活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀控制对策等.ppt

环境工程微生物学环境工程微生物学第二十二讲 第二篇第二篇 第三章第三章 水环境污染控制水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理与治理的生态工程及微生物学原理(2)(2)1第九章第九章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理第二节第二节 活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀控制对策活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀控制对策正常的活性污泥沉降性能很好，但当活性污泥性能发生变正常的活性污泥沉降性能很好，但当活性污泥性能发生变化，比重减轻，化，比重减轻，SVI(SVI(污泥体积指数污泥体积指数,是表示污泥沉降性能是表示污泥沉降性能的参数的参数)值增加时，污泥会因结构松散而造成沉降困难，值增加时，污泥会因结构松散而造成沉降困难，在二次沉淀池中出现池面飘泥现象，污泥随出水排出，使在二次沉淀池中出现池面飘泥现象，污泥随出水排出，使出水有机物浓度增高，这一现象称为出水有机物浓度增高，这一现象称为污泥膨胀污泥膨胀。污泥膨胀有两种：污泥膨胀有两种：丝状膨胀丝状膨胀丝状细菌引起；丝状细菌引起；菌胶菌胶团膨胀团膨胀非丝状细菌引起。都可用非丝状细菌引起。都可用SVISVI衡量，当衡量，当SVISVI大于大于200ml/g200ml/g时表示发生膨胀，小于时表示发生膨胀，小于200200为正常，通常在为正常，通常在50-15050-150，最好是，最好是100100。2一、活性污泥丝状膨胀的成因一、活性污泥丝状膨胀的成因 （一）（一）活性污泥线状膨胀的活性污泥线状膨胀的致因微生物致因微生物 最最常常出出现现的的有有1010几几种种，如如诺诺卡卡氏氏菌菌、微微丝丝菌菌、浮浮游游球球衣衣菌菌、发发硫硫菌菌等等。除除了了常常见见的的丝丝状状细细菌菌外外，也也包包括括某某些些放放线线菌菌、丝丝状状真真菌菌以以及及在在一一定定生生活活阶阶段段或或一一定定条条件件下下，菌菌体体能能集集合合成成链链状状的的芽芽孢孢杆杆菌菌属属、埃埃希希氏氏菌菌属属、黄黄杆杆菌菌属属、假假单单胞胞菌菌属的某些菌株。属的某些菌株。（二）活性污泥丝状膨胀的成因（二）活性污泥丝状膨胀的成因1 1、温度：、温度：菌菌胶胶团团细细菌菌如如动动胶胶菌菌最最适适生生长长温温度度28-3028-30，浮浮游游球球衣衣菌菌是是25-3025-30，两两者者差差别别不不大大，但但浮浮游游球球衣衣菌菌是是微微量量好好氧氧能能竞竞争生长。争生长。32 2、溶解氧、溶解氧 菌胶团细菌是严格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但菌胶团细菌是严格好氧的，浮游球衣菌是好氧菌但在微氧条件下也能正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌在在微氧条件下也能正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌在0.5mg/L0.5mg/L时生长最好。时生长最好。3 3、可溶性有机物及其种类、可溶性有机物及其种类 丝状细菌能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖丝状细菌能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸，厌氧条件下有机物不彻底分解产生有机酸，类和有机酸，厌氧条件下有机物不彻底分解产生有机酸，使丝状细菌大量生长。使丝状细菌大量生长。44 4、有机物浓度（有机负荷）、有机物浓度（有机负荷）浮浮游游球球衣衣菌菌较较能能适适应应贫贫营营养养的的生生长长条条件件，在在C C、N N含含量量较较低低的的条条件件下下能能良良好好生生长长。在在生生活活污污水水和和食食品品类类有有机机废废水水中中BODBOD5 5100-200mg/L100-200mg/L，浮浮游游细细菌菌可可呈呈优优势势生生长长，数数量量超超过过60%60%，使使污污泥泥发发生生膨膨胀胀。动动胶胶菌菌适适于于营营养养较较丰丰富富的的条条件件，对对碳碳源源利利用用率率高高，C C：N N大大于于1010呈呈絮絮状状生生长长，小小于于10-510-5则则分分散生长。散生长。5（三）活性污泥丝状膨胀的机理（三）活性污泥丝状膨胀的机理 表表面面积积/容容积积比比假假设设：在在单单位位体体积积中中，丝丝状状细细菌菌的的表表面面积积与与容容积积比比较较菌菌胶胶团团细细菌菌大大，对对有有限限制制性性的的营营养养和和环环境境条条件件的的争争夺夺占占优优势势，大大量量生生长长成成为为优优势势菌菌引引起起活活性性污污泥泥膨胀，两者的优势竞争在于以下方面：膨胀，两者的优势竞争在于以下方面：1 1、对溶解氧的竞争、对溶解氧的竞争：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良：氧充分条件下好氧的动胶菌生长良好。如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌好。如果曝气池溶解氧长期维持在低水平，利于丝状细菌的优势生长。的优势生长。2 2、可可溶溶性性有有机机物物的的竞竞争争：低低分分子子糖糖类类和和有有机机酸酸利利于于丝丝状状细菌的生长细菌的生长64 4、有机物冲击负荷的影响、有机物冲击负荷的影响 如如果果曝曝气气池池中中有有机机物物浓浓度度突突然然增增加加，供供氧氧量量不不变变，由由于于好好氧氧生生物物的的呼呼吸吸作作用用迅迅速速消消耗耗溶溶解解氧氧，利利于于丝丝状状细细菌菌的的生长。生长。3 3、对、对C C、N N的竞争的竞争 营养物浓度较低时，利于丝状菌生长而且还可蓄积营营养物浓度较低时，利于丝状菌生长而且还可蓄积营养物，更进一步抑制动胶菌的生长。养物，更进一步抑制动胶菌的生长。71、控制溶解氧 保持曝气池内有足够的溶解氧（2mg/L），可在曝气池中用强化曝气、射流曝气等方法控制高负荷下的污泥膨胀。2、控制有机负荷 有机负荷可用容积负荷表示，即单位反应器容积每日接受的废水中有机污染物的量。污染负荷在0.2-0.3kg BOD/kg MLSS.d(混合液污泥浓度)为宜。二、控制活性污泥丝状膨胀的对策二、控制活性污泥丝状膨胀的对策根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子。根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子。83、改革工艺（1）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。（2）采用新工艺：将活性污泥法改用生物膜法。AB、A/O（缺氧-好氧）法、A2/O2、（缺氧-好氧-缺氧-好氧）A2/O（厌氧-缺氧-好氧）、SBR（序批式间歇曝气反应器）法等。9第三节第三节 厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落高浓度有机物废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。一、厌氧消化一、厌氧消化甲烷发酵甲烷发酵 粪便污水用厌氧消化法处理，即净化污水，又能取得能源，还能杀死致病菌和致病虫卵。产甲烷菌有很强的抗菌作用，能使痢疾杆菌、伤寒杆菌、霍乱弧菌等致病菌无法生存。消化期间几乎所有病原菌和蛔虫卵被杀死。因此，经消化的污泥是符合卫生标准的。10胶体物质、碎纸、破皮等均被分解，所以，消化污泥是很好的肥料，它不会引起土壤板结，也不会散发臭气。高浓度有机废水厌氧甲烷发酵的消化池有多种：有单级低效消化池、单级高效消化池、两极（相）消化池（VBF）和厌氧折流板反应器（ABR）。厌氧消化法甲烷发酵，也有活性污泥法和生物膜法。但微生物群落与有氧环境中不同，它们是分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的甲烷菌等组成，在出流处附近，有少数厌氧或兼性厌氧的游泳型纤维虫，例如扭头、草履虫等。一般厌氧的活性污泥不处在激烈运动中，所以，它的微生物群落分布于生物膜相似，有分层现象，但不及好氧生物膜明显。11当当废废水水有有机机物物浓浓度度较较高高 时时（一一 般般 BODBOD5 5大大 于于1500mg/L1500mg/L），一一般般的的活活性性污污泥泥和和生生物物膜膜法法都都难难以以处处理理只只有有采采用用厌厌氧氧消消化化法解决。法解决。12优点：优点：1 1、处理处理1kg COD1kg COD可产生可产生0.35m0.35m3 3甲烷甲烷沼气沼气2 2、处理设备负荷高，占地少处理设备负荷高，占地少3 3、对营养物的需求量少：对营养物的需求量少：CODCOD：N N：P=350-500P=350-500：5 5：1,1,相比而言对相比而言对N N、P P的需的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐4 4、运行经费经济，污泥量少。运行经费经济，污泥量少。不足：不足：1 1、处理时间长；、处理时间长；2 2、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；3 3、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4 4、对温度变化和有毒物质较为敏感、对温度变化和有毒物质较为敏感13废废水水调节池调节池热热交交换换器器37厌氧活性厌氧活性污泥反应器污泥反应器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一、厌氧消化一、厌氧消化甲烷发酵甲烷发酵工艺：工艺：14消化池：单级低效、单级高效、两级（相）消化消化池：单级低效、单级高效、两级（相）消化2 2级级(平流沉淀平流沉淀+厌氧污泥消化厌氧污泥消化)15反应器：基于微生物固定化原理设计，污泥浓度高，反应快反应器：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（速。如厌氧滤器，上流式厌氧污泥反应器（UASB）。）。influent污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集effluent16微微生生物物群群落落：分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的专性或兼性厌氧菌；专性厌氧的产甲烷菌17（一）甲烷发酵理论与机制（一）甲烷发酵理论与机制 甲烷发酵一般分四个阶段：1 1、水解阶段：水解阶段：高分子有机物被细菌胞外酶分解为小分子，高分子有机物被细菌胞外酶分解为小分子，其水解产物能溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。微生其水解产物能溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。微生物群落主要是水解、发酵性细菌。物群落主要是水解、发酵性细菌。2 2、产乙酸阶段产乙酸阶段：前一阶段产物被产乙酸细菌转化为乙酸、：前一阶段产物被产乙酸细菌转化为乙酸、H2H2、CO2CO2。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。3 3、产甲烷阶段产甲烷阶段：两种途径。一是氢的氧化和二氧化碳还：两种途径。一是氢的氧化和二氧化碳还原成甲烷，占原成甲烷，占28%28%，二是乙酸盐裂解，剩下的甲基还原为，二是乙酸盐裂解，剩下的甲基还原为甲烷，占甲烷，占72%72%。4 4、同型产乙酸阶段同型产乙酸阶段：由同型产乙酸细菌将：由同型产乙酸细菌将H2H2、CO2CO2转化为转化为乙酸。乙酸。18复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸 HH2 2+CO+CO2 22 2产乙酸产乙酸 CHCH4 4+CO+CO2 23 3产甲烷产甲烷3 3产甲烷产甲烷19产甲烷机制：产甲烷机制：1 1、酸和醇的甲基形成甲烷：、酸和醇的甲基形成甲烷：CHCH3 3COOH CHCOOH CH4 4+CO+CO2 2 4CH4CH3 3OH 3CHOH 3CH4 4+CO+CO2 2+2H+2H2 2O O3 3、水还原脂肪酸产生、水还原脂肪酸产生CHCH4 4 2C 2C3 3H H7 7COOH+COCOOH+CO2 2+2H+2H2 2O CHO CH4 4+4CH+4CH3 3COOHCOOH2、由醇的氧化使由醇的氧化使COCO2 2还原成还原成CHCH4 4、有机酸、有机酸 2CH2CH3 3CHCH2 2OH+OH+1414COCO2 2 1414CHCH4 4+2CH+2CH3 3COOHCOOH 2C 2C3 3H H7 7CHCH2 2OH+OH+1414COCO2 2 1414CHCH4 4+2C+2C3 3H H7 7COOHCOOH4 4、H H2 2还原还原COCO2 2为为CHCH4 4 4H 4H2 2+CO+CO2 2 CH CH4 4+2H+2H2 2O O5 5、H H2 2或或H H2 2O O将将COCO还原为还原为CHCH4.4.3H 3H2 2+CO CH+CO CH4 4+H+H2 2O 2HO 2H2 2O+4CO CHO+4CO CH4 4+3CO3CO2 220（二）厌氧活性污泥的培养（二）厌氧活性污泥的培养1 1、菌种来源：牲畜粪便；生活污水处理厂的浓缩污泥；同类、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。水质处理厂的厌氧污泥。2 2、驯化与培养：驯化过程与活性污泥法类似。培养进水量由、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。小到大，逐步提高浓度。成熟的厌氧活性污泥呈颗粒成熟的厌氧活性污泥呈颗粒状，也称状，也称颗粒污泥颗粒污泥。由于产甲。由于产甲烷菌生长速度慢，所以颗粒污烷菌生长速度慢，所以颗粒污泥驯化、培养时间较长。泥驯化、培养时间较长。213 3、颗粒污泥的组成与性质、颗粒污泥的组成与性质 微微生生物物组组成成：水水解解菌菌、发发酵酵菌菌、产产乙乙酸酸菌菌、产产甲甲烷烷菌菌（氢氢营营养养型型、乙乙酸酸营营养养型型）、厌厌氧氧原原生生动动物物，这这些些微微生生物物在在颗颗粒粒污污泥泥内内生生长长、繁繁殖殖，相相互互提提供供营营养养，菌丝交错相互接合形成复杂的菌群结构。菌丝交错相互接合形成复杂的菌群结构。22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。23化学性质化学性质：一般含碳：一般含碳40.5%40.5%，氢，氢7%7%，N-10%N-10%（1 1）无机灰分无机灰分 含含量量因因生生长长基基质质的的不不同同差差异异较较大大，8-66%8-66%。灰灰分分的的增增加加将将提提高高颗颗粒粒污污泥泥密密度度，过过高高导导致致孔孔隙隙率率降降低低，主主要要元元素有素有FeFe、CaCa、SiSi、P P、S S，CaCa可促进颗粒化形成可促进颗粒化形成。（2 2）胞外多聚物胞外多聚物 在在一一些些细细菌菌表表面面常常有有一一层层薄薄薄薄的的粘粘液液层层，即即胞胞外外多多聚聚物物，主主要要是是胞胞外外聚聚多多糖糖和和蛋蛋白白质质，与与好好氧氧污污泥泥分分泌泌物物不不同同（碳碳水水化化合合物物），但但好好氧氧产产量量高高4-74-7倍倍。ECPECP与与颗颗粒粒污污泥泥的的形形成成有有密密切切关关系系，可可以以改改变变细细菌菌的的表表面面电电荷荷和和能能量量引引起起细菌的凝聚。细菌的凝聚。244 4、颗粒污泥的形成机制、颗粒污泥的形成机制 颗颗粒粒的的形形成成过过程程由由多多个个阶阶段段组组成成：细细菌菌与与基基体体（细细菌菌、有有机机无无机机材材料料）的的吸吸引引粘粘连连过过程程；微微生生物物聚聚集集体体的的形形成成；成成熟污泥的形成。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，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。也是决定污泥结构的重要阶段。CaCa2+2+、MgMg2+2+的电荷中和作用的电荷中和作用以及以及ECPECP可以降低排斥位能，促进细菌向基体接近，然后通可以降低排斥位能，促进细菌向基体接近，然后通过细菌的附属物如菌丝或过细菌的附属物如菌丝或ECPECP将细菌粘接到基体上，随着粘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。接到基体上的细菌数目的增加形成各种微生物的聚集体。25微生物聚集体的形成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（产酸菌及其他氢营养菌）在外围生长，形成颗粒污泥。泥。26不同工艺中形成的颗粒污泥形成过程、结构有所不同：不同工艺中形成的颗粒污泥形成过程、结构有所不同：单相厌氧消化法单相厌氧消化法：含有厌氧降解过程中的所有细菌：含有厌氧降解过程中的所有细菌两相厌氧消化法两相厌氧消化法：废废水水处处理理在在两两个个不不同同的的反反应应器器中中依依次次完完成成：进进行行水水解解和和酸酸化化的的酸酸化化反反应应器器、产产乙乙酸酸和和产产甲甲烷烷的的甲甲烷烷反反应应器器。不不同同反反应应器器中中，污污泥泥细细菌菌的的组组成成区区别别很很大大。前前者者中中基基本本是是水水解解发发酵酵菌菌、少少量量产产甲甲烷烷菌菌；后后者者主主要要是是产产甲甲烷烷菌菌和和少少量量产氢产甲烷菌。产氢产甲烷菌。27二、光合细菌处理高浓度有机废水二、光合细菌处理高浓度有机废水浓粪便、豆制品废水、食品加工废水、屠宰废水，这些BOD5在1000mg/L以上的高浓度有机废水可用有机光合细菌处理，也就是PSB处理。因有机光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，在有机光合细菌处理废水之前，要用水解性细菌将碳水化合物、脂肪和蛋白质水解为脂肪酸、氮基酸、氨等物质。这样可得到较好的处理效果。BOD5去除率可达95%，甚至98%。营光能异养的光合细菌有细螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。28目前可用于有机废水处理的目前可用于有机废水处理的PSB主要是红螺菌科的红螺主要是红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属，含有菌绿素菌属、红假单胞菌属和红微菌属，含有菌绿素a、b和类胡和类胡萝卜素，使细胞呈棕红、淡红或紫红色。萝卜素，使细胞呈棕红、淡红或紫红色。29PSB能在厌氧光照条件下以各种小分子有机物作为光合作用的电子供体，进行光能异样生长，也能在好氧黑暗条件下进行好氧异养生长，因此PSB既不象活性污泥法中的好氧污泥菌受水中溶解氧浓度的限制，即使是微弱的光源也能进行厌氧的能量代谢，又不象严格厌氧的产甲烷菌对氧的存在十分敏感，在有氧条件下仍能分解有机物 30优点：优点：（1 1）有机负荷高）有机负荷高（2 2）设备规模小，占地面积小）设备规模小，占地面积小（3 3）易于管理）易于管理（4 4）除氮效果好）除氮效果好（5 5）产生的菌体可以综合利用）产生的菌体可以综合利用缺点：缺点：（1 1）需要不断添加菌体）需要不断添加菌体（2 2）菌体细胞自然沉降困难）菌体细胞自然沉降困难（3 3）出水还需进一步处理）出水还需进一步处理31三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理三、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理在发酵工业废水，如味精废水（谷氮酸）和赖氮酸废水中含的硫酸根（SO42-）有20030000mg/L。低浓度SO42的可作为好氧微生物的无机营养，但浓度高的SO42-对微生物有毒害作用。高浓度的有机废水进行厌氧消化处理的目的是产甲烷，然而，在有SO42-存在时，硫酸还原细菌和甲烷细菌争夺氢，产甲烷细菌无法获得H2，从而还原CO2为CH4。故在进行甲烷发酵之前，要先降低到SO42-产甲烷菌能忍受的浓度后，再进行甲烷发酵处理。可用化学法降低SO42-，加Ca(oH)2生成CaSO4沉淀可去除SO42-，若加少量的Fecl3,效果更佳。32去除硫酸盐的微生物处理：去除硫酸盐的微生物处理：SRBSRB法。利用法。利用SRBSRB的硫酸盐还的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成硫化氢，从水中溢出，用盛有氢原作用，将硫酸盐还原成硫化氢，从水中溢出，用盛有氢氧化钠的吸收塔吸收硫化氢。氧化钠的吸收塔吸收硫化氢。33 总结新课总结新课 一、污泥膨胀的类型二、活性污泥膨胀的成因三、控制活性污泥膨胀的对策四、厌氧消化污泥甲烷发酵五、光合细菌处理高浓度有机物废水六、含硫酸盐废水的厌氧微生物处理 布置作业布置作业 P322 9P322 9、1010、1111、121234