第11章 污水生物处理系统中的主要微生物

（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
活性污泥絮体的宏结构——丝状菌适量
活性污泥絮体的宏结构——丝状菌过量
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；
（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。
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
生物处理构筑物中包含着一个完整的生态系统。
11.2 有机污染物好氧生物处理的基本 原理及其主要的微生物
一、污水的好氧生物处理
好氧生物处理是在有氧的情况下，利用好氧微生物的 作用来进行的。
二、活性污泥法处理构筑物内的微生物
（一）活性污泥生态学其常见微生物
细菌：假单胞菌、无色菌、黄杆菌…… 丝状菌：硫细菌、霉菌…… 原生动物：钟虫、盖纤虫、等枝虫…… 后生动物：轮虫
因当酸量积累至足以降低 pH 值时，厌氧处理的 效果已经显著下降，甚至停止产气。
三、厌氧处理的各种反应器
应用最普遍的是消化池 接触消化池、厌氧生物滤池、UASB、 EGSB等
厌氧消化池
UASB反应器——升流式厌氧污泥床
UASB反应器
EGSB反应器——厌氧颗粒污泥膨胀床
11.4 无机污染物生物处理的基本 原理及其主要微生物
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
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
生物脱氮工艺的进展 短程硝化反硝化
硝化
硝化
NH3-N
NO2--N
反硝化
N2
➢ 控制温度、泥龄、DO、pH等
NO3--N
➢ 节约需氧量、减少有机碳源、缩短反应时间、减 少反应器容积
活性污泥：DO < 0.5mg/L； 生物膜： DO < 1.5mg/L
（3）温度 最佳温度40℃，适宜温度20~40℃
（4）pH 最适范围：7.0~7.5
二、生物除磷
异染颗粒 化学组分为多聚偏磷酸盐，为磷源和能源贮藏 物 厌氧分解释放Pi，好氧吸收Pi合成
PHB 聚 β-羟基丁酸盐，是一种碳源和能源的贮藏物 有机物厌氧代谢的产物
在废水厌氧分解处理构筑物内，常采用30～35℃ 的发酵温度。
产甲烷细菌生长最适宜的 pH 范围约在 6.8～7.2 产酸细菌适宜的 pH 范围较广，在 4.5～8 之间 在用厌氧法处理废水的应用中，常保持处理构筑
物内的pH值在6.5～7.5（最好在6.8～7.2）。 在实际运行中，有机酸的控制较 pH 值更为重要，
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 ）
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、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：
*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）
❖ 一旦出现丝状菌增殖的趋势，4~7天后SVI就会急剧上升， 甚至会超过200（活性污泥膨胀）
SVI ( 污泥体积指数 ) ：指曝气池混合液经30min静沉后, 相 应的1g干污泥所占的容积(以mL计) 。 即: SVI=SV30 / MLSS, SVI正常以70~100为宜
0min
15min
30min
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)
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，来自百度文库类多，数量少，有 柄纤毛虫和轮虫占优势。
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
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
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
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
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
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
➢ 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）
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）
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