第十章 微生物与环境污染控制与治理

3.好氧生物膜的结构
生物滤池不同层次的生物膜所得到的营养不同，致 使微生物的种群和数量不同。 生物滤池分上、中、下三层，上层营养物浓度高， 生长的多为细菌及少量鞭毛虫。中层营养物质减少， 微生物种类增加，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、 变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低， 低分子有机物较多，微生物种类更多，除有菌胶团、 浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少 数游泳型纤毛虫，还有轮虫等。
③ 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。 以钟虫为例，当溶解氧不足或其他环 境条件恶劣时，则出现由正常虫体向胞 囊演变的一系列变态变化。
（2）净化作用 1ml正常好氧活性污泥的混合液中有500020000个原生动物，70-80%是纤毛虫，尤 其是小口钟虫、沟钟虫、有肋楯纤虫、漫游虫 出现频率高，起重要作用，轮虫则有100-200 个，有旋轮虫属、轮虫属、椎轮虫属等。 原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫 通过渗透作用吸收污、废水中的有机物。动物 性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌 和其他微小生物，对净化水质起积极作用。
（2）控制活性污泥丝状膨胀的对策 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/kg MLSS·d为宜。 ③改革工艺 将活性污泥改为生物膜法，如在曝气池中加填料改 为生物接触氧化法。 工艺：A-B法（吸附-生物降解工艺）、A/O系统、 A2/O系统、A2/O2系统、及SBR（序批式间歇曝气反 应器）法等。
3、好氧生物膜的培养 好氧生物膜的培养有自然挂膜法、活性污泥挂膜法和 优势菌种挂膜法。 自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水； 活性污泥挂膜法用的是活性污泥，与本厂废水混合后 进入生物滤池； 优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理 中筛选获得的菌株，或通过遗传育种获得的优良菌种， 甚至是通过基因工程构建的超级菌，它们对某种废水 有强降解能力。
2、氧化塘处理废水的机理
有机废水流入氧化塘，其中的细菌吸收水中溶解氧， 将有机物氧化分解为H2O、CO2、NH3等无机物。细 菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营 养物质合成细胞物质。在光照条件下，藻类利用H2O 和CO2进行光合作用合成糖类和产生氧气，再吸收 NH3和SO42-合成蛋白质、吸收PO43-合成核酸，并繁 殖新藻体。废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积 于塘底，构成污泥，它们在产酸细菌作用下分解成低 分子有机酸和醇等，其中一部分进入好氧层被氧化分 解，另一部分则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷。
（4）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）来表示活性污泥中微生物的 浓度，即 1L 活性污泥混合液中所含的固体或挥 发性固体物质的量。 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。
生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能：
生物膜生物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球 衣菌、藻类等，它们起净化和稳定污、废水水质 的功能。 生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫， 它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效 率的功能。 滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等， 它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞 的功能。
5、原生动物及微型后生动物的作用
（1）指示作用
有机废水净化过程中微生物的演变： 细菌→植物性鞭毛虫→肉足虫→动物性鞭毛虫→ 游泳型纤毛虫、吸管虫→固着型纤毛虫→轮虫
原生动物及微型后生动物的指示作用 表现为以下三个方面：
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水 质和污、废水处理程度，还可判断活 性污泥培养成熟程度。
（2）好氧活性污泥的存在状态 悬浮状态 （3）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。
活性污泥的主体细菌（优势菌）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，还有其他的革兰氏阴性 菌和革兰氏阳性菌。好氧活性污泥的细菌能迅 速稳定废水中有机污染物，有良好的自我絮凝 能力和沉降性能。 构成活性污泥的微生物种群相对稳定，但当营 养条件、温度、供氧、pH等环境条件改变，会 导致优势种群的改变。
菌种来源：生活污水、粪便污水、污水处理厂的活 性污泥；本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，本厂污 水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用。 活性污泥的驯化和培养有间歇式曝气培养和连续曝 气培养。一般可先在较低废水浓度下曝气，以后逐 渐提高废水浓度，一直到原废水浓度。同时应对活 性污泥的生物相进行镜检，并进行化学测定分程
4、菌胶团的作用 菌胶团：所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互 相絮凝聚集成的细菌团块。 （1）具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力。 （2）为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。 （3）为原生动物和微型后生动物提供附着场所。 （4）具有指示作用：菌胶团的颜色、透明度、数量、颗 粒大小及结构的松紧程度可反映好氧活性污泥的性能。
7、活性污泥丝状膨胀及其控制
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。
某些环境条件的变化使污泥会发生膨胀现象
活性污泥的沉降可用污泥体积指数 SVI （ Sludge Volume Index）表示。 SVI 在 200mL/g 以下为正常活性污泥 ，一般在 50-150mL/g，最好在100mL/g左右 当 SVI 在 200mL/g 以上时说明出现了污泥的膨胀。 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。
①温度
构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在 30℃左右。菌胶团细菌如动胶菌属的最适生 长温度在28～30℃。浮游球衣菌最适温度在 25 ～ 30℃。两者最适温度尽管差别不大， 但浮游球衣菌是好氧和微好氧菌，由于温度 影响氧的溶解度，因此，在低溶解氧的条件 下，浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团 细菌而优势生长。
（1）活性污泥丝状膨胀的原因
由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀 称活性污泥丝状膨胀。 致因微生物：经常出现的有诺卡氏菌属、 浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日 阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属等。
丝状菌生长占优势的活性污泥
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。
④有机物浓度 浮游球衣菌在低浓度培养基中呈丝状生长。 在生活污水和食品类等有机废水中， BOD5在100-200mg/L，浮游球衣菌数 量超过菌胶团细菌时，可导致活性污泥丝 状膨胀。水中C/N和C/P失调时也可出现 污泥膨胀。
⑤ pH 曝气池的pH保持在6.5～8.0范围内，活 性污泥正常发育。 如pH低于6.0，有利于丝状细菌生长，菌 胶团细菌生长受到抑制；如pH低于4.0， 真菌占优势，原生动物大部分消失；若 pH超过11，活性污泥被破坏。
②溶解氧 菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解 氧的需要量差别很大。菌胶团细菌是严 格的好氧菌，浮游球衣菌是好氧菌，但 在微好氧条件下仍能正常生长。贝日阿 托氏菌、发硫菌是微好氧菌。温度适宜 而有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌 优势生长，易引起活性污泥丝状膨胀。
③可溶性有机物及其种类 当废水中可溶性有机物，尤其是低分子 的糖类和有机酸较多时，丝状细菌呈优 势生长。
在挂膜过程中，用泵慢速将污水或混合 液通入滤池内，循环运行3-7d，滤料上 会逐渐形成一层生物膜。当进水流量达 到设计值时，滤池自上而下形成正常的 分层微生物相，滤池出水的生化指标接 近排放标准，即完成生物膜的培养工作， 进入正式运行。
三、氧化塘
氧化塘是一种利用天然或人工修整的池塘处理 废水的构筑物。 1、氧化塘的微生物群落 藻类、细菌共存于氧化塘中，保持互生关系。 还有霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、 浮游甲壳动物、寡毛类、软体动物、水生植物。
（3）促进絮凝和沉淀作用
污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用 和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的 原生动物存在，由于原生动物分泌一定的粘 液协同和促使细菌发生絮凝作用。 如弯豆形虫量低时，细菌不起絮凝作用， 4mg/L时细菌产生絮凝作用， 10mg/L时形成 很大的细菌絮凝体。
6、好氧活性污泥的培养和驯化
第十章 微生物与环境污染控制与治理
第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统
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。
一、好氧活性污泥法 1、好氧活性污泥中的微生物 （1）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。
二、好氧生物膜法
好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池、高负 荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、 接触氧化法等。
1、好氧生物膜中的微生物
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。 它是生物膜净化污（废）水工作的主体。成 熟的生物膜厚度可达2～3mm。 微生物量通常以每m2滤料上干燥生物膜的重 量表示，或以每m3滤料上的生物膜重量表示。
活性污泥培养初期：鞭毛虫、变形虫 活性污泥培养中期：游泳型纤毛虫、鞭毛虫 活性污泥培养成熟期：钟虫等固着型纤毛虫、 楯纤虫、轮虫