第九章水環境污染控制與治理第1頁，課件共61頁，創作于2023年2月第二節廢水生物處理中的生態系統一、好氧活性污泥法1.好氧活性污泥的組成微生物：好氧、兼性厭氧有機和無機的固體雜質通過生物學和化學分析，活性污泥由①活性微生物，②微生物內源呼吸殘余物，③吸附在活性污泥上的惰性的不可降解的有機物④雖可降解但尚未降解的有機物⑤惰性無機物，5～65％25～50％0～17％20～30％第2頁，課件共61頁，創作于2023年2月2.好氧活性污泥的性質物理性質：含水率99％左右，密度1.002～1.006，絨粒大小為0.02～0.2mm，比表面積為

20～100cm2；有沉降能力，有吸附能力化學性質：呈弱酸性（pH約為6.7），有氧化有機物的能力生化性質：有生物活性，有自我繁殖能力。第3頁，課件共61頁，創作于2023年2月3.活性污泥的形成和存在狀態

對含有機物和細菌的污水不斷曝氣，維持足夠的溶解氧，經過一定時間后，就會產生絮狀的污泥。在顯微鏡下觀察，可看到各種微生物——細菌、霉菌、原生動物、后生動物。從外觀上看，活性污泥根據廢水水質不同有不同的顏色，有褐色、黃色、灰色和鐵紅色等。輕輕攪動，易于呈懸浮物狀；靜止片刻，也易沉下。活性污泥無臭味，具有微微的土腥味。

第4頁，課件共61頁，創作于2023年2月4.好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥的結構和功能的中心是菌膠團——由能起絮凝作用的細菌形成。其上生長著其他微生物，如酵母菌，霉菌、放線菌、藻類、原生動物和微型后生動物，組成一個生態系。當營養條件（廢水種類、化學組成、濃度）、溫度、供氧、pH等環境條件改變，會導致主要細菌種群改變。第5頁，課件共61頁，創作于2023年2月5.好氧活性污泥中微生物的濃度和數量

濃度常用1L活性污泥混合液中含有多少毫克恒重干固體表示，MLSS

城市污水處理中，MLSS2000～3000mg/L

工業廢水生物處理中，3000mg/L左右高濃度工業廢水生物處理，3000～5000mg/L1mL好氧活性污泥中的細菌有107～108個第6頁，課件共61頁，創作于2023年2月6.好氧活性污泥凈化廢水的作用機理活性污泥去除廢水中有機物的過程包括兩個階段：吸附階段

處于內源呼吸狀態（即饑餓狀態）的活性污泥，由于活性污泥中微生物對食料的需求，且活性污泥有巨大的比表面積，所以它對有機物的吸附能力極強，且吸附速度很快。通過吸附，廢水中的有機物就會減少很多。這個階段一般只需30min即能完成。第7頁，課件共61頁，創作于2023年2月

通過吸附作用，有機物只是從水中轉移到污泥上，其性質并未立刻發生變化。吸附作用主要是非溶解性的有機物吸附在活性污泥絮狀體上，有些有機物吸附在細菌表面上，有些有機物被細菌吸收，但尚未被利用。活性污泥的吸附能力將隨著吸附量的增加而減弱。只有經過充分的曝氣，貯存在微生物體內的有機物充分氧化分解，使活性污泥達到內源呼吸階段，這時的吸附能力最強。第8頁，課件共61頁，創作于2023年2月氧化合成階段

吸附階段基本結束后，微生物要對大量被吸附的有機物進行氧化分解，并利用有機物合成細胞體原生質進行自身繁殖。同時還要繼續吸附廢水中殘存的有機物。這一階段進行得很緩慢，比第一階段所需的時間長得多。氧化合成的速度決定于有機物的濃度。初期，有機物濃度很高，食料很豐富，因此氧化合成的速度很快。隨著有機物濃度的降低，氧化合成的速度也逐漸降低。第9頁，課件共61頁，創作于2023年2月經過氧化合成階段，廢水中的有機物發生了質的變化，一部分是無機物，另一部分變成微生物細胞，即活性污泥。由于活性污泥一般具有良好的沉降性能，可與廢水分離，從而達到使廢水凈化的目的。吸附達到飽和后，污泥就失去了活性，不再具有吸附有機物的能力。通過氧化合成階段，去除了所吸附的大量有機物后，污泥又重新呈現活性，恢復了吸附和氧化能力。因此，氧化合成階段又是污泥再生階段。第10頁，課件共61頁，創作于2023年2月7.好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程曝氣池進水

沉淀池出水剩余污泥回流污泥推流式活性污泥法水流從池的一端進入，向前推移，從另一端流出。在曝氣池的起端，回流的活性污泥與廢水立刻得到充分混合，活性污泥將大量吸附廢水中的有機物。隨著曝氣池混合液中有機物沿池長的不斷被氧化及微生物細胞的不斷合成，水中有機物的濃度越來越低，到了池子末端和出水中，微生物的生長已進入內源呼吸階段。它們的活動能力減弱，容易在沉淀池中沉淀。其中的有機物幾乎全被“吃掉”，微生物細胞內所儲存的物質也變得空乏，這種處于饑餓狀態的活性污泥已經充分恢復了活性，回流到曝氣池后，具有良好的吸附和氧化有機物的能力。第11頁，課件共61頁，創作于2023年2月推流式活性污泥法的優缺點優點：出水水質好（85～90％），剩余污泥量較少。缺點：①耐沖擊負荷差：

根據推流原理，進水與回流污泥混合形成混合液，從池子起端流向末端。如果進水水質發生變化，對活性污泥影響較大。如果流入的廢水含有有害物損害了回流污泥，引起的問題就更大。②供氧與需氧間存在不可克服的矛盾沿曝氣池池長需氧速度變化很大，但是沿曝氣池池長的供氧速度是基本相同的——供需矛盾：前段供氧不足而后端供氧過剩。如果想要在曝氣池前端維持足夠的溶解氧，則后段的氧量會太大，氧的利用濾低，增加了處理費用。第12頁，課件共61頁，創作于2023年2月完全混合式活性污泥法曝氣池進水沉淀池出水剩余污泥回流污泥完全混合式活性污泥法混合液在曝氣池內充分混合循環流動，進行吸附和氧化分解。特點：1.耐沖擊負荷性強，可處理濃度較高的廢水，只要適當延長曝氣時間即可。適于處理工業廢水。2.可把曝氣池的工況控制在最佳的位置上。第13頁，課件共61頁，創作于2023年2月接觸氧化穩定法又稱吸附再生活性污泥法或生物吸附法。接觸氧化池進水沉淀池出水剩余污泥回流污泥穩定池接觸氧化穩定法此法主要適用于處理含懸浮物和膠體物較多的廢水。在吸附池內，活性污泥和廢水充分接觸，有機物被活性污泥吸附后，混合液流入沉淀池進行固液分離，從沉淀池排出的回流污泥先在穩定池內進行再生，使吸附的有機物充分氧化分解，恢復污泥活性后，再引入吸附池。第14頁，課件共61頁，創作于2023年2月分段布水推流式活性污泥法曝氣池進水沉淀池出水剩余污泥回流污泥分段布水推流式活性污泥法廢水并不是集中在池端進入曝氣池，而是沿池長分段按幾個點進入曝氣池。特點：①有機物的分配較為均勻，因而氧的需要也較為均勻，在一定程度上降低了池子前段的耗氧速度，避免前端出現缺氧情況。②曝氣池中活性污泥濃度不均勻，前端較濃，后端較稀，提高了空氣的利用率和曝氣池的效率。第15頁，課件共61頁，創作于2023年2月氧化溝式活性污泥法進水沉淀池出水剩余污泥回流污泥氧化溝充氣刷氧化溝式活性污泥法混合液在溝內不斷循環流動，廢水在氧化溝內停留時間一般很長（15～40h）。氧化溝具有處理流程簡單，機械設備少，管理方便，出水水質好，污泥產量少而穩定以及耐沖擊負荷強等優點。氧化溝去除有機物的效率很高，BOD5的去除率一般可達95％以上。第16頁，課件共61頁，創作于2023年2月氧化溝中的微生物群落氧化溝是人工的、接近自然的生態系統，在氧化溝內，藻類和細菌共存在同一環境中，保持互生關系。其中還有霉菌、放線菌、原生動物、輪蟲、線蟲、軟體動物及水生動物等組成的一個生態系，其食物鏈與自然水體基本相同。第17頁，課件共61頁，創作于2023年2月氧化溝處理廢水的機理一般用于三級深度處理，用于處理生活污水和富含氮、磷的工業廢水。機理：有機廢水流入氧化溝，其中的細菌吸收水中溶解氧，將有機物氧化分解為H2O、CO2、NH3、NO3-、PO43-、SO42-。細菌利用自身分解含氮有機物產生的NH3和環境中的營養物合成細胞物質。藻類利用H2O和CO2進行光合作用合成碳水化合物，再吸收NH3和SO42-合成蛋白質、吸收PO43-合成核酸。并繁殖新藻體。第18頁，課件共61頁，創作于2023年2月9.原生動物及微型后生動物的作用指示作用

低等生物對環境適應性強，對環境因素的改變不敏感。較高等生物則相反。原生動物和微型后生動物在水體中較高等生物。可根據它們的活動規律判斷水質和污水處理程度；根據原生動物種類判斷活性污泥和處理水質的好壞；還可根據原生動物遇惡劣環境改變個體形態及其變化過程判斷進水水質變化和運行中出現的問題。凈化作用試驗證明原生動物有攝取溶解性有機物的作用，起了凈化作用。促進絮凝和沉淀作用原生動物分泌一定的粘液物協同和促進細菌發生絮凝作用。第19頁，課件共61頁，創作于2023年2月10.好氧活性污泥的培養間歇式曝氣培養獲取活性污泥間歇式曝氣培養法進行馴化先近低濃度廢水培養，以后逐級提高廢水濃度，直到提高到原廢水濃度為止

馴化初期活性污泥結構松散，游離細菌較多，出現鞭毛蟲和游動性纖毛蟲。此時的活性污泥有一定的沉降效果。

馴化后期以游動性纖毛蟲為主，出現少量的、有一定耐污能力的纖毛蟲，沉降性能較好，上清夜與沉降污泥可看出界限。用連續曝氣培養法繼續培養第20頁，課件共61頁，創作于2023年2月連續曝氣培養獲取活性污泥后，用連續曝氣培養法進行馴化和培養。第21頁，課件共61頁，創作于2023年2月二、好氧生物膜法好氧生物膜法的構筑物有：普通濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池，以及生物轉盤、接觸氧化法（即浸沒式濾池法）

1.生物膜的形成

生物膜主要由細菌的菌膠團和大量的真菌菌絲組成，其中還有許多原生動物和較高等動物生長。它們粘附在生物濾池濾料上或生物轉盤盤片上，形成一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。

第22頁，課件共61頁，創作于2023年2月2.生物膜中的微生物群落及其功能第23頁，課件共61頁，創作于2023年2月濾掃生物膜面生物膜生物2~3mm0.3mm好氧區橫向縱向各不相同第24頁，課件共61頁，創作于2023年2月生物濾池（塔）中的分層特征表相當于多污帶相當于中污帶相當于寡污帶第25頁，課件共61頁，創作于2023年2月3.生物膜的凈化機理①有機物從流動水中通過擴散作用轉移到附著水中去，同時氧也通過流動水、附著水進入生物膜的好氧層；②生物膜中的有機物進行好氧分解；代謝產物如CO2、H2O等無機物沿相反方向排至流動水層及空氣中；③內部厭氧層的厭氧菌利用死亡的好氧菌及部分有機物進行厭氧代謝；代謝產物如有機酸等轉移到好氧層或流動水層中。

在生物濾池中，好氧代謝起主導作用，是有機物去除的主要過程。第26頁，課件共61頁，創作于2023年2月同一類型廢水

好氧活性污泥法與生物濾池法處理效果對比優缺點對比第27頁，課件共61頁，創作于2023年2月曝氣池中有正常活性污泥和膨脹污泥。正常活性污泥

絮凝細菌（絮凝作用）

大量鐘蟲類微生物膨脹的活性污泥絲狀膨脹污泥（由絲狀細菌引起）菌膠團膨脹污泥（非絲狀細菌引起）菌膠團（多）絲狀細菌（少）第三節活性污泥絲狀膨脹和控制對策第28頁，課件共61頁，創作于2023年2月衡量指標

可用污泥體積指數SVI作為衡量污泥沉降性能好與壞的指標。SVI在200mL/g以下為正常活性污泥，一般在50～150mL/g，最好在100mL/g左右SVI在200mL/g以上說明活性污泥發生膨脹。第29頁，課件共61頁，創作于2023年2月一、活性污泥絲狀膨脹的成因活性污泥絲狀膨脹的致因微生物

絲狀菌極度生長引起的浮游球衣菌、發硫菌屬、貝日阿托氏菌屬、亮發菌屬、纖發菌屬、微絲菌屬活性污泥絲狀膨脹的成因——環境因素促進絲狀微生物過渡生長1.溫度

菌膠團細菌最適生長溫度在28～30℃，浮游球衣菌最適溫度在25～30℃。活性污泥絲狀膨脹通常發生在春、夏之交和秋季，溫度在25～28℃，不同地域，發生的季節也會有所不同。第30頁，課件共61頁，創作于2023年2月2.溶解氧菌膠團細菌是嚴格好氧，浮游球衣菌是微量好氧菌，其適應性強。當有機廢水中溶解氧缺乏時，菌膠團細菌的活性受到抑制，但絲狀菌如浮游球衣菌、貝日阿托氏菌、發硫菌等仍能正常生長，這些絲狀菌的優勢生長很容易引起活性污泥絲狀膨脹。第31頁，課件共61頁，創作于2023年2月3.可溶性有機物及其種類

有機物因缺氧不能降解徹底，積累大量有機酸，為絲狀細菌創造營養條件，使絲狀細菌優勢生長。4.有機物濃度（或有機負荷）

生活污水和食品類等有機廢水中，BOD5在100～200mg/L，往往會使浮游球衣菌和菌膠團細菌的數量比例增大，浮游球衣菌的數量超過60％以上，占優勢而導致活性污泥絲狀膨脹。5.Ph第32頁，課件共61頁，創作于2023年2月活性污泥絲狀膨脹的機理呈絲狀擴展生長的絲狀菌，比表面積大于菌膠團的，對有限的營養條件和環境條件的競爭占優勢。優勢競爭表現在：1.對溶解氧的競爭溶解氧水平低時，只有在絮狀體表面的微生物得到較多的溶解氧，絮狀體內部多數微生物處于缺氧狀態。如果曝氣池溶解氧長期維持在較低水平，明顯有利于絲狀細菌優勢生長。第33頁，課件共61頁，創作于2023年2月2.對可溶性有機物的競爭低分子糖類和有機酸有利于絲狀細菌生長，容易發生活性污泥絲狀膨脹。3.對氮、磷的競爭處理生活污水按BOD5與氮、磷的比為100:5:1進行設計和運行。如果氮磷比小于此值，絲狀細菌大的比表面積又有利于它與菌膠團爭奪氮和磷而優勢生長。4.有機物沖擊負荷的影響廢水中有機物濃度、組成和流量等發生急劇變化，供氧量不變，氧被大量消耗，溶解氧量降低，絲狀細菌處于競爭優勢生長。第34頁，課件共61頁，創作于2023年2月二控制活性污泥絲狀膨脹的對策基于上述原理如何預防污泥膨脹1.設調節池(及事故池)控制高負荷（BOD、毒物）沖擊2.控制溶解氧溶解氧濃度必須控制在3～4mg/L。3.調節廢水的營養配比盡量逼近BOD5與N和P的比例BOD5：N：P＝100：5：1。補N——尿素補P——磷酸鈉第35頁，課件共61頁，創作于2023年2月厭氧消化法也有活性污泥法和生物膜法。但微生物群落與有氧環境中的不同

專性厭氧菌兼性厭氧菌厭氧或兼性厭氧的游泳型纖毛蟲第四節厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法第36頁，課件共61頁，創作于2023年2月（一）甲烷發酵理論與機制復雜污染物的厭氧降解過程可以分為四個階段水解階段、發酵階段（又稱酸化階段）、產乙酸階段、產甲烷階段框圖表示見下圖1．水解階段在細菌胞外酶的作用下大分子的有機物水解為小分子的有機物2．發酵階段梭狀芽孢桿菌、擬桿菌等酸化細菌吸收并轉化為更為簡單的化合物分泌到細胞外，產物有揮發性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨等第37頁，課件共61頁，創作于2023年2月3．產乙酸階段上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質，這一階段的主導細菌是乙酸菌。同時水中有硫酸鹽時，還會有硫酸鹽還原菌參與產乙酸過程。4．產甲烷階段乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被轉化為甲烷和以及甲烷菌細胞物質。經過這些階段大分子的有機物就被轉化為甲烷、二氧化碳、氫氣、硫化氫等小分子物質和少量的厭氧污泥。第38頁，課件共61頁，創作于2023年2月復雜有機物1水解2發酵脂肪酸

乙酸H2+CO23產乙酸CH4+CO24產甲烷4產甲烷第39頁，課件共61頁，創作于2023年2月產甲烷菌產生甲烷的機制1.由酸和醇的甲基形成甲烷2.由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機酸3.脂肪酸有時用水作還原劑產生甲烷4.利用氫使二氧化碳還原成甲烷5.在氫和水存在時，一氧化碳被還原成甲烷。第40頁，課件共61頁，創作于2023年2月（二）厭氧活性污泥的培養1.菌種來源2.厭氧活性污泥馴化和培養第41頁，課件共61頁，創作于2023年2月3.厭氧活性污泥的性質和組成由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機雜質形成的污泥顆粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；顆粒厭氧活性污泥的直徑在0．5mm以上。微生物的組成主要有六種：由外到內水解細菌、發酵細菌、氫細菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸鹽還原菌、厭氧原生動物其中產甲烷絲菌是厭氧活性污泥的中心骨架第42頁，課件共61頁，創作于2023年2月厭氧活性污泥處理的工藝流程其中厭氧活性污泥反應器是工藝中的核心廢水調節池熱交換器↑37℃厭氧活性污泥反應器氣柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥第43頁，課件共61頁，創作于2023年2月廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機廢水的前處理;（一）、厭氧法的優點1．產生的沼氣可用于發電或作為能源沼氣中的主要成分是甲烷，含量50~75%之間，是一種很好的燃料。以日排COD10t的工廠為例，若COD去除率為80%，甲烷產量為理論的80%時，則可日產甲烷2240m3,其熱值相當于3.85t原煤，可發電5400度電。厭氧活性污泥培養的特點第44頁，課件共61頁，創作于2023年2月2．對營養物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厭氧方法為（350~500）：5：1，相比而言對N、P的需求要小的多，因此厭氧處理時可以不添加或少添加營養鹽。3．產生的污泥量少，運行費用低繁殖慢；不需要曝氣基于這些優點，厭氧處理在食品、釀造、制糖等工業中得到了廣泛的應用。但厭氧處理也存在缺點第45頁，課件共61頁，創作于2023年2月1．出水的有機物濃度高于好氧處理；發酵分解有機物不完全；2．對溫度變化較為敏感；工業中需要設置進水的控溫裝置，37℃。3．厭氧微生物對有毒物質較為敏感；但經過毒物馴化處理的厭氧菌對毒物的耐受力常常會極大地提高。厭氧法的缺點第46頁，課件共61頁，創作于2023年2月4.初次啟動過程緩慢,處理時間長好氧處理體系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厭氧處理體系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功5．處理過程中產生臭氣和有色物質臭氣主要是SRB形成的具有臭味的硫化氫氣體以及硫醇、氨氣、有機酸等的臭氣。同時硫化氫還會與水中的鐵離子等金屬離子反應形成黑色的硫化物沉淀，使處理后的廢水顏色較深，需要添加后處理設施，進一步脫色脫臭。第47頁，課件共61頁，創作于2023年2月水解性細菌三光合細菌處理高濃度有機廢水高濃度有機廢水：BOD5在10000mg/L以上碳水化合物脂肪蛋白質脂肪酸氨基酸氨光合細菌CO2H2ONH3BOD5去除率可達95％以上第48頁，課件共61頁，創作于2023年2月四含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理低濃度的SO42-可作好氧微生物的無機營養，但高濃度的SO42-對微生物有毒害作用。在進行甲烷發酵前，要先降低SO42-的濃度到產甲烷菌能忍受的濃度，可用化學法降低SO42-，加CaO和Ca(OH)2生成CaSO4沉淀可去除SO42-

，再進行甲烷發酵處理。第49頁，課件共61頁，創作于2023年2月污水格柵除雜氣浮池全自動格柵斜板過濾一級處理第50頁，課件共61頁，創