11第十一章 废水生物处理基本原理和主要微生物类群解析
污水处理中的微生物原理
污水处理中的微生物原理1. 引言污水处理是指将废水中的有害物质去除或减少到一定的标准以符合环境排放要求的过程。
其中，微生物在污水处理中起着至关重要的作用。
微生物通过代谢和转化废水中的有机物和无机物，使其减少对环境的污染，提高水质，保护生态环境。
本文将介绍污水处理中微生物的主要作用机理。
2. 微生物的作用机理微生物在污水处理中的作用机理主要包括生化分解，厌氧/好氧氧化和沉淀。
2.1 生化分解微生物在污水处理中以生化分解为主要作用机理。
污水中的有机物经过微生物的代谢作用，被分解为较小的有机分子，最终转化为水和二氧化碳等无害物质。
这一过程主要由厌氧菌和好氧菌参与。
厌氧菌主要在无氧环境中生活，利用有机物进行厌氧呼吸，产生甲烷等气体。
好氧菌则需要氧气参与，通过氧化有机物来获得能量，产生水和二氧化碳。
2.2 厌氧/好氧氧化厌氧/好氧氧化是指微生物在缺氧或氧气充足的环境中分解有机物。
在厌氧条件下，厌氧菌通过厌氧呼吸产生甲烷等气体，而在好氧条件下，好氧菌通过氧化有机物获得能量。
这一过程可以减少废水中的有机物质量并降低毒性。
2.3 沉淀微生物通过产生胶状多糖物质，将污水中的悬浮物和胶体颗粒聚集成较大的颗粒，并与微生物自身形成沉淀物。
这些沉淀物可以通过物理方式（如沉淀、过滤等）从水中去除，减少污水中的悬浮物和颗粒物。
3. 微生物的应用微生物在污水处理中的应用主要包括活性污泥法和厌氧消化。
3.1 活性污泥法活性污泥法是指利用微生物（如好氧菌和厌氧菌）在污泥颗粒上生长和代谢，将废水中的有机物质分解为水和二氧化碳。
活性污泥法具有处理能力强、处理效果好等优点，在城市污水处理中得到广泛应用。
3.2 厌氧消化厌氧消化是指将废水或农业废弃物放入密闭的容器中，利用厌氧菌分解有机物质，产生甲烷等气体，从而减少有机物质的处理量，产生可再利用的能源。
厌氧消化广泛应用于农村和农业废弃物的处理中。
4.微生物在污水处理中起着重要的作用，通过生化分解、厌氧/好氧氧化和沉淀等机理，可以将废水中的有害物质减少到一定的标准，提高水质，保护环境。
污水生物处理原理
污水生物处理原理一、概述污水生物处理是一种利用微生物代谢作用将有机物转化为无机物的处理方法。
它通过生物学过程将污水中的有机物质降解为二氧化碳和水，并将含氮、含磷等污染物转化为氮气和磷酸盐等无害物质，从而达到净化水体的目的。
本文将详细介绍污水生物处理的原理、工艺流程和应用。
二、原理污水生物处理的原理主要基于微生物的代谢作用。
在生物处理系统中，有机物质通过好氧或者厌氧微生物的作用被降解为二氧化碳和水。
好氧微生物利用氧气进行代谢作用，将有机物质氧化为二氧化碳和水，并释放能量。
厌氧微生物在缺氧环境下进行代谢作用，将有机物质分解为甲烷、硫化氢等产物。
污水生物处理的关键是微生物的生长和代谢过程。
微生物需要适宜的温度、pH 值、营养物质等条件才干正常生长。
在生物处理系统中，通过控制这些条件，使微生物能够高效降解污水中的有机物质。
三、工艺流程1. 初级处理：将污水经过格栅、砂池等设备去除大颗粒物质和沉积物，以防止对后续工艺设备造成阻塞和损坏。
2. 生物处理：将初级处理后的污水引入生物反应器，如活性污泥法、固定床生物反应器等。
在生物反应器中，通过添加活性污泥或者固定生物膜，利用微生物的降解作用，将污水中的有机物质分解为无机物质。
3. 深度处理：对生物处理后的污水进行进一步处理，以去除残存的有机物质、氮、磷等污染物。
常用的深度处理方法包括沉淀池、过滤器、生物膜反应器等。
4. 消毒处理：对处理后的污水进行消毒，以杀灭残留的病原微生物。
常用的消毒方法包括紫外线照射、氯消毒等。
四、应用污水生物处理广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理厂等场所。
它具有处理效果好、投资成本低、运行成本低等优点，被认为是一种环保、可持续的处理方法。
在城市污水处理厂中，污水生物处理通常作为主要的处理工艺。
通过合理设计和运行，可以将污水中的有机物质、氮、磷等污染物去除达到国家排放标准，并将处理后的水体回用于农田灌溉、景观水体等。
在工业废水处理厂中，根据不同的废水特性和排放要求，可以选择不同的生物处理工艺。
污水生物处理原理
污水生物处理原理污水生物处理是一种利用微生物降解有机物的方法，通过生物过程将污水中的有机物、氮、磷等污染物转化为无害的物质，以达到净化水质的目的。
其原理主要包括生物降解、生物吸附和生物转化三个方面。
1. 生物降解生物降解是污水生物处理的核心过程，其基本原理是利用微生物将有机物分解为无机物。
在生物降解过程中，污水中的有机物被微生物吸附附着在生物膜上，然后通过微生物的代谢作用，有机物被降解为二氧化碳、水和微生物细胞等无害物质。
2. 生物吸附生物吸附是指微生物对污水中的有机物、重金属离子等物质的吸附作用。
微生物通过表面胞外聚合物的产生，将有机物和重金属离子吸附在细胞表面，从而将其从污水中去除。
生物吸附是污水处理中的重要环节，可有效去除污水中的有机物和重金属离子。
3. 生物转化生物转化是指微生物在生物处理过程中将有机物转化为其他化合物的过程。
在生物转化过程中，微生物通过代谢作用将有机物转化为二氧化碳、水、氨氮等无害物质。
同时，微生物还可以将氨氮转化为硝酸盐，完成氮的去除。
生物转化是污水生物处理过程中的重要环节，对于去除有机物和氮磷等污染物起到关键作用。
污水生物处理的原理可以通过以下流程来描述：1. 初级处理：将污水经过格栅、砂池等物理和化学预处理设备去除大颗粒杂质和悬浮物，以减少对后续生物处理的干扰。
2. 生物降解：将初级处理后的污水进入生物反应器，通过添加适宜的微生物群落和提供适宜的温度、氧气和营养物质等条件，促进微生物对有机物的降解作用。
在生物反应器中，有机物被微生物降解为无害物质。
3. 深度处理：经过生物降解后的污水仍然含有一定的氮、磷等污染物，需要进一步的处理。
深度处理主要包括硝化和脱氮、磷的去除等过程，通过添加硝化细菌和脱氮细菌，将氨氮转化为硝酸盐，并将硝酸盐通过反硝化作用转化为氮气释放到大气中。
同时，通过添加磷酸盐沉淀剂，将污水中的磷去除。
4. 二次沉淀：经过深度处理后的污水进入二次沉淀池，通过重力沉淀的方式去除污水中的悬浮物和胶体物质。
污水生物处理的原理与技术
污水生物处理的原理与技术随着社会的发展和人们对环境保护意识的提高，污水处理已经成为全球范围内的一个重要问题。
越来越多的城市引入了生物污水处理技术，因为它是一种可持续而且经济的解决方案。
本文将会介绍污水生物处理的基本原理、技术和一些适用场景。
一、污水生物处理的基本原理污水生物处理是指通过生物反应器，在微生物的作用下，将污水中的有机物质和氮、磷等无机物质分解为较为稳定的物质，并消除或降低其中可生化污染物的浓度，从而使污水达到环保排放标准。
在生物反应器中，微生物是核心。
微生物是指那些不能用肉眼看到的微小生物，它们可以以许多方式代谢有机物质并消耗氧气。
微生物的代谢过程可以将污水中的有机物质分解为水和二氧化碳。
在这个过程中，氧气也是必需的，它可以作为微生物代谢所需的能量来源。
二、污水生物处理的技术在污水生物处理中，我们使用一些生物反应器来帮助微生物代谢。
这些反应器的设计和操作可以影响微生物的种类和数量，从而影响污水的处理效果。
以下是几种常用的生物反应器。
1.活性池活性池是一种最常用的生物反应器，它主要包括曝气池和沉淀池。
在曝气池中，污水通过曝气装置引入空气，氧气供应微生物进行代谢。
在沉淀池中，污水中的悬浮固体可以沉淀到底部，并形成污泥颗粒。
2.人工湿地人工湿地反应器是一种类似自然湿地的反应器。
它通过植物和微生物的相互作用，使污水底部的固体物质过滤掉，并分解成无害物质。
3.反渗透系统反渗透系统是通过滤网过滤污水，使得大多数的难以分解的污染物质被过滤掉。
然后，反渗透器会通过反渗透的方式将过滤后的污水转化为干净的水。
三、污水生物处理的适用场景在污水生物处理中，不同类型的反应器可以用于不同类型的污水。
以下是几个应用场景：1.中小型城市中小型城市的污水处理大多使用活性池，因为这种反应器在处理污水时非常有效，而且容易操作。
因为中小型城市的水质比大城市需求低，所以活性池是非常适合的处理方式。
2.农业农业中使用污水生物处理技术处理的水主要用于浇灌农田。
废水生物处理基本原理和主要微生物类群讲PPT课件
类型
外观
BIP
生物特征
1．有机物较少，BOD 和
1． 细菌数量减少，每毫
河
悬浮物含量低，溶解氧
升水只有几万个。
浓度升高；
2． 藻类大量繁殖，水生
流 流
β
-中污带
2．NH3 和 H2S 分别氧化为 N03— 和 S042-，两者含
8~20
植物出现。*** 3． 原生动物有固着型纤
量均减少。
毛虫如：独缩虫、聚缩
活性污泥和生物膜是微生物群体存在的形式
吸附作用——发生在微小粒子表面的一种物理化学的 作用过程。细菌表面一般带有负电，而废水中有机物颗粒 常带有正电，因此他们之间有很大的吸引力。活性污泥的 表面积比较大。对于水中的有机物颗粒，胶体物质有较强 吸附能力。
氧化作用——发生在微生物体内的一种生物化学的代谢
河
大 量 有 机 物 ， BOD
兼性厌氧菌种类多，数
高，溶解氧极低(或
量大，每毫升水含有几
流
无)，为厌氧状态。
亿个细菌。有能分解复
流
多污带
2．在 有 机 物 分 解 过 程 中，产生 H2S、C02 和
60~100
杂有机物的菌种，硫酸 还原菌、产甲烷菌等。
向
CH4 等气体。臭味。 3． 水 底 沉 积 许 多 由 有 机
曝气的过程除了供氧之外，还具有搅拌混合 的作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态， 并与废水充分接触混合。
一、活性污泥法 activated sludge process
实质：是在充分曝气供氧条件下， 以废水中有机污染物质作为底物，对活 性污泥进行培养，并将有机污染物无机 化的过程。
污水
初沉池
污水生物处理原理
污水生物处理原理一、概述污水生物处理是一种利用微生物降解有机物质的方法，通过生物反应器中的微生物群体，将污水中的有机物质转化为无机物质，从而达到净化水质的目的。
本文将详细介绍污水生物处理的原理、工艺和应用。
二、污水生物处理的原理1. 微生物降解有机物质污水中的有机物质可以被微生物利用为能量来源，微生物通过分解、氧化等反应将有机物质转化为无机物质，如二氧化碳、水和氨氮等。
这些反应主要由细菌、真菌和藻类等微生物参预完成。
2. 污水生物处理的基本过程污水生物处理的基本过程包括生物降解、沉淀和过滤等步骤。
首先，污水进入生物反应器，通过生物降解过程，有机物质被微生物分解为无机物质。
然后，经过沉淀过程，微生物和其他固体物质沉淀到底部形成污泥。
最后，经过过滤过程，将污泥分离出来，得到净化后的水。
3. 好氧和厌氧条件污水生物处理可以根据氧气的供给方式分为好氧和厌氧条件。
在好氧条件下，微生物利用氧气进行有机物质的降解，产生二氧化碳和水等无害物质。
在厌氧条件下，微生物在缺氧或者无氧的环境中进行有机物质的降解，产生甲烷等有害物质。
4. 生物反应器生物反应器是进行污水生物处理的核心设备，根据不同的处理要求和处理效果，可以选择不同类型的生物反应器。
常见的生物反应器包括活性污泥法、固定床生物反应器、浮床生物反应器等。
这些反应器通过提供合适的环境条件和微生物群体，实现对污水的有效处理。
三、污水生物处理的工艺1. 活性污泥法活性污泥法是一种常用的污水生物处理工艺，通过在生物反应器中加入活性污泥，利用微生物对有机物质进行降解。
污水进入反应器后，与活性污泥充分接触，微生物降解有机物质，然后通过沉淀和过滤等步骤将污泥分离出来，得到净化后的水。
2. 固定床生物反应器固定床生物反应器是一种将微生物附着在固定介质上进行污水处理的工艺。
固定介质可以是填料、滤材等，通过提供大量的附着面积，增加微生物的附着量，提高处理效果。
污水通过固定床时，微生物在固定介质上生长繁殖，降解有机物质。
废水生物处理生物处理概论
C6 H12O6 6O2 6CO2 6H2O 2872kJ
无氧呼吸：指以无机氧化物，如NO3-，NO2-，SO42-， S2O32-，CO2等代替分子氧，作为最终电子受体的生物氧化作 用。
C6 H12O6 4NO3 6CO2 2N2 6H2O 1758kJ
根据所利用的能源划分
光能营养型：利用光能的生物称光能营养型生物
光 ADP P ATP H2O i
化能营养型：利用化学能的生物称化能营养型生物
Ared Box Aox Bred
化学能 ADP P ATP H2O i
根据所利用的碳源划分
自养型：利用无机碳源（CO2、CO32-）的生物称自养型 生物 异养型：利用有机碳源（有机化合物）的生物称异养型 生物
微生物：细菌、真菌、放线菌等，还包括藻类、原生动物和后 生动物。
1.1 微生物的新陈代谢和底物降解
1.1.1 微生物的新陈代谢
物质合成反应—简单 物质合成为复杂物质 吸收能量 释放能量 能量 代谢 物质 代谢
合成代谢
（同化作用）
新陈代谢
分解代谢
（异化作用）
物质分解反应—复杂 物质分解为简单物质
1.1.2 微生物的营养类型
1.1.4 微生物生长的环境因素
温度 pH值 溶解氧 营养物质
有毒物质
1.1.5 微生物的生长规律
微生物的生长曲线
微生物的增长与产率系数
产率系数：微生物的增长量与底物消耗量的比值定义为微 生物的产率系数Y。
g微生物增长量 Y g 底物消耗量
观测产率系数Yobs：实际测得微生物的增长量与底物消耗 量的比值定义为微生物物实际增长量 g 底物消耗量
污水生物处理原理
污水生物处理原理一、引言污水处理是指将含有各种有机物、无机物和微生物的废水经过一系列的处理过程，使其达到国家和地方规定的排放标准，以保护环境和人类健康。
其中，污水生物处理是一种常见且有效的处理方法，通过利用微生物对有机物进行降解和转化，达到净化水质的目的。
本文将详细介绍污水生物处理的原理及其相关技术。
二、污水生物处理原理1. 生物降解污水中的有机物主要由蛋白质、碳水化合物和脂肪等组成，这些有机物在污水生物处理过程中被微生物降解为较简单的物质，如水、二氧化碳和氨氮等。
微生物通过吸附、分解、转化等方式对有机物进行降解，并释放出能量和新的细胞物质。
2. 微生物种类在污水生物处理过程中，有一系列的微生物参预其中。
常见的微生物种类包括细菌、真菌、藻类和原生动物等。
这些微生物通过各自的代谢途径，分解有机物、吸收无机物和氧化废物，从而实现对污水的净化。
3. 污泥活性污水处理中的微生物主要存在于污泥中，这些污泥被称为活性污泥。
活性污泥中的微生物具有较高的代谢活性和降解能力，能够快速降解有机物，并将其转化为无害的物质。
活性污泥的形成需要一定的时间和条件，如适宜的温度、氧气供应和营养物质等。
4. 污水处理工艺污水生物处理通常采用活性污泥法、生物膜法和人工湿地法等多种工艺。
其中，活性污泥法是最常用的一种方法。
该方法通过将污水与活性污泥充分接触，使微生物降解有机物，并通过沉淀、吸附等方式将污染物去除。
生物膜法是在固体载体上附着微生物，形成生物膜，通过生物膜对污水进行降解和净化。
人工湿地法则是利用湿地植物和微生物共同作用，将污水中的有机物和营养物质降解，并通过湿地植物的吸收和土壤的过滤作用，达到净化污水的目的。
5. 污水处理效果污水生物处理的效果主要通过污水处理厂的出水水质指标来评判。
常见的水质指标包括化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮、总磷和总氮等。
这些指标反映了污水中有机物和无机物的含量，通过监测这些指标的变化，可以评估污水生物处理的效果。
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四、沉淀作用 废水中有机物质在活性污泥或生物膜的氧化分解作用 下无机化后，处理后水往往排至自然水体中，这就要求排 放前必须经过泥水分离。 活性污泥，特别是生物膜具有良好的沉降性能，使泥 水分离，澄清水排走，污泥沉降至池底，这是废水生化处 理必须经过的步骤，也是非常重要的步骤。
第二节 好氧生物处理
完全混合式活性污泥法
缺点：出水水质上往往不及推流式。
三、好氧生物膜法
生物膜主要由细菌的菌胶团和大量的真菌菌丝组成，其中还 有许多原生动物和较高等动物生长。它们粘附在生物滤池滤 料上或生物转盘盘片上，形成一层带粘性、薄膜状的微生物 混合群体。
主要类型： 生物滤池：普通生物滤池； 高负荷生物滤池；塔式生物滤
沉淀池
应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。沉淀池 在废水处理中广为使用。它的型式很多，按池内水流方向 可分为平流式、竖流式和辐流式三种。
• 1．普通活性污泥法
• 好氧活性污泥法的处理工艺很多，最为普遍使用的活 性污泥法工艺如下图
空气 清水 初沉池 曝气池 二沉池
回流污泥
剩余污泥
废水先通过初沉池，除掉一些悬浮固体（一级 处理的目的），然后进入一个有曝气装置的构 筑物，活性污泥就在这种装置中将废水中的 BOD降解掉（二级处理的目的），并产生新的 活性污泥。当BOD降到一定程度时，混合液一 起流入二次沉淀池，进行固液分离，上清液排 放，沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池中， 一部分作为剩余污泥而排放。
池 生物转盘 生物接触氧化法（淹没式生 物滤池）
生物转盘
生物膜法处理工艺
第三节 氧化塘
• 一、水体自净 • 是指水体在接纳了一定量的污染物后，通过物理、化学和 水生生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到受污 染前的水平和状态的现象。
1. 物理净化过程 废水或污染物排入水体后，可沉降性固体逐渐沉至水底形成 底泥。悬浮体、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐渐 降低浓度。
• 一、曝气方式 1. 鼓风曝气法 2. 表面加速曝气法 3. 射流曝气
二、好氧活性污泥法
普通活性污泥法是依据水的自净作用原理发展而来的
废水 → 初沉池
→
曝气池
→
二沉池
→ 出水
剩余 污泥
回流污泥
初次沉淀池
曝气池
二次沉淀池
污泥消化池
化学营养物 预处理
生物处理
（二级处理）
（一级处理）
曝气池
沉淀池
后处理 净水外排
第十一章 废水生物处理基本原理 和主要微生物类群
1
第一节 废水生物处理基本原理
• 一、絮凝作用 废水进入生物反应池后，废水中的产荚膜细菌可分泌出粘液 性物质，并相互粘连形成菌胶团。菌胶团又粘连在一起， 絮凝成活性污泥或粘附在载体上形成生物膜。
二、吸附作用 微生物个体很小，并且细菌也具有胶体粒子所具有的许多特 性，如细菌表面一般带有负电荷，二废水中有机物颗粒常 带正电荷，所以它们之间有很大的吸引作用。
三、氧化作用 被活性污泥和生物膜吸附的大分子有机物质，在微生物胞 外酶的作用下，水解为可溶性的有机小分子物质，然后透 过细胞膜进入微生物细胞内。这些被吸收到细胞内的物质 ，作为微生物的营养物质，经过一系列生化反应途径，被 氧化为无机物CO2和H2O等，并释放出能量；同时，微 生物利用氧化过程中产生的一些中间产物和呼吸作用释放 的能量，合成细胞物质。
2. 化学净化过程 化学自净过程取决于废水和水体的具体状况，如在一定条件 下，水体中难溶性硫化物可氧化为易溶性的硫酸盐；可溶 性的二价铁、锰化合物可转化为几乎不溶解的三价铁、四 价锰的氢氧化物而沉淀下来。
3. 生物净化过程 悬浮和溶解于水体中的有机污染物，在DO参与下，经需氧 微生物作用氧化分解成简单的无机物，如CO2、H2O、 硝酸盐和磷酸盐等，使水体得到净化。
2、吸附再生活性污泥法
又称接触氧化稳定法或 生物吸附法。
此法主要适用于处理含悬浮物和 胶体物较多的废水。 进水 出水 接触氧化池 沉淀池
稳定池
回流污泥
剩余污泥
接触氧化稳定法
曝气池分为接触氧化池（吸附池）和稳定池（再生池）。废水先进入接触氧 化池，和活性污泥充分接触，有机物被活性污泥吸附后，混合液流入沉淀池 进行固液分离，回流污泥在稳定池内进行再生，曝气使吸附的有机物进一步 氧化分解，恢复污泥活性后，再引入接触氧化池。
二. 污水生物体系
• 根据在污染水体中生物种类的存在与否，划分污 水生物体系，确定不同污染程度水体中的指示生 物。反之，根据水体中的指示生物的存在亦可确 定水体污染程度，又称柯克维茨(Kolkwitz)和麦 尔松(Marsson)体系法
污水生物系统（2）
• 污水生物系统中各带特点 • 多污带：有机污染严重，溶解氧含量低，细菌极多，无好氧 生物，无鱼类生存； • 中污带：包括α－中污带（有机污染较为严重，溶解氧略有 回升，多为耐污性生物种类，）和β－中污带（中等程度的 有机污染区域，溶解氧较高，有多种藻类和原生动物，有鱼 类出现）； • 寡污带：溶解氧恢复正常或达饱和，水质透明，细菌数量少 ，藻类种类和数量多。 • 污水生物系统的应用 • 主要应用对象是被生活污水污染的水域，对重金属和其他工 业废水引起的污染水域的应用问题尚需进一步研究。 • 应用该法来监测和评价环境比较全面，但工作很繁重，耗费 时间，而且需要具有熟练的分类知识，同时调查结果也不易 表示。
3、完全混合式曝气法
原污水、回流污泥进入曝气池后立即与池内原有的混合液充分混合。池内水 质匀，各部分工作情况基本一样。
特点： • 耐冲击负荷性强，可处 理浓度较高的废水，只要 适当延长曝气时间即可。 适于处理工业废水。 • 可把曝气池的工况控制 在最佳的位置上。
进水
出水
曝气池
沉淀池
回流污泥
剩余污泥
二. 污水生物系统（1）
• 污水生物系统法的原理 • 受污染的河流由于自身的自净过程从而导致自 上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻 的连续带。随污染物浓度的降低，生物种类也 发生变化，每一带都生存有大体上能够表示这 一带特性的动物和植物，由此可以将河流依次 划分为四个污染带，即多污带、 α－中污带、 β－中污带、寡污带，从而可以根据一条河流 中一定区域内所发现的动物区系和植物区系来 鉴别该区域的有机污染程度。
污泥回流
污泥及余渣消化罐
曝气池
利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定 污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活 性污泥充分接触的混合条件。
曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。 池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆 形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。