1、緒論1、環境生物技術（enviromental biotechnology)也稱環境生物工程(enviromental bioengineering) 狹義的定義：生物技術在處理環境問題時的特定應用，包括廢棄物處理、污染控制以及非生物技術的結合運用。名詞、填空2、主要研究對象和目的環境生物技術主要研究環境污染引起的機理、生物對環境污染的適應性即抗性機理、利用生物技術對環境污染現象進行分析、檢測和檢測的原理和方法；利用生物技術對污染環境的控制和處理；進行污染環境的生物修復；采用生物技術合成和生產環境友好物質。主要目的在于人類的健康、促進環境的生態平衡、有利于人類的生存和社會的可持續發展3、環境生

2、物技術的研究內容（填空）有學者從技術難度和理論深度的角度，提出可分為三個部分或三個層次第一層次現代環境生物技術第二層次指傳統的生物處理技術第三層次指利用天然處理系統進行廢物處理的技術應該指出的是, 環境生物技術中的三個層次沒有重要與不重要之分3、環境生物技術的應用（填空、選擇）廢物生物處理技術、廢水生物處理技術、污染事故的現場補救、污染場地的現場修復技術以及可降解材料的生物合成技術。環境生物監測技術第一節 生物監測概述生物監測：（名詞解釋）是利用各種技術測定和分析生命系統各層次對自然或人為作用的反應或反饋效應的綜合表征來判斷和評價這些干擾對環境產生的影響、危害及其變化規律，為環境質量的評估、調

3、控和環境管理提供科學依據生物監測重點個體和生態系統級的生物反應生物監測至少應具備什么條件?n 對比性，有已建立的標準可供對照；n 重復性，按一定的標準、采用相應的方法、在一定觀測點上每隔一定時間采樣分析生物監測內容包括：（選擇題、填空）n 生態環境變化n 生物個體急性、亞急性、慢性的毒性測定n 生物的生理生化分析n 有毒物質、污染物在生物體內循環運轉的分析n 個體生態狀況以及群落生態結構變化分析等二、生物監測的依據（名詞、選擇題、填空）§ 生態系統理論是生物監測的理論基礎：生態系統具有維持一定地區的系統結構與功能的能力§ 1、生命與環境協同進化理論§ 2、生物相對

4、適應法則§ 3、生物富集現象§ 4、可比性與可重復性生物相對適應法則：（選擇題、填空）穩定性、選擇性、環境相關性生物富集現象：（名詞解釋）1、人類的干擾如某些人工合成化學物質等進入環境后；2、會通過食物鏈在生態系統中傳遞和被放大 被生物吸收和富集；3、當這些物質超過生物所能承受的濃度后，將對生物乃至整個群落造成影響或損傷，并通過各種形式表現出來。生命具有共同特征：細胞構成、新陳代謝、感應性、生殖能力§ 生物對同一環境因素變化的忍受能力有一定的范圍，即不同地區的同種生物抵抗某種環境壓力或對某一生態要素的需求基本相同. § 生物監測特點（問答題）優點、局限綜

5、合效應性：生物監測可反映各類污染物之間聯合作用§ 連續監測性：能反映出某地區受污染或生態破壞后累積結果的歷史狀況§ 多功能性：能通過指示生物的不同反應癥狀，分別監測多種干擾效應§ 高靈敏性：生物監測更能真實和全面地反應外干擾的生態效應所引起的環境變化局限：§ 反應相對遲鈍：不能像監測儀器那樣迅速做出反應，并在較短時間內就能獲得監測結果作出判斷§ 很難定性和定量化：不能精確地監測出環境中存在的污染物的名稱和含量，它通常反映的只是環境中各污染物所反映出來的總體生物毒性水平§ 影響因素多：指示生物同一受害癥狀可由多種因素造成，增加了對監測結

6、果判別的困難n 生物監測基本方法（問答題、選擇題、填空）n 1、指示生物法n 2、現場調查法n 3、現場盆栽定點監測法n 4、群落和生態系統監測法n 5、生物標志物檢測法n 6、毒性與毒理試驗n 7、環境流行病學調查法指示生物（名詞、填空）指環境中對某些物質（包括進入環境中的污染物）能產生各種反應或信息而被用來監測和評價環境質量的現狀和變化的生物n 指示生物法（名詞、填空）是根據對環境中某種特定污染物敏感的或有較高耐受性的生物種類的存在或缺失，來指示其所在環境中的多寡或分解程度，是最經典的生物學評價方法指示生物的基本特征：靈敏、代表性、具有小的差異性、具有多功能性敏感性劃分：（選擇、判斷）n

7、大氣污染的植物敏感性劃分：三級制n 敏感：不能長時間生活在一定濃度的有害氣體污染環境中；否則，植物的生長點將干枯；全株葉片受害普遍、癥狀明顯，大部分受害葉片迅速脫落;生長勢衰弱，植物受害后生長難以恢復n 抗性中等：能較長時間生活在一定濃度的有害氣體環境中。在遭受高濃度有害氣體襲擊后，生長緩慢，植株表現出慢性中毒癥狀，如節間縮短、小枝叢生、葉形縮小以及生長量下降等n 抗性強：能較正常地生活在一定濃度的有害氣體環境中，基本不受傷害或受害輕微。慢性受害癥狀不明顯。在遭受高濃度有害氣體襲擊后，葉片受害輕或受害后生長恢復較快，能迅速萌發出新枝葉，并形成新的樹冠。指示生物選擇方法（各方法適用性、優缺點等-

8、問答、選擇、判斷）n （1）現場比較評比法 n （2）栽培或飼養比較試驗法 n （3）人工熏氣法 n （4）浸蘸法 生物監測指標的選擇：形態指標、生長指標、生理生化指標、行為學指標（填空、選擇）n 植物群落監測法：（填空、選擇、判斷）n 該法是利用植物群落中各種植物對環境污染的反應估測大氣污染的方法。n 如敏感植物受害，表明大氣受到污染；如抗性中等的植物受害，表明大氣污染較嚴重；如抗性強的植物受害，表明大氣污染十分嚴重；在嚴重污染地區，敏感植物不存在。n 在長期受污染地區，一些群落多樣性受到影響，從而使植物退化，由此可根據群落中物種多少及個體數量多少來評價大氣污染狀況。看課件：情況分析：n 根

9、據植物葉片出現的癥狀特點（傷斑出現葉脈間），表明該廠附近的大氣已被SO2污染。n 從受害程度上看，由于一些對SO2抗性強的構樹、馬齒莧等已受到損害，可以判斷該地區發生過急性危害，估測其SO2濃度為310ppm。地衣、苔蘚監測法n 例如SO2年平均濃度在0.0150.105 mg/m3n 范圍內就可使地衣絕跡；濃度超過0.017 mg/m3 時大多數苔蘚植物不能生存。n 地衣、苔蘚大氣生物監測指示生物的優缺點n 地衣、苔蘚生長在樹干上，可以減少土壤或水體污染的干擾。n 地衣、苔蘚所需水分和養分等全部依賴于雨水和露，同時以植物整體吸收養分，而高等植物靠氣孔來吸收大氣中的污染物，故前者吸收污染物的量

10、相對較多。n 生長速度比高等植物慢，一旦受損不易恢復，有利于掌握長時間的污染積累結果。n 兩者為多年生長綠色植物，一年四季均可作為監測器。而高等植物往往冬季落葉，難以顯示受害情況。n 取材方便，成本低，有直觀效果，但在自然條件下難以獲得精確可靠的定量數據。n 形體小，分類困難，不經過專門的學習不易掌握辨識方法。觀察指標n 通常觀察地衣、苔蘚植物的多度、蓋度、頻度、種類數量以及內外部受害癥狀等指標。微核技術的應用：n 根據環境污染物會引起染色體畸變而形成微核的原理，利用紫路草花粉母細胞的微核數量指示環境污染狀況，我國已應用該法來監測水、大氣污染狀況。污化帶：（填空、選擇、判斷）將河流劃分成多污帶

11、、-中污帶、-中污帶和寡污帶微型生物群落監測法n 常用的方法1969年由美國學者凱思斯等人發展和創立的聚氨酯泡沫塑料塊法，又稱PFU法(polyurethane foam unit)n 原理：用PFU法得到的原生動物群集過程是群集速度隨著種類上升而下降，集群速度與種類數的交叉點就是種數的平衡點PFU法的優點：PFU法測定要點浮游植物是生態學范疇上的類群，包括所有生活在水中浮游生活方式的微小植物。通常所說的浮游植物就指浮游藻類，而不包括細菌和其他植物。n 特征：浮游植物含有葉綠素，能利用光能進行光合作用，是初級生產者，在水生態系統中具有重要地位。n 生物指數(biotic index)（名詞、填

12、空、選擇、判斷）是指依據不利環境因素，運用數學公式反映生物種群或群落結構的變化以評價環境質量狀況，包括污染在內的水質變化對生物群落的生態學效應的一種方法。生物指數法的應用特點（優缺點選擇、判斷、問答）特點n 優點：方法簡單，有一個粗略數字概念，便于比較；n 缺點：需分類學和生態學專門人員進行種類鑒定，同時只考慮了種類數，而未考慮個體數量。應用時應結合生物學其他指標和物理、化學指標，綜合考慮各方面的影響因素生物種類多樣性指數n 理論依據：n 生物種類多樣性指數的特點：是能夠定量反映群落中生物的種類、數量及種類組成比例變化的信息。種類多樣性指數值越大，水質越好生物指數主要反映的生態學效應n 某些對

13、污染有指示價值的生物種類出現或消失群落結構的種類組成變化n 群落中生物種類數在污染加重的條件下減少，在水質較好的情況下增加，但過于清潔的條件下由于食物缺乏也會導致種類數的減少n 組成群落的個別種群變化（如數量變化等）n 群落中種類組成比例的變化n 自養-異養程度上的變化n 生產力的變化微宇宙法（microcosms）n 微宇宙法是研究污染物在生物種群、群落、生態系統和生物圈水平上的生物效應的一種方法。又稱為模型生態系統法（model ecosystem）n 研究內容：研究污染生態系統中污染物§ 對生物和非生物組成的影響§ 在生物和非生物組成中的分布§ 對生物-生物

14、和生物-非生物之間相互關系的作用§ 研究生物和非生物組成及其過程對污染物的生物效應的影響n 自然微宇宙直接來自于自然生態系統的斷面，如土壤核心區、河流和湖泊底部土壤等。n 人工微宇宙根據研究者所需研究生態系統的特征在實驗室組建的人工生態系統。生物標志物檢測法：生物標志物(Biomarker)（名詞等）)監測和評價化學污染物的暴露及其效應中，把化學污染物所導致的生物有機體的生物化學和生理學改變稱之為生物標志物(n 生物標志物在生物監測和評價中的作用n 起到“預警”系統的作用n 反映在特定環境中的生物體在生理上是否正常n 在受損生態系統的修復時，通過對生物標志物的監測，可以知道修復技術是

15、否有效和生態系統是否恢復到正常的水平毒性與毒理試驗（填空、選擇、判斷）即利用生物受到污染物質的毒害所產生的生理機能等變化測試污染狀況的方法發光細菌法n 原理：。利用污染物對革蘭氏陰性兼性厭氧微生物所發射出的藍綠光強度的影響，來判斷水質受污染的情況n 環境流行病學：（了解）§ 研究作用物、環境和宿主三者之間相互關系，§ 分析患病人群與環境中的某種因子有無相關關系或因果關系，§ 找出劑量-反應關系，§ 從而從復雜的綜合因素中推導出病因，§ 并為制訂某一致病因子的環境衛生標準提供依據，§ 控制引起疾病或健康障礙的作用物，以達到控制發病、圍遏

16、擴散、預防發病的目的大氣污染生物監測指利用生物對大氣污染物的反應，監測有害氣體的成分和含量以了解大氣的環境質量狀況。環境的基本屬性具有有限的自我調節能力量度n 環境承載力：（填空、名詞等）指某一環境狀態和結構在不發生對人類生存發展有害變化的前提下，所能承受的人類社會作用在規模、強度和速度上的限值。它與自然界的再生能力是相匹配的，在某種意義上環境承載力也是自然在生產能力的綜合表示環境預警：（填空、名詞等）是建立在環境承載力或環境容量基礎上，通過一些重要的自然狀態指標，對大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈的環境進行實時監測，并及時提供環境危險信號的警示報告生物監測在環境預警中的作用生物監測的優點：（一）

17、水體污染的預警體系n 退化水體的生物監測自動預警系統：是利用生物敏感性對污染源排放的廢水和地表水的水質變化進行連續監測、傳輸和數據處理的一種檢測系統。（二）陸地環境退化的預警生態監測：是以地面網絡式觀測、試驗為主，收集大范圍內具有生命支持能力的數據，這些數據牽涉人、植物、動物及地球本身，結合遙感、地理信息系統和數學模型等現代生態學研究等手段，對各主要類型的生態系統和環境狀況進行長期、全面的監測和研究的一種綜合技術第三章 廢水生物處理原理與技術 第一節 廢水生物處理技術概述廢水的生物處理是通過微生物的新陳代謝作用，將廢水中的有機物的一部分轉化為微生物的細胞物質，另一部分轉化為比較穩定的化學物質（

18、無機物或簡單有機物）的方法。一 廢水生物處理的目的和重要性（填空、選擇、判斷）p 廢水生物處理的目的 p 1 絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物2 穩定和去除廢水中的有機物3 去除營養元素氮和磷p 微生物在廢水生物處理中的主要作用p 1去除有機物（以COD或BOD5表示），去除其它無機營養元素如N、P等；2絮凝沉淀和降解膠體狀固體物；3穩定有機物。第二節 好氧生物處理技術城市污水和工業廢水生物處理的方法很多: （填空）根據微生物與氧的關系：好氧處理、 厭氧處理根據微生物在構筑物中：懸浮狀態活性污泥法；固著生物膜法n 城市生活污水和工業廢水的各種生物處理構筑物為活性污泥或生物膜提供一個環

19、境(有氧環境和無氧環境)，構筑物中充滿活性污泥或生物膜或活性污泥和生物膜的混合體。有氧環境或無氧環境與其中的活性污泥和生物膜就構成一個生態系統。n 活性污泥和生物膜是凈化污(廢)水的工作主體。（一） 好氧活性污泥法n 1 好氧活性污泥的組成n 好氧活性污泥（名詞、填空、判斷）好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物（兼有少量的厭氧微生物）與污(廢)水中有機的和無機固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒n 2 好氧活性污泥的性質n 它具有沉降性能n 有生物活性，有吸附、氧化有機物的能力。n 有自我繁殖的能力好氧活性污泥的存在狀態n 在完全混合式的曝氣池內，-均勻分布n 在推流式的

20、曝氣池內各區段之間的微生物種群和數量有差異，隨推流方向好氧活性污泥（絨粒）的結構和功能的中心是能起絮凝作用的細菌形成的細菌團塊，稱菌膠團。n 在其上生長著其他微生物，如酵母菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物和某些微型后生動物(輪蟲及線蟲等)。菌膠團細菌活性污泥主體，它們多數是 G-菌，如動膠菌屬(Zoogloea)和叢毛單胞菌屬（Comamonas），數量占70，還有其他的G-菌和G+菌。菌膠團的作用絲狀細菌的作用有兩方面：n 正面：是活性污泥的重要組分，交叉穿織于菌膠團內，或附著生長于絮狀體表面，具有強氧化分解有機物能力，起到一定的凈化作用。n 反面：當絲狀菌的數量超過菌膠團細菌時，可使絮狀體

21、沉降性能下降，嚴重時可引發污泥膨脹（bulking）現象。原生動物及微型后生動物的作用n 凈化作用：n 腐生性營養的原生動物可吸收溶解性有機物，動物性營養的原生動物可吞食有機顆粒、游離細菌及其它微小生物n 促進絮凝和沉淀作用n 指示作用：可作為處理系統運轉管理的指標 可根據上述原生動物和微型后生動物的演替，根據它們的活動規律判斷水質和污(廢)水處理程度。還可判斷活性污泥培養成熟程度。 根據原生動物種類判斷活性污泥和處理水質的好與壞。根據原生動物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。好氧活性污泥凈化污（廢）水的作用機理：活性污泥絨粒中微生物之間的關系是食物鏈的關系。好氧活性污泥

22、絨粒吸附和生物降解有機物的過程過程分三步： 第1步在有氧的條件下，活性污泥絨粒中的絮凝性微生物吸附廢水中的有機物。 第2步是活性污泥絨粒中的水解性細菌水解大分子有機物為小分子有機物，同時，微生物合成自身細胞。污（廢）水中的溶解性有機物直接被細菌吸收，在細菌體內氧化分解，其中間代謝產物被另一群細菌吸收，進而無機化。 第3步是原生動物和微型后生動物吸收或吞食未分解徹底的有機物及游離細菌。活性污泥的增值曲線適應期n 定義：微生物對于新的環境條件、污水中不同種類的有機物污染物等的短暫的適應過程；n 活性污泥微生物的變化：n 數量基本沒有變化；n 菌體體積增大；n 酶系統相應調整；n 新的變異；等。n

23、水質指標基本無變化。對數增殖期增長率上升階段n F/M值高(>2.2 kgBOD/kgVSS.d)，有機物豐富，營養物質不是微生物增殖的控制因素；n 微生物的增值速率與基質濃度無關，呈零級反應，僅由微生物本身特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身生理機能的限制；n 微生物以最高速率對有機物進行攝取，以最高速率增殖，合成新細胞；n 活性污泥具有高的能量水平，微生物的活動能力很強，污泥質地松散，不易形成較好的絮凝體，沉淀性能不佳；n 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；n 一般不采用此階段作為運行工況。（但也有，如高負荷活性污泥法）減速增長期增長率下降階段n F/M值下降到一定水平后，有機

24、物的濃度成為微生物增殖的控制因素；n 微生物的增殖速率與殘存的有機物呈正比，為一級反應；n 有機底物的降解速率也開始下降；n 微生物的增殖速率在逐漸下降，直至最終下降為零，但活性污泥的量仍持續增長并最終達到最高；n 絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；n 出水水質有較大改善，且整個系統運行穩定；n 大多數污水廠曝氣池的運行工況。內源呼吸階段n 內源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內源呼吸的殘留物，而這些物質多是難于降解的細胞壁等；n 污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機物基本消

25、耗殆盡，處理水質良好；n 一般不采用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程好氧活性污泥的培養8.1 間歇式曝氣法培養好氧活性污泥n （1）菌種來源：n （2）馴化： p 馴化初期：p 在馴化過程中：n 馴化后期：n （3）培養8.2 連續曝氣培養法培養好氧活性污泥9 判斷活性污泥培養成熟與否的方法判斷活性污泥是否培養成熟，還要靠鏡檢和化學測定分析指標。鏡檢判斷方法，也是看培養初期活性污泥的生長狀況，在向成熟階段過渡的進程中，菌膠團的結構是否由松散向緊密演變，原生動物是否由低級向高級演替。當進水流量達到設計值時，若菌膠團結構緊密，形成大的絮狀顆粒，并且原

26、生動物以鐘蟲等固著型纖毛蟲大量出現，相繼出現楯纖蟲、漫游蟲、輪蟲等時即進入成熟期。什么是活性污泥膨脹？ 指污泥結構極度松散，體積增大、上浮，難于沉降分離，影響出水水質的現象。p 活性污泥絲狀膨脹的特征p 1 絲狀膨脹污泥的SV30均在95以上，甚至達到100%，污泥完全沉不下來。2 SVI在200mL/g以上。一旦發生活性污的泥絲狀膨脹，二次沉淀池中泥水分離困難，池面出水漂泥嚴重，在二沉池的表面漂浮有許多污泥，其厚度有20cm，并溢出池外，此時出水水質極差，嚴重污染環境。活性污泥絲狀膨脹的成因p 活性污泥絲狀膨脹的致因微生物p 由于絲狀細菌極度生長引起的活性污泥膨脹稱活性污泥絲狀膨脹。p 活性

27、污泥絲狀膨脹的致因微生物種類很多。其中經常出現的有諾卡氏菌屬（Nocardia）、浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）、微絲菌屬（Microthrix）、發硫菌屬（Thiothrix）、貝日阿托氏菌屬（Beggiatoa）等。詳見表。活性污泥絲狀膨脹的成因（1） 溫度n 構成活性污泥的各種細菌最適生長溫度在30左右。n 菌膠團細菌如動膠菌屬（Zoogloea）的最適生長溫度在2830，10生長緩慢，45不長。n 浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）最適溫度在2530，生長溫度在1537。n 菌膠團和絲狀細菌兩者的最適生長溫度接近。浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，在

28、低溶解氧的條件下，浮游球衣菌的競爭氧的能力遠強于菌膠團細菌而優勢生長。春、夏之交和秋季，水的溫度在2528之間。此時的溶解氧低，有利于浮游球衣菌、貝日阿托氏菌、發硫菌的生長導致活性污泥絲狀膨脹。活性污泥絲狀膨脹的成因（2） 溶解氧（DO）n 菌膠團細菌和浮游球衣菌等絲狀細菌對溶解氧的需要量差別大。n 菌膠團細菌是嚴格好氧，浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，它對環境的適應性強，n 在微量好氧條件下，仍正常生長。n 貝日阿托氏菌、發硫菌是微量好氧，DO為 0.5mg/L時生長最好。n 溫度在2530的條件下，在有機廢水中溶解氧匱乏，絲狀細菌呈優勢生長，故很容易引起活性污泥絲狀膨脹。活性污泥絲狀膨脹的成

29、因（3）可溶性有機物及其種類n 幾乎所有的絲狀細菌都能吸收可溶性有機物，尤其是低分子的糖類和有機酸。n 在運行過程中，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。n 甚至自養的發硫菌也能利用低濃度的乙酸鹽。活性污泥絲狀膨脹的成因（4）有機物濃度（有機負荷）n 浮游球衣菌在含葡萄糖和蛋白胨各5g/L的培養基中不長衣鞘，不形成絲狀體而呈大的單個細胞存在，菌落接近圓形，邊緣光滑。n 在含葡萄糖和蛋白胨各1g/L的低濃度培養基中，浮游球衣菌則形成小細胞而呈絲狀體，外披衣鞘，甚至呈假分枝茂盛生長，菌落為粗糙型。11 控制活性污泥絲狀膨脹的對策n 解決活性污泥絲狀

30、膨脹的問題，根本的是要控制引起絲狀微生物過度生長的具體環境因子而作出對策。n 如溫度、溶解氧、可溶性有機物及其種類、有機物濃度或有機負荷等。n 但實際運行過程中，進水的溫度和進水中可溶性有機物是不可能控制的。n 而溶解氧和有機負荷可控制，改革工藝、改進曝氣器的性能是最佳的辦法。11.1 控制溶解氧（DO）溶解氧濃度必須控制在 2 mgL以上。11.2 控制有機負荷n BOD污泥負荷高，在0.38kg/(kg MLSS·d)以上時，容易發生活性污泥絲狀膨脹。n 活性污泥要保持正常狀態，BOD污泥負荷在0.20.3kg(kg MLSS·d)為宜。11.3 改革工藝p 浮游球衣菌

31、等絲狀微生物去除有機物的能力比較強，對去除有機物有積極意義。p 只要絲狀細菌數量不占優勢，不會影響處理效果。p 為解決絲狀膨脹問題，將活性污泥法改為生物膜法，p 如在曝氣池中加填料改為生物接觸氧化法。p 還可將二次沉淀池的沉淀法改為氣浮法。p 其他的工藝如：AB法、AO（缺氧好氧）系統、A2O（厭氧缺氧好氧）系統、A2O2（缺氧好氧缺氧好氧）系統及SBR（即序批式間歇曝氣反應器）法及生物濾池等工藝，不但可以提高有機物的處理效果，脫氮除磷，還能有效地克服活性污泥絲狀膨脹。12 活性污泥法運行中常見的問題（會用生物學的知識解釋污泥上浮的原因和解決的方法）n 12.1.1 污泥脫氮上浮 ; 活性污泥

32、上氮氣吸附多時，由于比重降低，污泥隨氣體浮上水面。n 12.1.2 污泥腐化上浮; 污泥由于缺氧而腐化（厭氧分解），產生大量甲烷及二氧化碳氣體附著在污泥上，使污泥比重變小而上浮，上浮的污泥發黑發臭。n 防止方法：減少曝氣、及時排泥、減少曝氣池進水量。12.2 污泥的致密與減少污泥失去活性。n 解決方法：n 投加營養料；縮短曝氣時間或減少曝氣量；n 調整回流比和污泥排放量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。二 好氧生物膜什么是“生物膜”？（名詞）是附著生長在固體狀材料表面的由多種微生物形成的膜狀生物聚集體生物膜的形成的前提條件：（選擇、填空、判斷） 載體填料或稱濾料； 營養物質有機物、N、P及其它，由

33、污水提供； 接種微生物由污水自行提供，或接種； l 形成過程：l 含有營養物質和接種微生物的污水在填料表面流動，l 經過一定時間后，污水中的微生物會在填料表面附著增殖和生長，形成一層薄的生物膜。l 生物膜的成熟：在生物膜上由細菌及其它各種微生物組成的生態系統以及生物膜對有機物的降解功能都達到了平衡和穩定。l 成熟所需時間：在20°C下處理城市污水時，生物膜從開始形成到成熟，一般需要30天左右生物膜的更新與脫落l 厭氧膜的加厚： 生物膜處于老化狀態，凈化功能變弱，易于脫落。 厭氧代謝產物增多，減弱生物膜的附著能力； 破壞厭氧膜與好氧膜之間的平衡；l 生物膜的更新： 老化膜脫落，新生膜會

34、重新生長； 新生膜具有更強的凈化功能什么是“生物膜法”？n 定義：n 以生物膜作為去除廢水中的污染物主體的工藝，通稱為生物膜法工藝；n 又稱固定膜法，是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術；n 起源：土壤自凈過程的人工化和強化；n 處理對象：廢水中溶解性和膠體狀的有機物及氮素污染物；生活污水或城市廢水；以及個別工業廢水；n （填空、選擇、判斷）分類：生物濾池；生物轉盤；生物接觸氧化工藝；生物流化床；等（一 ）好氧生物膜中的微生物群落n 1 好氧生物膜（名詞解釋）好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物黏附在生物濾池濾料上或黏附在生物轉盤盤片上的一層帶黏性、薄膜狀的微生物混合群體

35、。是生物膜法凈化污(廢)水的工作主體。n 2 好氧生物膜中的微生物種群及其功能n 普通濾池內生物膜的微生物群落有：（生物膜生物）、（生物膜面生物）、（濾池掃除生物）生物膜生物n 生物組成：n 功能：凈化和穩定污（廢）水水質。生物膜面生物n 生物組成：n 功能：濾池掃除生物n 生物組成：n 功能：好氧生物膜中微生物相的分層（選擇、判斷）若把生物濾池分上、中、下三層，各層的微生物相:n 上層: 營養物濃度高，生長的全是細菌，有少數鞭毛蟲n 中層: 微生物得到的除廢水中營養物外，還有上層微生物的代謝產物，微生物的種類比上層稍多，有菌膠團、浮游球衣菌、鞭毛蟲、變形蟲、豆形蟲、腎形蟲等。n 下層: 有機

36、物濃度低，低分子有機物較多，微生物種類更多，有菌膠團、浮游球衣菌外，有以鐘蟲為主的固著型纖毛蟲和少數游泳型纖毛蟲，例如楯纖蟲和漫游蟲，還有輪蟲等。好氧生物膜結構及物質交換（選擇、判斷）1 生物濾池生物膜物質交換2 含有機污染物的污（廢）水自上而下流動；3 污（廢）水中的有機物被生物膜吸附、吸收、氧化分解；4 代謝產物、CO2隨水排出。微污染源水生物膜的生物組成（選擇、判斷）1 在塔式生物濾池中，若處理含低濃度有機物、高NH3的微污染源水時，生物膜較薄。2 上層：除長菌膠團外，還長較多的藻類(因上層陽光充足)，有較多的鐘蟲、蓋纖蟲、獨縮蟲和聚縮蟲等。3 中、下層：菌膠團長勢逐級下降。好氧生物膜凈

37、化作用機理（問答） 上層生物膜中的生物膜生物(絮凝性細菌及其他微生物)和生物膜面生物(固著性纖毛蟲、游動型纖毛蟲及微型后生動物)吸附污（廢）水中的大分子有機物，將其水解為小分子有機物。同時吸收溶解性有機物和經水解的小分子有機物進入體內，并將其氧化分解，微生物利用吸收的營養構建自身細胞。上一層生物膜的代謝產物流向下層，被下一層生物膜生物吸收，進一步被氧化分解為CO2和H2O。老化的生物膜和游離細菌被濾池掃除生物(輪蟲、線蟲、顠體蟲等)吞食。 通過以上微生物的化學與吞食作用，污（廢）水得到凈化。生物轉盤生物膜作用機理（問答）生物轉盤是臥式的，廢水推流式從始端流向末端流動，其生物膜的組成和分布與生物

38、濾池的基本相同。 不同的是生物轉盤的生物膜隨盤片轉動，盤片上的生物膜有4050浸沒在廢水中，其余部分與空氣接觸而獲得氧，兩半盤片上的生物膜與污（廢）水、空氣交替接觸. 微生物的分布從始端向末端依次分級，微生物種類隨污（廢）水的流動方向逐級增多。（二）好氧生物膜的培養（填空、問答）n 好氧生物膜的培養有自然掛膜法、活性污泥掛膜法和優勢菌掛膜法。1 自然掛膜法 當進水流量或水力表面負荷達到設計值時，濾池自上而下形成正常的分層微生物相。濾池出水的化學指標接近排放標準，則完成生物膜的培養工作，進入正式運行。2 活性污泥掛膜法 1 取處理生活污水或處理工業廢水的活性污泥作菌種。2 用本廠的污（廢）水和活

39、性污泥混合，用泵慢速將混合液打入濾池內，循環周期為37d，之后改為慢速連續進水。3 這過程中活性污泥微生物附著在濾料上，以污（廢）水中的有機物為營養，生長繁殖。濾料上的微生物量由少變多，逐漸形成一層帶黏性的微生物薄膜，即生物膜。4 當進水流量或水力表面負荷達到設計值，標準為1-4m3/（m2·d）,5 高負荷生物濾池的表面負荷為20m3/（m2·d），BOD負荷0.1-0.4kg/（m3·d），高負荷生物濾池的BOD負荷0.5-2.5kg/（m3·d）時，濾池自上而下形成正常的分層微生物相。6 濾池出水的化學指標接近排放標準，即完成生物膜的培養工作，進入

40、正式運行階段。3 優勢菌種掛膜法優勢菌種是從自然環境或污（廢）水處理中篩選、分離獲得的，對某種工業廢水有強降解能力的菌株。優勢菌種也可通過遺傳育種獲得優良菌種，甚至通過基因工程構建超級菌作菌種。因優勢菌對所要處理的污（廢）水有強的降解能力，用廢水和優勢菌充分混合，用泵慢流速將菌液打進生物濾池內，循環周期為37d，使優勢菌黏附于濾料上，然后以慢流速連續進水。第三節 廢水厭氧生物處理技術厭氧發酵的特點（問答）n 廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機廢水的前處理;n 厭氧法的優點n 1產生的沼氣可用于發電或作為能源2對營養物的需求量少3產生的污泥量少，運行費用低不需要曝氣n 厭氧法的缺點n 1出水的有機

41、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。4. 初次啟動過程緩慢,處理時間長5處理過程中產生臭氣和有色物質厭氧生物處理的基本原理厭氧消化三階段理論n 污泥的厭氧處理面對的是固態有機物，所以稱為消化。n 厭氧生物處理過程又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由多種微生物的共同作用，使有機物分解并生成CH4和CO2的過程。n 根據厭氧消化三階段理論，復雜有機物的厭氧消化過程主要包括液化、產酸和產甲烷三個階段，n 由多種相互依存的細菌群來利用復雜的基質混合物最終轉

42、化為CH4和CO2，并合成自身細胞物質。n 每一階段各有其獨特的微生物類群：n 液化階段起作用的細菌主要包括纖維素分解菌、脂肪分解菌、蛋白質水解菌；n 產酸階段起作用的細菌：產氫產乙酸細菌群，利用液化階段的產物產生乙酸、氫氣和二氧化碳等；n 產甲烷階段是甲烷菌利用乙酸、丙酸、甲醇等化合物為基質，將其轉化成甲烷，其中乙酸和H2/CO2是其主要基質。二 廢水處理工藝中的厭氧微生物n 在厭氧消化系統中微生物主要分為兩大類：非產甲烷菌（non-menthanogens）和產甲烷細菌（menthanogens）。 （一）發酵細菌（產酸細菌) （填空、選擇、判斷）1 屬別：包括梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬

43、、真細菌屬和雙歧桿菌屬。大多數為專性厭氧菌，也有大量兼性厭氧菌2. 功能：通過胞外酶將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機物轉化成脂肪酸、醇類等。（二）產氫產乙酸細菌（填空、選擇、判斷）1 屬別：包括互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬和暗桿菌屬。為絕對厭氧菌或是兼性厭氧菌。2 功能：把各種揮發性脂肪酸降解為乙酸、H2，反應如下：乙醇：CH3CH2OH + H2O CH3COOH + 2H2丙酸：CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 3H2 +CO2丁酸：CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2（三）產甲烷細菌（填空、選擇、判斷）1

44、 種類：在分類學上屬于古細菌最常見的是：產甲烷桿菌、產甲烷球菌、產甲烷八疊球菌、產甲烷螺菌和產甲烷絲菌等產甲烷菌都是絕對厭氧菌可分為兩類：（1）利用乙酸產生甲烷 CH3COOH CH4 + CO2 (2) 利用H2和CO2合成CH4 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O2 產甲烷菌古細菌與三原界系統（產甲烷菌在分類學上屬于古細菌 （Archaebacteria)與真細菌相比，古細菌特點：）三 厭氧微生物的培養1 Hungate 滾管法（hungate roll-tube technique）：2 充氮厭氧培養袋法n 原理：利用NaBH4或 KBH4與水反應生成氫氣，在催化劑鈀的作用下，H2

45、與袋內的O2生成水。3 焦性沒食子酸去氧法 在堿性溶液中4 厭氧罐培養法5 倒扣平板法四 厭氧生物處理微生物群體間的關系厭氧活性污泥處理的工藝流程五 厭氧消化的影響因素與控制要求n 甲烷發酵階段是厭氧消化反應的控制階段，因此厭氧反應的各項影響因素也以對甲烷菌的影響因素為準。n 溫度因素 n 生物固體停留時間（污泥齡）與負荷 n 攪拌和混合 n 營養與C/N比 n 氨氮 n 有毒物質 n 酸堿度、pH值和消化液的緩沖作用（一）溫度n 高溫消化（55 左右）的反應速率為中溫消化（35 左右）的1.51.9倍，產氣率較高，但甲烷含量較低。n 新型反應器處理廢水的厭氧消化反應在常溫（2025 ）下進行

46、。（二）pH值n 產甲烷菌的最適pH值范圍為6.87.2n 厭氧發酵體系中的pH值除受進水pH的影響外，還取決于代謝過程中自然建立的緩沖平衡。（三）氧化還原電位n 嚴格的厭氧環境是產甲烷菌進行正常活動的 基本條件，用氧化還原電位來表示反應器的含氧濃度。n 不產甲烷菌: +100 -100mVn 產甲烷菌: -150 -400mV（四）營養n 對C、N等營養物質的要求略低于好氧微生物。n 但由于不能合成某些必要的維生素或氨基酸，故需補充鉀、鈉、鈣等金屬鹽類，以及鎳、鋁、鈷和鉬等微量金屬。（五）有機物負荷n 以向每立方米消化池中，在1日內可投加的有機物量或BOD量來表示（kg(m3.d)）（六）有

47、毒物質n 有毒物質會對厭氧微生物產生不同程度的抑制，使厭氧消化過程受到影響甚至遭到破壞。n 抑制性物質：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物以及某些人工合成的有機物。n 厭氧微生物可降解蒽醌類燃料、偶氮燃料、含氯的有機殺蟲劑等在好氧條件下難以降解的合成有機物。n 2氯丙醇、1氯丙烷、2氯丙烷、丙烯醛和甲醛等對厭氧微生物有毒害作用。六 厭氧生物處理的主要特征（六點）：七 厭氧生物處理與好氧生物處理的區別第四章 廢水生物脫氮除磷第一節廢水生物脫氮的微生物學原理N素循環一、生物脫氮的基本原理n 生物脫氮過程主要由兩段工藝共同完成：好氧硝化、厭氧反硝化（一）硝化反應n 1、硝化作用l 是指由硝化菌將氨氮氧化成

48、硝酸鹽氮的過程。n 2、硝化反應由兩組自養好氧微生物完成：l 亞硝酸鹽細菌（Nitrosomonas）l 硝酸鹽細菌（Nitrobacter）（1）亞硝酸鹽細菌（Nitrosomonas）的特征n 化能無機營養l 有些自養型硝化細菌能混合營養生長, 少數可異養生長。n 專性好氧；n 最適溫度25-30（5-30）；n 最適pH7.5-8.0（5.8-8.5）；亞硝酸細菌（5個屬）n 亞硝化單胞菌 Nitrosomonas自養、混養；n 亞硝化球菌 Nitrosococcus 自養、混養；n 亞硝化螺菌 Nitrosospira 嚴格自養；n 亞硝化弧菌屬 Nitrosovibrio 自養、混養

49、；n 亞硝化葉菌屬 Nitrosolobus 自養、混養；（2）硝酸鹽細菌（Nitrobacter）n 化能無機營養：l 有些自養型硝化細菌能混合營養生長, 少數可異養生長。l NO2-濃度在2-30mmol/L時化能無機營養最好。n 最適溫度25-30n 最適pH7.5-8.0。硝酸細菌（4個屬）l 硝化桿菌屬Nitrobacter 自養、可異養，自養快于異養l 硝化球菌屬 Nitrococcus 嚴格自養l 硝化刺菌屬 Nitrospina 嚴格自養l 硝化螺菌屬 Nitrospira 自養、混養3、硝化過程分為兩個階段：l NH3 NH2OH NO NO2-l NO2- NO3-4、硝化

50、反應的環境條件：l 好氧條件，并保持一定的堿度。l 有機物含量不應過高，1520mg/L以下。l 溫度2030，15時速度下降，5時完全停止。l 污泥齡必須大于其最小的世代時間。l 重金屬、高濃度的NH4+-N和NOx-N對硝化反應有抑制作用。5、硝化段的操作n 泥齡：懸浮固體停留時間SRT。l 可通過排泥控制泥齡一般在5d以上，要大于硝化細菌的比生長速率。n 溶解氧：一般維持在1.2-2.0mg/L。l 溶解氧小于 0.5mg/L，硝化作用停止。l 需氧量的計算：O2=4.33（N被氧化）mg/L。每氧化1g NH3需消耗4.33g 氧。n 水力停留時間：l 普通活性污泥法曝氣時間 >

51、46hn pH：硝化反應導致pH下降，亞硝酸、硝酸細菌分別在7.0-7.8、7.7-8.1活性最強。l 需要量：堿度=7.14（N被氧化）mg/Ln 溫度：兩類硝化細菌的最宜溫度為30左右，l 在不同工藝和不同硝酸鹽負荷率下，溫度的影響大小不同，硝酸鹽負荷越低，影響越小。（二）反硝化作用1、反硝化作用的原理：l 生物反硝化是指污水中的硝態氮NO3-和亞硝態氮NO2-，在無氧或低氧條件下被反硝化細菌還原成氮氣的過程。l 有機物為供氫體2、反硝化代謝途徑l 異化反硝化：將NO2-和NO3-還原成N2。l 同化反硝化：是NO2-和NO3-被還原成NH3N，用于新細胞的合成。(也叫亞硝酸氨化作用)3、

52、參與反硝化代謝的酶4、反硝化菌（denitrifying bacteria）：反硝化菌是異養兼性厭氧菌反硝化菌的能源化能型：l 多為化能異養：以有機物作為能源和碳源l 少數化能自養：以氫、氨、硫、硫化氫等無機物為能源；S +NO3-+H2O SO42-+N2+H+光能型（光合細菌）： l 有光時，光能異養生長。l 黑暗條件，化能異養生長。5、反硝化段運行操作l 最適pH6.5-7.5；l 最適溫度10-35；l 溶解氧< 0.2mg/L；l 反應的能量來源于有機物的氧化 （1）碳源a、廢水中有機基質：一般認為BOD5:N > 3:1時，無須外加碳源b、外加碳源：BOD5:N <

53、; 3:1時，需外加碳源，常用甲醇。c、內源碳：指微生物死亡、自溶后釋放出來的有機碳，也稱二次性基質。l 要利用內源碳要求反應器的泥齡長，污泥負荷低，使微生物處于內源呼吸階段。n C5H7NO2 + 4.6 NO3- 2.8N2 + 1.2H2O + 5CO2 + 4.6OH-n 速率低，僅為外加碳源的1/10，n 優點是在C:N低時無須外加外來碳源也能達到脫氮目的而且污泥產量低。（2）溫度：最適宜的溫度是15-35。（3）pHl 影響反硝化速率和反硝化最終產物。l 最適pH范圍6.5-7.5之間。l 對終產物的影響：Ø pH < 6.0-6.5時，N2O占優勢；Ø

54、pH>8，NO2-積累。pH越高，NO2-積累越多。Ø 高pH抑制了亞硝酸鹽還原酶的活性。（4）溶解氧n 只有在溶解氧為零的時候，反硝化速率才達到最高；n 當溶解氧達到1mg/L時，反硝化速率接近零。n 主要機制l 氧抑制了硝酸鹽還原酶的形成；l 氧可作為電子受體，競爭性阻礙硝酸鹽的還原。（5）毒物n NH3、NO2、O2、pH。l NH3分子（非離子）濃度過高抑制反硝化反應。二、生物脫氮工藝、原理及微生物（一）活性污泥法典型工藝 A/O工藝（缺氧/好氧工藝）A/O工藝缺氧反硝化n 細菌：反硝化細菌（兼性厭氧菌）n 反應：NO3-N反硝化還原為N2，溢出水面釋放到大氣n 碳源：

55、原水中BODn 硝酸鹽來源：回流出水中的硝化產物A/O工藝好氧脫碳硝化n 脫碳氧化去除CODn 脫碳菌好氧有機物呼吸的細菌，以有機物為碳源n 硝化菌好氧氨鹽呼吸的細菌，以碳酸鹽為碳源（NH4+NO2-NO3-)A/O工藝的影響因素 MLSS一般應在3000mg/L以上，低于此值A/O系統脫氮效果明顯降低。TKN/MLSS負荷率（TKN凱式氮，指水中氨氮與有機氮之和）：在硝化反應中該負荷率應在0.05gTKN/(gMLSS·d)之下。 BOD5/MLSS負荷率：n 自氧型硝化菌最小比增長速度為0.21/d；異養型好氧菌為1.2/d。n 要使硝化菌存活并占優勢，要求污泥齡大于4.76d；但對于異養型好氧菌，則污泥齡只需0.8d。n 傳統活性污泥法中，污泥齡只有24d，所以硝化菌不能存活并占有優勢，不能完成硝化任務。n 要使硝化菌良好繁殖就要增大MLSS濃度或增大曝氣池容積，以降低有機負荷，從而增大污泥齡。其污泥負荷率（BOD5/MLSS）應小于0.18KgBOD5/KgMLSS·d 污泥齡 ts：n 為了使硝化池內保持足夠數量的硝化菌以保證硝化的順利進行，確定的污泥齡應為硝化菌世代時間的3倍，硝