《環(huán)境生物學(xué)》教材配套PPT教學(xué)電子課件

《環(huán)境生物學(xué)》教材配套PPT教學(xué)電子課件,環(huán)境生物學(xué),環(huán)境,生物學(xué),教材,配套,PPT,教學(xué),電子,課件 第二篇 環(huán)境污染的生物凈化中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 第五章 環(huán)境污染生物凈化的原理本章將討論以下內(nèi)容：v環(huán)境污染凈化概述v生物對(duì)污染凈化原理中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.1 環(huán)境污染凈化概述5.1.1 環(huán)境污染物的類型和來源n地表水體污染物q生活污水q工業(yè)廢水q農(nóng)業(yè)廢水和灌溉水n大氣污染物q氣溶膠狀態(tài)污染物 粉塵、煙、飛灰、霧 飄塵、降塵、總懸浮顆粒q氣體狀態(tài)污染物 含硫化合物、含氮化合物、碳?xì)浠衔?、碳氧化合物、鹵素化合物 一次污染物和二次污染物n固體廢棄物 中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.1.2 環(huán)境污染治理方法概述n污水處理方法q物理法：沉淀法、過濾法、離心分離法、浮選法、吸附法、萃取法、吹脫法、蒸發(fā)結(jié)晶法、反滲透法q化學(xué)法：化學(xué)凝聚法、中和法、氧化還原法、離子交換法q物化法：電解法、電滲析法q生物法：好氧法、厭氧法等中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 大氣污染物凈化方法n氣溶膠狀態(tài)污染物的控制方法q重力沉降q旋風(fēng)除塵q靜電除塵q過濾式除塵n氣體狀態(tài)污染物的吸附與凈化q氣體吸收法q氣體吸附法n大氣污染物的生物凈化方法q生物吸收法q生物洗滌法q生物過濾法中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 固體廢棄物的處理方法n工業(yè)廢棄物q物理與化學(xué)法：覆蓋法、化學(xué)反應(yīng)劑法q生物法：栽種永久性植物n城市垃圾q填埋法q堆肥法q制取沼氣q焚燒法中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.1.3 環(huán)境污染的污染與凈化指標(biāo)nBOD5nCODnTODnTOCn固體物質(zhì)n含氮化合物npH值n生物污染指標(biāo)q細(xì)菌總數(shù)q大腸菌群總數(shù)中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 生化需氧量BODn生化需氧量BOD（Biological Oxygen Demand）q概念：在20條件下，微生物好氧分解水樣（廢水或受污染的天然水）中有機(jī)物所消耗的溶解氧量溶解氧量。qBOD5：微生物5天天好氧分解有機(jī)物所消耗的溶解氧溶解氧量量。n有機(jī)物生化耗氧過程的兩個(gè)階段q碳化階段：將有機(jī)物分解成CO2、H2O、NH3，碳化作用消耗的氧量稱為碳化需氧量。q硝化階段：NH3被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，硝化作用消耗的氧量稱為硝化需氧量。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 BOD曲線BOD曲線的七個(gè)階段：n（1）微生物增殖的遲緩期n（2）細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期n（3）耗氧平緩階段 n（4）原生動(dòng)物耗氧峰n（5）耗氧再次平緩階段n（6）硝化細(xì)菌耗氧峰n（7）所有的微生物繼續(xù)減少，有機(jī)物最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。BOD1234567t/clTODUOD圖51 BOD曲線中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 化學(xué)需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）n概念qCOD是指在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)所消耗氧化劑的量，以氧的毫克/升來表示。q它反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度，水中還原性物質(zhì)包括：有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。水被有機(jī)物污染是很普遍的，故COD也作為有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)之一。q在規(guī)定條件下，強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀K2Cr2O7可氧化大多數(shù)常見的有機(jī)污染物，故在實(shí)際使用中常把COD Cr 的測(cè)定值近似地代表廢水中的全部有機(jī)物。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 BOD 和COD的比較n廢水處理中多以BOD 和COD兩個(gè)指標(biāo)來度量水樣的有機(jī)污染物濃度和被凈化程度。nBOD：q反映的是微生物能夠降解的那部分有機(jī)物的數(shù)量，基本上反映出水體中生物氧化分解有機(jī)物所消耗的氧量，比較符合實(shí)際，但檢出時(shí)間過長(zhǎng)，不能迅速及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，而且毒性大的廢水可抑制微生物的作用而影響結(jié)果，甚至無法測(cè)定。n COD：q一般表示廢水中有機(jī)污染物重量的98，幾乎可以表示出有機(jī)物全部氧化所需氧量，測(cè)定不受水質(zhì)限制，并可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成；但是它不能反映微生物能夠降解的那部分有機(jī)物的數(shù)量。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 nBOD 和COD的關(guān)系：q可以認(rèn)為COD包括兩部分：一部分為能夠被微生物降解的有機(jī)物的耗氧量COD B，另一部分為不能夠被微生物降解的有機(jī)物的耗氧量CODN B。qBOD u COD BqBOD 5=0.58 COD B中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 總需氧量TOD和總有機(jī)碳TOCn總需氧量TOD（Total Oxygen Demand）指：有機(jī)物和少量無機(jī)物在鉑催化下，在燃燒爐900高溫燃燒成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物所消耗的氧的量。n總有機(jī)碳TOC（Total Organic Carbon）q是以碳的含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。q它的測(cè)定采用燃燒法：在950 和鉑催化下，測(cè)定二氧化碳的含量，并扣除150 燃燒測(cè)得的碳酸鹽等無機(jī)碳元素的含量。q該法能將有機(jī)物全部氧化，比BOD 5和COD更能直接表示有機(jī)物的總量，故常常被用來評(píng)價(jià)水體中有機(jī)物污染的程度。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 固體物質(zhì)n總固體n懸浮固體n溶解性固體n揮發(fā)性固體n非揮發(fā)性固體中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 含氮化合物n含氮化合物的幾種化學(xué)形態(tài)q有機(jī)氮：蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素等q無機(jī)氮：包括氨氮：NH3N、NH4N和硝態(tài)氮：NO2N、NO3N。n常用水質(zhì)測(cè)定指標(biāo)q總氮：包括有機(jī)氮和無機(jī)氮化合物的測(cè)定。q凱氏氮：指以凱氏法測(cè)得的氮量，包括了氨氮和在此條件下能被轉(zhuǎn)化為銨鹽的而測(cè)定的有機(jī)氮化合物。此類有機(jī)氮化合物主要指蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、尿素以及氮為負(fù)三價(jià)的有機(jī)氮化合物，由于一般水中存在的有機(jī)氮化合物多為這些，故，在測(cè)定凱氏氮和氨氮之后，兩者的差值即有機(jī)氮。q氨氮q亞硝酸鹽氮q硝酸鹽氮中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.2 生物對(duì)污染凈化原理5.2.1微生物對(duì)污染物降解與轉(zhuǎn)化n微生物對(duì)物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)n微生物對(duì)污染物降解與轉(zhuǎn)化的途徑n影響微生物對(duì)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素n微生物對(duì)常見污染物的降解與轉(zhuǎn)化n有機(jī)污染物的生物可降解性及其評(píng)價(jià)方法中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 微生物對(duì)物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的特點(diǎn):n微生物個(gè)體微小，比表面積大，代謝速率大；n種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；n微生物具有多種降解酶；n微生物繁殖快，易變異，適應(yīng)性強(qiáng)；n微生物具有巨大的降解能力；q質(zhì)粒（Plasmid）：染色體外遺傳物質(zhì)，是在原核微生物中除染色體外，還存在的一種較小的攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子。q質(zhì)?？捎脕砼嘤齼?yōu)良菌種，或用作基因工程中基因轉(zhuǎn)移的載體。q例如：多功能超級(jí)細(xì)菌的構(gòu)建中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 ABBACABC圖52 多質(zhì)粒超級(jí)菌的構(gòu)建示意簡(jiǎn)圖質(zhì)粒細(xì)胞的染色體注：中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 n共代謝（CoMetabolism）q微生物在利用生長(zhǎng)基質(zhì)A時(shí)（從中獲得能量、碳源或其他任何營(yíng)養(yǎng)），同時(shí)非生長(zhǎng)基質(zhì)B（不能從中獲得能量或營(yíng)養(yǎng)）也伴隨著發(fā)生氧化或其它反應(yīng)。q在純培養(yǎng)下，共代謝只是一種截止式轉(zhuǎn)化，但在混合培養(yǎng)和自然環(huán)境條件下，轉(zhuǎn)化可為其它微生物進(jìn)行的共代謝或其他生物對(duì)某種物質(zhì)的降解鋪平道路，使其代謝產(chǎn)物可繼續(xù)降解，故污染物在有合適的底物和環(huán)境條件下可通過共代謝作用而降解。ABCDE1E2E2E1中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 微生物對(duì)污染物降解與轉(zhuǎn)化的途徑n自然界中化學(xué)物質(zhì)的降解的3種方式：這三種方式往往綜合交叉進(jìn)行。q光降解q化學(xué)降解q生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物大分子轉(zhuǎn)會(huì)為小分子，實(shí)現(xiàn)污染物的分解或降解。其中微生物所起的降解作用最大，故也稱為微生物降解。n微生物代謝活動(dòng)中的化學(xué)作用（實(shí)質(zhì)是酶反應(yīng)）q氧化作用q還原作用q脫羧作用q水解作用q脫氨基作用等中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 影響微生物對(duì)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素（1）n微生物的代謝活性q不同種類微生物對(duì)同一底物的反應(yīng)不同；q微生物在不同的生長(zhǎng)時(shí)期的活性是不相同的，在對(duì)數(shù)期代謝最旺盛，活性最強(qiáng)。q微生物的種類組成決定化合物降解的方向和速度，同時(shí)微生物的種類組成又與環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。n微生物的適應(yīng)性q馴化（馴化（Domestication）：是一種定向選育微生物的方法與過程，通過人工措施使微生物逐步適應(yīng)某特定條件，最后獲得具有較高耐受力和代謝活性的菌株。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 影響微生物對(duì)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素（2）n化合物的結(jié)構(gòu)q烴類：鏈烴的易降解性大于環(huán)烴，直鏈烴大于支鏈烴，不飽和烴大于飽和烴，支鏈烷基越多，越不易被降解q當(dāng)主鏈上的C被S、N、O取代時(shí)，對(duì)生物氧化的阻抗上升q當(dāng)C原子上的H被烷基或芳基取代時(shí)，會(huì)生成生物氧化的阻抗物。q官能團(tuán)的性質(zhì)和數(shù)量q分子量大小n環(huán)境因素q溫度q酸堿度q營(yíng)養(yǎng)q氧q底物濃度中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 微生物分解有機(jī)物的作用n微生物分解有機(jī)物的作用可總括成如下圖式：復(fù)雜有機(jī)物簡(jiǎn)單有機(jī)物需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物胞外酶CO2、H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有機(jī)酸、醇、酮、醛等未完全氧化產(chǎn)物圖53 微生物分解有機(jī)物的作用示意圖中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 微生物對(duì)常見污染物的降解與轉(zhuǎn)化n生物大分子的降解q糖類：以纖維素和淀粉的分解為例，見圖54，55q脂肪q蛋白質(zhì)脂肪H2O脂肪酶甘油高級(jí)脂肪酸蛋白質(zhì)肽氨基酸蛋白酶肽酶中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 丁酸、CO2、H2等CO2、H2、有機(jī)酸等淀粉葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物淀粉酶CO2、H2O圖55 淀粉分解途徑示意圖纖維素葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶 H2O纖維素酶CO2、H2O圖54 纖維素分解途徑示意圖纖維二糖 H2O纖維素酶中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 n烴類n石油類n人工合成有機(jī)物q農(nóng)藥q合成洗滌劑q增塑劑q多氯聯(lián)苯中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 危險(xiǎn)性化合物n危險(xiǎn)性化合物（Hazardous Chemicals）的概念q微生物具有降解自然界產(chǎn)生的有機(jī)化合物的代謝機(jī)制，從而促使地球有機(jī)碳平衡，而在自然界具有新穎結(jié)構(gòu)的合成化合物（異型生物質(zhì)，又稱非生物性物質(zhì)，xenobiotics）往往對(duì)微生物的降解表現(xiàn)出抗逆性，其原因可能是這些化合物進(jìn)入自然界的時(shí)間比較短，微生物界還未進(jìn)化出降解此類難降解化合物的代謝機(jī)制。這些化合物大多數(shù)對(duì)環(huán)境具有毒害作用，故稱之危險(xiǎn)性化合物。n危險(xiǎn)性化合物來源q人工合成的農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑、防腐劑、溶劑、增塑劑等中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 n危險(xiǎn)性化合物的降解特點(diǎn)和研究危險(xiǎn)性化合物的降解特點(diǎn)和研究q盡管其在自然界可能會(huì)有部分緩慢降解，微生物有可能通過多種途徑來改變自身的結(jié)構(gòu)信息以獲得對(duì)這類化合物的降解能力，但這需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程來實(shí)現(xiàn)，依靠微生物的微生物的自然進(jìn)化自然進(jìn)化過程遠(yuǎn)不能滿足要求，而且長(zhǎng)此以往將會(huì)造成生態(tài)系統(tǒng)的失衡。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 q近年來科學(xué)工作者做了大量工作，包括：通過長(zhǎng)時(shí)間的馴化來得到具有一定降解能力的微生物群體；通過基因工程手段來改造微生物使其具有特定的降解能力；q此外在對(duì)危險(xiǎn)性化合物的降解研究中發(fā)現(xiàn)，混合培養(yǎng)比純培混合培養(yǎng)比純培養(yǎng)具有潛在的優(yōu)勢(shì)養(yǎng)具有潛在的優(yōu)勢(shì)，徹底礦化往往需要一個(gè)或一個(gè)以上的營(yíng)養(yǎng)菌群（如發(fā)酵水解菌群、產(chǎn)硫菌群、產(chǎn)乙酸菌群、產(chǎn)甲烷菌群等）通過多步反應(yīng)將有毒化合物轉(zhuǎn)化為礦化最終產(chǎn)物。q研究人員依據(jù)不同的代謝作用至少可以將微生物群落中的微生物分為7種類型：提供特殊營(yíng)養(yǎng)物；去除生長(zhǎng)抑制產(chǎn)物；改善單個(gè)微生物的基本生長(zhǎng)參數(shù)；對(duì)底物協(xié)調(diào)攻擊；共代謝；氫（電子）轉(zhuǎn)移；提供一種以上初級(jí)底物利用者。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 有機(jī)污染物的生物可降解性及其評(píng)價(jià)方法n什么是生物可降解性？n所有化合物根據(jù)微生物對(duì)它們的降解性可分成可生物降解、難生物降解和不可生物降解。n評(píng)價(jià)生物可降解性的方法：q測(cè)定生物氧化率q測(cè)呼吸線q測(cè)定相對(duì)耗氧速度曲線q測(cè)BOD5與COD Cr之比q測(cè)COD30q培養(yǎng)法中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 時(shí)間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線生化呼吸線生化呼吸線時(shí)間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線圖56 生化呼吸線與內(nèi)呼吸線比較時(shí)間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線生化呼吸線tabc中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 底物濃度D、有毒，不能被利用C、有毒，能被利用A、無毒，不能被利用B、無毒，能被利用相對(duì)耗氧速度（以內(nèi)呼吸的表示）100圖57 相對(duì)耗氧速率曲線中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.2 廢水生物處理的原理5.2.1 水體自凈作用n什么是水體自凈作用（water selfcleansing，selfpurification）q水體自凈作用指天然水體受到污染后，在無人為處理?xiàng)l件下，借助水體自身的能力使之得到凈化的過程。q該過程中包括稀釋、沉降等物理作用，氧化、還原、分解、凝聚等化學(xué)作用，還有更重要的生物作用，即生物對(duì)無機(jī)物和有機(jī)物的同化和異化作用。q生物中最活躍的是細(xì)菌，捕食細(xì)菌的原生動(dòng)物和微型生物亦起很大作用。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 水體自凈過程的三個(gè)階段和三個(gè)變化n三個(gè)階段q階段一：有機(jī)物進(jìn)入河流，有機(jī)物濃度，異養(yǎng)菌數(shù)量，DO；q階段二：有機(jī)物濃度，異養(yǎng)菌數(shù)量，原生動(dòng)物數(shù)量，DO；q階段三：有機(jī)物濃度，異養(yǎng)菌數(shù)量，原生動(dòng)物數(shù)量，藻類數(shù)量，DO；n三個(gè)變化q變化一：有機(jī)污染物濃度由高降至低；q變化二：生物相發(fā)生一系列變化：異養(yǎng)菌 原生動(dòng)物數(shù)量 藻類；q變化三：DO的變化：DO DO 恢復(fù)原有水平中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 氧垂曲線（Oxygensag Curve）n自凈過程中DO的變化q有機(jī)物濃度，耗氧速率復(fù)氧速率，DO q有機(jī)物濃度，耗氧速率復(fù)氧速率，DO DO minq有機(jī)物濃度 0，耗氧速率復(fù)氧速率，DO DO 飽和n氧垂曲線的概念q河流受到污染后，河水中DO含量的變化情況用一條曲線來表示，曲線呈下垂?fàn)?，叫做氧垂曲線。（見圖56）q氧垂曲線從耗氧這個(gè)側(cè)面反映了河流的自凈過程。當(dāng)有機(jī)污染程度超過河流的自凈能力時(shí)，河流將出現(xiàn)無氧的河段，此段的有機(jī)物轉(zhuǎn)入無氧分解，出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，此時(shí)，氧垂曲線出現(xiàn)中斷。故氧垂曲線可作為衡量水體自凈的指標(biāo)。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 L（km）飽和DO線DO（mg/L）0DO min圖58 氧垂曲線示意圖中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.2.2 廢水生物處理的作用機(jī)理n廢水生物處理實(shí)際是水體的自凈原理在水污染治理中的應(yīng)用，即模擬天然水體自凈作用的生物過程。在特定構(gòu)筑物中人工創(chuàng)造適宜條件，充分發(fā)揮微生物的作用以高速度、高效率凈化污水，通過微生物代謝產(chǎn)生的酶來降解轉(zhuǎn)化有機(jī)物，將有機(jī)物最終轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水，從而使廢水得到凈化。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 污水處理中的生化過程O2、CO2、SO42、NO3等細(xì)胞構(gòu)成物C、H、O、N、維生素等能 源受氫體微生物微生物細(xì)胞合成生物污泥分解能量代謝產(chǎn)物熱能CO2、H2O、SO42、NO3、NH4、PO43、H2S、CH4、有機(jī)酸、醇等排水排出不可降解殘留物內(nèi)源呼吸圖59 污水處理中的生化過程中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 活性污泥法和生物膜法n目前最常用的生物處理方法是活性污泥法和生物膜法。n活性污泥和生物膜的概念q活性污泥活性污泥是由細(xì)菌、原生動(dòng)物等微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的具有吸附分解有機(jī)物能力的絮狀體?；钚晕勰嗍蔷哂泻軓?qiáng)的吸附分解有機(jī)物能力的、充滿微生物的污泥；q生物膜生物膜是附著在填料上呈薄膜狀的活性污泥。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 活性污泥和生物膜的特點(diǎn)n具有很強(qiáng)的吸附能力n具有很強(qiáng)的分解、氧化有機(jī)物的能力q圖n具有較強(qiáng)的食物鏈q食物鏈越長(zhǎng)，作為能量消耗的比例就越大，在系統(tǒng)中存在的生物量就比較少，所剩余的污泥量就相應(yīng)較少，可減輕生物處理后污泥處理的負(fù)擔(dān)。n具有良好的沉降性能q處理水易與污泥分離，最終達(dá)到廢水凈化的目的。中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 5.2.3 廢水生物處理的類型n按所利用的微生物種類q好氧處理：活性污泥法q厭氧處理：污泥消化q兼性處理：生物膜法n按處理系統(tǒng)中微生物存在的狀態(tài)q懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)q固定膜系統(tǒng)n按反應(yīng)器的形式q完全混合式反應(yīng)器q間歇式反應(yīng)器q完全推流式反應(yīng)器q固定填充床式反應(yīng)器q流化床式反應(yīng)器中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 思考題n水環(huán)境污染有哪些指標(biāo)？為什么BOD和COD能說明水的污染程度和凈化程度？n微生物的哪些特點(diǎn)使其在環(huán)境污染處理過程中起著不可替代的作用？n什么是水體自凈？可根據(jù)哪些指標(biāo)判斷水體自凈程度？n為什么活性污泥和生物膜能夠在污水凈化中發(fā)揮重要作用？中英文日?qǐng)?bào)導(dǎo)航 第六章 廢水生物處理中的微生物及水體污染的指示生物廢水廢水工業(yè)工業(yè) 廢水廢水生活生活 污水污水碳水化合物、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂蛋白質(zhì)、脂肪、油脂、肪、油脂、有機(jī)酸、醇、有機(jī)酸、醇、醛、酮、酚醛、酮、酚碳水化合物碳水化合物 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 脂肪脂肪 洗滌劑洗滌劑含氮含氮 物質(zhì)物質(zhì)不含氮不含氮 物質(zhì)物質(zhì)微微生生物物參參與與分分解解好好氧氧微微生生物物 好好氧氧分分解解厭厭氧氧微微生生物物 厭厭氧氧分分解解第一節(jié) 不含氮有機(jī)物的分解不含氮有機(jī)物：不含氮有機(jī)物：碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有機(jī)酸碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有機(jī)酸 烴、合成洗滌劑。烴、合成洗滌劑。一一 碳水化合物的分解碳水化合物的分解單糖：葡萄糖單糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖 多糖：淀粉、纖維素、半纖維素多糖：淀粉、纖維素、半纖維素1 葡萄糖葡萄糖：CO2+H2O 細(xì)菌、酵母菌細(xì)菌、酵母菌2 二糖二糖：葡萄糖葡萄糖 CO2+H2O 細(xì)菌、酵母菌細(xì)菌、酵母菌3 淀粉淀粉（紡織、印染工業(yè)廢水）（紡織、印染工業(yè)廢水）曲霉、毛霉、根霉曲霉、毛霉、根霉（C6H10O5）n葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶麥芽糖麥芽糖麥芽糖酶麥芽糖酶4 纖維素纖維素（印染、造紙業(yè)）（印染、造紙業(yè)）（菌見書）（菌見書）（C6H10O5）n葡萄糖葡萄糖纖維酶纖維酶纖維二糖纖維二糖纖維二糖酶纖維二糖酶5 半纖維素半纖維素（人造纖維業(yè)、造紙業(yè)）（人造纖維業(yè)、造紙業(yè)）半纖維素半纖維素多縮糖酶多縮糖酶單糖和糖醛酸單糖和糖醛酸CO2、H2O 等等洗毛、肉類加工、生活污水洗毛、肉類加工、生活污水熒光桿菌、綠濃桿菌、靈桿菌等熒光桿菌、綠濃桿菌、靈桿菌等脂肪脂肪脂肪酶脂肪酶甘油甘油脂肪酸脂肪酸簡(jiǎn)單的酸簡(jiǎn)單的酸+CO2+CH4CO2+H2O二二 脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪的轉(zhuǎn)化煉焦、石油、煤氣煉焦、石油、煤氣酚為較重要的一種，對(duì)人、畜、水生生物有毒，酚為較重要的一種，對(duì)人、畜、水生生物有毒，必須處理。必須處理。分解酚的細(xì)菌：食酚假單胞菌、解酚假單胞菌分解酚的細(xì)菌：食酚假單胞菌、解酚假單胞菌酚酚O2CO2+H2O生物法已經(jīng)廣泛用于含酚工業(yè)廢水的處理生物法已經(jīng)廣泛用于含酚工業(yè)廢水的處理三三 芳香族化合物的轉(zhuǎn)化（苯的衍生物）芳香族化合物的轉(zhuǎn)化（苯的衍生物）甲烷假單胞菌、青霉、頭孢霉、甲烷極毛桿菌可甲烷假單胞菌、青霉、頭孢霉、甲烷極毛桿菌可以分解烷烴。用于天然氣的勘探。以分解烷烴。用于天然氣的勘探。2O2+CH4 CO2+2H2O 重要作用作用：重要作用作用：（1）勘探天然氣）勘探天然氣 （2）石油脫蠟（酵母菌、細(xì)菌）石油脫蠟（酵母菌、細(xì)菌）四四 烴類化合物的轉(zhuǎn)化烴類化合物的轉(zhuǎn)化第二節(jié) 含氮有機(jī)物的分解廢水中的含氮有機(jī)物：蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、廢水中的含氮有機(jī)物：蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等。硝基化合物等。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（屠宰場(chǎng)、生活污水、制革業(yè)等）（屠宰場(chǎng)、生活污水、制革業(yè)等）尿素尿素一一 氮的循環(huán)氮的循環(huán) 二二 蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化 三三 尿素的轉(zhuǎn)化尿素的轉(zhuǎn)化一 氮的循環(huán)自然界中自然界中除植物利用除植物利用無機(jī)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮無機(jī)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮外外，其它各轉(zhuǎn)變過程，其它各轉(zhuǎn)變過程均由微生物作用均由微生物作用氨化作用氨化作用 硝化作用硝化作用 反硝化作用反硝化作用硝化作用硝化作用反反硝硝化化作作用用氨氨化化作作用用生物體有機(jī)酸生物體有機(jī)酸NO3-NH4+NO2-NON2O大氣大氣 N2同化作用同化作用氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用硝化硝化作用反反硝硝化化作作用用生物固氮生物固氮同化作用同化作用還原作用還原作用二 蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化R-CH-COOHNH2R代表不同的基團(tuán)代表不同的基團(tuán)氨基酸氨基酸（一）蛋白質(zhì)的氨化（一）蛋白質(zhì)的氨化氨化作用氨化作用：由有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程（：由有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程（NH3、NH4+）肽肽蛋白酶蛋白酶 水解水解肽酶肽酶 水解水解蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸v 1 1 蛋白質(zhì)初步水解成氨基酸蛋白質(zhì)初步水解成氨基酸v 2 2 氨基酸脫氨基產(chǎn)生氨氨基酸脫氨基產(chǎn)生氨水解脫氨、氧化脫氨、還原脫氨水解脫氨、氧化脫氨、還原脫氨（1）水解脫氨（產(chǎn)生氨、羥基酸、醇）RCHNHRCHNH2 2COOH+HCOOH+H2 2O ORCH(OH)COOH+NHRCH(OH)COOH+NH3 3RCHNHRCHNH2 2COOH+HCOOH+H2 2O ORCHRCH2 2OH+COOH+CO2 2+NH+NH3 3（2 2）氧化脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸或酮酸）氧化脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸或酮酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+OCOOH+O2 2RCOOH+CORCOOH+CO2 2+NH+NH3 3（3 3）還原脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸）還原脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+RCHRCH2 2COOH+NHCOOH+NH3 3RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+RCHRCH3 3+CO+CO2 2+NH+NH3 3氨化細(xì)菌：參與氨化作用的細(xì)菌。氨化細(xì)菌：參與氨化作用的細(xì)菌。好氧性：熒光假單胞菌、靈桿菌好氧性：熒光假單胞菌、靈桿菌 厭氧性：腐敗梭菌厭氧性：腐敗梭菌 兼性菌：變形桿菌。兼性菌：變形桿菌。問題：參加的有哪些微生物呢？問題：參加的有哪些微生物呢？（二）硝化作用（Nitrification）1 1 硝化作用概念硝化作用概念 在有在有氧氣氧氣時(shí)，微生物將時(shí)，微生物將氨氨氧化為氧化為硝酸硝酸的作用的作用2 2 參加硝化作用的微生物參加硝化作用的微生物 硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌兩類細(xì)菌相伴而生，作用相連。兩類細(xì)菌相伴而生，作用相連。硝化細(xì)菌的特性：硝化細(xì)菌的特性：（1）革蘭氏陰性菌，不生芽孢）革蘭氏陰性菌，不生芽孢 （2）強(qiáng)好氧性）強(qiáng)好氧性 （3）中性或堿性環(huán)境。不能在強(qiáng)酸環(huán)境生活。）中性或堿性環(huán)境。不能在強(qiáng)酸環(huán)境生活。（4）對(duì)毒物敏感。很少的錳對(duì)其有毒害。）對(duì)毒物敏感。很少的錳對(duì)其有毒害。問題：?jiǎn)栴}：硝化細(xì)菌有哪些特硝化細(xì)菌有哪些特性性？3 3 硝化作用的過程硝化作用的過程（1 1）亞硝酸形成階段）亞硝酸形成階段2 2NHNH3 3+3O+3O2 2亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌2 2HNOHNO2 2+2H+2H2 2O+ATPO+ATP亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬 亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬（2 2）硝酸形成階段硝酸形成階段2HNO2+O22HNO2+O2硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌2HNO2HNO3 3+ATP+ATP硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌：硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬、硝酸球菌屬：硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬、硝酸球菌屬HNOHNO2 2毒性很強(qiáng)，累積起來對(duì)植物有毒害。毒性很強(qiáng)，累積起來對(duì)植物有毒害。HNOHNO3 3是植物吸收利用的有效氮素養(yǎng)料。是植物吸收利用的有效氮素養(yǎng)料。4 硝化作用進(jìn)行的條件硝化作用進(jìn)行的條件O2 NH3 堿性物質(zhì)（中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸）堿性物質(zhì)（中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸）不需有機(jī)物存在不需有機(jī)物存在蛋白質(zhì)最終被氧化成：蛋白質(zhì)最終被氧化成：CO2、H2O、HNO3、H2SO4（三）反硝化作用（Denitrification）概念概念：硝酸鹽硝酸鹽在通氣不良環(huán)境中在通氣不良環(huán)境中（缺氧）（缺氧），被，被 反硝化細(xì)菌還原成反硝化細(xì)菌還原成NONO2 2或或 N N2 2的過程。的過程。1 1 反硝化過程反硝化過程C C6 6H H1212O O6 6+4NO4NO3 3-6H6H2 20+6CO0+6CO2 2+2+2N N2 2+ATP+ATP缺氧缺氧N N2 2NONO3 3-NONO2 2-NONON N2 2O O反硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌2 2 反硝化作用的微生物反硝化作用的微生物 類型型 含有反硝化含有反硝化細(xì)菌種的一些屬菌種的一些屬有機(jī)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型養(yǎng)型 假假單胞菌屬、胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、芽堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、桿菌屬、土壤桿菌屬、黃桿菌屬、芽生桿菌屬、土壤桿菌屬、黃桿菌屬、芽生桿菌屬、鹽桿菌屬、慢生根瘤菌屬桿菌屬、慢生根瘤菌屬 化能無機(jī)化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型養(yǎng)型 硫桿菌屬、硫微螺菌屬、硫桿菌屬、硫微螺菌屬、亞硝化硝化單胞菌屬胞菌屬 光能光能營(yíng)養(yǎng)型養(yǎng)型 紅假假單胞菌屬胞菌屬 混合型混合型 副球菌屬、布副球菌屬、布蘭漢氏菌屬、奈氏球菌屬氏菌屬、奈氏球菌屬反硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌：進(jìn)行反硝化作用的微生物。：進(jìn)行反硝化作用的微生物。5050多屬。多屬。兼性菌兼性菌。反硝化細(xì)菌的部分屬群反硝化細(xì)菌的部分屬群3 反硝化作用發(fā)生的條件反硝化作用發(fā)生的條件NO3-有機(jī)物質(zhì)存在有機(jī)物質(zhì)存在 氧氣氧氣 0.5 mg/L二 尿素的轉(zhuǎn)化尿素尿素：人畜尿液的主要含氮有機(jī)物。含氮：人畜尿液的主要含氮有機(jī)物。含氮47%47%。尿酸尿酸：尿液中的組成成分。水解成尿素。：尿液中的組成成分。水解成尿素。O=CO=C NHNH2 2NHNH2 2+H+H2 2O O脲酶脲酶(NH(NH4 4)2 2COCO3 32NH2NH3 3 +CO+CO2 2+H+H2 2O O參加者：尿素細(xì)菌（好氧）。參加者：尿素細(xì)菌（好氧）。第三節(jié) 無機(jī)元素的轉(zhuǎn)化硫的轉(zhuǎn)化硫的轉(zhuǎn)化 磷的轉(zhuǎn)化磷的轉(zhuǎn)化 鐵的轉(zhuǎn)化鐵的轉(zhuǎn)化一一 硫的轉(zhuǎn)化硫的轉(zhuǎn)化硫化作用硫化作用：有氧有氧時(shí)，微生物將時(shí)，微生物將H2S氧化成氧化成硫磺、硫酸硫磺、硫酸。反硫化作用反硫化作用：無氧無氧時(shí)，微生物將時(shí)，微生物將硫酸硫酸還原成還原成H2S。作用作用：產(chǎn)生的硫酸腐蝕構(gòu)筑物。：產(chǎn)生的硫酸腐蝕構(gòu)筑物。H2S有臭味。有臭味。二二 磷的轉(zhuǎn)化磷的轉(zhuǎn)化1 不溶性無機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化成可溶性磷酸鹽。不溶性無機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化成可溶性磷酸鹽。Ca3（PO4）2 CaHPO4（1）Ca3（PO4）2+2CO2+2H2O 2CaHPO4+Ca（HCO3）2（2）Ca3（PO4）2+2HNO3 2CaHPO4+Ca（NO3）2（3）Ca3（PO4）2+H2SO4 2CaHPO4+CaSO42 有機(jī)磷化物有機(jī)磷化物 磷酸鹽磷酸鹽 解磷大芽孢桿菌解磷大芽孢桿菌 蠟質(zhì)芽孢桿菌蠟質(zhì)芽孢桿菌 霉?fàn)钛挎邨U菌霉?fàn)钛挎邨U菌三 鐵的轉(zhuǎn)化1 鐵化物的氧化和沉淀鐵化物的氧化和沉淀O2 Fe2+Fe3+鐵細(xì)菌鐵細(xì)菌2 鐵化物的還原和溶解鐵化物的還原和溶解Fe3+Fe2+缺氧缺氧第四節(jié) 廢水生物處理中的微生物一一 廢水處理中的幾個(gè)概念廢水處理中的幾個(gè)概念 二二 廢水的好氧生物處理廢水的好氧生物處理 三三 廢水的厭氧生物處理廢水的厭氧生物處理 四四微生物的脫氮除磷微生物的脫氮除磷 五五用生物法處理廢水對(duì)水質(zhì)的要求用生物法處理廢水對(duì)水質(zhì)的要求本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容v廢水生物處理法廢水生物處理法：利用微生物處理廢水的方法。：利用微生物處理廢水的方法。根據(jù)對(duì)氧氣的要求根據(jù)對(duì)氧氣的要求好氧生物處理好氧生物處理 厭氧生物處理厭氧生物處理v生物處理單元：生物處理單元：處理廢水的微生物處理廢水的微生物 處理構(gòu)筑物處理構(gòu)筑物處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)v 生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)：生物與生物與生物生物、生物與、生物與非生物（環(huán)境）非生物（環(huán)境）之間的相之間的相 互關(guān)系。互關(guān)系。各類處理系統(tǒng)中的微生物都為各類處理系統(tǒng)中的微生物都為混合培養(yǎng)的微生物系統(tǒng)混合培養(yǎng)的微生物系統(tǒng)，一 廢水生物處理中的一些概念二 廢水的好氧生物處理1 概念：概念：在在有氧有氧的條件下借的條件下借好氧微生物好氧微生物的作用處理廢水。的作用處理廢水。又叫又叫廢水生物處理廢水生物處理。廢水中廢水中 有機(jī)物有機(jī)物好氧好氧 微生物微生物無機(jī)物，隨水排出無機(jī)物，隨水排出微生物微生物 細(xì)胞物質(zhì)細(xì)胞物質(zhì)有機(jī)物充足有機(jī)物充足微生物增多微生物增多有機(jī)物少有機(jī)物少菌體死亡菌體死亡與廢水與廢水 分離分離O2通過物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下來通過物理凝聚作用在沉淀池中沉淀下來。2 廢水好氧生物處理作用對(duì)象廢水好氧生物處理作用對(duì)象溶解的有機(jī)物溶解的有機(jī)物直接滲入細(xì)胞內(nèi)被吸收直接滲入細(xì)胞內(nèi)被吸收 固體的、膠體的有機(jī)物固體的、膠體的有機(jī)物間接吸收間接吸收 附在菌體外，由細(xì)菌所分泌的胞外酶分解為溶解附在菌體外，由細(xì)菌所分泌的胞外酶分解為溶解性物質(zhì)，滲入細(xì)胞。性物質(zhì)，滲入細(xì)胞。3 廢水好氧生物處理的優(yōu)缺點(diǎn)廢水好氧生物處理的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無臭氣、時(shí)間短。條件適宜可除去無臭氣、時(shí)間短。條件適宜可除去BOD5 8090 缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜4 廢水好氧生物處理的方法廢水好氧生物處理的方法 活性污泥法活性污泥法、生物膜法、生物膜法（生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法）（生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法）氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。氧化塘（生物塘）法、污水灌溉。什么是活性污什么是活性污泥泥？活性污泥中活性污泥中起起主要作用的是主要作用的是什什么物質(zhì)？么物質(zhì)？曝氣池中形成的污泥（土壤微生物曝氣池中形成的污泥（土壤微生物群）！群）！菌膠團(tuán)！菌膠團(tuán)！活性污泥法是一種活性污泥法是一種應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣的廢水好氧生物處理技術(shù)的廢水好氧生物處理技術(shù)1 1 1 1 什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥什么是好氧活性污泥 n好氧活性污泥是好氧活性污泥是在在曝氣狀態(tài)下曝氣狀態(tài)下由多種多樣的好氧微生由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物物和兼性厭氧微生物(兼有少量的厭氧微生物兼有少量的厭氧微生物)與污與污(廢廢)水中有機(jī)的和無機(jī)固體物水中有機(jī)的和無機(jī)固體物混凝混凝交織在一起，形交織在一起，形成成的絮狀體或稱絨粒。的絮狀體或稱絨粒。n n活性污泥的形成是一種自然現(xiàn)象。活性污泥的形成是一種自然現(xiàn)象。n例例如如，如如果果向向一一桶桶含含糞糞便便污污水水中中不不斷斷地地加加入入空空氣氣，并并持持續(xù)續(xù)維維持持水水中中的的溶溶解解氧氧，那那末末經(jīng)經(jīng)過過一一段段時(shí)時(shí)間間后后，就就會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生褐褐色色絮絮花花狀狀的的泥泥粒粒，在在顯顯微微鏡鏡下下會(huì)會(huì)看看到到，污污泥泥里里充充滿滿了了各各種種各各樣樣的的微微生生物物，這這就就是是典典型型的的好好氧氧活活性性污污泥。泥。n微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài)微生物在設(shè)備中呈懸浮狀態(tài)2 2 2 2 好氧活性污泥的組成和性質(zhì)好氧活性污泥的組成和性質(zhì)好氧活性污泥的組成和性質(zhì)好氧活性污泥的組成和性質(zhì) n（1）組成）組成 n好好氧氧微微生生物物和和兼兼性性厭厭氧氧微微生生物物(兼兼有有少少量量的的厭厭氧氧微微生生物物)與其上吸附的有機(jī)的和無機(jī)的與其上吸附的有機(jī)的和無機(jī)的固體雜質(zhì)組成固體雜質(zhì)組成。n（2）好氧活性污泥的性質(zhì)）好氧活性污泥的性質(zhì) n顏色以顏色以棕褐色棕褐色棕褐色棕褐色為佳為佳 黑色說明厭氧、白色說明無機(jī)物過多黑色說明厭氧、白色說明無機(jī)物過多 n含水率在含水率在99左右左右 密度為密度為10021006 n大小為大小為00202mm 比表面積為比表面積為20100cm2ml之間之間 n弱弱酸酸性性(pH約約為為67)當(dāng)當(dāng)進(jìn)進(jìn)水水改改變變時(shí)時(shí)，對(duì)對(duì)進(jìn)進(jìn)水水pH的的變變化化有有一一定定的承受能力。的承受能力。3 3 3 3好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落 n n中心是是能能起起絮絮凝凝作作用用的的細(xì)細(xì)菌菌形形成成的的菌膠團(tuán)，在在其其上上生生長(zhǎng)長(zhǎng)著著其其他他微微生生物物。如如酵酵母母菌菌、霉霉菌菌、放放線線菌菌、藻藻類類、原原生生動(dòng)物和某些微型后生動(dòng)物動(dòng)物和某些微型后生動(dòng)物(輪蟲及線蟲等輪蟲及線蟲等)。nA A菌膠團(tuán)菌膠團(tuán) n在在微微生生物物學(xué)學(xué)領(lǐng)領(lǐng)域域里里，將將動(dòng)動(dòng)膠膠菌菌屬屬形形成成的的細(xì)細(xì)菌菌團(tuán)團(tuán)塊塊稱稱為為菌膠團(tuán)。菌膠團(tuán)。n在在水水處處理理工工程程領(lǐng)領(lǐng)域域內(nèi)內(nèi)，則則將將所所有有具具有有莢莢膜膜或或粘粘液液的的絮絮凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。凝性細(xì)菌互相絮凝聚集成的菌膠團(tuán)塊都稱為菌膠團(tuán)。提問：提問：菌膠團(tuán)有哪些功能？菌膠團(tuán)有哪些功能？吸附和氧化分解有機(jī)物；吸附和氧化分解有機(jī)物；菌菌膠膠團(tuán)團(tuán)是是細(xì)細(xì)菌菌的的存存在在形形式式，細(xì)細(xì)菌菌占占到到活活性性污污泥泥中中微微生生物物總總量量的的99%,有有107108個(gè)個(gè)/ml，他他們們是是生生物物處處理理的的主主力力軍軍，一一旦旦菌菌膠膠團(tuán)團(tuán)受受到到各各種種因因素素的的影影響響和和破破壞壞，則則活活性性污污泥泥法法對(duì)對(duì)有有機(jī)機(jī)物物去去除除率率明明顯顯下下降降，甚至無去除能力。甚至無去除能力。菌膠團(tuán)對(duì)有機(jī)物的吸附和分解，為原生動(dòng)物和微型菌膠團(tuán)對(duì)有機(jī)物的吸附和分解，為原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物提供了良好的生存環(huán)境后生動(dòng)物提供了良好的生存環(huán)境；例如菌膠團(tuán)本身為原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物提供附著場(chǎng)所；菌膠例如菌膠團(tuán)本身為原生動(dòng)物、微型后生動(dòng)物提供附著場(chǎng)所；菌膠團(tuán)團(tuán)中的細(xì)菌可以去除毒物、自身作為動(dòng)物食料。中的細(xì)菌可以去除毒物、自身作為動(dòng)物食料。a.a.菌膠團(tuán)的功能菌膠團(tuán)的功能菌膠團(tuán)的功能菌膠團(tuán)的功能 為什么細(xì)菌會(huì)形成菌膠團(tuán)？為什么細(xì)菌會(huì)形成菌膠團(tuán)？粘性多糖的粘著作用粘性多糖的粘著作用 很很多多細(xì)細(xì)菌菌莢莢膜膜相相互互間間粘粘著著時(shí)時(shí)就就會(huì)會(huì)形形成成一一個(gè)個(gè)由由許許多多細(xì)細(xì)菌菌共共有有的的大大莢莢膜膜，當(dāng)當(dāng)細(xì)細(xì)菌菌進(jìn)進(jìn)入入老老齡齡后后，細(xì)細(xì)菌菌分分泌泌的的的的粘粘稠稠多多糖糖聚聚合合物物增增多多，更更加加速速了了細(xì)菌大莢膜的增大，這樣就形成了菌膠團(tuán)的雛形。細(xì)菌大莢膜的增大，這樣就形成了菌膠團(tuán)的雛形。b.b.菌膠團(tuán)的形成機(jī)理菌膠團(tuán)的形成機(jī)理 纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用纖維素性質(zhì)多糖的勾連作用 將菌膠團(tuán)置于電子顯微鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，在大莢膜增大的同時(shí)，在其將菌膠團(tuán)置于電子顯微鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，在大莢膜增大的同時(shí)，在其外側(cè)出現(xiàn)了許多類似于纖維素網(wǎng)狀的物質(zhì)，據(jù)分析這些物質(zhì)的成分也外側(cè)出現(xiàn)了許多類似于纖維素網(wǎng)狀的物質(zhì)，據(jù)分析這些物質(zhì)的成分也是是多糖，如圖所示多糖，如圖所示活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片活性污泥菌膠團(tuán)外的纖維絲電鏡照片 提問：提問：這些纖維素從何而來？這些纖維素從何而來？細(xì)菌的胞外分泌物細(xì)菌的胞外分泌物 原生動(dòng)物分泌的胞外粘液的粘著作用；原生動(dòng)物分泌的胞外粘液的粘著作用；實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明明小小口口鐘鐘蟲蟲、累累枝枝蟲蟲和和尾尾草草履履蟲蟲等等纖纖毛毛蟲蟲能能分分泌泌一一些些促促進(jìn)進(jìn)凝凝聚聚的的糖糖類類，在在促促進(jìn)進(jìn)自自身身粘粘附附在在活活性性污污泥泥上上的同時(shí)，的同時(shí)，加速菌膠團(tuán)的進(jìn)一步增大；加速菌膠團(tuán)的進(jìn)一步增大；小口鐘蟲小口鐘蟲c.菌膠團(tuán)中的細(xì)菌 菌膠團(tuán)中的細(xì)菌來源于菌膠團(tuán)中的細(xì)菌來源于土壤土壤、水和空氣。它們多數(shù)水和空氣。它們多數(shù)是是革蘭氏陰性菌革蘭氏陰性菌，如動(dòng)膠菌屬和叢毛單胞菌屬，它，如動(dòng)膠菌屬和叢毛單胞菌屬，它們們可占可占70，生活污水好氧處理時(shí)菌膠團(tuán)中的主要細(xì)生活污水好氧處理時(shí)菌膠團(tuán)中的主要細(xì)菌菌見下表見下表工業(yè)廢水處理中的菌膠團(tuán)細(xì)菌組成與之類似，但工業(yè)廢水處理中的菌膠團(tuán)細(xì)菌組成與之類似，但優(yōu)勢(shì)菌主要優(yōu)勢(shì)菌主要是對(duì)特定工業(yè)廢物起主要降解作用的細(xì)菌是對(duì)特定工業(yè)廢物起主要降解作用的細(xì)菌 B活性污泥中的其它微生物 在在菌菌膠膠團(tuán)團(tuán)上上層層居居住住的的是是放放線線菌菌、真真菌菌及及原原生生動(dòng)動(dòng)物物、后后生生動(dòng)動(dòng)物物。它它們們的的數(shù)數(shù)量量相相比比較較細(xì)細(xì)菌菌而而言言要要少少得得多多，通通常常包包括括少少量量的的球球衣衣菌菌、諾諾卡卡氏氏菌菌、發(fā)發(fā)硫硫菌菌、頭頭孢孢霉霉、地地霉霉菌菌、酵酵母母菌菌等等，以以及及原原生生動(dòng)動(dòng)物物中中的的鐘鐘蟲蟲、蓋蓋纖纖蟲蟲、等等枝枝蟲蟲、草草履履蟲蟲和和原原生生動(dòng)動(dòng)物物中中的的輪輪蟲蟲。這這些些微微生生物物與與菌菌膠膠團(tuán)團(tuán)細(xì)細(xì)菌菌構(gòu)構(gòu)成成了了穩(wěn)穩(wěn)定定的的生生態(tài)態(tài)體體系系，它它們們之之間間存存在在著著復(fù)復(fù)雜雜的的相相互互關(guān)關(guān)系系，它它們們的的種種類類、數(shù)數(shù)量量隨隨營(yíng)營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)條條件件(廢廢水水種種類類、化化學(xué)學(xué)組組成成、濃濃度度)、溫溫度度、供供氧氧、pH等等環(huán)環(huán)境境條條件件改改變變也也在在不不停停的發(fā)生著變化。的發(fā)生著變化。活性活性活性活性污泥污泥污泥污泥原生動(dòng)物原生動(dòng)物原生動(dòng)物原生動(dòng)物 好好氧氧活活性性污污泥泥的的凈凈化化作作用用機(jī)機(jī)理理見見下下圖圖好好氧氧活活性性污污泥泥吸吸附和降解附和降解 n用框圖表示見下圖用框圖表示見下圖 后處理后處理生物處理生物處理（二級(jí)處理）（二級(jí)處理）化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物曝氣池沉淀池污泥回流污泥回流凈水外排凈水外排預(yù)處理預(yù)處理 （一級(jí)處理）（一級(jí)處理）污泥及余渣消化罐n活性污泥的優(yōu)勢(shì)：活性污泥的優(yōu)勢(shì)：n（1）可以連續(xù)反復(fù)使用可以連續(xù)反復(fù)使用 n好好氧氧活活性性污污泥泥由由于于是是由由有有生生命命的的微微生生物物組組成成，能能自自我我繁繁殖殖，且且易易于于分分離離，而而化化學(xué)學(xué)藥藥劑劑只只能能一一次次使使用用，故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越。故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越。n n（2）可可以以降降解解水水中中的的溶溶解解性性有有機(jī)機(jī)物物，這也是物理化學(xué)方法難以做到的。這也是物理化學(xué)方法難以做到的。n 泥水分泥水分離良好離良好，出水出水清清澈澈常見故障常見故障：二次沉淀池中固液分離（泥水分離）出現(xiàn)問題。：二次沉淀池中固液分離（泥水分離）出現(xiàn)問題。起因起因：污泥絮狀體的結(jié)構(gòu)不正常。：污泥絮狀體的結(jié)構(gòu)不正常。正常的絮狀體的結(jié)構(gòu)有兩類正常的絮狀體的結(jié)構(gòu)有兩類：微結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)：直徑直徑18，長(zhǎng)泥齡（，長(zhǎng)泥齡（9天）利于該菌生長(zhǎng)。天）利于該菌生長(zhǎng)。微結(jié)構(gòu)絮體造成微結(jié)構(gòu)絮體造成 A 不凝聚 B B 起泡沫（厚、棕色泡沫）起泡沫（厚、棕色泡沫）概念概念：活性污泥的性能發(fā)生變化，絮塊活性污泥的性能發(fā)生變化，絮塊漂浮漂浮水水面，面，比重減輕，隨著水流而比重減輕，隨著水流而排出排出。該異常現(xiàn)象稱之。該異?，F(xiàn)象稱之。由絲狀細(xì)菌和其它絲狀微生物大量增殖引起。由絲狀細(xì)菌和其它絲狀微生物大量增殖引起。造成的結(jié)果造成的結(jié)果：稀薄污泥回流至曝氣池稀薄污泥回流至曝氣池。出水出水BODBOD5 5升高升高。C 污泥膨脹BOD;NBOD;N及及BOD:PBOD:P很高，很高，特別特別N N不足不足 （BOD:N:P=100:5:1)BOD:N:P=100:5:1)進(jìn)水中低分子碳水化合進(jìn)水中低分子碳水化合 物過多物過多 水溫低水溫低 溶氧低溶氧低 低低pH pH 重金屬等有毒物流入多。重金屬等有毒物流入多。調(diào)節(jié)水的酸堿度調(diào)節(jié)水的酸堿度 將沉淀污泥和消化污泥攪拌混合將沉淀污泥和消化污泥攪拌混合 添加鐵鹽（添加鐵鹽（FeClFeCl2 2550mg/L)550mg/L)、鋁鹽鋁鹽(10100mg/L)(10100mg/L)、氯氯(1020mg/L(1020mg/L、H H2 2O O2)2)(40200mg/L(40200mg/L），），前兩者連續(xù)添加，后兩者間歇前兩者連續(xù)添加，后兩者間歇添加。添加。降低溶解氧濃度（曝氣池降低溶解氧濃度（曝氣池1mg/L)1mg/L)對(duì)回流污泥在曝氣。對(duì)回流污泥在曝氣。（五）（五）生物濾池中的微生物（生物濾池中的微生物（生物膜法生物膜法）包括：包括：生物濾池生物濾池（以此為例以此為例）生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤 生物接觸氧化法生物接觸氧化法 生物流化床生物流化床生物膜法生物膜法又稱又稱固定膜法固定膜法。主要去除廢水中溶。主要去除廢水中溶解解的和膠體的有機(jī)污染物。的和膠體的有機(jī)污染物。1 生物濾池的結(jié)構(gòu)生物濾池的結(jié)構(gòu)三個(gè)主要部分三個(gè)主要部分濾床濾床 布水系統(tǒng)布水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)池體池體 濾料濾料生物濾池的結(jié)構(gòu)圖生物濾池的結(jié)構(gòu)圖1 旋轉(zhuǎn)布水器旋轉(zhuǎn)布水器 2 濾料濾料 3 集水溝集水溝 4 總排水溝總排水溝 5 滲水裝置滲水裝置v 濾料濾料濾料是生物膜賴以生存的載體。濾料是生物膜賴以生存的載體。濾料應(yīng)具備以下特性濾料應(yīng)具備以下特性：（1）能為微生物的棲息提供大量的表面積。能為微生物的棲息提供大量的表面積。（2）能使廢水以液膜狀均勻分布在其表面。能使廢水以液膜狀均勻分布在其表面。（3）有足夠大的孔隙率，使生物膜能隨水通過有足夠大的孔隙率，使生物膜能隨水通過孔孔隙流到池底。保證有良好的通風(fēng)。隙流到池底。保證有良好的通風(fēng)。（4）適合于生物膜的形成與黏附適合于生物膜的形成與黏附 （5）有較好的機(jī)械強(qiáng)度，不易變形與破碎。有較好的機(jī)械強(qiáng)度，不易變形與破碎。濾料的材料濾料的材料：碎石、卵石、爐渣碎石、卵石、爐渣。近年使用近年使用塑料濾料塑料濾料（聚氯乙稀、聚苯乙烯）（聚氯乙稀、聚苯乙烯）1 生物濾池的結(jié)構(gòu)生物濾池的結(jié)構(gòu)v 布水系統(tǒng)布水系統(tǒng)作用作用 是將廢水均勻地噴灑在濾料上。是將廢水均勻地噴灑在濾料上。v 排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)濾床底部，濾床底部，作用作用是收集。排出處理后的廢水是收集。排出處理后的廢水保證濾池通風(fēng)。保證濾池通風(fēng)。旋轉(zhuǎn)布水器示意圖旋轉(zhuǎn)布水器示意圖1 生物濾池的結(jié)構(gòu)生物濾池的結(jié)構(gòu)2 生物濾池工作的基本原理生物濾池工作的基本原理 在濾池內(nèi)在濾池內(nèi)設(shè)置設(shè)置固定的固定的濾料濾料，當(dāng)廢水自上而下濾過時(shí)，由于廢水當(dāng)廢水自上而下濾過時(shí)，由于廢水不斷與濾料接觸，不斷與濾料接觸，微生物在濾料表微生物在濾料表面繁殖面繁殖，逐漸形成，逐漸形成生物膜生物膜。生物膜。生物膜是由多種微生物組成的一個(gè)生態(tài)系是由多種微生物組成的一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。統(tǒng)。當(dāng)生物膜形成并達(dá)到一定厚當(dāng)生物膜形成并達(dá)到一定厚度時(shí)，氧就無法透入生物膜內(nèi)層，度時(shí)，氧就無法透入生物膜內(nèi)層，造成內(nèi)層的厭氧狀態(tài)，使生物膜的造成內(nèi)層的厭氧狀態(tài)，使生物膜的附著力減弱。此時(shí)，在水流的沖刷附著力減弱。此時(shí)，在水流的沖刷下，下，生物膜生物膜開始開始脫落脫落。隨后在濾料。隨后在濾料上又會(huì)上又會(huì)生長(zhǎng)新的生物膜生長(zhǎng)新的生物膜。如此循環(huán)。如此循環(huán)往復(fù)，廢水流經(jīng)生物膜后得以凈化。往復(fù)，廢水流經(jīng)生物膜后得以凈化。生物濾池的結(jié)構(gòu)圖生物濾池的結(jié)構(gòu)圖3 什么是生物膜？微生物在濾料表面繁殖形成的膜狀結(jié)構(gòu)。是一個(gè)生態(tài)微生物在濾料表面繁殖形成的膜狀結(jié)構(gòu)。是一個(gè)生態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)。結(jié)構(gòu)由兩部分組成結(jié)構(gòu)由兩部分組成附著生物體附著生物體 液膜液膜好氧微生物（膜外層）好氧微生物（膜外層）厭氧微生物（接觸濾料）厭氧微生物（接觸濾料）附著水層附著水層 流動(dòng)水層流動(dòng)水層 膜內(nèi)生物不停挖洞，膜多孔。膜內(nèi)生物不停挖洞，膜多孔。大量有機(jī)物在好氧區(qū)被分解。大量有機(jī)物在好氧區(qū)被分解。厭氧區(qū)增厚使膜脫落，新膜形成厭氧區(qū)增厚使膜脫落，新膜形成4 生物濾池中的微生物污水中含有生物膜所需的各種微生物。夏季污水中含有生物膜所需的各種微生物。夏季24周形成生物膜。冬季需周形成生物膜。冬季需2個(gè)月。個(gè)月。細(xì)菌細(xì)菌：多數(shù)為：多數(shù)為G-，能形成菌膠團(tuán)。無色桿菌、黃，能形成菌膠團(tuán)。無色桿菌、黃 桿菌、極毛桿菌、球衣細(xì)菌、貝氏硫桿菌桿菌、極毛桿菌、球衣細(xì)菌、貝氏硫桿菌 真菌真菌：鐮刀菌、青霉、毛霉、地霉、多種酵母菌：鐮刀菌、青霉、毛霉、地霉、多種酵母菌 藻類藻類：小球藻、藍(lán)藻、綠藻（僅在濾池表面）：小球藻、藍(lán)藻、綠藻（僅在濾池表面）原生動(dòng)物原生動(dòng)物：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲：鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、草履蟲 后生動(dòng)物后生動(dòng)物：輪蟲、線蟲。：輪蟲、線蟲。（六）好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展1 活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展（1）氧化溝）氧化溝 又稱又稱循環(huán)曝氣池循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形。，是活性污泥法的一種變形。荷蘭衛(wèi)生工程研究所于荷蘭衛(wèi)生工程研究所于20世紀(jì)世紀(jì)50年代研制開發(fā)的。年代研制開發(fā)的。第一座氧化溝是第一座氧化溝是1954年由巴斯維爾（年由巴斯維爾（Pasveer）設(shè)設(shè)計(jì)并投入運(yùn)行。一般主要用于日處理水量在計(jì)并投入運(yùn)行。一般主要用于日處理水量在5000m3以下的城市廢水和有機(jī)廢水。以下的城市廢水和有機(jī)廢水。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)水溫、水質(zhì)、水量的變動(dòng)有較強(qiáng)適應(yīng)性。：對(duì)水溫、水質(zhì)、水量的變動(dòng)有較強(qiáng)適應(yīng)性。產(chǎn)泥量低，排泥量少。產(chǎn)泥量低，排泥量少。充分曝氣處理，水質(zhì)良好。充分曝氣處理，水質(zhì)良好。原廢水原廢水格柵格柵沉砂池沉砂池氧化溝氧化溝回流污泥回流污泥處理水處理水二次二次 沉淀池沉淀池以氧化溝為單元的廢水處理流程以氧化溝為單元的廢水處理流程氧化溝的平面圖氧化溝的平面圖1 活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)展（2）AB法廢水處理工藝法廢水處理工藝 又叫又叫吸附生物降解（吸附生物降解（Adsorption Biodegradation）工藝工藝的簡(jiǎn)稱。德國的簡(jiǎn)稱。德國20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期開年代中期開創(chuàng)的。創(chuàng)的。格柵格柵沉砂池沉砂池中間沉淀池中間沉淀池吸附池吸附池曝氣池曝氣池二次沉淀池二次沉淀池預(yù)處理段預(yù)處理段A段段B段段回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥AB法廢水處理工藝流程法廢水處理工藝流程原廢水原廢水處理水處理水2 生物膜法的進(jìn)展生物膜法的進(jìn)展 生物流化床生物流化床20世紀(jì)世紀(jì)70年代開發(fā)出的一種新型生物膜法廢水處理構(gòu)筑物。年代開發(fā)出的一種新型生物膜法廢水處理構(gòu)筑物。采用采用相對(duì)密度相對(duì)密度1的細(xì)小的細(xì)小惰性顆惰性顆粒（砂、焦炭、陶粒、活粒（砂、焦炭、陶粒、活性炭等）為載體性炭等）為載體，微生物微生物生生長(zhǎng)于載體表面形成生物長(zhǎng)于載體表面形成生物膜膜，廢水（先經(jīng)充氧獲在床內(nèi)廢水（先經(jīng)充氧獲在床內(nèi)充氧）充氧）自下向上流動(dòng)，使載體自下向上流動(dòng)，使載體處于流處于流化狀態(tài)，其上附著的生化狀態(tài)，其上附著的生物膜可物膜可與載體充分接觸。流化與載體充分接觸。流化床內(nèi)生床內(nèi)生物固體濃度很高，氧和物固體濃度很高，氧和有機(jī)物有機(jī)物的傳遞效率也高。高效。的傳遞效率也高。高效。生物流化床示意圖生物流化床示意圖載體載體（六）好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展兩項(xiàng)生物流化床工藝兩項(xiàng)生物流化床工藝載體載體三 廢水的厭氧生物處理（一）（一）厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物（二）（二）厭氧微生物群體間的關(guān)系厭氧微生物群體間的關(guān)系（三）（三）厭氧生物處理的影響因素厭氧生物處理的影響因素（四）（四）厭氧法處理廢水的特征厭氧法處理廢水的特征（五）（五）厭氧法處理廢水的應(yīng)用厭氧法處理廢水的應(yīng)用（一）厭氧生物處理的基本原理及參加的微生物廢水的厭氧生物處理廢水的厭氧生物處理：在無氧的條件下，借多種厭氧微生在無氧的條件下，借多種厭氧微生 物的作用處理廢水。又叫厭氧消化。物的作用處理廢水。又叫厭氧消化。1881年法國報(bào)道了羅伊斯年法國報(bào)道了羅伊斯.莫拉斯（莫拉斯（Louis Mouras）發(fā)明的）發(fā)明的“自動(dòng)凈化器自動(dòng)凈化器”。開始了利用。開始了利用厭厭氧消化處理廢水的歷史。至今已氧消化處理廢水的歷史。至今已100多年多年。1979年布利安特（年布利安特（Bryant）等人提出厭氧）等人提出厭氧消化的消化的三階段三階段4 類群理論類群理論。發(fā)酵細(xì)菌作用階段（水解發(fā)酵階段）發(fā)酵細(xì)菌作用階段（水解發(fā)酵階段）產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段（產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段）產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段（產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段）產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段三階段三階段4類群理論類群理論1 發(fā)酵細(xì)菌作用階段發(fā)酵細(xì)菌作用階段碳水化合物碳水化合物 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 類脂類脂（1）原理）原理：胞外酶胞外酶單糖單糖 氨基酸氨基酸 脂肪酸脂肪酸發(fā)酵發(fā)酵醇醇 低級(jí)脂肪酸低級(jí)脂肪酸（2）參加的微生物）參加的微生物：發(fā)酵細(xì)菌群發(fā)酵細(xì)菌群梭菌屬梭菌屬（Clostridium)丁酸弧菌屬丁酸弧菌屬（Butyrivibrio）擬桿菌屬（擬桿菌屬（Bacteroides)大多專性厭氧；適宜大多專性厭氧；適宜Ph4.582 產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段產(chǎn)醋酸細(xì)菌作用階段 上階段產(chǎn)物上階段產(chǎn)物（丙酸、丁酸、醇等）（丙酸、丁酸、醇等）醋酸、甲胺醋酸、甲胺 CO2、H2（1）原理）原理（2）參加的微生物）參加的微生物產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群 同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群互營(yíng)單胞菌屬互營(yíng)單胞菌屬 互營(yíng)桿菌屬互營(yíng)桿菌屬 梭菌屬梭菌屬 暗桿菌屬暗桿菌屬絕對(duì)厭氧菌獲兼性厭氧菌；絕對(duì)厭氧菌獲兼性厭氧菌；適宜適宜pH 4.58三階段三階段4類群理論類群理論3 產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用階段產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用階段（厭氧消化的控制階段）（厭氧消化的控制階段）（1）原理）原理H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH CH4（2）參加的微生物）參加的微生物產(chǎn)甲烷細(xì)菌群產(chǎn)甲烷細(xì)菌群產(chǎn)甲烷桿菌屬產(chǎn)甲烷桿菌屬 產(chǎn)甲烷短桿菌屬產(chǎn)甲烷短桿菌屬 產(chǎn)甲烷球菌屬產(chǎn)甲烷球菌屬嚴(yán)格厭氧菌嚴(yán)格厭氧菌 中溫菌對(duì)溫度敏感中溫菌對(duì)溫度敏感 pH 適宜適宜6.87.2 增殖速率慢增殖速率慢三階段三階段4類群理論類群理論厭氧消化三階段四類群厭氧消化三階段四類群廢水中有機(jī)物廢水中有機(jī)物脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇類脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇類乙酸乙酸H2+CO2發(fā)酵性細(xì)菌發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌CH4不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌相互依賴、相互制約。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌相互依賴、相互制約。表現(xiàn)在表現(xiàn)在：1 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌未產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷所需的不產(chǎn)甲烷細(xì)菌未產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷所需的的的基質(zhì)?；|(zhì)。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的產(chǎn)物氫、二氧化碳、乙酸提供給產(chǎn)不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的產(chǎn)物氫、二氧化碳、乙酸提供給產(chǎn)甲烷細(xì)菌。產(chǎn)甲烷細(xì)菌為厭氧環(huán)境有機(jī)物分解食物鏈最甲烷細(xì)菌。產(chǎn)甲烷細(xì)菌為厭氧環(huán)境有機(jī)物分解食物鏈最后環(huán)節(jié)。后環(huán)節(jié)。2 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件。厭氧發(fā)酵初期的加料等帶入的厭氧發(fā)酵初期的加料等帶入的空氣中的氧被不產(chǎn)甲烷空氣中的氧被不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的代謝作用，使發(fā)酵液的氧化還原電位不斷下細(xì)菌的代謝作用，使發(fā)酵液的氧化還原電位不斷下降降，為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)條件。為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)條件。（二）（二）厭氧微生物群體間的關(guān)系厭氧微生物群體間的關(guān)系3 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì)不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì) 苯環(huán)、氰化物可被不產(chǎn)甲烷細(xì)菌降解。苯環(huán)、氰化物可被不產(chǎn)甲烷細(xì)菌降解。4 產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制。產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物可以抑制其本身的不斷形成。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物可以抑制其本身的不斷形成。如氫的積累抑制產(chǎn)氫細(xì)菌的產(chǎn)氫，酸的積累抑制產(chǎn)酸細(xì)如氫的積累抑制產(chǎn)氫細(xì)菌的產(chǎn)氫，酸的積累抑制產(chǎn)酸細(xì) 菌的產(chǎn)酸。而產(chǎn)甲烷細(xì)菌可以利用氫、乙酸、二氧化碳菌的產(chǎn)酸。而產(chǎn)甲烷細(xì)菌可以利用氫、乙酸、二氧化碳 等，解除反饋。等，解除反饋。5 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值值。不產(chǎn)甲烷菌分解糖等產(chǎn)生不產(chǎn)甲烷菌分解糖等產(chǎn)生酸酸，降低降低pH 產(chǎn)甲烷菌分解酸產(chǎn)生產(chǎn)甲烷菌分解酸產(chǎn)生甲烷甲烷，pH 上升上升（二）（二）厭氧微生物群體間的關(guān)系厭氧微生物群體間的關(guān)系對(duì)厭氧生物及厭氧消化的影響尤為顯著。對(duì)厭氧生物及厭氧消化的影響尤為顯著。厭氧消化厭氧消化 最佳溫度最佳溫度55左右左右嗜熱菌（高溫消化）嗜熱菌（高溫消化）35左右左右嗜溫菌（中溫消化嗜溫菌（中溫消化）取舍取舍：高溫消化的反應(yīng)速率為中溫消化高溫消化的反應(yīng)速率為中溫消化的的1.51.9倍，但甲烷在氣體中占倍，但甲烷在氣體中占比例低。消化不徹底。比例低。消化不徹底。高溫消化需較多的能量，不經(jīng)濟(jì)。高溫消化需較多的能量，不經(jīng)濟(jì)。1 溫度溫度溫度對(duì)厭氧消化的影響溫度對(duì)厭氧消化的影響（三）（三）厭氧生物處理的影響因素厭氧生物處理的影響因素不產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜不產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜pH 4.58 產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜產(chǎn)甲烷細(xì)菌適宜pH 6.87.2在在pH8.2的環(huán)的環(huán)境中，厭氧消化會(huì)受到嚴(yán)境中，厭氧消化會(huì)受到嚴(yán)重抑制。主要對(duì)甲烷細(xì)菌重抑制。主要對(duì)甲烷細(xì)菌的抑制。的抑制。厭氧消化的最佳厭氧消化的最佳pH 值為值為6.87.2.2 pH 值值（三）（三）厭氧生物處理的影響因素厭氧生物處理的影響因素有機(jī)污泥有機(jī)污泥不溶性有機(jī)質(zhì)、纖維素含量高的污水。不溶性有機(jī)質(zhì)、纖維素含量高的污水。高濃度有機(jī)廢水高濃度有機(jī)廢水一般先厭氧處理將污物，后好氧處理。一般先厭氧處理將污物，后好氧處理。大量稀釋或降低好氧處理進(jìn)水量，則處理費(fèi)用較昂貴。大量稀釋或降低好氧處理進(jìn)水量，則處理費(fèi)用較昂貴。1 處理對(duì)象處理對(duì)象：有機(jī)污泥和高濃度的有機(jī)廢水有機(jī)污泥和高濃度的有機(jī)廢水 2 時(shí)間長(zhǎng)：時(shí)間長(zhǎng)：3035，需，需15天。天。生化需氧量去除率生化需氧量去除率5090與好氧處理法比較與好氧處理法比較 3 能量需求大大降低能量需求大大降低不需供給氧氣，同時(shí)還可產(chǎn)生甲烷不需供給氧氣，同時(shí)還可產(chǎn)生甲烷 每去除每去除1kg COD好氧生物處理一般需消耗好氧生物處理一般需消耗0.51.0 kW.h電能。電能。每去除每去除1kg COD 厭氧生物處理約能產(chǎn)生厭氧生物處理約能產(chǎn)生3.5 kW.h電能。電能。（四）（四）厭氧法處理廢水的特征厭氧法處理廢水的特征 4 污泥產(chǎn)量極低污泥產(chǎn)量極低厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。5 處理后有機(jī)物濃度高于好氧處理處理后有機(jī)物濃度高于好氧處理 6 有臭氣產(chǎn)生有臭氣產(chǎn)生S、SO42-O2還原還原H2S 7 設(shè)備較簡(jiǎn)單設(shè)備較簡(jiǎn)單 厭氧消化池厭氧消化池主要用于處理城市廢水廠的污泥和固體含量很高的廢水。主要用于處理城市廢水廠的污泥和固體含量很高的廢水。沼氣沼氣 穩(wěn)定性好的腐殖質(zhì)穩(wěn)定性好的腐殖質(zhì)。污泥體積減少污泥體積減少1/2以上。以上。我國常用的為圓柱形。鋼筋混凝土我國常用的為圓柱形。鋼筋混凝土浮蓋式消化池浮蓋式消化池（五）（五）厭氧法處理廢水的應(yīng)用厭氧法處理廢水的應(yīng)用四 廢水的生物脫氮除磷技術(shù)（一）（一）水體的富營(yíng)養(yǎng)化水體的富營(yíng)養(yǎng)化（二）（二）廢水的生物脫氮廢水的生物脫氮（三）（三）廢水的生物除磷廢水的生物除磷（四）（四）生物脫氮和除磷的影響因素生物脫氮和除磷的影響因素（一）水體的富營(yíng)養(yǎng)化水體富營(yíng)養(yǎng)化（水體富營(yíng)養(yǎng)化（eutrophication）由于由于N、P在水體中含量過高，而引起藻類、某些細(xì)在水體中含量過高，而引起藻類、某些細(xì) 菌大量繁殖，其它生物種類減少，以至水質(zhì)惡化。菌大量繁殖，其它生物種類減少，以至水質(zhì)惡化。是近是近30年在廢水處理中才出現(xiàn)的一個(gè)術(shù)語。年在廢水處理中才出現(xiàn)的一個(gè)術(shù)語。開始富營(yíng)養(yǎng)化的條件開始富營(yíng)養(yǎng)化的條件 水體中可溶性磷水體中可溶性磷 0.01mg/L N:P5:1 N：是富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素（：是富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素（NH4+、NO3-、NO2-、有機(jī)有機(jī)N）P:可溶性磷酸鹽可溶性磷酸鹽 與不溶性磷酸鹽相互轉(zhuǎn)化。與不溶性磷酸鹽相互轉(zhuǎn)化。（二）廢水的生物脫氮1 生物脫氮的基本原理生物脫氮的基本原理 生物脫氮是污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中生物脫氮是污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被異養(yǎng)型微生物氧化分解，轉(zhuǎn)化為氨氮，然后由自養(yǎng)型硝被異養(yǎng)型微生物氧化分解，轉(zhuǎn)化為氨氮，然后由自養(yǎng)型硝化細(xì)菌將其轉(zhuǎn)化為化細(xì)菌將其轉(zhuǎn)化為NO3-，最后再由反硝化細(xì)菌將，最后再由反硝化細(xì)菌將NO3-還原還原為為N2，從而達(dá)到脫氮的目的。，從而達(dá)到脫氮的目的。含氮有機(jī)物含氮有機(jī)物異養(yǎng)型異養(yǎng)型 微生物微生物NH4+-N氨化氨化 作用作用亞硝酸亞硝酸 細(xì)菌細(xì)菌 NO2-N硝酸硝酸 細(xì)菌細(xì)菌 NO3-N硝化作用有硝化作用有O2反硝化反硝化 細(xì)菌細(xì)菌反硝化反硝化 作用無作用無O2N2、NO2最終完成生物脫氮最終完成生物脫氮（二）廢水的生物脫氮2 參與生物脫氮的微生物參與生物脫氮的微生物氨化細(xì)菌氨化細(xì)菌 硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌 亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌 硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌3 生物脫氮工藝生物脫氮工藝 活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝 缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng) 氧化溝硝化脫氮工藝氧化溝硝化脫氮工藝 生物轉(zhuǎn)盤硝化脫氮工藝生物轉(zhuǎn)盤硝化脫氮工藝（二）（二）廢水的生物脫氮廢水的生物脫氮活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝分單級(jí)、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝分單級(jí)、2級(jí)、級(jí)、3級(jí)級(jí)流程流程 是由巴茨（是由巴茨（Barth）開創(chuàng)的活性污泥法脫氮流程。它是以）開創(chuàng)的活性污泥法脫氮流程。它是以 氨化、硝化、反硝化氨化、硝化、反硝化 3 相反應(yīng)過程為基礎(chǔ)建立的。相反應(yīng)過程為基礎(chǔ)建立的。（1）活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝）活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝活性污泥法傳統(tǒng)脫氮工藝（活性污泥法傳統(tǒng)脫氮工藝（3級(jí)）流程示意圖級(jí)）流程示意圖曝氣池曝氣池 去除去除BOD沉淀沉淀 池池第二級(jí)第二級(jí)硝硝 化化曝氣池曝氣池沉淀沉淀 池池反硝反硝 化化 反應(yīng)器反應(yīng)器沉淀沉淀 池池原原廢廢水水污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥堿堿污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥CH3OHN2處處理理水水污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥沉淀沉淀 池池反硝化反硝化 反應(yīng)器反應(yīng)器(缺氧缺氧)硝化反應(yīng)器硝化反應(yīng)器 BOD5去除，去除，（好氧好氧）缺氧缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)原廢水原廢水N2內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)（硝化液回流）（硝化液回流）回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥處理水處理水堿堿（三）廢水的生物除磷20世紀(jì)世紀(jì)70年代末，發(fā)現(xiàn)多種有明顯除磷能力的細(xì)菌，年代末，發(fā)現(xiàn)多種有明顯除磷能力的細(xì)菌，統(tǒng)稱除磷菌統(tǒng)稱除磷菌，如不動(dòng)桿菌（，如不動(dòng)桿菌（Acinetobacter）。）。在在有氧環(huán)境中可超量攝取磷有氧環(huán)境中可超量攝取磷。一般細(xì)菌細(xì)胞中磷占一般細(xì)菌細(xì)胞中磷占2.3。而。而除磷菌除磷菌可攝取約為正可攝取約為正常常需要需要10倍以上的磷倍以上的磷。磷常以磷常以磷酸鹽、聚磷酸鹽磷酸鹽、聚磷酸鹽和和有機(jī)磷有機(jī)磷的形式存在于廢水中。的形式存在于廢水中。2 廢水的生物除磷的基本原理及實(shí)質(zhì)廢水的生物除磷的基本原理及實(shí)質(zhì)利于利于聚磷菌聚磷菌一類的細(xì)菌，過量地、超出其生一類的細(xì)菌，過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)理需要地從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)儲(chǔ)存在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)儲(chǔ)存在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)到從廢水中除磷的效果。到從廢水中除磷的效果。分兩步進(jìn)行分兩步進(jìn)行：v 聚磷菌的放磷（厭氧條件）聚磷菌的放磷（厭氧條件）v 聚磷菌的磷過量攝?。ê醚鯒l件）聚磷菌的磷過量攝取（好氧條件）v 聚磷菌的放磷（厭氧）聚磷菌的放磷（厭氧）ATP聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的 聚磷酸鹽分解聚磷酸鹽分解PO43-廢水中廢水中脂肪酸脂肪酸PHB、糖原、糖原儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)v 聚磷菌的磷過量攝?。ê醚酰┚哿拙牧走^量攝取（好氧）細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)的PHB分解分解ATP廢水廢水磷磷聚磷菌聚磷菌聚磷酸鹽聚磷酸鹽儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)好氧時(shí)攝取好氧時(shí)攝取的磷的磷多于多于厭厭氧時(shí)釋放的氧時(shí)釋放的磷磷厭氧好氧系統(tǒng)生物除磷過程圖厭氧好氧系統(tǒng)生物除磷過程圖v 1 溫度溫度 生物脫氮除磷系統(tǒng)溫度在生物脫氮除磷系統(tǒng)溫度在540范圍內(nèi)都能成功運(yùn)行。范圍內(nèi)都能成功運(yùn)行。v 2 pH值與堿度值與堿度 生物脫氮最適生物脫氮最適pH：硝酸菌硝酸菌6.07.5，亞硝酸菌亞硝酸菌7.08.5，反硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌7.07.5 生物除磷最適生物除磷最適pH：6.08.0 v 3 溶解氧溶解氧 生物脫氮：硝化時(shí)溶解氧生物脫氮：硝化時(shí)溶解氧2.0mg/L。反硝化時(shí)溶解氧小于反硝化時(shí)溶解氧小于0.5mg/L 生物除磷：厭氧段溶解氧小于生物除磷：厭氧段溶解氧小于0.2mg/L 需氧段溶解氧需氧段溶解氧1.52.5mg/L（四）（四）生物脫氮和除磷的影響因素生物脫氮和除磷的影響因素