环境微生物学：&&
第九章 废水好氧生物处理的微生物原理与应用
一、教学大纲基本要求
掌握废水好氧生理处理的微生物学原因，掌握活性污泥法及生物膜法的工艺流程及基本特性，了解影响活性污泥法运行的影响因素及其控制。了解活性污泥运行过程中常出现的微生物学问题及其解决途径。了解活性污泥及生物膜的运行方式。
二、本章知识要点
（一）名词解释
1、活性污泥：多种好氧及兼性厌氧微生物与污（废）水中的有机和无机固体混凝交织在一起形成絮状体或绒粒。
2、活性污泥法：依靠曝气池中悬浮流动的活性污泥来分解有机物的污（废）水净化工艺。
3、生物膜法：利用滤料或载体上固着生长的膜状微生物污泥对污水有机污染物进行进行降解的污（废）水净化工艺。
4、废水好氧生物处理：微生物好氧处理污水是指向污水中强行通气，利用好氧微生物降解污水中污染物的方法。
5、混合悬浮固体：单位体积的活性污泥中含有的干固体重量，是衡量污泥中微生物浓度的一种指标。
（二）知识要点
1 好氧处理的基本原理
在有氧的条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使有机物的浓度下降而微生物量增加。由于有机污染物结构和性质的不同，好氧微生物的优势种群组成和数量也相应地发生变化。有机污染物好氧微生物处理的过程为：大分子的有机污染物首先在微生物产生的各类胞外酶的作用下分解为小分子有机物，进而被好氧微生物继续氧化分解，通过不同途径进人三羧酸循环，最终被彻底分解为二氧化碳、水、硝酸盐和硫酸盐等简单的无机物。
2 活性污泥法
基本特性 组成：多种好氧及兼性厌氧微生物（少量的专性厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机的固体特混凝交织在一起，形成絮状体或绒粒。性质：含水率99%，具沉降性；具生物活性，具吸附、氧化有机物的能力，有自我繁殖能力；絮体大小为0.02~0.2mm，比表面积20~100cm2/ml；呈弱酸性（pH6.7左右），具有一定pH缓冲能力（进水改变时）。存在状态：在完合混合式曝气池内，因曝气搅动，始终与污（废）水完全混合，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。
活性污泥法的运行方式 （1）推流式活性污泥法：有机物在曝气池内降解，经历了吸附和代谢的完整过程，同时，活性污泥（微生物组成和数量）增长速率、有机物降解速率和浓度、需氧速率溶氧浓度也经历了一个从池首到池尾的动态变化。（2）完全混合活性污泥法污：（废）水与回流污泥进入曝气池后,立即与池内原有的混合液充分混合,池内混合液的组成、F/M值（污泥有机负荷）以及活性污泥微生物的数量和组成等参数是完全均匀一致的，有机物降解速率、耗氧速率都不变的，而且在池内各部位都是相同的。水质与处理水相同。（3）氧化沟：又称循环曝气池。从构造方面看，形式多样化，运行灵活。一般为环形沟渠状，平面多为椭圆形成、圆形，长达几十米或上百米。可以是单沟或多沟系统。从水流混合方面看，在流态上，介于完全混合与推流之间。
活性污泥运行的影响因素及其控制 （1）溶解氧（2）水温（3）营养物质（4）pH
活性污泥运行常见的微生物学问题 二沉池中泥水分离问题。是由污泥絮体结构的不正常造成。表现为：（1）不凝聚、（2）微小絮体、（3）起泡沫、（4）丝状菌污泥膨胀。控制方法：（1）营养比例
C/N 真菌喜欢高碳基质，降低C/N可以控制真菌生长（2）控制溶解氧
（3）加氧化剂（4）加絮凝剂。
3、生物膜法
生物膜法实质是使微生物在滤料或某些载体上生长繁育，并形成膜状生物污泥，而污水与生物膜接触，污水中的有机污染物被生物膜上的微生物取作营养物质，从而使污水得到净化，而微生物得到繁衍。
生物膜的基本特性 （1）生物组成：生长的微生物种类多，食物链长，且较复杂；（2）结构：液层（流动水层、附着水层）及生物膜（好氧层、厌氧层），有机物的降解主要发生在好氧层内。
生物膜的基本流程 初沉池：去除大部分悬浮固体物质，防止生物膜反应器堵塞；二沉池：去除脱落的生物膜，提高出水水质。出水回流：当进水浓度较大时，生物膜增长过快，采用出水回流，以稀释进水有机物浓度，提高生物膜反应器的水力负荷，加大水流对生物膜的冲刷作用，更新生物膜，避免生物膜过量累积，维持良好的生物膜活性和合适的膜厚度。
生物膜反应器运行方式 （1）普通生物滤池：又称滴滤池；（2）塔式生物滤池：简称滤塔；（3）生物转盘：生物转盘是由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。
三、重点、难点
（一）重点
1、微生物好氧处理的原理
2、活性污泥法的基本流程及特性
3、活性污泥法运行的影响因素及控制
4、生物膜法的基本流程及特性
（二）难点
1、生物膜法的基本流程及特性
2、好氧处理的基本原理用PCR指纹图技术分析焦化废水接触氧化池中悬浮污泥和生物膜的微生物种群组成--《中国微生态学杂志》2004年01期
用PCR指纹图技术分析焦化废水接触氧化池中悬浮污泥和生物膜的微生物种群组成
【摘要】：目的 :应用分子生物学方法 ,以处理焦化工业废水 (A2 /O生物膜工艺 )中的悬浮污泥和生物膜的微生物群落作为研究对象 ,分析不同环境微生物群落的组成差异。方法 :首先提取群落的总DNA ,获得ERIC PCR和LP RAPD指纹图谱并进行对比分析 ,然后结合群落探针杂交的技术 ,检查同样迁移率的条带的序列同源性 ,运用UVIBAND/MAP软件比较所得群落指纹图谱的相似性指数 ,从而可以得到群落差异的量化结果。结果 :焦化废水接触氧化池中 ,悬浮污泥和生物膜的微生物群落组成存在相当大的差异。结论 :通过这种差异的比较分析 ,有可能让我们更准确地了解氧化池中微生物的群落组成情况 ,有利于分析其与系统功能的关系
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：X172【正文快照】：
焦化废水是很难被生物降解的工业废水之一 ,它具有成分复杂、难降解有机物含量高 ,氨氮浓度高等特点。近年来国内科研机构为解决其中生物脱氮的问题 ,进行了一系列研究并取得一定的研究成果。其中 ,采用厌氧—缺氧—好氧生物膜工艺来处理焦化废水[10 ] ,通过其中的微生物群落
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复合式活性污泥生物膜工艺处理城市污水的试验研究
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谁有活性污泥处理的新工艺，包括原理、流程、优缺点、适用范围。
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这个是我们最近学的。你说的活性污泥法新工艺可能是我给你的最后几行的那个方法。不过都给你发过来吧，希望能帮到你！活性污泥法（Activated Sludge Process）
利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。活性污泥，是指由好气性微生物（包括细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物所共同组成的微生物絮体。活性污泥法中，进行污染物降解过程的主体是活性污泥中的微生物。可溶性有机物能被细菌、真菌等作为营养物质直接利用分解，而不能作为微型动物的直接营养源。细菌等腐生性微生物起着主要作用。此外，还存在原生动物、微型后生动物等完全动物营养性的微生物。形成活性污泥絮状体的细菌
菌胶团细菌构成活性污泥絮状体的主要成分，有很强的吸附、氧化有机物的能力。絮状体的形成能使细菌避免被微型动物所吞噬，且关系到污泥沉降和二沉池中能否有效进行泥水分离。菌胶团形成机理
交替基质说细胞老龄阶段，出现氮限制，细胞外聚合物分泌增加，这些细菌多糖能使细菌聚集。
纤维素学说细菌细胞分泌许多粘液或分泌纤维素，使细胞聚合成团，形成絮凝体。活性污泥中的丝状细菌
丝状细菌也是活性污泥的重要组成部分。
交叉穿织于菌胶团内，或附生于絮凝体表少数游离。
具有很强的氧化分解有机物的能力，能起净化污水的作用。活性污泥中的丝状细菌与污泥膨胀
当丝状细菌数量超过菌胶团细菌时，污泥絮凝体沉降性能变差，严重时引起活性污泥膨胀，导致出水水质下降。
主要有浮游球衣菌、贝氏硫细菌、发硫细菌等。
活性污泥膨胀原因：非丝状菌膨胀。丝状菌膨胀。活性污泥法降解过程
吸附阶段微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团，大量絮凝和吸附废水，污水中大部分有机污染物通过吸附去除。
摄取、分解阶段细菌将被吸附的污染物摄入细胞内，进行代谢，一部分转化为菌体本身的结构组分和新的细胞，另一部分完全被氧化为二氧化碳和水。活性污泥法基本原理
1914年英国人Ardern和Lockett创建该法。
1916年英国建成了第一座污水处理厂。活性污泥法的基本特征
利用生物絮凝体为生化反应的主体物；
利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源；
对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程；
采用沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物固体含量；
通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系统；
为保证系统内生物细胞平均停留的时间的稳定，经常排出一部分生物固体。活性污泥法的主要类型：按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式：
推流式：若干狭长流槽，废水从一端进入，另一端流出，随水流的过程，底物降解，微生物增长。
完全混合式：废水进入曝气池后，在搅拌下立即与池内活性污泥混合液混合，使进水得到良好稀释，污泥与废水充分混合，最大限度承受废水水质变化冲击。推流式活性污泥法
废水和回流污泥从曝气池一端同时进入反应系统，水流呈推流式。
包括四个单元：初沉池、曝气池、二沉池和污泥回流装置。
曝气池内，污染物浓度（F）与微生物的生物量（M）的比值F/M沿流程不断降低。短时曝气法
在曝气方法上加以改进：加大进口的通气量，然后随有机物浓度的逐渐降低而相应的减少通气量。又称为渐减曝气法。阶段曝气法
在普通推流式曝气法基础上，对进水点加以调整，使废水沿池长分若干点流入。
又称为多点进水法。优点：可以降低曝气池前端的耗氧速率，避免缺氧情况，提高了空气利用率和曝气池的工作能力。可以使曝气池体积缩小30％左右。 生物吸附法（再生吸附曝气法）
特点：废水的吸附和污泥的再生，即活性污泥净化废水的吸附阶段和氧化分解阶段，分别在两个池子或一个池子的两部分进行。
优点：对于处理废水中的胶状污染物较为理想。
能够使吸附和再生曝气池总体积减少50％以上。
不足：由于活性污泥在短时间内对可溶性有机物的吸附有一定限度，因而处理效果会略有降低。完全混合式活性污泥法
使原生污水和回流污泥进入曝气池后，立即与池内原有的混合液完全混合，使浓废水得到较好稀释。 优点：能够忍受较大的冲击负荷，而且充氧均匀。 不足：废水在池内停留时间较短，细菌始终处于对数生长期，所以处理效果一般比推流式处理差 完全混合式曝气池中，曝气区由叶轮进行搅拌，起着充氧、提升污泥和泥水混合的作用。序批式间歇反应器(Series Batch Reactor,SBR)
活性污泥法新工艺
通过程序化自动控制充水、反应、沉淀、排水排泥和停置五个阶段，实现对废水的生化处理。
运行期，各阶段的控制时间和总水力停留时间根据实验确定，并进行相应自动控制。
当采用完全曝气时，反应器内发生需氧过程在限量曝气条件下，反应器内产生缺氧或厌氧环境
SBR工艺优点：1. 可获得沉淀性能好的活性污泥2. 可极大提高活性污泥浓度3. 使活性污泥的活性明显提高4. 具有较快的生物繁殖速率5. 通过缺氧－厌氧－好氧过程，完成对难降解有机物的分解深水曝气活性污泥法
特点：曝气池深，提高了混合液的饱和溶解氧浓度，加快了氧传入混合液的速度，有利于有机污染物的降解与去除。
优点：曝气池纵深发展，占地面积小，节省动力消耗，剩余污泥少，由于利用水压所形成的强供氧能力，可进行高负荷运行。氧化沟
双沟式氧化沟：整个运行过程通过双沟交替进行，转刷低速时进行反硝化作用，高速时进行硝化作用，沟 1和沟 2交替出水。
优点：与常规的活性污泥法相比，氧化沟的污泥停留时间长，硝化反应容易进行，通过调节供氧量，可以获得较高的脱氮效率。
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微生物学原理 微生物（microorganism）：
一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小、构造简单的低等生物。大多为单细胞，少数为多细胞，还包括一些没有细胞结构的生物。古菌原核生物真核生物微生物的特点
体积小、面积大
吸收多、转化快
生长旺、繁殖快
适应强、变异频
分布广、种类多 (1) 细菌(Bacteria)细胞直径约0.5mm，长度约0.5-5mm、结构简单、细胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物 主要功能：降解污染物(2) 古菌(Archaebacteria) 古菌大多数为严格厌氧菌和兼性厌氧菌，仅少数为好氧菌，繁殖速度较慢古菌可以生活在极端环境，如：高盐分、极热、极酸和绝对厌氧的环境中常见古菌：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌(3) 真菌（Fungus）真菌是一大类具有典型细胞核的真核微生物。寄生或腐生方式生活。真菌作用：产生酶酶：一种具有催化性能的蛋白质。(4) 藻类(Algae)有叶绿体，能进行光合作用。(5) 原生动物(Protozoa)和微型后生动物(Metazoa)原生动物是动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物，包括鞭毛纲、肉足纲和纤毛纲的各种动物。微型后生动物包括：轮虫、线虫、寡毛虫、浮游甲壳动物等。原生动物和微型后生动物在污水生物处理中的作用：
净化作用、絮凝作用、指示作用 水处理常见的微型动物絮状污泥生物膜颗粒污泥(1) 絮状污泥（ Flocculent sludge)净化过程和机理
吸附阶段- 有机物从废水中转移到絮状污泥表面- 污泥吸附氧化阶段- 分解前阶段被吸附的有机物(2) 生物膜(Biofilm)
----附着生长在固体 (即填料,又称载体)表面的微生物聚集体特征 增殖速度慢、世代时间长的细菌和较高级的微生物能在膜上生长。在生物膜上生长的微生物种属多、类型全，构成的食物链长而复杂。利于污泥与废水的分离。组合填料固定式填料(3) 颗粒污泥(Granule)直径为0.5～6.0mm的球形或椭球形的微生物聚集体。 好氧颗粒污泥厌氧颗粒污泥颗粒污泥的优点 污泥的沉降性能好 生物活性高 抗冲击负荷能力强主要生物技术(1) 活性污泥法高碑店污水处理厂曝气池氧化沟又称循环曝气池，上世纪50年代开发，属活性污泥法的一种变法。氧化沟(2) 接触氧化工艺(3) 氧化塘原理图生物技术进展膜生物反应器流化床反应器内循化厌氧反应器白腐真菌产酶微型动物污泥减量微生物燃料电池人工湿地(1) 膜生物反应器(MBR)特点出水水质好且稳定占地面积小处理效率高自动化程度较高（2）生物流化床好氧高效分离生物流化复合反应器（4）白腐真菌产酶（5）微型动物的污泥减量污泥减量增效20-40%（6）微生物燃料电池MFC的基本原理MFC构型滇池流域卫星照片小结微生物学原理水处理生物技术是由微生物学、流体力学、化学、材料学等多学科集成而来的。学科交叉将是水处理生物技术的发展趋势，欢迎感兴趣的同学投入到环保领域中。
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潜流式人工湿地净化特性及微生物净化机理
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