第11章 污水生物处理系统中的主要微生物
水污染控制工程：第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（1）生化转化：
C、溶解性无机物的转化（氮和磷的转化）
生活废水中氮的形态：氨和有机氮（包括氨基 酸、蛋白质、核苷）的形式存在。
Ⅱ 生物处理基本原理
2、微生物主要种类和作用
• 微生物主要种群：古细菌、细菌和真核生 物。生物处理中起作用的微生物属于古细 菌和细菌类群，但原生动物和其他微型真 核生物也有一定作用。
（1）细菌：细菌的分类方式很多，从水处理 工程角度，最重要的是从操作方式上分类。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
•依据功能分类：
• 硝化菌
• 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。 在一群自养型好氧微生物的作用下，首先由 亚硝酸菌将氨氮转化为NO2-，称为亚硝酸反 应，第二阶段由硝酸菌将NO2-进一步氧化为 硝酸盐，称为硝化反应。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（3）真核生物：真菌和原生动物常常在 生物处理中出现。
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力 学基础
（b）无氧呼吸 是指以含氧无机物，如NO3-, NO2-, SO42-, S2O32-, CO2等代替分子氧，作为最 终受氢体的生物氧化作用。
C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O 总反应式：
第十一章 废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
酶促反应
微生物的酶是微生物体内合成的对生物化学反应具 有高度专一催化功能的特殊蛋白质。
酶促反应速度受酶浓度、底物浓度、pH、温度、 反应产物、活化剂和抑制剂等因素的影响。
3.5.1米 氏 方 程 式
1913年前后，米歇里斯和门坦提出了表示整个反应 中底物浓度与酶促反应速度之间关系的式子，称为米 歇里斯－门坦方程式，简称米氏方程式，即：
C6H12O6 6H 2O 6CO 2 24[H]
24[H] 4NO3 2N2 12H2O
总反应式： C6H12O6 4NO3 6CO2 6H2O 2N2 1755.6kJ
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式， 获得的能量水平不同， 如下表所示。
呼吸方式 受氢体
化学反应式
好氧呼吸
能量利用率42％
分子氧
C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+2817.3kJ
无氧呼吸
发酵
能量利用率26％
无机物 有机物
C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ
C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
3.2.1 废水的好氧生物处理
v k，dA k
dt
A A0 kt
式中：v——反应速度； t——反应时间； k——反应速度常数
反应速度与反应物浓度的一次方成正比关系，称 这种反应为一级反应。对反应物A而言，一级反应：
v
k
，dA
A dt
kA
lg
A
lg
A0
kt 2.3
污水处理中的微生物
一、污水处理中的微生物分类污水处理中的微生物种类不少，主要有菌类，藻类以及动物类。
1、细菌细菌的适应性强，增长速度快。
根据对营养物需求的不同，可将细菌分为自养菌和异养菌两大类。
自养菌利用各种无机物 (CO 、2 HCO - 、NO - 、PO 3- 等)为营养将其转化为另一种无机物，释放出能3 3 4量，合成细胞物质，其碳源、氮源和磷源皆为无机物。
异养菌以有机碳作碳源，有机或者无机氮为氮源，将其转化为 CO 、H O、NO -、2 2 3CH 、NH 等无机物，释放出能量，合成细胞物质。
污水处理设施4 3中的微生物主要是异养菌。
2、真菌真菌包括霉菌和酵母菌。
真菌是好氧菌，以有机物为碳源，生长 pH 为 2-9，最佳 pH 为 5.6 。
真菌需氧量少，惟独细菌的一半。
真菌常浮现于低 pH 值、份子氧较少的环境中。
真菌丝体对活性污泥的凝结起到骨架作用，但过多丝状菌的出现会影响污泥的沉淀性能，而引起污泥膨胀。
真菌在污水处理的作用是不可忽视的。
3、藻类藻类是单细胞和多细胞的植物性微生物。
它含有叶绿素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧气，吸收水中的氮、磷等营养元素合成自身细胞。
4、原生动物原生动物是最低等的能进行分裂增殖的单细胞动物。
污水中的原生动物既是水质净化者又是水质指示物。
绝大多数原生动物属于好氧异养型。
在污水处理中，原生动物的作用没有细菌重要，但由于大多数原生动物能吞食固态有机物和游离细菌，所以有净化水质的作用。
原生动物对环境的变化比较敏感，在不同的水质环境中浮现不同的原生动物，所以是水质指示物。
例如，溶解氧充足时钟虫大量浮现，溶解氧低于 1/L 时浮现较少，也不活跃。
5、后生动物后生动物是多细胞动物。
在污水处理设施和稳定塘中常见的后生动物有轮虫、线虫和甲壳类的动物。
后生动物皆为好氧微生物，生活在较好的水质环境中。
后生动物以细菌、原生动物、藻类和有机固体为食，它们的浮现表明处理效果较好，是污水处理的指示性生物。
废水生物处理基本原理和主要微生物类群讲PPT课件
类型
外观
BIP
生物特征
1．有机物较少，BOD 和
1． 细菌数量减少，每毫
河
悬浮物含量低，溶解氧
升水只有几万个。
浓度升高；
2． 藻类大量繁殖，水生
流 流
β
-中污带
2．NH3 和 H2S 分别氧化为 N03— 和 S042-，两者含
8~20
植物出现。*** 3． 原生动物有固着型纤
量均减少。
毛虫如：独缩虫、聚缩
向
虫等活跃，轮虫、浮游 甲壳动物及昆虫出现。
***β-中污带的藻类见下图。
变异直链硅藻
水花束丝藻 梭裸藻
短棘盘星藻
寡污带
类型
外观
BIP
生物特征
1． 有机 物 全 部无 机 化 ，
1． 细菌极少；
河
BOD 和悬浮物含量极
2． 出现鱼腥藻、硅藻、
低，水的浑浊度低，溶
黄藻、钟虫、变形虫、
流
解氧恢复到正常含量。
第一节 废水生物处理的基本原理
用，将废水中的污染物氧化分解。 微生物在转化有机物的过程中，将一部分分解产物用于合成 微生物细胞物质和细胞内贮藏物，另一部分变为代谢产物 排除体外并释放能量。于是微生物不断生长繁殖，不断转化 废水中的污染物，使废水得以净化。
好氧条件 有机物 厌氧条件 有机物
水蚂蟥
对于重 金属和 有机氯 农药耐 受力很 强，常 出现在 有机污 染严重 的河段。
α中污带
类型
外观
BIP
生物特征
1．水为灰色，溶解氧少，
1． 生物种类比多污带稍
河
为半厌氧状态，有机
多。细菌数量较多，每
物 量 减 少 ， BOD 下
污水生物处理系统中的主要微生物
工业 废水
废水
生活 污水
碳水化合物、 蛋白质、脂 肪、油脂、 有机酸、醇、 醛、酮、酚
碳水化合物
蛋白质
脂肪
洗涤剂
不含氮 物质
微 生 物
参
与
分
含氮 解
物质
好 氧 分 解
好 氧 微 生 物
厌 氧 分 解
厌 氧 微 生 物
本章主要内容：
第一节 第二节 第三节 第四节
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。 ■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。
（2）可以降解水中的溶解性有机物，
这也是物理化学方法难以做到的。
（三）好氧活性污泥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。 பைடு நூலகம்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
C 污泥膨胀
➢概念：活性污泥的性能发生变化，絮块漂浮水面，
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
◆ BOD;N及BOD:P很高，特别N不足； （BOD:N:P=100:5:1)
第十一章 污水生物处理系统中的主要微生物详解
促进滤池净化速 度，提高滤池整体 的处理效率
膜外层
轮虫、线虫、寡毛 类的沙蚕、颗体虫
去除滤池内的污 泥、防止污泥积聚 和堵塞
三 废水的厌氧生物处理
（一） 厌氧生物处理的基本原理及厌氧微生物 （二） 厌氧生物处理的影响因素 （三） 厌氧法处理废水的特征 （四） 厌氧法处理废水的应用
第十一章 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 生物法处理废水对水质的要求
基本概念： 有机物的生物分解：
通过一系列的生化反应，最终将有机物分解成小分子 有机物或简单无机物的过程。 根据是否有氧气存在的条件下进行，生物分解分为 好氧分解和厌氧分解两种。 好氧分解最终产物
好氧
反应池体积% 8-13
或厌生物塘 或厌氧滤池
5
15-25
3-5
40-60
• 悬挂型填料 • 弹性立体填料
网片式立体填料
3 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
是稳定而无臭的物质，包括二氧化碳、水、硝酸盐、 硫酸盐、磷酸盐等。 厌氧分解最终产物 主要是甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等。
好氧处理和厌氧处理:
通常低浓度（COD＜1500mg/L）的有机污染物废水适合 用好氧处理。
对于高浓度有机污废水（COD≥1500mg/L）用厌氧处理更 为适宜。
为什么过高COD的废水不宜用好氧法？
（一） 厌氧生物处理的基本原理及参加的微生物
水处理生物学-第11章-污水生物处理系统中的主要微生物可编辑全文
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30min
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（二）活性污泥法运行中微生物造成的问题
活性污泥絮体（絮粒）大小（平均直径）： 一般为 50~1000 m
大粒：> 500 m 中粒：50~500 m 细小：< 50 m
活性污泥絮体结构 微结构 ：絮体形成菌，直径 < 75 m 宏结构 ：丝状菌骨架
11
活性污泥絮体的宏结构——丝状菌适量
（1）现象 有大块污泥上浮，污泥腐败变黑、有恶臭。
（2）原因 有死角区产生厌氧
（3）对策 消除死角、改进刮泥设备等
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*4、污泥上浮
（1）现象 污泥在二沉池中呈块状上浮
（2）原因 二沉池停留时间过长、硝酸盐浓度较高，产生了 反硝化。 （3）对策 增加回流污泥量或及时排泥，在曝气池末端增 加供氧
27
7
活性污泥中微生物的数量
对于正常城市污水的活性污泥混合液，一般： ❖ 细菌：占主体，可占混合液干重 90~95%；
一般为：107~ 109个/mL； ❖ 原生动物：可达5000~20000个/mL，
其中70~90%为纤毛类；固纤可达1000个以上/mL
❖ 轮虫：100~200个/mL； ❖ 线虫：平均100个左右/mL； ❖ 其它后生动物：100个以下/mL；
善污泥的絮凝同时也会增加絮体的强度
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7、非丝状菌引起的污泥膨胀
又称菌胶团膨胀或黏性膨胀
胞外多聚物（ECP）分泌过多，呈糊状或果冻 状外观
发生的比较少，约占污泥膨胀的10%。 温度在20℃以上时易发生丝状菌膨胀，而在低
温（15℃以下）、高负荷情况下，可能发生菌 胶团膨胀
33
三、生物膜法及其主要微生物
（3）温度： 12℃下降，5℃停止； 30℃活性最大，超过30℃酶变性
11废水生物处理基本原理
⑶真菌：活性污泥中的真菌主要是腐生或寄 生的丝状菌。具有分解碳水化合物、脂肪、 蛋白质及其他含氮化合物的功能，但若大量 异常地增殖会导致产生污泥膨胀现象。真菌 在活性污泥中的大量出现往往与水质有关， 某些含碳较高或pH较低的工业废水处理系统 中常可观察到较多的霉菌出现。
⑷原生动物：废水净化由差变好的过程中，依次出 现：肉足虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫 ⑸微型后生动物：后生动物在活性污泥系统中并不 经常出现，只有在处理水质良好时才有一些微型后 生动物存在，主要有轮虫、线虫和寡毛类。它们多 以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食。一般来 说，轮虫的出现反映了有机质的含量较低，水质较 好；线虫可在城市污水厂的活性污泥中大量存在。 活性污泥中的寡毛类以颤蚯蚓为代表，是活性污泥 中体形最大、分化较高级的一种多细胞生物。
轮虫、线虫、 寡毛类的沙 蚕、顠体虫 去除滤池内的 污泥、防止污 泥积聚和堵塞
生物组成
以菌胶团为主 要组分，辅以 固着型纤毛虫及 浮游球衣菌、 游泳型纤毛虫 藻类等 净化和稳定 污、废水水质 促进滤池净化速 度，提高滤池整 体的处理效率
功能
（二）生物膜对有机物质的降解及其生长
①有机物从流动水中通过扩散作用转移到附着水中去，同时氧 也通过流动水、附着水进入生物膜的好氧层； ②生物膜中的有机物进行好氧分解；代谢产物如CO2、H2O等 无机物沿相反方向排至流动水层及空气中；
厌氧消化机理
厌氧生物处理（或称厌气生物处理）是在无氧的条件
下，借厌氧微生物（包括兼性微生物），主要是厌氧菌 （包括兼性菌）的作用来进行的。
厌氧活性污泥净化废水的作用机理：
三阶段理论：
▲水解发酵阶段
▲产氢、产乙酸阶段 ▲产甲烷阶段 乙酸
污水生物处理系统中的主要微生物
活性污泥的丝状菌膨胀的机制
在不利的环境中，丝状菌的适应性、竞争力强
1. DO低
2. 低分子可溶性有机物
3. 氮磷营养素的不足 4. 有机负荷的影响
有机负荷冲击 有机负荷的高或低
活性污泥的丝状菌膨胀的对策
1. 控制污泥负荷：控制负荷在 0.2～0.45 kg BOD5/(kg MLSS·d) 之间为宜
发生的比较少，约占污泥膨胀的10%。 温度在20℃以上时易发生丝状菌膨胀，而在低
温（15℃以下）、高负荷情况下，可能发生菌 胶团膨胀
三、生物膜法及其主要微生物
普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、 生物转盘、生物接触氧化等
（一）好氧生物膜中微生物群落
① 生物膜微生物：菌胶团为主 ② 生物膜面生物：固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫 ③ 滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类
2. 控制营养比例：BOD5∶N∶P ＝ 100∶5∶1 3. 控制DO：曝气池出口的DO在 2 mg/L 以上 4. 加氯、臭氧或过氧化氢 5. 投加混凝剂：石灰、FeCl3、高分子絮凝剂。改
善污泥的絮凝同时也会增加絮体的强度
7、非丝状菌引起的污泥膨胀
又称菌胶团膨胀或黏性膨胀
胞外多聚物（ECP）分泌过多，呈糊状或果冻 状外观
2.2、散落状絮凝物
（1）现象 二沉池表面可看到松散的絮状物悬浮，但出水尚 清澈，沉速较慢。
（2）原因 泥龄低（污泥未成熟）
（3）对策 减小剩余污泥排放量，适当降低F/M
*3、）原因 有死角区产生厌氧
（3）对策 消除死角、改进刮泥设备等
活性污泥中微生物种类、数量的改变具有 重要的指示作用
❖ 对于正常运行的活性污泥，如果出现辐射变形虫、多核 变形虫等（肉足虫）增多，可能会出现活性污泥絮体变 小，出水会混浊、SS升高。如果这类微生物急增，须进 行相应的工艺调整（减小回流污泥量和曝气量）
污水处理常见微生物及指示
污水处理常见微生物及指示污水处理常见微生物及指示1. 引言污水处理是现代城市和工业制造中不可或缺的环节。
为了高效地处理污水，常常需要依赖于微生物的作用。
微生物在污水处理中扮演着重要的角色，它们能够分解有机物、氧化污染物、去除氮磷等。
了解污水处理中常见的微生物以及它们的指示作用，对于提升污水处理效果具有重要意义。
2. 厌氧菌2.1 介绍厌氧菌是一类在缺氧环境下繁殖的微生物。
在污水处理中，厌氧菌通常被用于处理有机物。
它们具有降解底物的能力，能够将有机物分解为甲烷气体和二氧化碳。
厌氧菌还具有吸附重金属离子、还原污染物等功能。
2.2 指示作用厌氧菌的存在可以指示污水处理系统中存在的有机物。
若厌氧菌数量过多，可能意味着底物过剩、系统缺氧等问题；若数量过少，可能表明有机物分解不完全、底物不足等。
3. 好氧菌3.1 介绍好氧菌是一类在氧气充足条件下繁殖的微生物。
它们在污水处理中承担着氧化有机物、去除氮磷等任务。
好氧菌通常分为两类：异养好氧菌和自养好氧菌。
3.2 指示作用好氧菌的存在可以指示污水处理系统中的氧气供给充足，也表明系统中的有机物和氮磷等污染物得到了有效去除。
在操作过程中，好氧菌数量的变化可以用于判断系统运行状态和参数调控。
4. 好氧-厌氧一体化微生物4.1 介绍好氧-厌氧一体化微生物是污水处理中应用较广泛的微生物群体。
它们具有综合的降解能力，能够处理多种污染物，包括有机物、氮磷等。
4.2 指示作用好氧-厌氧一体化微生物的存在可以指示系统中的降解能力和处理效果。
监测好氧-厌氧一体化微生物的数量和种类，可以了解系统的稳定性和运行状态，对于提升处理效果具有指导意义。
5.污水处理中的微生物在分解有机物、氧化污染物、去除氮磷等方面发挥着重要的作用。
了解污水处理中常见的微生物及其指示作用，有助于优化污水处理系统的操作和管理。
通过合理监测、调控微生物的数量和种类，可以提高污水处理效果，保护环境和公共健康。
污水处理中的微生物
污水处理中的微生物一、污水处理中的微生物分类污水处理中的微生物种类很多，主要有菌类，藻类以及动物类。
1、细菌细菌的适应性强，增长速度快。
根据对营养物需求的不同，可将细菌分为自养菌和异养菌两大类。
自养菌利用各种无机物(CO2、HCO3-、NO3-、PO43-等)为营养将其转化为另一种无机物，释放出能量，合成细胞物质，其碳源、氮源和磷源皆为无机物。
异养菌以有机碳作碳源，有机或无机氮为氮源，将其转化为CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等无机物，释放出能量，合成细胞物质。
污水处理设施中的微生物主要是异养菌。
2、真菌真菌包括霉菌和酵母菌。
真菌是好氧菌，以有机物为碳源，生长pH为2-9，最佳pH为5.6。
真菌需氧量少，只有细菌的一半。
真菌常出现于低pH值、分子氧较少的环境中。
真菌丝体对活性污泥的凝聚起到骨架作用，但过多丝状菌的出现会影响污泥的沉淀性能，而引起污泥膨胀。
真菌在污水处理的作用是不可忽视的。
3、藻类藻类是单细胞和多细胞的植物性微生物。
它含有叶绿素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧气，吸收水中的氮、磷等营养元素合成自身细胞。
4、原生动物原生动物是最低等的能进行分裂增殖的单细胞动物。
污水中的原生动物既是水质净化者又是水质指示物。
绝大多数原生动物属于好氧异养型。
在污水处理中，原生动物的作用没有细菌重要，但由于大多数原生动物能吞食固态有机物和游离细菌，所以有净化水质的作用。
原生动物对环境的变化比较敏感，在不同的水质环境中出现不同的原生动物，所以是水质指示物。
例如，溶解氧充足时钟虫大量出现，溶解氧低于1/L时出现较少，也不活跃。
5、后生动物后生动物是多细胞动物。
在污水处理设施和稳定塘中常见的后生动物有轮虫、线虫和甲壳类的动物。
后生动物皆为好氧微生物，生活在较好的水质环境中。
后生动物以细菌、原生动物、藻类和有机固体为食，它们的出现表明处理效果较好，是污水处理的指示性生物。
二、微生物的代谢微生物的生命过程是营养不断被利用，细胞物质不断合成又不断消耗的过程。
污水处理过程中常见的微生物图谱
污水处理过程中常见的微生物图谱微生物在污水处理厂生化系统调试、后期稳定运行和工艺调整过程中，起着很重要的指示作用，通过镜检活性污泥中的微生物状况，可以获得该活性污泥的相关性状信息，对生产起到一定的指导作用。
在活性污泥系统中，根据对活性污泥是否有利将原生动物分为非活性污泥类原生动物、中间性活性污泥类原生动物和活性污泥类。
1.活性污泥类原生动物活性污泥类原后生动物种类最多，其指标对活性污泥所处状态具有较高的参考价值，此类原后生动物作为优势种出现就可以认为此系统是较为成熟的活性污泥系统，处理效果较理想，常见的活性污泥类原后生动物有以下几种：1.1钟虫1）形态特点：若钟形，前端口围边缘较本体更宽阔，后端有钟柄具有伸缩性。
内质含有不少卵圆形的食物泡，往往带一些黄色。
2）活动特点：固着生长于菌胶团。
3）指示意义：在运行初期曝气池中大量出现钟虫时，表明活性污泥已成熟，充氧正常。
水中溶解氧含量适中时，钟虫很活跃；当溶解氧少于1mg/L时就不活跃，前端会出现一个大气泡（又有人发现溶氧过多时钟虫前端也会有大气泡）。
所以，钟虫前端出现气泡，往往说明充氧不正常，水质将变坏。
当钟虫口盘缩进、伸缩泡很大，细胞质空泡化、活动力差、畸形、接合生殖、有大量孢囊形成等现象时，即使虫数较多，也说明处理效果不好。
4）图例：图1图2图3领钟虫图4沟钟虫图5污钟虫图6八钟虫图7小口钟虫图8游泳钟虫图9长钟虫1.2累枝虫1）形态特点：虫体与钟虫相似，前端有膨大的围口唇。
群体，柄无肌丝而不收缩。
2）活动特点：固着生长，个别种营浮游生活。
3）指示作用：水质澄清良好、出水清澈透明时与钟虫、盖虫、轮虫等同时出现。
而在生活污水中累枝虫大量出现则是污泥膨胀、解絮的征兆。
4）图例：图1图2图3湖累枝虫（a）正常的双分叉形分枝；（b）不正常的双分叉形分枝；（c）杆柱形分枝；（d）收缩状态；（e）自然环境中分枝的双分叉型；（f）无恒型分枝图4瓶累枝虫图5浮游累枝虫（a）分枝的一部分（a）自然环境中群体分枝状态；(b)收缩的形态(b)活性污泥中分枝及伸展状态；（c）自然环境中个体伸展状态1.3三刺榴弹虫（又名板壳虫）1）形态特点：体呈榴弹形,外质硬化，体表由排列整齐的外质壳板围裹。
污水处理常见微生物及指示
污水处理常见微生物及指示污水处理常见微生物及指示1. 概述污水处理是指对生活、工业生产等过程中产生的废水进行处理，以达到能够排放或循环利用的要求。
微生物在污水处理中起着重要的作用，通过生物降解、生物吸附、生物沉淀等作用，可以有效去除废水中的有机物、氮、磷等污染物。
本文将介绍污水处理过程中常见的微生物及其指示作用。
2. 厌氧微生物2.1 硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌主要生长在无氧环境下，通过代谢有机物产生硫化氢和其他硫酸盐，起到去除废水中硫酸盐的作用。
其指示作用主要体现在废水中硫化氢含量的检测。
2.2 甲烷菌甲烷菌是一类厌氧微生物，可以将废水中的甲酸、乙酸等有机物转化为甲烷气体。
通过检测废水中甲烷气体的含量，可以评估甲烷菌的活性，进而判断厌氧环境中的有机物降解情况。
3. 好氧微生物3.1 铵化细菌铵化细菌可以将废水中的氨氮转化为硝酸盐，完成氮的氧化过程。
通过检测废水中硝酸盐的含量，可以评估铵化细菌的活性和废水中氨氮的去除效果。
3.2 硝化细菌硝化细菌可以进一步将废水中的亚硝酸盐氧化为硝酸盐，完成废水中氮的氧化过程。
通过检测废水中亚硝酸盐和硝酸盐的含量，可以评估硝化细菌的活性和废水中氨氮的完全去除情况。
4. 法律名词及注释4.1 污水处理：对生活、工业生产等过程中产生的废水进行处理，以达到能够排放或循环利用的要求。
4.2 微生物降解：微生物通过代谢作用将有机物分解为简单的无机物的过程。
4.3 生物吸附：微生物通过吸附作用将废水中有机物、金属离子等物质吸附到自身表面，从而实现废水中污染物的去除。
4.4 生物沉淀：微生物在废水处理过程中，通过产生胞外聚合物、胞内聚合物等物质，促进污染物的固化和沉淀。
5. 附件本文档涉及附件，请参阅附件部分相关信息。
《水处理生物学》(顾夏声-第4版)课后习题答案
《水处理生物学》课后思考题解答第一章绪论1．“水处理生物学”的研究对象是什么？答："水处理生物学"研究的对象主要集中在与水中的污染物迁移、分解及转化过程密切相关的微生物、微型水生动物和水生/湿生植物，特别是应用于水处理工程实践的生物种类。
细菌等原核微生物在水处理工程中通常起着关键的作用，是水处理生物学研究的重点。
2．水中常见的微生物种类有哪些？答：水中的主要微生物分为非细胞生物（病毒）和细胞生物两种类型。
在细胞生物中又分为古菌、原核生物（如细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体等）、真核生物。
真核生物又可细分为藻类、真菌（如酵母菌、霉菌等）、原生动物（分为肉足类、鞭毛类、纤毛类）、微型后生动物。
3．微生物有哪些基本特征？为什么？答：微生物除了具有个体微小、结构简单、进化地位低等特点外，还具有以下特点：（1）种类多。
（2）分布广。
微生物个体小而轻，可随着灰尘四处飞扬,因此广泛分布于土壤、水和空气等自然环境中。
土壤中含有丰富的微生物所需要的营养物质，所以土壤中微生物的种类和数量很多。
（3）繁殖快。
大多数微生物在几十分钟内可繁殖一代，即由一个分裂为两个。
如果条件适宜，经过10h就可繁殖为数亿个。
（4）易变异。
这一特点使微生物较能适应外界环境条件的变化。
4．微生物命名常用的双名法的主要规定是什么？答：一种微生物的名称由两个拉丁文单词组成，第一个是属名，用拉丁文名词表示，词首字母大写，它描述微生物的主要特征；第二个是种名，用拉丁文形容词表示，词首字母不大写，它描述微生物的次要特征。
有时候在前面所述的两个单词之后还会有一个单词，这个单词往往是说明微生物的命名人。
5．水中小型动物和水生植物在水体水质净化中各起什么样的作用？答：小型动物多指1～2mm以下的后生动物，它们与水处理过程，特别是环境水体水质净化过程有密切的关系，具有重要的生态功能。
底栖小型动物寿命较长，迁移能力有限，且包括敏感种和耐污种，故常称为"水下哨兵"，能长期检测有机污染物的慢性排放。
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一、生物脱氮
污水
好氧池 BOD5、硝化
缺氧池 反硝化
污泥回流
A/O生物脱氮工艺
混合液回流
排水 二沉池
剩余污泥
污水
缺氧池 反硝化
好氧池 BOD5、硝化
排水 二沉池
污泥回流
剩 余污泥
Anoxic/Oxic，简称A/O工艺
（一）硝化过程的主要影响因素
（1）污泥龄（SRT）: 大于20~30d
（2）溶解氧（DO）： 活性污泥 DO > 2mg/L 生物膜 DO > 3mg/L
➢ 与生物泡沫形成有关的微生物
某些诺卡氏菌属的丝状菌
6、丝状菌引起的污泥膨胀
（1）现象 膨胀后污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的结构 松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少（但 较清澈），镜检丝状菌多
（2）原因 DO浓度过低、污泥负荷率低、曝气池进水中含 有较多化粪池出水，营养不足、低 pH 值（ pH < 6.5）
第十一章 污水生物处理系统中的 主要微生物
普通活性污泥法的基本流程
污水
初沉池
曝气池
二沉池
排水
污泥回流
剩余污泥
11.1 污水生物处理的基本原理
一、污水生物处理的基本原理
利用微生物处理污水的方法叫生物处理法。
二、污水生物处理的基本类型
悬浮生长型：活性污泥法 附着生长型：生物膜法
好氧处理 厌氧处理
三、污水生物处理系统中的微生物
活性污泥中微生物种类、数量的改变具有 重要的指示作用
❖ 对于正常运行的活性污泥，如果出现辐射变形虫、多核 变形虫等（肉足虫）增多，可能会出现活性污泥絮体变 小，出水会混浊、SS升高。如果这类微生物急增，须进 行相应的工艺调整（减小回流污泥量和曝气量）
❖ 在活性污泥恢复过程中，会出现漫游虫、斜管虫、尖毛 虫等（游泳型纤毛虫）
（1）不产甲烷的微生物 （2）产甲烷细菌
4% H2 + CO2
丙酸、丁酸等脂肪 酸及乳酸、芳香酸 等有机酸、醇类等
20%
（2）产氢产乙酸菌
（4）同型产乙酸菌
乙酸
（3）产甲烷菌 CH4
厌氧接触工艺
二、厌氧处理的主要控制因素
产甲烷细菌对于温度和酸碱度的反应都相当敏感。
一般的产甲烷细菌都是中温性的、最适宜的温度 在25～40℃之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度 则在50～60℃之间。
三、含硫废水的生物处理 （一）含硫酸盐废水的厌氧处理
反硫化作用：硫酸盐还原菌以SO42-作为最终电 子受体，还原为H2S , 产物Na2S回收
（二）含硫化氢废水的好氧处理
硫化作用：H2S → S0 → SO42 生成S0 的控制：DO 浓度≤ 1mg/L，产生量大
厌氧/缺氧/好氧脱氮除磷工艺
进水
厌氧
混合液回流
缺氧
好氧
回流污泥
出水 二沉池
剩余污泥
Anaerobic/Anoxic/Oxic，简称A2/O工艺
生物除磷工艺的进展
针对同步脱氮除磷中硝酸盐对厌氧释磷影 响的改进
倒置A2/O工艺
混合液回流
进水
缺氧
厌氧
好氧
污泥回流
出水 二沉池
剩余污泥
UCT工艺
缺氧混合液回流
丝状菌适量的活性污泥絮体
丝状菌过多的活性污泥絮体
针状絮体
1、不凝聚（或污泥解体）
（1）现象 二沉池中出现细小的上浮颗粒，出水混浊，无泥 水界面。 （2）原因 曝气过量造成絮体碎裂，或者毒物进入，冲击负 荷，造成细菌不能凝聚成絮体
（3）对策 针对性处理
2、微小絮体 2.1、针状絮凝物
（1）现象 细小密实的絮凝体、出水有混浊（尚清澈），但 有针絮随水流走 （2）原因 泥龄高 （3）对策 增大剩余污泥排放，适当提高有机负荷率（F/M ）
硝化的过程中过量吸磷。 通过创造厌氧—缺氧交替的环境可以富集
DPB。
BCFS工艺（一种变型的UCT工艺）
QA
QC
进水
厌氧池
接触池
缺氧池
混合池
好氧池
出水 二沉池
QB（为DPB提供硝化液）
化学 除磷
化学磷污泥
污泥回流
接触池：主要是控制丝状菌 缺氧池：反硝化除磷 缺氧/好氧混合池：反硝化脱氮
剩余污泥
2.2、散落状絮凝物
（1）现象 二沉池表面可看到松散的絮状物悬浮，但出水尚 清澈，沉速较慢。
（2）原因 泥龄低（污泥未成熟）
（3）对策 减小剩余污泥排放量，适当降低F/M
*3、污泥腐化
（1）现象 有大块污泥上浮，污泥腐败变黑、有恶臭。
（2）原因 有死角区产生厌氧
（3）对策 消除死角、改进刮泥设备等
总之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈现种 类依次增多，数量依次减少的变化。微型动物基本 上按照鞭毛虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮 虫、线虫的顺序出现。
11.3 有机污染物厌氧生物处理的 基本原理及其主要微生物
一、参与厌氧处理的微生物
有机物
（多糖、脂肪、 蛋白质）
（1）发酵细菌
一般分为两大类：
P的变化： 有机物：
异染颗粒
Pi
能量
有机物（BOD5）
PHB
能量
异染颗粒 CO2、 H2O
初
沉
厌氧池
好氧池
池
初沉污泥
回流污泥
二 沉 出水 池
剩余污泥
厌氧－好氧活性污泥法（ Anaerobic/Oxic ，A2/O法） 除磷工艺流程图
PHA：聚β-羟基链烷酸 PHA：PHB + PHV（聚β-羟基戊酸），以PHB为主
（3）温度： 12℃下降，5℃停止； 30℃活性最大，超过30℃酶变性
（4）pH：氨氧化菌：7.0~7.8； 亚硝酸氧化菌：7.7~8.1
（5）营养物质： BOD5/TN、氨氮浓度均影响硝化细菌的比例
（6）毒物：重金属、有机物
（二）反硝化过程的主要影响因素
（1）营养物质
BOD5 / TN > 3 （2）溶解氧（DO）
进水
厌氧
硝化混合液回流
缺氧
好氧
出水 二沉池
回流污泥
剩余污泥
改良型UCT（MUCT）工艺
缺氧混合液回流（100%~200%） 硝化混合液回流（100%~200%）
进水
厌氧
缺氧
缺氧
好氧
出水 二沉池
回流污泥(50%~100%)
剩余污泥
新机理发现导致的生物除磷工艺进展
反硝化除磷机理 反硝化聚磷菌（DPB）的发现 DPB可以利用硝酸盐作为电子受体，在反
影响生物除磷的主要因素
（1）DO/氧化还原电位 厌氧池：Eh > 0 时不能释磷 Eh应控在-200~-300mV 好氧池：DO >2mg/L
（2）温度：影响不大 （3）pH：中性－弱碱性 （4）NOx－N： NO3－N < 0.2mg/L （5）C源： BOD5/TP > 15（20~30） （6）SRT： 短些好(3.5~7d)
活性污泥的丝状菌膨胀的机制
在不利的环境中，丝状菌的适应性、竞争力强
1. DO低
2. 低分子可溶性有机物
3. 氮磷营养素的不足 4. 有机负荷的影响
有机负荷冲击 有机负荷的高或低
活性污泥的丝状菌膨胀的对策
1. 控制污泥负荷：控制负荷在 0.2～0.45 kg BOD5/(kg MLSS·d) 之间为宜
生物滤池
生物转盘
生物接触氧化
（二）生物膜中微生物的演替规律
若以溶解氧控制 考虑生态演替规律的 话，主要体现在从生 物外表面到滤料(或盘 片)表面优势微生物种 群变化顺序上，即按 好氧→兼性→厌氧的 顺序变化。
若以有机营养因子控制生态演替规律，主要体现 在沿废水流向出现的优势微生物种群。在生物滤池的 下层(或转盘前边盘片)，有机物浓度高，生物膜厚， 主要由菌胶团菌组成；在中层(或盘片)，有机物浓度 开始降低，开始大量出现丝状菌，并伴有少量的原生 动物，鞭毛虫、游泳型纤毛虫等。在上层(或盘片)如 有机物浓度减少，生物膜变薄，种类多，数量少，有 柄纤毛虫和轮虫占优势。
生物脱氮工艺的进展
厌氧氨氧化（ANAMMOX）
厌氧氨氧化菌
NH4+ + NO2-→N2 + 2H2O
与短程硝化组合：亚硝化–厌氧氨氧化 组合工艺
0.5NH4+ + 0.75O2→0.5NO2- + H+ + 0.5H2O 0.5NH4+ + 0.5NO2-→0.5N2 + H2O
NH4+ + 0.75O2→0.5N2 + H+ + 1.5H2O
2. 控制营养比例：BOD5∶N∶P ＝ 100∶5∶1 3. 控制DO：曝气池出口的DO在 2 mg/L 以上 4. 加氯、臭氧或过氧化氢 5. 投加混凝剂：石灰、FeCl3、高分子絮凝剂。改
善污泥的絮凝同时也会增加絮体的强度
7、非丝状菌引起的污泥膨胀
又称菌胶团膨胀或黏性膨胀
胞外多聚物（ECP）分泌过多，呈糊状或果冻 状外观
*4、污泥上浮
（1）现象 污泥在二沉池中呈块状上浮
（2）原因 二沉池停留时间过长、硝酸盐浓度较高，产生了 反硝化。 （3）对策 增加回流污泥量或及时排泥，在曝气池末端增 加供氧
5、泡沫
➢ 对于泡沫问题，应认真观察分析，确认泡沫种类及 产生原因，对症下药。 （1）启动泡沫。在污泥培养过程中出现这种现象， 是正常情况。 （2）反硝化泡沫。 （3）生物泡沫。
活性污泥中微生物的数量
对于正常城市污水的活性污泥混合液，一般： ❖ 细菌：占主体，可占混合液干重 90~95%；