七微生物在環境污染治理中的作用第一節污水的生物處理類型有機污染的污染程度可用COD、BOD、TOC等表示。微生物處理有機污染物的方法分為好氧處理、厭氧處理和兼氧處理三大類。⑴好氧處理（BOD5<500mg/L）O2作為電子受體CO2+H2OOD：0.5～2.0mg/L（處理前）OD：2.0～4.0mg/L（處理后）pH：6.5～8.5T：25～40℃、30℃最佳C：N：P=100：5：1C量過高，N、P為限制因子，應添加N、P；N、P過高，易引起水體富營養化好氧微生物處理有機污染物的一般途徑：胞外酶好氧微生物大分子有機物小分子有機物丙酮酸⑶兼氧（水解）處理（PVA廢水、表面活性劑廢水、焦化廢水、印染廢水）水解產酸菌把復雜有機物轉化有利于好氧處理一、活性污泥法活性污泥法是應用最廣泛的廢水好氧生物處理技術，主要用來處理生活污水，也用在紡織、印染、煉油、石油化工、造紙焦化等工業廢水中。㈠活性污泥中的微生物見圖活性污泥：由細菌、霉菌、原生動物、藻類等大量微生物以及污水中有機和無機的固體物凝聚較之一起所形成的褐色的絮狀體或絨粒。含水率高、比表面積大、結構松散吸附和氧化分解有機物活性污泥中的微生物主要為細菌，而細菌多數以菌膠團形式存在，少數以游離態存在活性污泥的組成：M=Ma+Me+Mi+Mii式中：M-活性污泥Ma-活性微生物Me-微生物分解過程殘留物Mi-不可生物降解部分Mii-無機物①細菌為主，革蘭陰性菌為主；②絲狀細菌（引起活性污泥膨脹）；③真菌，較少，酸性（絮狀體形成、污泥膨脹有關）；④原生動物、微型后生動物（掌握各動物的污水中的指示作用）。一般認為：當曝氣池中出現大量鐘蟲、累枝蟲、蓋纖蟲、聚縮蟲、獨縮蟲等固著型的纖毛蟲及輪蟲時，說明污水處理運轉正常，出水水質好；當大量出現豆形蟲、草履蟲、四膜蟲等游泳型纖毛蟲和鞭毛蟲、根足蟲時，說明活性污泥結構松散，運轉不正常，出水水質差；出現線蟲則說明缺氧。㈢活性污泥的培養馴化活性污泥培養中“種泥”的來源：⑴同類廢水處理廠的剩余污泥；⑵生活污水處理廠的剩余污泥；⑶城市污水處理廠的剩余污泥；⑷較大毒性和難降解有機廢水，采用處理廢水下水道中沉積物或受該污染的土壤。活性污泥培養初期、中期、成熟期各優勢種群。培養初期一般鞭毛蟲和變形蟲占優勢培養中期游泳型纖毛蟲和鞭毛蟲占優勢培養成熟期鐘蟲等固著型纖毛蟲占優勢馴化活性污泥，在工業廢水中，使混合液中逐漸增加工業廢水的比例，直到達到滿負荷。為了縮短培養和馴化時間，可將培養和馴化合并起來。污泥體積指數（SVI）：mL/g曝氣池混合液經30min靜沉后，1g干污泥所占的容積，SVI=混合液30min靜沉后污泥容積（mL/L）/污泥干重（g/L）=SV/MLSS能較好的反應污泥的松散程度和凝聚沉淀性能SVI值過低，說明泥粒細小緊密，無機物多，缺乏活性；過高說明污泥難于沉淀分離，使回流污泥濃度降低

SVI介于50～150mL/g，100mL/g最理想計算：曝氣池混合液污泥沉降比為30％，污泥濃度為2500mg/L，求SVI污泥齡（Qc）=微生物在水中平均停留時間（MCRT）Qc=工作污泥量/排走剩余污泥=（Ma+Mc+Mr）/(Mw+Me)式中：Ma—曝氣池中活性污泥量Mc—二沉池中活性污泥量Mr—回流系統中活性污泥量Mw—每天所排放剩余活性污泥Me—二沉池中隨水流帶走的活性污泥量比如：Qc=6000㎏/600㎏=10d（表明微生物每天更新1/10）Qc減少，表明微生物更新加快，降解污染物加快㈤活性污泥法活性污泥法：將空氣鼓入水體中，水中好氧細菌繁殖，微生物吸附、降解有機污染物，最終使有機物轉化為CO2、H2O、NH3等，然后把活性污泥分離出來，成為凈水的方法。基本工藝流程：廢水初沉池曝氣池二沉池出水

回流污泥剩余污泥濃縮消化干燥焚燒、填埋各個池子、系統的作用：初沉池：降低曝氣池中進水的SS及沉砂，也可以去除部分BOD；曝氣池：也叫反應池、生物反應器，提供微生物吸附降解有機物的場所；曝氣系統：供O2、攪拌，使微生物與有機物充分接觸混合；㈥活性污泥法的凈化機理（吸附、穩定階段）吸附階段：有機物轉移到活性污泥上去，15～45min；穩定階段：大分子有機物先被細菌分泌的胞外酶作用分解為小分子化合物，然后被細菌攝入體內，繼而在胞內酶作用下，一部分被同化成細胞物質，另一部分轉化成CO2、H2O、SO42-、NH3、PO43-國內流行的污水處理工藝AB法吸附＋生物氧化SBR法進水、反應、沉淀、出水、閑置A/O法缺氧（Anoxin)/好氧（Oxic)A/A/O法氧化溝法等二、生物膜法生物膜法與活性污泥法的異同點Ⅰ.相同點：都是利用微生物來處理廢水中有機物的好氧處理過程；Ⅱ.不同點：

活性污泥法：懸浮流動的微生物生物膜法：附著生長固體介質表面的微生物ⅰ.生物膜：由多種多樣的好氧微生物、兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或粘附在生物轉盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。生物膜由細菌、真菌、原生動物及昆蟲的幼蟲組成的。培養生物膜的階段—掛膜ⅱ.生物膜法:微生物依附在介質“濾料”上，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物被微生物吸附轉化成H2O、CO2、NH3和微生物的細胞物質，污水得到凈化的過程。㈠生物膜的凈化機理（濃度差）吸附吸收氧化分解見圖

污染物從廢水向生物膜內傳遞氧的傳遞微生物代謝產物傳遞固定床生物處理技術：普通生物濾池、塔式生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化法流動床生物技術㈡生物膜法的特點與活性污泥法相比，優點在于：①微生物的多樣性高；ⅰ.好氧細菌、厭氧細菌、真菌、藻類等。ⅱ.活性污泥中，增殖慢的生物隨水流流失，而生物膜中與廢水停留時間無關，增殖速度慢的生物也能生存。②生物膜各段的微生物類群不同（優勢菌種）好氧層厭氧層兼氧菌占優勢③生物膜中的食物鏈長；動物性成分高，微型后生動物數量多，產生的污泥大部分消化。生物膜法產生的污泥量比活性污泥法少20%。上清液透明④具有較高的脫氮能力硝化細菌、亞硝化細菌增殖速度慢，脫氮細菌（厭氧層）⑤單位處理能力大（微生物量大）⑥系統維護方便能耗低、無需污泥回流、不存在污泥膨脹⑦操作運行穩定對水力和有機物負荷承受能力強。在石油化工、印染、制革、造紙、食品、醫藥、農藥、化纖等工業廢水中應用廣泛。

㈢生物膜的脫落與更新生物膜不斷增厚，超過一定厚度后，吸附有機營養物質在生物膜表層微生物代謝完成，而內層微生物得不到充足營養物質而進行內源代謝，從而失去粘附作用，脫落隨水流流走，濾料表面重新掛膜，得到新的生物膜。生物膜脫落原因：厭氧層粘性減弱；水力沖刷作用；自身重力。

微生物的“馴化-掛膜”兩種方式（工業廢水生物濾池）從其他工廠廢水站或城市污水廠取來活性污泥或生物膜碎屑，進行馴化、掛膜；用生活污水、城市污水、河水或回流出水替代部分工業廢水進行運行㈣生物膜法中的負荷率以流量為主的負荷率（水力負荷率）:單位時間單位面積濾床所能承擔的廢水量，單位為：m3（廢水)/m2（濾料）.d有機負荷率:

單位時間單位體積濾料所能承擔的有機物量，單位為：㎏（BOD5）/m3（濾料）.d㈤生物膜法工藝流程⑴回流水進水初沉池生物濾池二沉池出水

回流水⑵進水初沉池一級生物濾池二級生物濾池二沉池出水

回流回流生物濾池串聯的作用：便于提高出水水質；避免單個濾池的深度太深；提高沖擊負荷；進水濃度高，單級生物濾池無法達到要求，可采用二級生物濾池以達到要求。回流廢水的作用：稀釋進水濃度，改善水質；當水質有波動時，可調節穩定水質；有利于防止產生惡臭（增大了水力負荷）；連續接種生物膜，促進生物膜的生長。應考慮回流的情況：進水濃度COD>400mg/L；污染物抑制微生物生長時。㈥生物膜法的類型見圖生物濾池；塔式生物濾池；生物轉盤（RBC）；生物接觸氧化。運行管理控制好進水量、濃度、溫度及所需投加的營養、通風檢查布水裝置及填料是否有堵塞沖洗或停止干燥脫落不同的生物膜鏡檢觀察分層分級

三、穩定塘法（氧化塘法、生物塘法）穩定塘系統由多個天然的或人工開挖的池塘所組成，利用天然生態系統凈化能力處理污水的生物處理設施。投資少，運用費用低，用于處理中、小城鎮的污水，可作一級處理、二級處理，也可作三級處理。可處理生活污水、食品、制革、造紙、石化、農藥等行業的廢水。㈠穩定塘法的凈化機理利用細菌和藻類的互生關系好氧層藻類供氧兼性厭氧層細菌分解厭氧層細菌產甲烷㈡穩定塘內的生物相⑴藻類：穩定塘的表層主要為藻類；⑵細菌：穩定塘中細菌大量存在于下層；⑶微型動物：纖毛蟲類，如：鐘蟲、膜袋蟲，1000個/mL注：在活性污泥或曝氣塘系統中往往殘留較多的難分解的有機物，可以采用串聯的活性污泥與穩定塘系統去除。㈢穩定塘的類型及特點⑴好氧塘：淺、有氧、藻類供氧⑵兼性塘：深、上層好氧區（氧氣來源于藻類和大氣復氧）、中間過渡層、下層為厭氧層，沉淀污泥在此分解。⑶厭氧塘：深2m、有機負荷高，DO=0⑷曝氣塘：深2m以上⑸深度處理塘（BOD5≤300mg/L）㈣穩定塘的優缺點⑴穩定塘的優點：基建投資低；運行管理簡單經濟；可進行綜合作用。⑵穩定塘的缺點：占地面積大；處理效果受氣候影響；如溫度設計運行不當時，可能造成二次污染。氣味等㈤運行管理①去除處理水中的藻類，是氧化塘設計的一個重要課題采用的方法有：自然沉淀、混凝沉淀、混凝上浮和過濾等②氧化塘分級管理分四級：前兩級培育藻類，光合作用旺盛，使BOD大幅度降低，具有好氧氧化塘功能；第三級培養動物性浮游生物；第四級則是養魚塘。食物鏈凈化③好氧塘及兼性塘運行正常時應呈淡綠色，褐色表明因缺乏光照、溫度過低或進水含有毒物引起藻類光合作用不足，灰色表明藻類死亡。④常檢測項目有：DO一般1－2mg/L，其他如pH、BOD、SS和大腸桿菌數等四、廢水的厭氧處理廢水厭氧處理的對象主要有：食品工業、發酵工業、家禽家畜養殖廠、屠宰場等高濃度有機廢水、生活污水、工業廢水處理產生的污泥、來自水廠產生的污泥、活性污泥法處理產生的剩余污泥、生物膜法處理產生的脫落生物膜等。㈠甲烷發酵的機理廢水厭氧處理：在無氧條件下，通過能進行厭氧呼吸的微生物分解、利用和轉化有機污染物，使廢水得到凈化的過程。

水解

酸化大分子有機物水解的和溶解的有機物（碳水化合物細菌胞外酶

產酸細菌、蛋白質、脂肪等）有機酸乙酸化甲烷化醇類乙酸CH4醛類乙酸細菌甲烷細菌⑴液化階段（水解與發酵）胞外酶胞內酶大分子有機物小分子有機物小分子化合物⑵酸化階段（生成乙酸和氫）胞內酶小分子化合物甲酸、乙酸、小分子醇、CO2、H2、NH3、H2S和細胞物質⑶甲烷發酵階段（生成甲烷）4H2+CO2CH4+2H2OCH3COOHCH4+CO2CH3COONH4+H2OCH4+NH4++HCO3-㈡厭氧生物處理的影響因素（甲烷產生菌）氧化還原電位、溫度、酸堿度（pH值）、混合狀態、抑制物濃度氧化還原電位：用混合溶液氧濃度衡量。低要求反應器為密閉系統，嚴格防止空氣中氧滲入。合適的溫度低溫型：5～15℃中溫型：30～35℃高溫型：50～55℃較好pH值：6.8～7.2控制出水pH值，加入適量的酸堿緩沖劑、CaCO3一般不加攪拌及沉淀池㈢參與甲烷發酵的微生物自然水體底泥內和高濃度有機廢水厭氧分解⑴厭氧性水解菌蛋白質、多糖和脂肪水解菌⑵揮發性酸生成菌球菌：厭氧；螺旋菌：兼性厭氧；放線菌：微好氧。⑶甲烷產生菌利用微生物代謝生成物CO2、甲酸、乙酸、甲醇㈤利用光合細菌（PSB）處理高濃度有機廢水ⅰ.“紅螺菌科”用于處理有機廢水；ⅱ.生活在水田、淺池塘、污濁水域等地方；ⅲ.聯合光合細菌和小球藻處理生活污水；BOD10000mg/Lⅳ.光合細菌處理后存在的問題：BOD尚高（100～200mg/L）,進一步凈化處理才排放如豆腐廠廢水BOD達7000mg/L經固液分離、溶化、中和后BOD為4600mg/L，經光合細菌處理后上清液BOD為540mg/L，光合細菌可投入凝聚劑回收，再和來自漂白工序的廢水混合經生物濾池處理，BOD可至20mg/L以下。第二節微污染水源水預處理的微生物應用一、微污染水源水污染源、污染物及預處理目的微污染水源水污染源：主要是未經處理的生活污水、工業廢水、養殖業排放水和農田灌溉水，還有未達到排放標準的處理水等。污染物為有機物、氨氮、藻類分泌物、揮發酚、氰化物、重金屬、農藥等。受到有機物、氨氮、磷及有毒污染物較低程度污染的水源水，經自來水廠混凝、沉淀、過濾、消毒的傳統工藝處理后，未能有效去除污染物1.烷烴類加氯處理后產生鹵代烴三氯甲烷和二氯甲烷2.氨氮在供水管道中氧化為亞硝氮3.殘留有機物引起管道異氧菌繁殖二、微污染水源水微生物預處理國外采用生物流化床處理，我國在深圳水庫水源水生物接觸氧化處理渠㈠微生物預處理工藝水源水預處理混凝沉淀快砂濾慢砂濾加氯消毒清水儲罐出水用來處理有機物和氨氮，設在凈化工藝流程之前。㈡水源水預處理的運行條件⑴微生物適合貧營養的異氧除氮菌、硝化細菌和反硝化細菌、藻類、原生動物和微型后生動物組成的生態系統。⑵供氫體（乙醇和糖）⑶溶解氧：DO>4mg/L⑷水溫和pH值20℃中性⑸該系統的處理效率：COD去除在10%～30%，氨氮去除在75%以上三、微污染水源水凈化對策有機物的去除，氨氮的去除。化學氧化法臭氧、高錳酸鉀光化學氧化法吸附法活性碳生物法第三節固體廢物的微生物處理固體廢物分類按性狀：有機廢物；無機廢物按來源：工業、礦業廢物；城市垃圾；農業廢物