附废水中的大分子有机物，将其水解为 小分子有机物.同时吸收溶解性和经水解的小分子有机 物进入体内氧化分解，并构建自身细胞。
上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物 膜生物吸收，进一步被氧化分解为CO2和H2O。老化的生 物膜和游离细菌被滤池扫除生物（轮虫、线虫、领体虫 等）吞食，通过以上微生物化学和吞食作用，废水得到 净化.
2.1 厌氧活性污泥
（一）．厌氧活性污泥的性质和组成
由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。 呈灰色至黑色， 有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能； 颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm以上。
微生物的组成主要有六种： 由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲
1.2.6 菌胶团的作用
在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为 菌胶团(好氧活性污泥（绒粒）的结构和功能的中心)。