第十二章_废水生物处理的微生物学原理
水污染控制工程_第十二章_ 活性污泥法
第一节 基 本 概 念
什么是活性污泥？
由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及 吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、 具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。
活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 比表面积
黄褐色
土腥味
似矾花絮绒颗粒
曝气池混合液：1.002～ 1.003
Lawrence、McCarty导出的活性污泥数学模型
第四节 气体传递原理和曝气设备
构成 活性污泥法的三个要素
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也 就是活性污泥；
二是污水中的有机物，它是处理对象，也是 微生物的食料；
回流污泥
RQ、Se、XR
系统边界
剩余污泥
QW、Se、XR
完全混合活性污泥法系统的典型流程
二、劳伦斯和麦卡蒂 （Lawrence－McCarty)模型
c (QQW） XXV eQWXR
污泥龄（SRT）
SRT：曝气池中污泥全部更新一次所需 要的时间。
（一）在稳态下，作系统活性污泥的物料平衡：
Q 0 （ X [Q Q W ） X Q e W X R ] （ d d)g X V t 0
▪ 在一定的污泥量下，SVI反映了活性污泥的凝聚沉淀性。 如SVI较高，表示SV值较大、沉淀性较差；如SVI较小，
污泥颗粒密实，污泥无机化程度高，沉淀性好。但是，
如SVI过低，则污泥矿化程度高，活性及吸附性都较差。
▪ 通常，当SVI为100~150，沉淀性能良好；而当SVI
＞200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。但根据废水性 质不同，这个指标也有差异。如废水溶解性有机物含
量高时，正常的SVI值可能较高；相反，废水中含无机
废水生物处理的基本原理
2、活性污泥中的微生物群落
• ① 菌胶团 • ② 丝状菌：球衣菌属、贝硫菌属、发硫细菌
属、透明颤菌属、亮发菌属和线丝菌属；
• ③ 真菌：具有分解碳水化合物、蛋白质及其 他含氮化合物的能力。，但若大量出现会导 致污泥膨胀，
• ④原生动物：可作为污水处理的指示生物。 • ⑤ 微型后生动物：在处理水质良好时会有该
4、活性污泥的沉降性能指标
• ① 污泥沉降比（SV）：混合液在量筒内静置 30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液的百 分数，以%表示；能够反映曝气池正常运行时的 污泥量，可用于控制剩余污泥的排放量，还可反 映污泥膨胀的异常现象的发生。
• ② 污泥指数（SVI）：曝气池出口处的混合液 经30min沉淀后，每克干污泥所形成的沉淀污泥 所占的容积，以毫升计算：
磷的去除效果； • 5、其他水生生物： • 在氧化塘（氧化沟）内，藻类和细菌共存于同一环境
中，保持互生关系.
第二节 活性污泥膨胀和控制对策
• 正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为 沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面 飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。
• 本质—污泥密度变小或黏附能力下降。
第二节 活性污泥膨胀和控制对策
动力消 耗
较小 较差 多
发生 较合理
较大 较强 少
不发生 较大
管路堵 塞
否 是
三、氧化塘的微生物群落及其处理废水机制
• 氧化塘是人工的、接近自然生态系统，微生物群落主 要有（见图2.3-4）。
• 1、细菌：降解有机污染物‘ • 2、 藻类：向塘内提供溶解氧； • 3、原生动物和后生动物： • 4、水生植物：可提高塘对有机污染物和无机营养物氮、
•
SVI=SV（ml/L）/MLVSS（g/L）
第十二章.废水生化处理
无氧呼吸 发酵 能量利用率26 26％ 能量利用率26％
无机物 有机物
C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
依据细胞炭源、电子供体、 依据细胞炭源、电子供体、电子受体和最终产物对微生物分类
细菌类型 好氧异养菌 好氧自养菌 常用 反应名称 好氧氧化 硝化 铁氧化 硫氧化 兼性异养菌 厌氧异养菌 缺氧脱氮反 应 酸发酵 铁还原 硫酸盐还原 甲烷化 炭源 有机化合物 CO2 CO2 CO2 有机化合物 有机化合物 有机化合物 有机化合物 有机化合物 电子供体 （基质） 基质） 有机化合物 NH3、NO2－ Fe（Ⅱ） （ H2S、S0、 、 － S2O32－ 有机化合物 有机化合物 有机化合物 有机化合物 VFAs 电子受体 O2 O2 O2 O2 NO2－、NO3
酶 反 应 速 度 v
vmax
n=0 1/2 vmax 0<n<1
n=1
KS
底物浓度[S] 底物浓度
中间产物假说： 酶促反应分两步进行， 中间产物假说： 酶促反应分两步进行，即酶与底 物先络合成一个络合物（中间产物），这个络合物再进 物先络合成一个络合物（中间产物），这个络合物再进 ）， 一步分解成产物和游离态酶，以下式表示： 一步分解成产物和游离态酶，以下式表示：
温度超过最高生长温度时，蛋白质迅速变性及酶系统 温度超过最高生长温度时， 遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。 遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。 低温会使微生物代谢活力降低，生长繁殖停止状态， 低温会使微生物代谢活力降低，生长繁殖停止状态， 但仍保存其生命力。 但仍保存其生命力。
pH值 值 影 响 微 生 物 生 长 的 环 境 因 素 不同的微生物有不同的pH适应范围。 不同的微生物有不同的 适应范围。 适应范围 细菌、放线菌、藻类和原生动物的 适应范围是 细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH适应范围是 之间。 ～ 之间 在4～10之间。 大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝6.5～7.5）的 大多数细菌适宜中性和偏碱性（ ＝ ～ ） 环境。 环境。 废水生物处理过程中应保持最适pH范围。 废水生物处理过程中应保持最适 范围。 范围 当废水的pH变化较大时，应设置调节池， 当废水的 变化较大时，应设置调节池，使进入 变化较大时 反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的 范围 范围。 反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的pH范围。
微生物污水处理
微生物污水处理微生物污水处理是一种利用微生物的活性和代谢能力来降解和处理污水的技术。
它是一种环保、高效、经济的处理方法，被广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理、农村生活污水处理等领域。
一、技术原理微生物污水处理的技术原理主要包括生物降解、生物吸附和生物转化三个过程。
1. 生物降解：微生物通过吸附、吸附和降解有机物质，将其转化为无机物质和微生物生长所需的有机物质。
微生物降解的过程主要包括氧化、还原、水解和酸化等反应。
2. 生物吸附：微生物通过吸附作用将有机物质吸附在其细胞表面，然后通过代谢将其转化为无机物质。
3. 生物转化：微生物通过代谢作用将有机物质转化为无机物质，如将有机氮转化为无机氮，有机磷转化为无机磷等。
二、处理工艺微生物污水处理的常用工艺包括活性污泥法、固定化微生物法和生物膜法等。
1. 活性污泥法：活性污泥法是利用活性污泥中的微生物对污水进行处理的方法。
污水经过预处理后，进入活性污泥池，在氧气的供给下，微生物降解有机物质。
处理后的污水经过沉淀、澄清等步骤后，达到排放标准。
2. 固定化微生物法：固定化微生物法是将微生物固定在载体上，形成微生物膜，然后将污水通过微生物膜进行处理。
固定化微生物法具有处理效果好、操作简单、运行稳定等优点。
3. 生物膜法：生物膜法是利用微生物膜对污水进行处理的方法。
污水通过生物膜时，微生物在膜表面形成一层生物膜，通过降解有机物质来净化污水。
生物膜法具有处理效果好、能耗低、运行稳定等优点。
三、应用领域微生物污水处理技术广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理、农村生活污水处理等领域。
1. 城市污水处理厂：微生物污水处理是城市污水处理厂主要的处理技术之一。
通过合理的工艺设计和运行管理，可以将污水中的有机物质、氮、磷等污染物降解到国家排放标准以内。
2. 工业废水处理：微生物污水处理技术可以应用于各种工业废水的处理，如化工废水、制药废水、食品加工废水等。
通过合理的工艺设计和微生物的选择，可以高效地降解和处理工业废水，达到排放标准。
污水生物处理的原理与工艺
初沉污泥 脱 水 机 房 匀 质 池 浓 缩 池 污 泥 泵 房
泥饼外运
剩 余 污 泥
沉 淀 污 泥 外排水 巴 氏 计 量 槽 接 触 消 毒 池 终 沉 池
回 流 污 泥 生 物 反 应 池
配 水 井
School of Environmental and Municipal Engineering Xi’an University of Architecture and Technology
内容提纲
一．污水处理基础知识 二．污水生物处理微生物基础知识 三．污水生物处理原理 四．污水生物处理工艺
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用以拦截大块的悬浮物或漂浮物，以保证后续构筑物或设备的正常工作。 格栅 有粗格栅、中格栅、细格栅等。 去除相对密度较大的无机颗粒。 沉砂池 有平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池等。 用于去除污水中可沉悬浮物。 初沉池 有平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池等。 利用微生物的新陈代谢降解污水中的有机污染物。 生化池 分好氧法和厌氧法.好氧法有活性污泥法、生物膜法、自然生物处理法等 将活性污泥与处理水分离、并将沉泥加以浓缩。 二沉池 有平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池等。
二、水处理中的主要微生物
（1）细菌
是水处理中的主力军，活性污泥中主要以菌胶团和丝状菌的 形态存在。 菌胶团是细菌的集团，有许多细菌和细菌分泌的粘性物质组 成的各种形态的集团，它能够吸附和分解水中的有机物，并为原生 动物、微型后生动物和藻类提供附着的场所。 丝状菌的特点是许多细菌集合在一起排列成丝状体，这类菌 对有机物分解能力强，但是系统中如果此类菌大量繁殖，引起污泥 膨胀，将会造成活性污泥沉降性能差，使出水水质恶化。
污水处理生物处理
污水处理生物处理污水处理是一项关乎环境保护和公共卫生的重要工作。
而在污水处理的过程中，生物处理起着至关重要的作用。
生物处理是利用微生物的代谢活动，降解和去除有机物的一种处理方法，是目前最为常见和有效的污水处理技术之一。
1. 生物处理原理生物处理的原理是利用微生物对污水中有机物进行降解，将有机物转化为无机物的过程。
在生物处理过程中，微生物通过吸附、吞噬、胞内降解等方式，将有机废物分解成二氧化碳和水等无害物质。
通过这种方式，污水中的有机成分得以有效去除，从而达到净化水质的目的。
2. 生物处理的种类生物处理根据不同的处理方式可以分为多种类型，包括生物滤池、活性池、生物膜反应器等。
生物滤池是利用生物膜的降解作用，将有机物质转化为无机物质的过程。
活性池则通过将水流经过生物体积，使得其中的微生物对有机物进行处理。
生物膜反应器则是通过在固定载体上生长的生物膜来对污水进行处理。
3. 生物处理的优点生物处理相较于其他污水处理方法具有许多优点。
首先，生物处理具有较低的运行成本，因为生物处理过程不需要额外添加大量化学试剂。
其次，生物处理过程对环境友好，不会产生二次污染。
而且，生物处理过程可实现资源的回收利用，例如通过厌氧消化还可以产生甲烷气，作为能源利用。
4. 生物处理的局限性尽管生物处理具有许多优点，但也存在一些局限性。
比如，生物处理需要一定的温度、PH值等条件才能正常运行，因此在极端环境下可能会受到影响。
此外，生物处理过程较为复杂，需要专业人员进行管理和维护，因此也增加了管理成本。
总的来说，生物处理作为污水处理中重要的一环，具有许多优点和局限性。
在未来的发展中，我们需要不断优化生物处理技术，提高处理效率，降低成本，以实现更加高效、环保的污水处理工作。
希望通过多方合作，我们能够共同努力，为改善环境质量和人类健康作出更大的贡献。
废水生化处理的原理与工艺
废水生化处理的原理与工艺一、废水生化处理的原理废水生化处理是基于微生物的生物降解作用来去除有机污染物。
废水中的有机物质可以作为微生物的营养源，微生物通过代谢作用将有机物质分解成较为简单的物质，如水、二氧化碳和微生物体。
废水生化处理主要包括以下原理：1.微生物降解：废水中的有机物质可以被微生物降解成较为简单的物质。
微生物通常包括细菌、真菌和原生动物等，它们利用废水中的有机物质作为碳源和能源进行生长繁殖，同时产生一些酶来降解有机污染物。
2.好氧降解和厌氧降解：废水生化处理可以分为好氧降解和厌氧降解两种方式。
在好氧条件下，微生物通过氧化废水中的有机物质来获得能量，产生二氧化碳和水。
而在厌氧条件下，微生物则在缺氧或无氧的环境中降解有机物质，产生二氧化碳、甲烷和硫化物等。
3.混合液中的微生物种类和数量：废水生化处理的效果与混合液中微生物种类和数量有密切关系。
一般情况下，通过调控混合液中微生物的种类和数量，可以提高废水处理的效率和稳定性。
可以通过投加活性污泥或者合成填料等方式来增加微生物的数量和种类。
二、废水生化处理的工艺1.活性污泥法：活性污泥法是废水生化处理的传统工艺，主要包括曝气池、第一沉淀池、生化池和第二沉淀池等单元。
曝气池通过强制通入空气来为微生物提供氧气，促进微生物的生长和降解有机物质。
在生化池中，有机物质被微生物消耗并降解，生成二氧化碳、水和生物体。
第一沉淀池用于沉淀一部分混合液中的固体物质，而第二沉淀池则用于进一步沉淀微生物。
沉淀后的污泥可以通过回流的方式再次进入生化池，延长微生物的生命周期。
2.膜生物反应器法：膜生物反应器法是近年来发展起来的一种废水生化处理工艺，主要包括MBR（膜生物反应器）和MBBR（移动床生物反应器）两种。
MBR通过在生化池内安装微孔膜，将废水与微生物有效分离，使废水中的微生物无法进入出流液中。
MBBR则通过在生化池内加入流态填料，提高微生物的附着和生长面积，从而增加废水的处理效果。
污水处理原理和工艺
一. 污水处理微生物降解原理1. BOD/COD某物质完全氧化所需要的氧量称为理论需氧量，这可以从物质的分子结构上分析计算而得到，任何一种物质理论上都可以被彻底氧化。
微生物降解污染物所需要的氧量小于或等于理论需氧量。
如果微生物消耗的氧气量与理论氧气量相当，说明污染物质能被微生物完全氧化降解，若消耗的氧气量小于理论需氧量时，则说明污染物质在该环境条件下不能被微生物完全氧化降解。
微生物实际消耗的氧量与理论需要量之间的比值可以用来表征污染物可被生物氧化降解的程度。
COD是污染物在化学氧化剂作用下被氧化分解所需要的氧量，当使用重铬酸钾作为强氧化剂时,COD值就近似等于污染物的理论需氧量。
BOD代表生物需氧量，即水中污染物质在微生物降解作用下消耗的氧量，是描述水体污染程度的指标。
通常采用5天培养法（BOD5）来测定BOD值，即5天时间内微生物降解有机物所消耗氧的量。
BOD或BOD5与COD的比值可用来定量的描述污染物质的生物降解性，比值的大小直接表明污染物生物降解性的高低。
2. 活性污泥法原理活性污泥法是利用微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团，大量絮凝和吸附废水中悬浮的胶体或溶解性污染物，并使这些物质进入细胞体内后，经代谢作用合成为微生物细胞组成物质，这些物质也能完全氧化为CO2和水等。
这些具有活性的微生物菌胶团或絮凝泥粒状的微生物群体构成了活性污泥。
活性污泥法就是以活性污泥为主体的废水处理法。
3. 生物膜法原理生物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成生物膜来处理废水的一种方法，是和活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，又称固定膜法。
生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物对被吸附的有机物的降解。
当生物膜增厚到一定程度时，由于受到水利冲刷而发生剥落，适当的剥落可使生物膜得到更新。
生物膜的外表层的微生物一般为好氧菌，因而称为好氧层。
内层因氧的扩散受到影响而供养不足，厌氧菌大量繁殖称为厌氧层。
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3、利用特定微生物生理类群处理：光合菌 4、利用自然生态系统处理：
土地处理系统净化法 5、利用固定化微生物或酶处理 6、利用工程菌处理
第二节 废水好氧生物处理的微生物学原理
一、好氧活性污泥法 1、概念： 活性污泥：指具有活性的微生物菌胶团
或絮状泥粒状的微生物群体。 2、活性污泥的微生物组成 细菌：主导作用 真菌 原生动物 后生动物
第十二章 废水生物处理的微生物学原理
第一节 废水生物处理的作用与类型 一、废水生物处理的作用 1、废水处理方法 物理法 化学法 生物法
2、废水处理的级别
一极处理：去除漂浮和悬浮物 二极处理：去除大量有机污染物 三极处理：去除含N、P和难降解有机物
二、废水微生物处理的类型
1. 好氧微生物处理： 活性污泥法 生物膜法 好氧塘法 2. 厌氧微生物处理 厌氧消化法 厌氧生物膜法 厌氧塘法
厌氧处理的核心是厌氧反应器
四、厌氧反应器的类型
普通消化池（AP） 厌氧接触反应器（ACP） 厌氧污泥床反应器（ASB） 厌氧固定膜反应器（厌氧过滤器，AF） 上流式厌氧污泥床反应器（UASB ）
上流式厌氧污泥床反应器 （UASB ）
基本结构 污泥床 悬浮污泥层 沉淀区 三相分离器
第三节 废水生物脱氮的微生物学原理
一、废水生物脱氮的微生物反应 有机氮的氨化作用 氨氮的硝化作用 硝氮的反硝化作用 主要作用是硝化作用和反硝化作用
二、废水生物脱氮的工艺
1、分级碳氧化、硝化、反硝化工艺 ——碳氧化——硝化——反硝化
2、结合碳氧化和硝化；分级反硝化工艺 ——碳氧化和硝化——反硝化
3、活性污泥法的工艺
4、活性污泥净化废水的机理
有机物的吸附与附聚 有机物的扩散传递 有机物的分解与生物体的合成
5、活性污泥的膨胀
1、非丝状细菌引起 2、丝状细菌引起
成因： 废水浓度过高时，缺氧抑制菌胶团细菌的
生长，促进耐低氧的球衣细菌繁殖。 废水浓度过低时，缺养料抑制菌胶团细菌
的生长，促进丝状细菌过度生长。
ห้องสมุดไป่ตู้
3、生物膜净化污水的原理
第三节 废水厌氧生物处理的微生物学原理
一、废水厌氧生物处理适用范围 一般BOD5超过1500mg/L时，应采用厌氧
处理。
二、厌氧处理的微生物机理
碳水化合物、蛋白质、脂类
简单溶解性有机物
发酵
脂肪酸、醇类、有机酸
H2、CO2
产氢产乙酸 同型产乙酸
乙酸
CH4、CO2
三、厌氧处理的工艺
3、结合碳氧化、硝化、反硝化工艺 ——碳氧化、硝化、反硝化
四、A/O生物脱氮工艺
第四节 废水生物除磷的微生物学原理
一、微生物学原理 聚磷细菌的过度摄磷作用 二、废水生物除磷的工艺
A/O生物除磷工艺
对策与措施
调控环境条件： 控制溶解氧，控制有机负荷， 补充微量元素。
调控细菌代谢： 改革工艺，利用生物选择器。
二、好氧生物膜法
1、生物膜法:有生物滤池、生物转盘、生物 接触氧化池和生物流化床。
2、生物膜的微生物组成 生物膜生物：菌胶团细菌为主，辅以浮游
球衣菌和藻类。 生物膜面生物：固着型和游泳型纤毛虫 滤池扫除生物：轮虫、纤毛虫和寡毛虫