第一节　废水的好氧微生物处理第二节废水的厌氧微生物处理第三节　废水的生物脱氮除磷

第一节　废水的好氧微生物处理

第二节废水的厌氧微生物处理

第三节　废水的生物脱氮除磷

第三章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

废水中有机污染物种类：

来源人工合成天然成分

分子量复杂简单

浓度高浓度低浓度形态

固态液态气态

降解能力可生物降解非生物降解

决定了是否采用微生物处理以及选用哪种微生物处理方法

• 好氧生物处理法 : • 活性污泥法，生物膜法 , 氧化塘。• 适用于处理溶解的和胶体状态的有机物。• 不能直接沉淀，可使有机物转化为无机物。

• 特点：• 不产生臭气• 处理周期短• 在适当的条件下，一般可除去 BOD5 80-90% 。


第三章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

第一节　废水的好氧微生物处理一、好氧处理的基本原理

有机污染物好氧微生物处理的一般途径

一、好氧处理的基本原理

第一节　废水的好氧微生物处理二、好氧处理的种类及特征

（一）、活性污泥法 1914 年的在英国曼彻斯特首先被应用 , 普通活性污泥法是依据水的自净作用原理发展而来的。

依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物 .

初沉池初沉池曝气池曝气池二沉池二沉池废水废水→→ →→ →→ →→ 出水出水

回流污泥回流污泥剩余剩余污泥污泥

外观及特性：外观呈黄褐色，易于沉淀分离，具有较大的比表面积 100cm2/ml ，尺寸 0.02-0.2mm, 比重1.002-1.006 之间，含水率 99% 。具沉降性；具生物活性；絮体大小为 0.02—0.2mm ；弱酸性、具一定 pH 缓冲能力。

组成：主要由菌胶团细菌、原生动物和后生动物组成的微生物群体。还含有一些无机物、分解中的有机物和微生物自身代谢残留物。

1 、活性污泥的基本特性 (P223)

活性污泥：向有机废水中不断地充入空气，使水中有足够的溶解氧，为好氧微生物生长繁殖创造良好的条件，经过一定时间后，就会产生一种褐色絮状泥粒，其中含有大量的微生物。

活性污泥的组成

Ma—— 活性微生物群体

Me—— 微生物内源代谢自身氧化的残留物

Mi—— 原污水夹入的不能为微生物降解的惰性有机物

M ii—— 原污水夹入的无机物

活性污泥（混合液悬浮固体 MLSS ）

Ma Me Mi Mii

活性污泥的结构与功能中心：菌胶团 ---- 由各种细菌及细菌所分泌的粘性物质组成的絮凝体状团粒。

定义：广义讲，将所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮

凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。形

成菌胶团的主要细菌是动胶菌，有的种胞外有荚膜，在

污水中可凝聚成肉眼可见的絮状物。此外该菌有胞外小

纤毛能将絮状物中的细胞交织在一起，这种交织作用使

许多细胞互相粘连形成最初的活性污泥凝聚体。

菌胶团的作用： A 、有很强的生物吸附和氧化分解有机物的能力。 B 、菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。 C 、为原生动物和微型后生动物提供附着场所。 D 、具有指示作用。通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。如 :新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧凑，说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。老化的菌胶团，颜色深、结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。

2 、活性污泥法的基本原理

Se

初沉池曝气池二沉池

污水 Q, Sa

V,X,Se

Se 出水

（ Q-Q w ）

回流活性污泥

RQ ， XR ， Se

剩余活性污泥

初次沉淀池曝气池

二次沉淀池污泥消化池

活性污泥净化废水的机理：吸附、分解氧化、良好的沉降性能 ----- 生物活性、自我繁殖。好氧活性污泥吸附和生物降解有机物的过程：第一步在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝型微生物吸附废水中的有机物。第二步活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时合成自身细胞，废水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化。第三步其他的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。第四步凝聚、沉淀；絮状体的作用。

A、细菌：活性污泥主要成分是细菌，来源于土壤、水、空气。某些属出现频率很高，尤其是动胶菌属和假单胞菌属。此外还有一类丝状细菌存在，如球衣菌属、发硫菌、贝氏硫菌属。它们大多数是化能异养菌，以有机质为主要营养源，好氧或兼性厌氧，以 G-占优势。许多菌具有荚膜或微荚膜，部分细菌有纤毛，与絮状体形成密切相关。种类：球菌、杆菌、螺旋菌、丝状细菌（硫丝细菌）细菌存在形式：菌胶团菌胶团的大小影响活性污泥的吸附和絮凝能力。一种废水处理中可以有一种菌占主要地位，但多种微生物配合才能大幅度降低 BOD.

3、微生物分布状态：活性污泥微生物：以好氧细菌为主，也存活有真菌、原生动物、后生动物，构成稳定生态系。

动胶菌属

球衣菌属球衣菌属

B 、真菌：种类繁多，主要为丝状真菌，有毛霉、根霉、曲霉、青霉、镰刀霉、木霉、地霉等。活性污泥中较多出现的为腐生或寄生的丝状菌，异常增殖会引发污泥膨胀。存在的适宜条件：酸性条件，氮源贫乏，在处理某些特种工业废水及有机固体废渣中起重要作用。 C 、原生动物：为活性污泥系统中的指示性生物，是首次捕食者。原生动物占总数 90% 。数量种类与污水的类型不同而不同，生活污水中原生动物量大于工业废水。以纤毛虫纲占优势，原生动物在废水净化中的作用仅次于细菌。种类：肉足类、鞭毛类、孢子虫类、吸管类、纤毛类。在废水处理中以纤毛类最重要，又以草履虫和钟形虫为代表。污泥培养成熟时，固定型的钟形虫增加。

D 、微形后生动物后生动物：仅在完全氧化型活性污泥系统

中出现，是水质非常稳定的标志，是生态系的二次捕食者。

• 是多细胞动物，大多为好气异养型，对溶解氧需求量大。

• 种类：轮虫、颤蚓、甲壳虫和线虫。• 后生动物出现，可以认为废水处理达到水质

较好程度。 E 、藻类：较少，有绿藻如小球藻属，蓝细菌颤藻属。

原生动物、微形后生动物的作用

A 、指示作用

B 、净化作用

C 、促进絮凝作用

A 、指示作用：原因在于原生动物是较高等动物，耐毒力比细菌好，对环境因素改变比较敏感，环境条件改变可引起它们种群、数量及代谢活力的变化；个体大，在低倍镜下可见便于观察。

a 判断污水处理程度：

b 指示污泥性质和好坏：正常污泥：钟虫属、累枝虫属、盖虫属等固着性或匍匐性种数污泥恶化：絮凝体 0.1-0.2mm 以下，优势种属有豆形虫、草履虫、眼虫、波豆虫属等快速游泳型种属。严重恶化时微型动物几乎不出现。污泥膨胀：摄食丝状菌的裸口目旋毛科、全毛类原生动物及拟轮毛虫等。污泥解体：絮凝体细小，针状分解。优势种为变形虫属、简便虫属等肉足类。

c 指示水质变化和运行中出现的问题形态变化：环境条件恶劣时——形成孢囊； pH超过正常范围——钟虫纤毛停止摆动，虫体收缩成团

生殖方式：出现有性生殖时往往预示环境条件变差或种群处于衰老期。

优势种变化：高负荷，曝气不足——小鞭毛虫；水停留时间过短——小的游泳型纤毛虫；很高负荷及难降解物——小裸变形虫和鞭毛虫；溶氧不足——阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属过分曝气——肉足类及轮虫类。

B 、净化作用

腐生性营养的某些鞭毛虫通过渗透作用吸收污水中溶解性有机物；动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒和游离细菌，利于净化水质。

C 、促进絮凝作用

原生动物可以分泌一定的粘液协同和促进细菌发生絮凝作用。

d 指示细菌活力：小口钟虫在细菌生长活跃旺盛的对数期出现，沟钟虫需要细菌的代谢副产物，出现在细菌生长的衰老期


4 、污泥中微生物的浓度表征

A、混合悬浮固体（MLSS）： 1L活性污泥中含干固体的毫克数。

B、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）： 1L活性污泥中含恒量、干的挥发性固体的毫克数。

一般的城市污水处理： 2000~3000mg/L工业废水处理： 3000mg/L 左右高浓度的工业废水生物处理： 3000~5000mg/L。

5 、好氧活性污泥的培养 :

A 、间歇式曝气培养

a 菌种来源：污水处理厂的活性污泥；工厂集水池或沉淀池污泥或污水流经的河流淤泥。

b 驯化：倾去上清液，加入同浓度新鲜废水

调高 1个浓度

低浓度废水培养重复操作

曝气 23h

沉淀 1h

重复 3-7 天原废水浓度

c 培养：改用连续曝气培养法培养，用镜检和化学测定分析判断活性污泥的成熟度，若菌胶团结构紧密，原生动物以钟虫等固着型纤毛虫为主，沉降性能好，说明进入成熟期。

B 、连续曝气培养用现成的与本厂相同水质处理厂的活性污泥做菌种可直接用连续曝气培养。

接种小流量进水增加一个浓度梯度

设计流量

闷曝运行一周


6 、活性污泥法的运行方式

A.推流式活性污泥法

池首到池尾的动态变化

推流式——采用长方形曝气池，处理时废水与活性污泥从曝气池一端同时进入，经曝气机的推流作用，原污水与活性污泥向前推进到末端。该法 BOD和悬浮物的去除率达 90-95% ，适用于处理水质要求高水质比较稳定的废水。


优点：（ 1 ）池起始端易进入对数生长期。末端微生物进入内源呼吸，池的率效高。（ 2 ）曝气时间长，吸附量大，去除率高 90－ 95% 。（ 3）污泥颗粒大，易沉降（ 4 ）污泥量少，剩余污泥量占不到回流的 10% 。 (5) 适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水；(6)对污水处理程度比较灵活。缺点：（ 1 ）不适于水质变化大的水质。（ 2 ）所供氧不能充分利用，前端需氧量大后端相反，但空气是沿池平均分布的。（ 3）处理时间长，曝气 4－ 8h （ 4 ）曝气池相对庞大，占地多，能耗高。


完全混合式——废水与回流污泥一起进入曝气池后，就立即混合均匀，对入流水质、水量、浓度等变化有较强的缓冲能力。

特点：反应器参数的均一性。

B.完全混合活性污泥法

有机负荷率（ BOD污泥负荷） F/M：表示曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机基质的量。 [kg/(kg·d)]


优点：（ 1 ）完全混合法进水与池内废水完全混合，营养物和需氧率都均匀，微生物接触的浓度进出水相同。故承受负荷高，污泥负荷率高于其它活性污泥法。（ 2 ）微生物的工作点面宽，可以在对数生长期，也可以在衰减增长期。缺点：（ 1 ）池结构复杂，管理要求高；（ 2 ）池合建一体，进出水、排泥、回流系统复杂，工艺难度大。（ 3）主要是出水水质上往往不及推流式。


C.氧化沟（循环曝气池） 20世纪 50 年代，荷兰，巴斯维尔（ Pasveer ），连续环式反应池，因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名。平面上多为椭圆或圆形。

特点：构造：形式多样化，运行灵活。水流混合：流态，介于完全混合与推流之间。

二、好氧处理的种类及特征

ObraI 氧化沟

Carrousel 氧化沟

优点：（ 1 ）曝气时间长，负荷低，控制微生物生长在内源呼吸，排泥量少，适合于处理高浓度废水，水量少的系统；（ 2 ）低负荷，处理效果好，高于 90—95% ；（ 3）自动化程度高，管理方便。缺点：（ 1 ）曝气时间长，能耗高；（ 2 ）自动化程度高，基建投资大。



D、氧化塘氧化塘就是利用天然池塘、河堤、洼地来治理污染。在塘内形成藻类、好氧性细菌和原生动物组成共生系统，使废水得到净化。

处理机制：利用细菌与藻类的互生关系来分解有机污染物的废水处理系统。

7 、活性污泥工作参数：• 污泥沉降比（ SV% ）：一定量的曝气池混合液，静置 30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比。反映曝气池正常运行时的污泥量，大小也能反映出污泥膨胀等异常现象。

• 污泥容积指数（ SVI) ：曝气池中混合液经 30min静置后的体积与污泥干重之比。反映污泥的凝聚性和沉降性。 ( 正常活性污泥 200mg/L以下）

• 污泥负荷：在单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物数量。

合适的污泥负荷在 0.25 ～ 0.45kg BOD5 / kgMLSS·d范围内，低于或高于这个范围会导致高的 SVI 值。


8 、活性污泥运行的影响因素及其控制

a.溶解氧（ DO）

供氧不足

溶解氧浓度过低

微生物代谢受阻

净化功能下降

易于滋生丝状菌

产生污泥膨胀现象

在曝气池出口处的混合液中的溶解氧保持在 2mg/L 左右

溶解氧浓度过高

氧的利用效率降低

增加动力费用



b. 水温

最适温度： 15—30℃

最低温度： 10℃


c. 营养物质

* 是各种营养物质比例要适宜。

* 是营养物质的浓度要适中。


浮游球衣菌属：

在含葡萄糖和蛋白胨各 0.5% 的培养集中，不形成丝状体。

在含葡萄糖和蛋白胨各 0.1% 的培养集中，呈假枝状，形成丝状体。

动胶菌属： C/N大于 10 ，呈絮状生长； C/N小于 10 ，分散生长。



d.pH

最适 pH介于 6.5~8.5 之间

低于 4.5 ：原生动物消失，丝状菌占优势

高于 9.0 ，微生物的代谢受抑制


活性污泥法运行过程中所要监测的项目 : 反应处理效果的：进出水 BOD5﹑COD﹑总的 SS﹑挥发性 SS﹑有毒物质。

反应污泥情况的： MLSS﹑MLVSS﹑SV%﹑SVI﹑溶解氧和微生物观察。反应污泥营养和环境条件的： N﹑P﹑水温﹑ pH 。


9 、活性污泥运行常见的微生物学问题

二沉池中泥水分离

a. 不凝聚 b. 微小絮体 c.起泡沫 d.丝状菌污泥膨胀

弄清楚其产生原因及解决对策


10 、活性污泥丝状膨胀控制对策

* 活性污泥丝状膨胀成因

* 活性污泥丝状膨胀的机理

* 控制活性污泥丝状膨胀的对策


正常的活性污泥：有许多具有絮凝作用的絮凝细菌——菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋轮虫等组成的活性污泥。其污泥体积指数 SVI 在 200mL/g 以下。

膨胀的活性污泥：其污泥体积指数 SVI 在 200mL/g 以上，分为两种，由丝状细菌引起的丝状碰撞污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥。当活性污泥膨胀时，会导致二次沉淀池泥水分离困难，池面飘泥严重，出水水质极差。

A、活性污泥丝状膨胀概念

非丝状菌膨胀指菌胶团细菌本身生理活动异常产生的膨胀，发生在污水水温较低而且污泥负荷太高时。细菌很快将大量有机物吸入体内，又不能进行新陈代谢，就积储了大量高粘度的多糖类物质，这些物质分子含羟基而具亲水性，使得活性污泥的结合水高达 400％，成粘性凝胶状，无法在二沉池中分离。经研究，非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有粘度极高的粘性物质，这种粘性物质是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。

B 、活性污泥丝状膨胀成因

（ 1 ）、微生物因素（ 2 ）、环境因素

活性污泥丝状膨胀的致因微生物种类很多，经常出现的有：诺卡氏菌 (Nocardia) 、微丝菌属 (Microthrix) 、浮游球衣菌 (Sphaerotilusnatans) 、发硫菌属 (Thiothri

x) 、贝日阿托氏菌属 (Beggiatoa) 、亮发菌属 (Leucothr

ix) 、纤发菌属 (Leptothrix)等。这些丝状微生物的过度生长是导致沪性污泥丝状膨胀的主导因素。

（ 1 ）、微生物因素

• 温度：菌胶团细菌（ 10 ℃生长缓慢、 45 ℃ 不生长）和丝状菌两者（ 15~37 ℃ ）的最适温度差别不大，一般都在 25~28~30℃左右。

• 溶解氧：菌胶团细菌严格好氧，浮游球衣菌等丝状细菌是好氧和微好氧菌，当有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌优势生长，很容易引起活性污泥丝状膨胀。贝日阿托氏菌、发硫菌在 0.5mg/L时生长最好。

（ 2 ）、环境因素

• 可溶性有机物及其种类：丝状细菌能够吸收可溶性有机物，尤其是低分子糖类和有机酸。当缺氧时，有机物得不到彻底降解，积累有机酸，促进丝状细菌优势生长。

• 有机物浓度 ( 有机负荷 ) ：当 BOD5 在 100~200mg/L

时，会导致浮游球衣菌的数量超过 60% 以上，引起活性污泥丝状膨胀。此外碳氮比的变化会引起动胶菌属生长形态变化（大于 10 ，絮状生长；小于 10 ，分散生长）。

• pH值的变化。最适 pH介于 6.5~8.5 之间；低于 4.5 ，丝状菌占优势

C 、活性污泥丝状膨胀的机理

一般认为：在单位体积中，成丝状扩散生长的丝状细菌的表面积与容积之比较絮凝性菌胶团细菌大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状细菌就能大量生长繁殖成优势菌，从而引起活性污泥丝状膨胀。丝状细菌和絮凝性菌胶团细菌的优势竞争表现在：

（ 1 ）、对溶解氧的竞争（ 2 ）、对可溶性有机物的竞争（ 3 ）、对氮、磷的竞争（ BOD5 ： N ： P 为 100 ： 5 ：

1 ）（ 4 ）、有机物冲击负荷影响

D、控制活性污泥丝状膨胀的对策

解决活性污泥丝状膨胀的问题，根本是要控制引起丝状微生物过度生长的具体环境因子。具体来说可以：

（ 1 ）、控制溶解氧（ >2mg/L ）；

（ 2 ）、控制有机负荷； BOD 在 0.2—0.3kg/kg MLSS.d 为宜。（ 3）、改革工艺。

* 投加某种物质来增加污泥的比重或杀灭丝状菌投加铁盐、铝盐等混凝剂，可以通过其凝聚作用增加活性污泥的比重。丝状菌的比表面积大，遇到有害化学药剂时，遭受破坏的主要是丝状菌，常用的化学药剂是氯气，投加臭氧、过氧化氢也能起作用。*采用新工艺：将活性污泥法改用生物膜法。 A-B （吸附生物降解法， adsorption biodegradtion ）、 A/O （anoxic-oxic ）法、 A2/O 、 A2/O2 、 SBR 法等。

研究和调查表明，完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀；间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀；不设初次沉淀池（设有沉砂池）的活性污泥法，SVI 值较低，不容易发生污泥膨胀；叶轮式机械曝气与鼓风曝气相比，易于发生丝状菌性膨胀；射流曝气的供氧方式可以有效的克服浮游球衣菌引起的污泥膨胀。

11 、污泥处理、利用与处置 • 一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占处

理污水量的 0.3％～ 5％（含水率以 97％计）

• 污泥的成分：• 很多有毒物质，如病原微生物、寄生虫卵及

重金属离子等• 也可能含有可利用的物质如植物营养素、氮、

磷、钾、有机物等。• 一般污泥处理的费用约占全污水处理厂运行费用的 20％～50％。


• A、污泥的脱水与干化：污泥在浓缩池内静止停留 12～ 24 小时，体积缩小为原污泥体积的 1/3。

• B、污泥消化：• （ 1 ） . 厌氧消化：将污泥置于密闭的消化池中，利用厌氧微生物的作用，产生沼气。

• 　（ 2 ）．污泥好氧消化：利用好氧和兼氧菌，在污泥处理系统中曝气供氧，微生物分解生物可降解的有机物（污泥）及细胞原生质。

• （ 3 ）．污泥的最终处理• 肥料• 焚烧• 填地或充作筑路材料


（二）、生物膜法


生物膜：使污水连续流经固体填料（碎石、煤渣或塑料填料）的滤床表面，其表面附着的大量微生物群落可以形成一层黏液状膜即生物膜。

1 、生物膜特点：生物膜上的微生物吸附和降解水中的有机污染物。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积大，具有强吸附作用。生物膜外表层的微生物一般为好氧菌，内层为厌氧层。　

微生物相方面：

生物相多样化——稳定的环境，“污泥龄”长，生物类型丰富，种属繁多：丝状菌，真菌，硝化菌，藻类，微型动物。生物相分层——各层有独特的优等的微生物物种。生物膜生物、生物膜面生物、滤池扫除生物生物量多——生物膜生长着大量的微生物及微型动物。食物链长——有机物→细菌→原生动物→后生动物→昆虫。能够生长硝化菌——硝化作用。

处理工艺方面：

适应性强——对于变化的水质、水量、水温等有较好的适应性。进水高，低浓度均适应，抗冲击能力强。

易于固液分离——丝状菌的繁殖不会引起污泥膨胀。脱落下来的生物膜多含动物成分，易沉淀或气浮分离。

产泥量少——较活性污泥法少 1/4 。（食物链长）

动力费用低——可自然通风供氧，无污泥回流。

具有硝化、脱氮功能——硝化细菌、硝化功能→脱氮。


2 、生物组成：微生物种类多，食物链长而复杂。包括：好气菌，厌气菌和兼性菌、真菌、藻类、原生动物、蚊蝇幼虫。细菌：以动胶菌为主，其他的还有好氧的芽孢杆菌属、不动杆菌属，专性厌氧的脱硫弧菌属等。另一主要的细菌是丝状细菌。在生物膜中丝状细菌不会引起膨胀，特别是球衣细菌降解有机物能力非常强，在净化废水中起重要作用。此外，丝状菌大量生长，菌丝体交叉粘连形成网状结构，对水流起到过滤作用。真菌：种类和数量都很丰富，约 30% 是真菌。

藻类：在生物滤池上部，藻类的主要作用是向生物膜供氧。


生物膜面生物：固着型纤毛虫：钟虫、独缩虫、累枝虫属；游泳型纤毛虫：豆形虫、尖毛虫等。它们是动物中的主要类群，其优势种随生物膜营养物质和其他环境条件变化而更替，可作为水处理的指示生物。能促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率。

滤池扫除生物：体形较大的无脊椎动物如轮虫、线虫，环节动物门的瓢体虫、沙蚕，节肢动物水螨，软体动物蜗牛等，去除滤池中的污泥，防止污泥积聚和堵塞。

生物膜的构造生物膜：两膜厌氧膜好氧膜两水附着水层流动水层靠近滤料或载体内层为厌氧膜，外层为好氧膜，在好氧膜上粘着一层附着水层，最外层是流动水层。

BOD

好氧

膜

CO2

滤料或载

体

厌氧膜附

着水层(

亲

水)

流动水

层

O2

H2O

H2S,NH3,CH4

空气


3、结构（ P307）

4 、有机物的降解过程：⑴生物膜的形成——挂膜污水长期与滤料或载体流动接触，在其表面形成生物膜并逐渐成熟。 ⑵生物膜降解有机物——物质传递，新陈代谢 ①生物膜繁殖有大量的各种类型的微生物和微型动物。形成“有机污染物→细菌→原生动物（后生动物）的食物链。 ②氧的传递：空气中的氧→流动水层→附着水层→生物膜。 ③污水中的有机物→流动水层→附着水层→生物膜→代谢降解有机物。

　生物膜法多采用的处理构筑物有生物滤池、塔式滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。

5 、生物膜法的种类：

6 、生物膜的基本流程


7、生物膜反应器运行方式

a. 普通生物滤池

优点：处理效果好出水水质稳定运行稳定



b. 塔式生物滤池


50 年代，在德国建造了塔式生物滤池，这种滤池高度大，具有通风良好、净化效能高、占地面积小等优点，其水力负荷和有机物负荷比高负荷生物滤池分别高 2～ 10倍和 2～3倍，是一种高效能的生物处理设备。

• 高可达 20米，延长了污水、生物膜和空气的接触时

间。有机负荷为 2000-3000 （ BOD ） / 立方米 / 天通风好；污水水流紊动强烈可分层进水、进风

• 地面积小，适用于大城市处理负荷大的废水。

• 轻质塑料滤料，附着菌胶团和游离的细菌，下层为原生动物和轮虫

• 注意废水预处理，防止滤料堵塞

特点：

微生物处理腈纶废水的塔式滤池


c. 生物转盘

生物转盘

盘片

接触反应槽

转轴

驱动装置


生物转盘出现于 60 年代。由于它具有净化功能好、效果稳定、能耗低等优点，因此在国际上得到了广泛应用，在构造形式、计算理论等方面均得到了较大发展。近年来，人们开发了采用空气驱动的生物转盆、藻类转盘等，在工艺形式上，进行了生物转盘与沉淀池或曝气池等优化组合的研究。

第二节　废水的厌氧微生物处理一、厌氧处理的基本原理

有机物厌氧分解生成甲烷的过程 : （见下图）(1) 发酵性细菌 (2) 产氢产乙酸细菌(3)同型产乙酸菌 (4)利用 H2 和 CO2 产甲烷菌（ 30%

）(5) 分解乙酸的产甲烷菌（ 70% ）

当废水有机物浓度较高时（一般 BOD5 大于 1500mg/

L ），一般的活性污泥和生物膜法都难以处理只有采用厌氧消化法解决。

第二节　废水的厌氧微生物处理

二、厌氧生物处理中的微生物类型

产甲烷菌

非产甲烷菌发酵细菌产氢产乙酸菌同型产乙酸菌


甲烷细菌一般性质

杆状

球状

螺旋状

形态

甲烷八叠球菌属


碳源：有机酸、醇类

氮源： NH4+

营养


甲烷细菌一般性质


环境通气：严格厌气

温度：多为中温性酸碱性：中性或微碱性


三、厌氧生物处理运行方式

1 、普通消化池

7. 活动盖板1.进料口

2. 出料间

3.隔墙4. 发酵间

5.贮气箱

6.导气管

圆形消化池的结构


三、厌氧生物处理运行方式

2、厌氧接触消化池


三、厌氧生物处理运行方式3、厌氧生物滤池

反应器：基于微生物固定化原理设计，污泥浓度高，反应快速。如厌氧滤器，上流式厌氧污泥反应器（ UASB）。

• 1 、液化发酵阶段：废水中的可溶性及悬浮性有机物主要被细菌作用，有机酸不断积累。

蛋白质、纤维素、脂肪有机酸、醇类• 菌种：厌氧或兼性厌氧菌梭状芽孢杆菌，胞硫弧

菌，乳杆菌，大肠杆菌等。


四、厌氧生物处理过程（甲烷发酵理论）

微生物：专性厌氧的梭菌属、拟杆菌属、丁酸菌属等；兼性厌氧的链球菌、肠道菌。

纤维素

蛋白质

脂肪

纤维酶蛋白酶脂肪酶

双糖或单糖

多肽和氨基酸

脂肪酸和甘油

第一阶段─水解发酵第一阶段─水解发酵


四、厌氧生物处理过程

2 、产氢产乙酸阶段第一阶段产物乙酸、 H2 和 CO2

微生物是产氢、产乙酸细菌。另外还有硫酸盐还原菌和分解三碳以上有机酸的

细菌（脱硫弧菌）。奥氏甲烷杆菌是下面两种细菌的共生体 --S菌氧化乙醇产生乙酸和 H2 ；M.O.H 菌株（布氏甲烷杆菌）：将乙酸裂解为甲烷和二氧化碳；以 H2 为氢供体还原 CO2 产生甲烷。



单糖

氨基酸

脂肪酸

产酸菌

乙酸

丙酸＋ CO2

＋氢气醇类

可溶性物

质简单化合

物



3、产甲烷阶段乙酸、甲酸、甲醇、 CO2 、 H2 甲烷微生物是两组生理完全不同的产甲烷菌，严格厌氧菌。一组是将 H2 和 CO2 合成为甲烷（ 28% ）。 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O 另一组将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳（ 72% ）。甲烷、 CO2溢出， NH3转化为 NH4NO2 、 NH4HCO3

留下。中和第一阶段的酸，为产甲烷菌提供所需的弱碱性环境。



乙酸

丙酸甲烷菌

甲烷＋二氧化碳

醇类

简单化合物





4 、第四阶段

为同型产乙酸阶段，同型产乙酸细菌将 H2 和

CO2 转化为乙酸的过程。

产甲烷菌只能利用 H2 、 CO2 、 CO 、甲酸、

乙酸、甲醇及甲基胺等简单物质产生甲烷和组成自身的细胞物质。

产甲烷机制：1 、酸和醇的甲基形成甲烷： CH3COOH → CH4 + CO2

4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O

3、水还原脂肪酸产生 CH4

2C3H7COOH + CO2 + 2H2O → CH4 + 4CH3COOH

2 、由醇的氧化使 CO2 还原成 CH4 、有机酸 2CH3CH2OH + 14CO2 → 14CH4 + 2CH3COOH 2C3H7CH2OH + 14CO2 → 14CH4 + 2C3H7COOH

4 、 H2 还原 CO2 为 CH4

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O5、 H2或 H2O将 CO还原为 CH4.

3H2 + CO → CH4 + H2O 2H2O + 4CO → CH4 + 3CO2



厌氧生物处理的优点：1 、操作不消耗动力；处理设备负荷高，占地少；2 、可以处理高浓度有机废水；对营养物的需求量少： COD： N： P=350-500 ： 5： 1,相比而言对N、 P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3、副产物甲烷可以作燃料；处理 1kg COD可产生0.35m3 甲烷——沼气。4 、运行经费经济，污泥量少。

厌氧生物处理的缺点 :• 1 、分解有机物的速度慢；处理时间长；• 2 、需要大体积的处理槽；处理过程中产生臭气和

有色物质；• 3、 BOD的消除率低于好气处理；出水的有机物

浓度高于好氧处理；• 4 、对温度变化和有毒物质较为敏感；常先用厌氧法处理，再好氧法处理。



五、厌氧活性污泥的培养

1 、菌种来源：牲畜粪便；生活污水处理厂的浓缩污泥；同类水质处理厂的厌氧污泥。

2 、驯化与培养：驯化过程与活性污泥法类似。培养进水量由小到大，逐步提高浓度。

成熟的厌氧活性污泥呈颗粒状，也称颗粒污泥。由于产甲烷菌生长速度慢，所以颗粒污泥驯化、培养时间较长。

3 、颗粒污泥的组成与性质微生物组成：水解菌、发酵菌、产乙酸菌、产甲烷菌（氢营养型、乙酸营养型）、厌氧原生动物，这些微生物在颗粒污泥内生长、繁殖，相互提供营养，菌丝交错相互接合形成复杂的菌群结构。

物理性质：形状：相对规则的球形或椭圆形，边缘清晰，直径 0.14-5mm ，最大 7mm 颜色：黑色或灰色密度： 1.030-1.080 之间表面特征：有许多孔隙和空洞沉降性能：不良—— 18-20m/h；良好—— 18-50m/h（典型值）；很好—— 50-100m/h。

化学性质：一般含碳 40.5% ，氢 7% ， N-10%（ 1 ）无机灰分含量因生长基质的不同差异较大， 8-66% 。灰分的增加将提高颗粒污泥密度，过高导致孔隙率降低，主要元素有 Fe、 Ca、 Si、 P、 S， Ca可促进颗粒化形成。（ 2 ）胞外多聚物在一些细菌表面常有一层薄薄的粘液层，即胞外多聚物，主要是胞外聚多糖和蛋白质，与好氧污泥分泌物不同（碳水化合物），但好氧产量高 4-7倍。 ECP与颗粒污泥的形成有密切关系，可以改变细菌的表面电荷和能量引起细菌的凝聚。

4 、颗粒污泥的形成机制颗粒的形成过程由多个阶段组成：细菌与基体（细菌、有机无机材料）的吸引粘连过程；微生物聚集体的形成；成熟污泥的形成。

细菌与基体的吸引粘连过程是颗粒污泥的形成开始阶段，也是决定污泥结构的重要阶段。 Ca2+ 、 Mg2+

的电荷中和作用以及 ECP 可以降低排斥位能，促进细菌向基体接近，然后通过细菌的附属物如菌丝或 ECP

将细菌粘接到基体上，随着粘接到基体上的细菌数目的增加形成各种微生物的聚集体。

微生物聚集体的形成：相互聚集在一起形成具有框架结构的内核，从而使产乙酸菌及氢营养菌附着其上，最后是发酵性细菌（产酸菌及其他氢营养菌）在外围生长，形成颗粒污泥。

不同工艺中形成的颗粒污泥形成过程、结构有所不同：

单相厌氧消化法：含有厌氧降解过程中的所有细菌。

两相厌氧消化法：废水处理在两个不同的反应器中依次完成：进行水解和酸化的酸化反应器、产乙酸和产甲烷的甲烷反应器。不同反应器中，污泥细菌的组成区别很大。前者中基本是水解发酵菌、少量产甲烷菌；后者主要是产甲烷菌和少量产氢产甲烷菌。

第三节　废水的生物脱氮除磷

氮和磷的排放会加速导致水体的富营养化，其次是氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。因此，国内外对氮磷的排放标准越来越严格。本节阐述生物脱氮除磷技术。生物脱氮除磷技术是近 20 年发展起来的，一般来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，尤其是能有效地利用常规的二级生物处理工艺流程进行改造达到生物脱氮除磷的目的，是日前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。

有机氮 NO3-

氨化好氧好氧

亚硝化硝化NH3-N NO2

-

N2

一、生物脱氮原理及影响因素（一）、生物脱氮原理污水中氨主要以有机氮和氨氮形式存在。在生物处理过程中，有机氮很容易通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨化作用。传统的硝化—反硝化生物脱氮的基本原理就在于通过硝化反应先将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮从水中逸出，从而达到脱氮的目的。

生物脱氮的原理

在将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化菌和反硝化菌的作用，将氨氮通过硝化转化为亚硝酸氮、硝酸氮

反硝化作用将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮转化为氮气

有氧存在的条件下

厌氧条件下

1 、硝化作用微生物：包括亚硝化微生物、硝化微生物，好氧， G- ，无机化能营养，个别有机化能营养（ 1 ）亚硝化细菌（氧化氨的细菌）：化能无机营养，专性好氧，最适温度 25-30℃（ 5-30℃），最适 pH7

.5-8.0 （ 5.8-8.5 ），常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶状菌。（ 2 ）硝化细菌：最适温度 25-30℃，最适 pH7.5-8.

0 。 NO2- 浓度在 2-30mmol/L 时化能无机营养最好，常

见菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。

2 、氨化与硝化反应过程

HOHNO3/2ONH： 2-223

亚硝化菌硝化

-3

-2 NO1/2ONO 硝酸菌

-4 2 3 2NH 2O NO H O 2H 硝化菌

3222 NHCORCOOHO)COOHRCH(NH：氨化菌氨化

3 、硝化反应的条件（ 1 ）好氧状态：一般维持在 1.2~2.0mg/L； 1gNH3-

N完全硝化需氧 4.57g，即硝化需氧量。（ 2 ）消耗废水中的碱度： 1gNH3-N完全硝化需碱度

7.1g（以 CaCO3计），废水中应有足够碱度 (7.5-8.0)，以维持 pH值不变。

（ 3）污泥龄 - 悬浮固体停留时间 SRT。可通过排泥控制泥龄一般在 5d以上，实际θC≥（ 10-15） d。

（ 4 ） BOD5≤20mg/L。（ 5）水力停留时间：普通活性污泥法曝气时间 4-6h。

4 、反硝化 -1

反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主 ,反硝化菌在DO浓度很低的环境中，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用的碳源为甲醇时：

NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O +

HCO3-

NO2-

+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-

反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧，每还原

1gNO3--N所利用的氧量约 2.6g。

5 、反硝化 -2

当缺乏有机物时，则无机物如氢、 Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体。（ 1 ）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下，进行厌氧呼吸，以 NO3

-—O为电子受体，以有机物的氢为电子供体。（ 2 ）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径—同化反硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为 N2↑），但以异化反硝化为主。（ 3）反硝化反应的条件。

6 、反硝化反应的条件： DO<0.5mg/L，一般为 0.2～ 0.3mg/L（处于缺氧状态），如果 DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍 NO3

--O成为电子受体而使 N难还原成 N2↑。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧 - 好氧交替的环境中生活为宜。

BOD5/TN≥3～ 5，否则需另投加碳源，现多采用 CH3OH ，其分解产物为 CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。

目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。还原 1g 硝态氮能产生 3.57g碱度，而在硝化反应中， 1gNH3-N氧化为 NO3--N要消耗 7.14g碱度，在缺氧 - 好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。

7 、内源反硝化 • 微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化 C5H7NO2+4NO3

-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH-

• 内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生成。废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。

8 、脱氮新理念（ 1 ）短程硝化 -反硝化由传统硝化 -反硝化原理可知，硝化过程是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可以分开；而对于反硝化菌，亚硝酸根或硝酸根均可以作为最终受氢体。该方法就是将硝化过程控制在亚硝化阶段而终止，随后进行反硝化，在反硝化过程将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程 (或简捷 ) 硝化 -硝化。

控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程硝化 -反硝化生物脱氮技术的关键，其主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、 pH值和游离氨等。控制较高温度、较低溶解氧和较高 pH值和极短的污泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚硝酸菌占绝对优势，从而使硝化过程控制在亚硝化阶段。

（ 2 ）厌氧氨氧化厌氧氨氧化是荷兰 Delft大学 1990 年提出的一种新型脱氮工艺。基本原理是在厌氧条件下以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化氮气，或者说利用氨作为电子供体．将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气。参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌。厌氧氨氧化过程无需有机碳源在。

OHNNONH 2224 2 molNHkJG /358

HOHNNONH 29435 2234

molNHkJG /297

（ 3）亚硝酸型完全自养脱氮基本原理是先将氨氮部分氧化成亚硝酸氮，控制氨根离子与亚硝酸根离子比例为 1 ： 1 ，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的。全过程为自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应．无需有机碳源，对氧的消耗比传统硝化 /反硝化减少 62.5% ，同时减少碱消耗量和污泥生成量。

OHHNOONH 2224 5.05.075.05.0

OHNNONH 2224 25.05.05.0

自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应，无需有机碳源，对氧的消耗比传统的硝化 /反硝化减少 62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量

（二）、硝化—反硝化过程影响因素

1．温度硝化反应的适宜温度范围是 30～ 35℃，温度不但影响硝化茵的比增长速率，而且影响硝化菌的活性，在 5～ 35℃的范围内，硝化反应速率随温度的升高而加快，仅超过 30℃时增加幅度减少，当温度低于 5℃时，硝化细菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于 15℃即发现硝化速率迅速降低，低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，因此在低温 12～ 14℃时常出现亚硝酸盐的积累。在 30～ 35℃较高温度下，亚硝酸菌的最小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制温度和污泥龄，也可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。反硝化反应的最佳温度范围为 35～ 45℃，温度对硝化菌的影响比反硝化菌大。

2．溶解氧硝化反应必须在好氧条件下进行，一般应维持混合液的溶解氧浓度为 2～ 3mg/L，溶解氧浓度 0.5～ 0.7 mg/L，是硝化菌可以忍受的极限。硝化可在高溶解氧状态下进行，高达 60mg/L的溶解氧浓度也不会抑制硝化的进行，为了维持较高的硝化速率，污泥龄降低时要相应地提高溶解氧浓度。溶解氧对反硝化反应有很大影响，主要由于氧会同硝酸盐竞争电子供体。同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性，3． pH值硝化反应的最佳 pH值范围为 7.5～ 8.5,硝化菌对 pH值变化十分敏感，当 pH值低于 7时，硝化速率明显降低．低于 6 和高于 9.6时，硝化反应将停止进行。反硝化过程的最佳 pH值范围为 6.5～ 7.5，不适宜的 PH值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。当 pH值低于 6.0或高于 8.0 时，反硝化反应将受到强烈抑制。

4．C/N比 C/N比值是影响硝化速率和过程的重要因素。硝化菌是自养菌，硝化菌产率或比增长速率比活性污泥异养菌低得多，若废水中 BOD5值太高，将有助于异养菌迅速增殖，从而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般认为，只有 BOD5低于 20mg/L时，硝化反应才能完成。反硝化过程需要充足的碳源，理论上 lgNO2 还原为 N2需要碳源有机物 2.86g。一般认为，当废水的 BOD5/TKN值大于 4～6 时，可认为碳源充足，不需另外投加碳源，反之则要投加甲醇或其他易降解的有机物作碳源。5、污泥龄为使硝化菌能在连续流的反应系统中存活并维持一定数量，微生物在反应器的停留时间即污泥龄应大于硝化菌的最小世代期。一般应取系统的污泥龄为硝化最小世代期的两倍以上。较长的污泥龄可增强硝化反应的能力，并可减轻有毒物质的抑制作用。

6．抑制物质对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、重金属、有毒物质以及有机物。一般来说，同样毒物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与一般好氧异养菌相同。在应用一般好氧异养菌文献数据时，应该考虑驯化的影响。生物脱氮工艺包括含碳有机物的氧化、氨氮的硝化、硝态氮的反硝化等生物过程，即碳化 -硝化 -反硝化过程。从完成这些过程的反应器来分，脱氮工艺可分为活性污泥脱氮系统和生物膜脱氮系统，其分别采用活性污泥法反应器与生物膜反应器作为好氧 /缺氧反应器，实现硝化 /反硝化以达到脱氮的目的。从完成这些过程的时段和空间不同，活性计泥脱氮系统的碳化、硝化、反硝化可在多池中进行，也可在单池中进行。

（一）、生物除磷原理 1 、生物积磷作用：某些微生物在某些环境条件下，有过量积聚磷酸盐的作用，这些细菌称为聚磷菌 . 当细菌生活在营养丰富环境里开始大量繁殖即将进入对数生长期时，从外界吸收大量可溶性磷酸盐，在体内合成多聚磷酸盐并积累起来 . 当细菌进入静止期时，大部分细胞已停止繁殖，对磷的需要已经很低，若环境中磷有余，细胞又有一定能量，便能从外界吸收磷，形成异染颗粒。

二生物除磷原理及影响因素

3、聚磷细菌：种类较多，其中聚磷能力强的优势菌有不动杆菌——莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属、黄杆菌属等。

2 、生物诱导的化学沉淀作用：由于污泥微生物的代谢作用，导致环境 pH上升，使废水中的溶解性磷酸盐化学性地沉积于污泥上从而随污泥的排放而去除。

4 、除磷的生物化学机制：除磷细菌特别适宜在好氧 - 厌氧交替循环的系统中大量繁殖和过量积聚磷。除磷细菌首先在厌氧条件下释放磷合成聚 β-羟基丁酸（ PHB ），而后在好氧条件下，以PHB 为碳源，吸收磷酸盐合成多聚磷酸盐。

厌氧放磷：

除磷细菌只能在低级脂肪酸类小分子有机基质上生长（但混合液中 VHA仅 5mg/L，而大多数污泥微生物的生长速度都比除磷细菌快，如何竞争？），污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为 PHB(聚 β-羟基丁酸 )的形态储藏于体内。

聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。

厌氧厌氧能量能量

厌氧厌氧

部分供聚磷菌生部分供聚磷菌生存，部分供聚磷存，部分供聚磷菌主动吸收乙酸菌主动吸收乙酸苷苷

聚磷菌聚磷菌聚磷分解聚磷分解放出无机磷放出无机磷

释放磷后释放磷后的聚磷菌的聚磷菌

有机物有机物乙酸苷乙酸苷 PHPHBBPHB：聚— β—羟基酸盐

Comeau 的乙酸吸收理论：乙酸合成 PHB 的反应式： C6H12O6 → 2CH3COOH + 4H+ + 4e-

CH3COOH +2ATP +CoASH → CH3COSCoA + 2AD

P + 2Pi

2CH3COSCoA → CH3COCH2COSCoA + CoASH →

CH3CHOHCH2COSCoA → PHB + CoASH

ATP 由多聚磷酸盐分解产生。因此积磷细菌在厌氧时与其他污泥微生物竞争中具有双重优势：一方面产生的 ATP 可使它在厌氧不利条件下比其他好氧性异养菌更易存活，另一方面使供给其他微生物的基质不断减少，使其他菌无法很好的生长。

进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的 PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。

剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。

普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到 12%~20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重 5%~6%，去除率基本可满足排放要求。

好氧吸磷：

在厌氧状态下放磷愈多，合成的 PHB愈多，则在好氧状态下合成的聚磷量也愈多，除磷的效果也就愈好。

聚磷菌聚磷菌

PHBPHB

增殖增殖主动吸收磷酸盐主动吸收磷酸盐

供聚磷菌增殖和主动吸收污水中的磷酸盐

以聚磷的形式积聚于体内

好氧分解

能量

PHB ：聚— β—羟基酸盐

（二）、生物除磷影响因素1．溶解氧和氧化态氮溶解氧分别对摄磷和放磷过程影响不同。在厌氧区中必须控制严格的厌氧条件，既没有分子态氧，也没有化合态氧。溶解氧的存在，将抑制厌氧菌的发酵产酸作用和消耗乙酸等低分子脂肪酸物质；硝态氮的存在，影响聚磷菌的代谢，也会消耗部分乙酸等低分子脂肪酸物质而发生反硝化作用，都影响磷的释放，从而影响在好氧条件下对磷的吸收。在好氧区中要供给足够的溶解氧，以满足聚磷菌对 PHB的分解和摄磷所需。一般厌氧段的溶解氧应严格控制在 0.2mg／ L以下，而好氧段的溶解氧控制在 2.0mg／ L 左右。

2．污泥龄由于生物脱磷系统主要是通过排除剩余污泥去除磷的，因此剩余污泥量的多少将决定系统的脱磷效果。一般污泥龄较短的系统产生较多的剩余污泥，可以取得较高的脱磷效果。短的泥龄还有利于好氧段控制硝化作用的发生而利于厌氧段的充分释磷，因此，仅以除磷为目的的污水处理系统中，一般宜采用较短的泥龄。研究表明，当污泥龄为 30 天时，除磷率为 40％，污泥龄为 17天时，除磷率为 50% ，污泥龄降至 5天时，除磷率可提高到 87% 。

3． BOD负荷和有机物性质一般认为，较高的 BOD负荷可取得较好的除磷效果，

有人提出 BOD/TP＝ 20 （大于 15）是正常进行生物除磷的低限。不同有机物为基质对磷的厌氧释放及好氧摄取也有差别。一般低分子易降解的有机物易被聚磷菌吸收、诱导磷释放的能力较强，而高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。

基质： A——乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸； B——乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄糖； C——丁酸、乳酸、琥珀酸。 A类存在时放磷速度较大，所诱导的厌氧放磷量呈线性关系； B类必须在厌氧条件下转化为 A类物质后才能被积磷菌利用； C类能否引起放磷与污泥微生物组成有关。

4．温度温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响明显，因为在高温、中温、低温条件下，不同的菌群都具有生物除磷的能力，在 5 ～ 30℃的范围内，都可以得到很好的除磷效果，但低温运行时厌氧区的停留时间要低一些。5 ． pH值 pH值在 6～ 8的范围内时，磷的厌氧释放比较稳定。 pH < 5.2 ，磷大量而快速释放，由细胞自溶和磷酸盐在酸性条件下溶解引起的，因此无效； pH > 9.5，先出现磷净吸收而后释放。碱性条件下生成一些磷酸镁、钙的沉淀，吸附到污泥絮体中。

1 、三段生物脱氮工艺。该工艺是将有机物氧化，硝化及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。使除碳，硝化和反硝化在各自的反应器中进行，并分别控制在适宜的条件下运行，处理效率高。

三生物脱氮除磷工艺（一）脱氮工艺

2 、 Bardenpho生物脱氮工艺。该工艺取消了三段脱氮工艺的中间沉淀池。该工艺设立了两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。经第一段处理，脱氮已基本完成。为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。最后的曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。这一工艺比三段脱氮工艺减少了投资和运行费用。

3、缺氧一好氧生物脱氮工艺。该工艺于 80 年代初开发。该工艺将反硝化段设置在系统的前面，因此又称为前置式反硝化生物脱氮系统，是目前较为广泛采用的一种脱氮工艺。反硝化反应以污水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。在反硝化反应中产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度的 50％左右。该工艺流程简单，无需外加碳源，因而基建费用及运行费用较低，脱氮效率一般在 70％左右；但由于出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。

缺氧 - 好氧生物脱氮工艺

(1)A／ O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。在厌氧池中释放磷，然后在好氧池中吸收磷和去除 BOD，当停留时间足够长时，还会进行硝化，通过二沉池排泥去除磷。原水→初沉池 ( 排泥 )→ 厌氧池→ (碱 )好氧池 ( 混合液回流至厌氧池前 )→ 二沉池 (污泥回流至厌氧池前 )。为了使微生物在好氧池中易于吸收磷，溶解氧应维持在 2mg／ L以上， pH值应控制在 7—8之间。磷的去除率还取决于进水中的 BOD5与磷浓度之比。

（二）除磷工艺

(2) Phostrip 工艺该工艺主流是常规的活性污泥工艺，而在回流污泥过程中增设厌氧放磷池和上清液的化学沉淀池，称为旁路。约 0． 1～ 0． 2qv的回流污泥经厌氧放磷后再和进水一起进入曝气池吸收磷。因而该法是一种生物法和化学法协同的除磷方法。该工艺操作稳定性好，出流中磷含量可小于 1． 5mg／ L。

1 、 A2／ O工艺在原来 A／ O工艺的基础上，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中，达到反硝化脱氮的目的。厌氧段：释放磷，氨化缺氧段：脱氮。好氧段：去除有机物、硝化、吸收磷。这样厌氧一缺氧一好氧相串联的系统能同时除磷脱氮。简称A2/O工艺。该处理系统出水中磷浓度基本可在 1mg/L以下，氨氮也可在 15mg/L ．以下。由于污泥交替进入厌氧和好氧池，丝状菌较少，污泥的沉降性能很好。

（三）脱氮除磷工艺

2 、改进的 Bardenpho工艺改进的 Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧一好氧一缺氧池一好氧池。类似二级 A/O工艺串联。第二级 A/O的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能。为了提高除磷的稳定性，在 Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的放磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。

3、 UCT工艺在改进的 Bardenpho工艺中，由于二沉池回流污泥中很难避免有一些硝酸盐回流到流程前端的厌氧池，从而影响除磷效果；为此， UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮。同时为弥补厌氧池中污泥的流失，增设缺氧池至厌氧池的污泥回流。这样厌氧池可免受硝酸盐的干扰。 UCT系统：由进水泵、污泥回流泵、混合液回流泵、厌氧反应器、缺氧反应器好氧反应器、搅拌器、曝气盘、空气压缩机等组成。本系统是在传统活性污泥运行方式基础上改良而来，因此本系统在正式运行之前也要进行试运行以确定最佳的运行条件。在本系统运行中，作为变数考虑的因素同样是混合液污泥浓度 (MLSS) 、空气量、污水的注入方式等。

ＵＣＴ系统工艺流程图

曝气池4

混合液回流泵 2

压缩空气

污泥回流泵3

厌氧池 1缺氧池2缺/好氧池3

二沉池

污泥回流混合液回流泵 1

进水泵

进水

曝气盘

出水

搅拌器1搅拌器2搅拌器 3

手动排泥

剩余污泥阀

慢速搅拌器

厌氧池厌氧发酵菌将污水中的可生物降解的大分子有机物转化为 VFA这类分子量较低的发酵中间产物。聚磷菌利用其合成自身的细胞质，大量繁殖。

缺氧池聚磷菌将其体内贮存的聚磷酸盐分解，释放其生存所需能量

缺氧池。在此聚磷菌将其体内贮存的聚磷酸盐分解，释放其生存所需能量缺氧池。在此聚磷菌将其体内贮存的聚磷酸盐分解，释放其生存所需能量

缺氧池反硝化细菌利用好氧区中回流液中的硝酸盐以及污水中的有机基质进行反硝化，达到同时除磷脱氮的效果。

好氧池聚磷菌在利用污水中残留的有机基质的同时，主要通过分解其体内贮存的 PHB 所放出的能量维持其生长，同时过量摄取环境中的溶解态磷。硝化菌将污水中的氨氮转化成为硝酸盐。

4．SBR工艺 SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水而后再放人原水，如此周而复始。研究表明， SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为 SBR的应用提供了物质基础。 SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套 SBR设施，进行切换。

第四节微污染水源水预处理中的微生物原理

一、微污染水源预处理的目的意义微污染水源水的危害：影响公众健康、增加投入，提高水价。

二、水源水污染源和污染物污染源 --- 有机污染物：天然有机物：腐殖质、藻类有机物、非溶解性有机物（颗粒态）人工合成有机物：有毒有机污染物，难于降解在环境中有一定残留水平，具有生物富集性，三致和毒性。石油污染物是典型污染物。

三、微污染水源水微生物预处理及微生物群落1 、处理工艺：均采用膜法生物处理生物转盘——适于处理污染严重的源水、接触氧化法、生物滤池、生物流化床、生物陶粒反应器。工艺的选取要根据水质和处理目的，填料的选择要根据填料对微生物的附着力和耐腐蚀性。处理目的：去除有机物、氨氮——反硝化工艺，要外加碳源。

2 、水源水预处理的运行条件（ 1 ）微生物：贫营养菌，如土壤杆菌、嗜水气单胞菌、黄杆菌、纤毛菌等，对可利用基质有较大的亲和力，且呼吸速率低，因此可以充分利用水中的有机物。（ 2 ）供氢体：若要去除有机物和氨氮，需外加供氢体—甲醇、低浓度的乙醇和糖类。（ 3 ）溶解氧：水流量大时，溶解氧需 4mg/L 以上。（ 4 ）水温和 pH 。 pH7 水温 23.6℃

第五节人工湿地中微生物与水生植物净化污（废）水的作用

一、人工湿地生态系统

• 人工湿地是指人工建造的类似于沼泽的湿地内，放置一定高度的填料，其上种植特定的水生植物，在水生植物根系周围生长着丰富多样的微生物群落，基质、水生植物与微生物构成一个类似于天然沼泽地的特殊生态系统

二、人工湿地净化污（废）水的基本原理

人工湿地生态系统净化污水的原理是利用系统中的物理、化学、生物的协同作用，通过土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。即污水在沿一定方向流动的过程中，在湿地土壤、植物和微生物共同作用下得到了高效的净化。

三、人工湿地各组成的功能

（一）基质目前广泛应用的人工湿地主要由沙粒、沙土、土壤、石块为基质。作用：为微生物生长提供基质；为湿地植物提供载体和营养物质；吸附和过滤作用。

基本要素：基质、湿生植物和微生物

（二）湿地水生植物

• 分为浮水性、挺水性和沉水性。挺水性为主。• 浮水性和挺水性主要吸收氨氮，沉水性吸收磷。

水葱

•

水美人蕉

作用：• 发达的根系直接吸收水中有机污染物；• 将氧气运送到根系，提供根系微生物需要；• 根系分泌物为微生物提供营养和能源。

水菖蒲灯芯草

（三）根际和根面微生物

• 种类和数量由以下因素决定：湿地植物根系分泌物的种类和数量；污废水的种类；水中溶解氧的含量。

• 微生物种类有：细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫化细菌、反硫化细菌、磷细菌、纤维素分解菌、固氮菌、真菌、放线菌、原生动物、藻类等

四、人工湿地生态系统处理污废水的效果

• 主要应用类型 :

表层流湿地（废水水平流动，通过湿地而沉淀）——地表湿地。渗漏湿地（废水垂直流入，经渗透沉积后排水去

除）——垂直流湿地。

潜流湿地（污水在湿地床的内部流动）。

• 优点造价和运行费用低，易于维护；可进行有效可靠的废水处理；可缓冲对水力和污染负荷的冲击；可产生综合效益。

• 问题与展望占地面积大；氮磷除去率较低；受气候条件限制较大；污水对植物影响研究足；加强对特殊废水处理的究。

第六节饮用水的消毒及其微生物学效应

一、水消毒的重要性：水是疾病传播的媒介之一二、水的消毒方法（一）煮沸法：最原始但简单有效（二）加氯消毒：液氯、漂白粉（ Ca （ Cl ） 2 ）、氯胺是常用的消毒剂。用量依水源有机物污染程度而定，饮用水通常以消毒剂与水接触 30min 后游离余氯量不低于 0.3mg/L ，管网末梢游离余氯量不低于 0.05mg/L 为标准。折点加氯法： 2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl ，折点 3×71/2

8≈7.6倍。含 NH4+ 加氯产生 NH2Cl 、 NHCl2 ，转变为

氮气，使反应向右不断进行，此时余氯含量最少（折点），加氯比例： mCl2/ mNH3-N = 8 ： 1~10 ： 1 ，控制pH6-8 。

氯气杀菌机制：Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl- HOCl → H+ + OCl-

有效的杀菌物是 HOCl ， OCl- 与细菌相排斥不能进入体内， HOCl 可破坏细菌细胞质膜，与蛋白质、酶中的-NH2 、 -SH反应使之失活。 pH 低时， HOCl 、 Cl- 为主， pH 高时 OCl- 为主， pH 6-6.7 时 HOCl 和 Cl-相等，因此 pH值较低时加氯消毒较好。效果检验：大肠杆菌数，余氯。

缺点：加氯后可与水中烷烃、芳香烃反应产生三卤甲烷

（包括 CHCl3 、 CHBrCl2 、 CBrCl3 、 CHBr3 ）等致癌物。

对策：更换消毒剂，如 ClO2 、 O3 、 NaClO2 、 NH3Cl等；活性碳吸附去除三卤甲烷；预处理。

（三）臭氧消毒制备：通电紫外灯，可使氧气转变为臭氧，现场制备。机制：产生超氧阴离子自由基。优点：杀菌杀病毒速度比氯气高；无臭无味；无毒害产物；去除水中有机污染物时，可使生物可降解的溶解有机物上升 20-30% ，生物可同化碳上升 3

倍左右，可用其他手段加以去除。缺点：没有余量，没有后续杀菌能力；费用高。

（四）过氧化氢消毒

性质活泼，但并不是对所有微生物都起作用，许多微生物有过氧化氢酶。适用于净化程度高的饮用水消毒。

（五）紫外辐射

经过消毒的水化学性质不变，不产生异味和有毒物质，但悬浮物和有机物干扰杀菌效果。适用于小规模水厂饮用水消毒和游泳池。

（六）微电解消毒：电解水产生活性氧自由基。

第一节 废水的好氧微生物处理 第二节 废水的厌氧微生物处理 第三节 废水的生物脱氮除磷

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第一节　废水的好氧微生物处理第二节废水的厌氧微生物处理第三节　废水的生物脱氮除磷