1、環(huán)境微生物學(xué) 侯森暨南大學(xué)環(huán)境學(xué)院 （二）生物膜法 概念:依靠固著于載體表面的微生物膜來(lái)凈化有機(jī)物（附著生長(zhǎng)反應(yīng)器 ）載體:碎石、卵石、焦炭、塑料等1.生物膜特性(a)生物：多樣性高于活性污泥，微生物種類(lèi)多，食物鏈長(zhǎng)而復(fù)雜 類(lèi)群：菌膠團(tuán)菌和絲狀菌（主要）常見(jiàn)種屬：細(xì)菌：動(dòng)膠菌、假單胞菌等真菌：鐮孢霉、白地霉、酵母等藻類(lèi)：席藻、絲藻等1.生物膜特性b.結(jié)構(gòu)液 層：流動(dòng)水層、附著水層生物膜：好氧層、厭氧層（二）生物膜法2.生物膜的凈化原理好氧層-厭氧層吸附-降解食物鏈：有機(jī)質(zhì)細(xì)菌真菌原生動(dòng)物3. 生物膜的基本流程 （二）生物膜法4.生物膜的培育（1）自然掛膜法：污水中的自然菌種（2）菌種添加掛膜法

2、：投加高效菌種5.生物膜反應(yīng)器類(lèi)型及其應(yīng)用進(jìn)展（1）生物濾池普通生物濾池濾料：碎石、爐渣等；通風(fēng)：自然通風(fēng)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便缺點(diǎn)：不衛(wèi)生，處理效率低建設(shè)中的生物濾池典型的生物濾池的構(gòu)造 濾 床 布水設(shè)備排水系統(tǒng)自然通風(fēng),不設(shè)曝氣系統(tǒng).幾種常見(jiàn)濾料 比表面積在98340m2/m3，孔隙率為9395 比表面積在81195m2/m3，孔隙率為9395比表面積65100m2/m3，孔隙率4550 塑料濾料 比重小，孔隙率高，濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構(gòu)造。 國(guó)外一般采用雙層濾床，高7m左右；國(guó)內(nèi)常采用多層的“塔式”結(jié)構(gòu)，高度在10m以上。 石質(zhì)拳狀濾料 濾床高度：12.5m。

3、孔隙率低，濾床過(guò)高會(huì)影響通風(fēng)； 太重, 過(guò)高會(huì)影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。濾床高度同濾料種類(lèi)的關(guān)系布 水 設(shè) 備 為了使污水能均勻地分布在整個(gè)濾床表面上生物濾池的布水設(shè)備分為兩類(lèi)固定式噴嘴布水系統(tǒng)移動(dòng)式（常用回轉(zhuǎn)式）布水器排 水 系 統(tǒng) 作用收集污水與生物膜保證通風(fēng)支撐濾料組成排水假底池底集水溝5.生物膜反應(yīng)器類(lèi)型及其應(yīng)用進(jìn)展（1）生物濾池塔式生物濾池濾料：煤渣、高爐渣、新型材料等；通風(fēng)：自然通風(fēng)特點(diǎn)：分層；占地少；基建費(fèi)用省；凈化效果好；通風(fēng)好污水水流紊動(dòng)強(qiáng)烈缺點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高5.生物膜反應(yīng)器類(lèi)型及其應(yīng)用進(jìn)展（1）生物濾池曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)：與普通生物濾池相似特點(diǎn)：人工曝氣注意事項(xiàng)：防止堵塞（2

4、）生物接觸氧化（淹沒(méi)式生物濾池）特點(diǎn)：兩部分微生物（生物膜+絮狀污泥）不設(shè)污泥回流系統(tǒng)，BOD容積負(fù)荷較高能夠克服污泥膨脹問(wèn)題高效的原理：生物活性高，生物濃度較高傳質(zhì)條件好，充氧效率高利于絲狀菌生長(zhǎng)缺點(diǎn)：負(fù)荷高易堵塞，有時(shí)生物膜脫落影響出水水質(zhì)建設(shè)費(fèi)較高接觸氧化池構(gòu)造示例生物接觸氧化池的構(gòu)造接觸氧化池外觀圖反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)的布置生物填料與框架酚醛樹(shù)脂蜂窩填料常用填料的類(lèi)型聚乙烯蜂窩填料正六角行蜂窩狀斜管聚乙烯蜂窩填料半軟性填料彈性立體填料YHT型彈性生物的環(huán)填料軟性、復(fù)合填料組合填料軟性纖維填料生物接觸氧化法填料立體彈性填料漂浮填料新型的纖維網(wǎng)狀填料新型的三維立體網(wǎng)狀填料（3）流化床生物膜結(jié)構(gòu)：

5、反應(yīng)器、載體顆粒（運(yùn)動(dòng)）底部進(jìn)水特點(diǎn)：生物量高比表面積高傳質(zhì)速率高耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)設(shè)備小，占地少，易于管理6.生物膜法系統(tǒng)微生物的特點(diǎn)與運(yùn)行管理的關(guān)系1）生物膜系統(tǒng)微生物的特點(diǎn)厭氧和兼性厭氧菌的比例高絲狀微生物數(shù)量多存在較高等的微型動(dòng)物成層分布現(xiàn)象2）判斷生物膜功能的指標(biāo)性生物高負(fù)荷：白色貝氏硫細(xì)菌、生枝動(dòng)膠菌；膜黑色到灰色負(fù)荷適當(dāng)：累枝蟲(chóng)、溝鐘蟲(chóng)等；膜為灰褐色低負(fù)荷：硝化細(xì)菌大量生長(zhǎng)；膜呈褐色更新較快的膜：旋輪蟲(chóng)、輪蟲(chóng)等后生動(dòng)物異常增長(zhǎng)的膜：劍水蚤屬、紅斑瓢體蟲(chóng)等發(fā)生惡臭的膜：新態(tài)蟲(chóng)、扭頭蟲(chóng)等6.生物膜法系統(tǒng)微生物的特點(diǎn)與運(yùn)行管理的關(guān)系3）生物膜系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)特別注意的問(wèn)題防止生物膜過(guò)厚維持較高

6、的DO減少ESS三、厭氧生物處理概念特點(diǎn)（一）沼氣發(fā)酵的生物化學(xué)主要成分：CH4、CO2過(guò)程：第一階段：復(fù)雜有機(jī)物變成簡(jiǎn)單化合物（初級(jí)發(fā)酵菌群第二階段：簡(jiǎn)單有機(jī)物變?yōu)橐宜帷2、 CO2等（產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌、同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌）第三階段：乙酸、H2、 CO2等轉(zhuǎn)化為CH4（兩類(lèi)產(chǎn)甲烷菌群）有機(jī)物厭氧分解生成甲烷的過(guò)程1)發(fā)酵性細(xì)菌(2)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌(3)同型產(chǎn)乙酸菌(4)利用H2和CO2產(chǎn)甲烷菌（30%）(5)分解乙酸的產(chǎn)甲烷菌（70%）4H2+C02CH42H20CH3C00HCH4+C02產(chǎn)甲烷化學(xué)過(guò)程（二）厭氧污泥的性質(zhì)及微生物特征污泥：灰色至黑色微生物：細(xì)菌數(shù)量最多，真菌少，藻類(lèi)及原生動(dòng)物

7、偶有發(fā)現(xiàn)細(xì)菌：以兼性或?qū)Ｐ詤捬蹙鸀橹髡託獍l(fā)酵型系統(tǒng)中：初級(jí)發(fā)酵菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸菌氧化氫的產(chǎn)甲烷菌、利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌甲烷細(xì)菌一般性質(zhì) 桿狀球狀螺旋狀 形態(tài)甲烷八疊球菌屬厭氧生物處理中的微生物類(lèi)型 碳源：有機(jī)酸、醇類(lèi)氮源：NH4+營(yíng)養(yǎng)甲烷細(xì)菌一般性質(zhì) 厭氧生物處理中的微生物類(lèi)型 厭氧生物處理中的微生物類(lèi)型 通氣：嚴(yán)格厭氣溫度：多為中溫性酸堿性：中性或微堿性環(huán)境甲烷細(xì)菌一般性質(zhì) （三）厭氧污泥的培育方法主要問(wèn)題：時(shí)間長(zhǎng)培育注意事項(xiàng)：種子：同類(lèi)水質(zhì)處理的厭氧污泥、禽畜糞便、城市生活污水廠的濃縮污泥接種量：至少為容積的10%營(yíng)養(yǎng)：營(yíng)養(yǎng)量和生物量的平衡（四）厭氧處理法的基本要求1菌種：混合菌種2

8、.氧化還原電位：嚴(yán)格厭氧3.發(fā)酵溫度（重要）：中溫型：37-38；高溫型：53-544.廢水組成：BOD：N：P=100：6：15.pH和有機(jī)酸濃度：Ph 6.5-7.5；有機(jī)酸2000mg/L6.CO2產(chǎn)生狀況：占沼氣25%-35%厭氧活性污泥處理的工藝流程其中厭氧活性污泥反應(yīng)器是工藝中的核心廢水調(diào)節(jié)池?zé)峤粨Q器37厭氧活性污泥反應(yīng)器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥（五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型1.普通厭氧消化池7.活動(dòng)蓋板1.進(jìn)料口2.出料間3.隔墻4.發(fā)酵間5.貯氣箱6.導(dǎo)氣管圓形消化池的結(jié)構(gòu) 缺點(diǎn)：污泥量少、易被帶出，靜態(tài)消化 （五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型2.厭氧接觸法特點(diǎn)：（1）消化池后設(shè)沉淀池；污泥回流

9、；需攪拌（2）有機(jī)負(fù)荷提高，水力停留時(shí)間縮短（3）適合懸浮物濃度較高的高濃度有機(jī)廢水3.厭氧生物濾池特點(diǎn)：（1）濾池微生物量多，處理能力較高（2）不需攪拌和泥水分離設(shè)備（3）易堵塞（4）適合與懸浮物濃度低的溶解性有機(jī)廢水（五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型4.升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）（1）構(gòu)成及特點(diǎn)：構(gòu)成：污泥床、懸浮層、分離區(qū)特點(diǎn)：顆粒污泥濃度高，容積負(fù)荷高，不需攪拌（2）污泥性質(zhì)及微生物組成形狀多樣，粒徑，沉降性能良好污泥組成：厭氧微生物、多聚物、礦物質(zhì)微生物類(lèi)型：與厭氧污泥相似常見(jiàn)優(yōu)勢(shì)菌：孫氏甲烷絲菌等（五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型（3）厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)及形成過(guò)程三階段第一階段：?jiǎn)?dòng)與污泥活性提高（有

10、機(jī)負(fù)荷5kgCOD/m3.d)（4）缺陷：脫氮除磷能力較差，有臭味，出水應(yīng)進(jìn)行深度處理4.升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）（五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型工業(yè)級(jí)UASB裝置鋼制圓形結(jié)構(gòu)混凝土方形結(jié)構(gòu)（便于施工及分離器設(shè)置）5.厭氧流化床特點(diǎn)：不形成污泥床，固體流態(tài)化水力停留時(shí)間短，有機(jī)負(fù)荷高（五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型646. 厭氧生物處理新工藝及應(yīng)用進(jìn)展（1）光合細(xì)菌厭氧處理高濃度有機(jī)廢水光合細(xì)菌處理廢水特點(diǎn)：易經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生廣泛的適應(yīng)酶對(duì)一些有毒物利用率更高，能耐受高濃度有機(jī)物負(fù)荷能耐較低溫度和較高鹽分濃度剩余污泥量少，菌體和菌液可資源化（2）厭氧-好氧組合處理難降解廢水厭氧降解：提高可生物降解性好氧降解：快速

11、，徹底（五）厭氧反應(yīng)器類(lèi)型（六）厭氧生物處理的優(yōu)缺點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)所需營(yíng)養(yǎng)物少；產(chǎn)泥量少；降低費(fèi)用不充氧，耗電少；產(chǎn)生含甲烷氣體可資源化能季節(jié)性或間歇運(yùn)行，厭氧污泥可長(zhǎng)期存放能處理很高濃度廢水；對(duì)難降解物分解效果較好可在高溫條件下運(yùn)行2.缺點(diǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)對(duì)溫度變化較敏感厭氧出水需進(jìn)一步處理對(duì)負(fù)荷變化和可能毒物也較敏感四、其他處理技術(shù)（一）氧化塘法1.凈化原理：利用藻菌共生系統(tǒng)降解有機(jī)物2.特點(diǎn)：構(gòu)筑物簡(jiǎn)單，能耗少，管理方便3.處理對(duì)象：小流量廢水或污水深度處理（二）土地處理法1.原理：土壤-植物-微生物的綜合作用2.類(lèi)型：土壤灌溉法濕地處理系統(tǒng)（三）固定化技術(shù)處理廢水固定化微生物處理廢水 固定化微

12、生物技術(shù)的分類(lèi)及主要特征 影響微生物固定化的重要因素固定化微生物細(xì)胞的性能評(píng)價(jià)固定化微生物反應(yīng)器典型的固定化微生物細(xì)胞處理污水工藝固定化微生物在污水處理中的應(yīng)用固定化微生物處理廢水技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（一）固定化微生物技術(shù)的分類(lèi)及主要特征1.固定化微生物技術(shù)及其分類(lèi) 表面吸附（結(jié)合）固定化：微生物吸附在載體表面而固定化特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，固定過(guò)程對(duì)細(xì)胞活性影響小，固定的微生物數(shù)量受載體種類(lèi)及表面積影響載體：碎石、硅藻土、煤渣等。典型工藝：生物膜法中生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物流化床等交聯(lián)固定化：利用交聯(lián)劑的功能基團(tuán)與微生物細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)進(jìn)行交聯(lián)而固定化特點(diǎn)：固定過(guò)程對(duì)細(xì)胞活性影響較大，交聯(lián)劑大多昂貴包埋固

13、定化：微生物被包埋在半透明的聚合物或膜內(nèi)，或使微生物擴(kuò)散進(jìn)入多孔性的載體內(nèi)部特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，固定過(guò)程對(duì)細(xì)胞活性影響小，目前固定化最常用、研究最廣泛包埋材料：PVA、PEG、瓊脂、樹(shù)脂等自身固定化：微生物自身絮凝作用而形成固定化微生物（常稱(chēng)為顆粒污泥）特點(diǎn)：一般不需人工載體或包埋劑，固定化時(shí)間長(zhǎng)，受環(huán)境影因素響大。典型工藝：UASB中的污泥顆粒 2.固定化微生物技術(shù)主要特征： 密集微生物，維持反應(yīng)器中的微生物濃度傳統(tǒng)活性污泥：15003000mg/L（以MLVSS計(jì)），生物膜法：22000150000 mg/L（MLVSS）易于實(shí)現(xiàn)固液分離：固定化后顆粒密度大，微生物生長(zhǎng)密集，固液分離快適用于含

14、有毒有害物的處理：微生物高度密集具有較強(qiáng)抵抗力，載體或包埋材料等阻擋作用，削弱有毒有害物對(duì)微生物的沖擊作用。 （二）影響微生物固定化的重要因素 1.微生物的性質(zhì)：（1）微生物的濃度；（2）微生物的活性：2.載體的性質(zhì)：（1）表面粗糙度（2）表面帶電性 。3.環(huán)境特征： （1）廢水的pH值（2）水力流態(tài)（三）固定化微生物反應(yīng)器1.純種固定化反應(yīng)器 單一種群微生物細(xì)胞 常用類(lèi)型：流化床生物反應(yīng)器、固定填充床、攪拌槽式反應(yīng)器2.混合種群固定化微生物污水處理工藝 根據(jù)固定方式有：人工強(qiáng)化固定；微生物的自固定（顆粒化污泥）厭氧顆粒化污泥：升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）、好氧顆粒化活性污泥 （四）固定化微生物在污水處理中的應(yīng)用相比傳統(tǒng)的處理方法，固定化細(xì)胞技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：能維持較高的微生物濃度（普通活性污泥1500-3000mg/L，顆粒化厭氧污泥：幾十克/升）利于代時(shí)長(zhǎng)的微生物存留（產(chǎn)甲烷菌、硝化菌等）處理效率高，運(yùn)行穩(wěn)定便于固液分離，剩余污泥量少（微生物處于內(nèi)源呼吸階段）適用范圍廣，處理成本低 1.難降解有機(jī)廢水的處理 2.固定化技術(shù)處理難降解有機(jī)物的優(yōu)點(diǎn)及需解決問(wèn)題優(yōu)點(diǎn)：.載體的保護(hù)作用.增加了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性.微環(huán)境的變化增強(qiáng)對(duì)毒物的抵抗問(wèn)題：.廢水為復(fù)雜的混合體系，用單一菌很難達(dá)到要求（混合菌處理或單一高效分級(jí)處理）.包埋載體的擴(kuò)