学习情境八应用微生物技术保护环境课件.ppt

1、微生物应用技术微生物应用技术学习情境八学习情境八 应用微生物技术保护环境应用微生物技术保护环境1 1说课内容说课内容厌氧生物处理厌氧生物处理 活性污泥的培养和运行控制活性污泥的培养和运行控制生物膜的培养生物膜的培养微生物的修复微生物的修复1 12 23 34 4任务任务1 1 厌氧生物处理厌氧生物处理 任务1 厌氧生物处理废水的厌氧处理主要用于废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理高浓度有机废水的前处理;1.厌氧法的特点厌氧法的特点优点优点产生的沼气可用于发电或作为能源产生的沼气可用于发电或作为能源n沼气中的主要成分是甲烷，含量沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，之间，是一种很好

2、的燃料。是一种很好的燃料。以日排以日排COD10t的工厂为的工厂为例，若例，若COD去除率为去除率为80%，甲烷产量为理论的，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于其热值相当于3.85t原煤，可发电原煤，可发电5400度电。度电。（2 2）对营养物的需求量少对营养物的需求量少 好氧方法好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为而厌氧方法为（350500）：）：5：1，相比而言对相比而言对N、P的需求要小的多的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。（3）.处理高浓度有机废水处理高浓度有机

3、废水（4 4）产生的污泥量少，运行费用低产生的污泥量少，运行费用低?繁殖慢；不需要曝气繁殖慢；不需要曝气 基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点出水的有机物浓度高于好氧处理；出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；发酵分解有机物不完全；对温度变化较为敏感；对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，工业中需要设置进水的控温装置，37。厌氧微生物对有毒物质较为敏感；厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受

4、力常常会极大地提高。处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。1.厌氧法的特点缺点（4 4）.初次启动过程缓慢初次启动过程缓慢,处理时间长处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天天就可以培育成功就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要812周周才可以培才可以培育成功育成功。（5 5）处理过程中产生臭气和有色物质处理过程中产生臭气和有色物质 提问：提问：是什么？是什么？臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体硫化氢气体以及硫醇硫醇、氨气、有氨气、有机酸机酸等的臭气。同时硫化氢还会与

5、水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。区别区别好氧生物处理法好氧生物处理法厌氧生物处理法厌氧生物处理法有机物降解彻底不彻底耗时短长臭气无臭气大且出水颜色深曝气设备需要、较复杂不需要动力消耗大小且产能处理有机物浓度不能过高很高构筑物容积很大较大处理对象城市污水或其它低浓度有机废水高浓度有机废水和污泥达标排放一般可以需与好氧方法联用才能达标排放常见类型活性污泥法、生物膜法厌氧消化法任务1 厌氧生物处理（1）早期）早期化粪池化粪池 化粪池化粪池是一个矩形密闭的池子，废水由一端进是一个矩形密闭的池子，废水由一端进入，通过

6、各室后由另一端排出。悬浮物沉于池入，通过各室后由另一端排出。悬浮物沉于池底后进行缓慢的厌氧发酵。底后进行缓慢的厌氧发酵。这种处理构筑物通常设于独立的居住或公共建这种处理构筑物通常设于独立的居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步处理粪便废水。筑物的下水管道上，用于初步处理粪便废水。2.厌氧生物处理的进展（2）中期）中期厌氧接触系统厌氧接触系统 用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌；与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌；同时为了提高处理效率，必须改间断进水排水同时为了提高处理效率，必须改间断进水排水为连续进水排水。

7、会造成厌氧污泥的大量流失。为连续进水排水。会造成厌氧污泥的大量流失。上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（UASB）这种反应器这种反应器是目前应用最为广泛的一种厌氧生物处理装置。是目前应用最为广泛的一种厌氧生物处理装置。2.厌氧生物处理的进展2.厌氧生物处理的进展（3）厌氧流化床反应器厌氧流化床反应器 厌氧流化床反应器的内部充填着粒径很小厌氧流化床反应器的内部充填着粒径很小（d=0.5mm左右左右）的挂膜介质，当其表面长满微生物时）的挂膜介质，当其表面长满微生物时，称为生物颗粒。，称为生物颗粒。在上升水流速度很小时，生物颗粒相互接触，形在上升水流速度很小时，生物颗粒相互接触，形成固定

8、床。借助循环管增大反应器内的上升流速，可成固定床。借助循环管增大反应器内的上升流速，可使生物颗粒开始脱离接触，并呈悬浮状态。当继续增使生物颗粒开始脱离接触，并呈悬浮状态。当继续增大流速至污泥床的膨胀率达大流速至污泥床的膨胀率达1020%时，时，生物颗粒便生物颗粒便呈流化态。呈流化态。任务任务1 1 厌氧生物处理方法3.厌氧污泥的性质和组成厌氧污泥的性质和组成由由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒形成的污泥颗粒。呈呈灰色灰色至黑色，至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有

9、一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在颗粒厌氧活性污泥的直径在05mm以上。以上。微生物的组成主要有：微生物的组成主要有：由由水解细菌、发酵细菌水解细菌、发酵细菌、产、产氢产乙酸菌氢产乙酸菌、产、产甲烷菌甲烷菌、厌氧原生动物厌氧原生动物其中其中产甲烷丝菌产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架。是厌氧活性污泥的中心骨架。4.厌氧污泥净化废水的作用机理“三阶段四菌群三阶段四菌群”学说学说污染物的厌氧降解过程可以分为三个阶段污染物的厌氧降解过程可以分为三个阶段水解水解酸化阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段产甲烷阶段框图表示见下图框图表示见下图 1）水解酸化阶段）水解酸化阶段在在水

10、解细菌水解细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物。有机物。梭状芽孢杆菌、拟杆菌等梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌酸化细菌吸收并转化为更为简单的吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、二氧化碳化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、二氧化碳、氢气、氨等、氢气、氨等.复杂有机物复杂有机物1 1水解酸化水解酸化2 2产氢产乙酸产氢产乙酸硫酸盐还原硫酸盐还原3 3产甲烷产甲烷3 3产甲烷产甲烷硫酸盐还原上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞

11、物质，这一阶段的主导细菌是质，这一阶段的主导细菌是产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌。同型产乙酸菌群：同型产乙酸菌群：同型产乙酸菌群可将同型产乙酸菌群可将CO2或或CO3-通过还原过通过还原过程转化为乙酸。程转化为乙酸。乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被产甲烷菌产甲烷菌利用被转化为甲烷利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、等小分子物质和少量的厌氧污泥。等小分子物质和少量的厌氧污泥。硫酸盐还原菌甲烷八叠球菌属甲烷八叠球菌属5.厌氧生物处理的

12、工艺流程 其中厌氧污泥反应器是工艺中的核心。其中厌氧污泥反应器是工艺中的核心。废废水水调节池调节池37厌氧反应器厌氧反应器气柜气柜沉淀池沉淀池出出水水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥6.厌氧生物处理系统厌氧生物处理系统（1）厌氧接触系统（2）厌氧生物滤池（3）上流式厌氧污泥床反应器（UASB）（4）上流式厌氧流化床（5）两段厌氧消化系统（两相厌氧法）工业级工业级UASB装置装置钢制圆形结构钢制圆形结构混凝土方形结构混凝土方形结构（便于施工及分（便于施工及分离器设置）离器设置）任务任务2 2 活性污泥的培养和运行控制活性污泥的培养和运行控制 1、活性污泥的生物相和性质、活性污泥的生物相和性质一、

13、好氧微生物与污水治理 （一）活性污泥法（一）活性污泥法什么是活性污泥？什么是活性污泥？由细菌、霉菌、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。（1）活性污泥中微生物相细菌：细菌：以异养型原核以异养型原核生物生物(细菌细菌)为主，数量为主，数量107108个个/ml，自养，自养菌数量略低。其优势菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的它是降解污染物质的主体，具有分解有机主体，具有分解有机物的能力。物的能力。丝状细菌丝状细菌 Filamentous bacteria 活性污泥中重要的组成部

14、分 交叉穿织在菌胶团之间或附在絮状体表面 丝状细菌具有很强的氧化分解有机物的能力,具有一定的净化作用 生长过速：活性污泥膨胀 造成出水质量下降原生动物：原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫如钟虫、独缩虫、聚缩虫、盖、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等纤虫等。后生动物后生动

15、物(主要指轮虫），主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理的质量。的质量。真菌真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。一组活性污泥图片（2）活性污泥的性状颜色黄褐色状态似矾花絮状颗粒味道土腥味相对密度曝气池混合液：1.0021.00回流污泥：1.0041.006粒径0.020.2mm具有良好的活性具

16、有良好的活性具有很大的比表面积（具有很大的比表面积（200010000m2/m3）2 2、活性污泥法的净化机理、活性污泥法的净化机理 有机物有机物微生物氧微生物氧微生物微生物细胞增长细胞增长COCO2 2、H H2 2O O、SOSO4 42 2、NHNH3 3、POPO4 43 3等等能量能量 热能释出热能释出 随水排出随水排出 由于活性污泥表面积很大，具有很强的吸附能力，可以吸附废水中的有机物。废水与活性污泥接触后，其中有机质可以在约130min的短时间内被吸附到活性污泥上。还可以吸附某些金属离子，使之与有机物形成络合物而得以去除。（1 1）生物吸附）生物吸附（2 2）氧化分解有机物）氧化

17、分解有机物 分解有机物O2微生物合成细胞物质（微生物的增殖）CO2、H2O、NH3、SO42、PO43+能量（3 3）其它微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。）其它微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。菌胶团的作用菌胶团的作用:（1 1）对有机物进行吸附和氧化分解）对有机物进行吸附和氧化分解 （2 2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境环境 （3 3）为原生动物提供附着场所）为原生动物提供附着场所 （4 4）具有指示作用）具有指示作用3 3、活性污泥中微生物的指示作用、活性污泥中微生物的指示作用 （1 1）原生动物和微型后生动物的指示作用）原生动物

18、和微型后生动物的指示作用根据生物变化判断活性污泥的成熟程度根据生物变化判断活性污泥的成熟程度 活性污泥培养成熟期以钟虫等固着型纤毛虫、楯纤虫、轮虫为优势种。根据生物种类判断活性污泥和处理水质的效果根据生物种类判断活性污泥和处理水质的效果当出现线虫则说明缺氧根据生物形态和数量的变化判断处理条件根据生物形态和数量的变化判断处理条件虫体变成胞囊或虫体变长直至死亡（2 2）丝状微生物的指示作用）丝状微生物的指示作用例如：硫磺细菌能将水中硫化氢氧化为硫，并以硫粒形式存于体内。当水中溶解氧高时（大于1mg/L），体内硫粒可进一步氧化而消失。因此，通过对硫磺细菌体内硫粒存在与否的观察，可间接推测水中溶解氧的

19、状况。4、活性污泥的培养与驯化、活性污泥的培养与驯化 在城市污水或与之类似的工业废水中，由在城市污水或与之类似的工业废水中，由于于营养和菌种营养和菌种都已具备，可调整都已具备，可调整BODBOD5 5至至200mg/L200mg/L300mg/L300mg/L后，在曝气池内后，在曝气池内连续曝气连续曝气，一般在一般在15152020下经下经一周左右一周左右就会出现活性就会出现活性污泥絮状体。培养过程中，要及时适当地换水污泥絮状体。培养过程中，要及时适当地换水和排放剩余污泥，以补充营养和排出代谢产物和排放剩余污泥，以补充营养和排出代谢产物。（1）活性污泥的培养活性污泥的培养 如果工业废水的性质与

20、生活污水相差很大时，用生活污水培养的活性污泥须用工业废水进行驯化。驯化的方法是驯化的方法是混合液中逐渐增加工业废水的比例混合液中逐渐增加工业废水的比例，直到达到满负荷。，直到达到满负荷。在培养过程中，不断地加入少量的工业废水，使微生物在培养过程中逐渐适应新的环境。（2）活性污泥的驯化活性污泥的驯化5 5、活性污泥性能监测、活性污泥性能监测 1）、生物相观察2）、SV（污泥沉降比）是指池中混合液在量筒中静置是指池中混合液在量筒中静置30min30min，其其沉淀污泥与原混合液的体积比，以表示。沉淀污泥与原混合液的体积比，以表示。该指标能够相对地反映污泥浓度和污泥的凝聚、该指标能够相对地反映污泥浓

21、度和污泥的凝聚、沉降性能，用以控制污泥的排放量和早期膨胀。最好沉降性能，用以控制污泥的排放量和早期膨胀。最好2h2h4h4h测定一次。测定一次。3）、MLSS(污泥浓度)指单位体积混合液中干固体的含量，它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。通常MLSS1500 mg/L2000 mg/L。4）、SVI（污泥指数）是指曝气池混合液经30min静沉，1g干污泥所占的体积，单位为mL/g。该指标能够更好地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒细小、密实，无机成分多；过高又说明污泥沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象。城市污水处理活性污泥的SVI值介于50ml/g150ml/g之间。它与污

22、泥沉降比有如下关系：SVI=SV/MLSS 提问：提问：什么是活性污泥膨胀？什么是活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起沉淀池池面飘泥严重，出水水差的小颗粒污泥，引起沉淀池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。质急剧变差的现象。本质本质污泥密度变小或黏附能力下降。污泥密度变小或黏附能力下降。分分非丝状菌污泥膨胀非丝状菌污泥膨胀与与丝状菌污泥膨胀丝状菌污泥膨胀两类两类 原因原因 丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长度生长 任务任务3 3 生物膜的培养生物膜的培养任

23、务任务3 生物膜的培养生物膜的培养 生物填料生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法处理法。于于1919世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，置，6060年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。好氧生物膜法构筑物有好

24、氧生物膜法构筑物有普通普通滤池滤池、高负荷生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有塔式生物滤池，还有生物转盘生物转盘、接触氧化法接触氧化法等等。1.1.生物膜法净化废水的基本原理生物膜法净化废水的基本原理 生物膜法的基本原理是微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般来自大气。2.2.生物膜的形成和结构生物膜的形成和结构生物膜的形成挂膜 污水通过布水设备流到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。污水流过滤床时，有一部分污水、污染

25、物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。滤滤扫扫生生物物膜膜面面生生物物膜膜生生物物23mm0.3mm好氧区好氧区 根据位置与功能不同根据位置与功能不同生物膜生物、生物膜生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。面生物及滤池扫除生物。表表:普通滤池内生物膜的微生物群落普通滤池内生物膜的微生物群落生物滤池（塔）中的分层特征表生物滤池（塔）中的分层特征表 上上层层 中中层层 下下层层 营营养养物物 浓浓度度高高 上上层层微微生生物物的的代代谢谢产产物物及及较较低低的的有有机机物物浓浓度度 有有 机机 物物 浓浓 度度 很很低低，低低分分子子上上层层

26、微微 生生 物物 的的 代代 谢谢产产物物较较多多 微微生生物物种种类类 细细菌菌及及少少数数鞭鞭毛毛虫虫 菌菌胶胶团团、浮浮游游球球衣衣菌菌、鞭鞭毛毛虫虫、变变形形虫虫、豆豆形形虫虫、肾肾形形虫虫等等 菌菌胶胶团团、浮浮游游球球衣衣菌菌、钟钟虫虫为为主主的的 固固 着着 型型 纤纤 毛毛虫虫 和和 少少 数数 游游 泳泳型型纤纤毛毛虫虫 相当于多污带相当于中污带相当于寡污带生物填料生物填料上的生物膜普通生物滤池普通生物滤池生物转盘生物转盘同一类型废水同一类型废水好氧活性污泥法好氧活性污泥法与与生物滤池法生物滤池法处理效果对比处理效果对比项项目目BODCODSS(悬悬浮浮物物)细细菌菌病病毒毒

27、活性污泥法95%69.2%95%98%98%去 除率生物滤池95%69.2%95%95%50%优缺点对比优缺点对比任务任务4 4 微生物的修复微生物的修复一、生物修复技术的定义 生物修复利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术。二、生物修复技术的发展 生物修复治理技术的研究开始于20年前，现已成功地应用于清除和减少土壤、地下水、海洋、湖泊中的化学污染物质（石油及石油制品，多环芳烃、氯代烷烃，氯代芳烃等)受到较多关注。金属尽管不能生物降解，但由于其可以通过微生物的转化降低毒性，再通过植物吸收转移土壤中的污染物。任务任务4 4 微生物的修复微生物的修复三、生物修复技术的特点生物修复技术与其它污染物治理技术相比有很多优点：1、可现场进行，减少运输费用和人类直接接触污染物的机会；2、以原位方式进行，使对污染位点的干扰和破坏达到最小，同时可在难以处理的地方（如建筑物下、公路下）进行；3、生物修复使有机物分解为CO2和H2O，很彻底，可永久性消除污染物；4、生物修复可以和其它修复方法结合使用，处理环境污染；5、降解过程迅速，成本低，只有物理、化学修复的30%50%；局限性和缺点：不是所有的污染物都适用生物修复，多氯代化合物和重金属很难或几乎不能被生物降解。任务任务4 4 微生物的修复微生物的修复