活性污泥丝状膨胀和丝状膨胀控制对策等.ppt

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1、环境工程微生物学第二十二讲,第二篇 第三章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理(2),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第二节 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化，比重减轻，SVI(污泥体积指数,是表示污泥沉降性能的参数)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，使出水有机物浓度增高，这一现象称为污泥膨胀。污泥膨胀有两种：丝状膨胀丝状细菌引起；菌胶团膨胀非丝状细菌引起。都可用SVI衡量，当SVI大于200ml/g时表示发生膨胀，小于200为正常，通常在50-150，

2、最好是100。,一、活性污泥丝状膨胀的成因（一）活性污泥线状膨胀的致因微生物 最常出现的有10几种，如诺卡氏菌、微丝菌、浮游球衣菌、发硫菌等。除了常见的丝状细菌外，也包括某些放线菌、丝状真菌以及在一定生活阶段或一定条件下，菌体能集合成链状的芽孢杆菌属、埃希氏菌属、黄杆菌属、假单胞菌属的某些菌株。,（二）活性污泥丝状膨胀的成因1、温度：菌胶团细菌如动胶菌最适生长温度28-30，浮游球衣菌是25-30，两者差别不大，但浮游球衣菌是微量好氧能竞争生长。,2、溶解氧 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0.5mg/L时生长最好。3、可溶性有机物及

3、其种类 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，使丝状细菌大量生长。,4、有机物浓度（有机负荷）浮游球衣菌较能适应贫营养的生长条件，在C、N含量较低的条件下能良好生长。在生活污水和食品类有机废水中BOD5100-200mg/L，浮游细菌可呈优势生长，数量超过60%，使污泥发生膨胀。动胶菌适于营养较丰富的条件，对碳源利用率高，C：N大于10呈絮状生长，小于10-5则分散生长。,（三）活性污泥丝状膨胀的机理 表面积/容积比假设：在单位体积中，丝状细菌的表面积与容积比较菌胶团细菌大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，大量生长成为优势菌引起活

4、性污泥膨胀，两者的优势竞争在于以下方面：,1、对溶解氧的竞争：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，利于丝状细菌的优势生长。,2、可溶性有机物的竞争：低分子糖类和有机酸利于丝状细菌的生长,4、有机物冲击负荷的影响 如果曝气池中有机物浓度突然增加，供氧量不变，由于好氧生物的呼吸作用迅速消耗溶解氧，利于丝状细菌的生长。,3、对C、N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养物，更进一步抑制动胶菌的生长。,1、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

5、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根本在于控制引起丝状细菌过度生长的环境因子。,3、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）、S

6、BR（序批式间歇曝气反应器）法等。,第三节 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。,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

7、（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。,当废水有机物浓度较高时（一般BOD5大于1500mg/L），一般的活性污泥和生物膜法都难以处理只有采用厌氧消化法解决。,优点：1、处理1kg COD可产生0.35m3甲烷沼气2、处理设备负荷高，占地少3、

8、对营养物的需求量少：COD：N：P=350-500：5：1,相比而言对N、P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4、运行经费经济，污泥量少。,不足：1、处理时间长；2、出水的有机物浓度高于好氧处理；3、处理过程中产生臭气和有色物质4、对温度变化和有毒物质较为敏感,废水,调节池,热交换器,37,厌氧活性污泥反应器,沉淀池,出水,回流污泥,剩余污泥,一、厌氧消化甲烷发酵,工艺：,消化池：单级低效、单级高效、两级（相）消化,2级(平流沉淀+厌氧污泥消化),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（UASB）。,微生物群落：分解蛋白质、

9、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,（一）甲烷发酵理论与机制 甲烷发酵一般分四个阶段：1、水解阶段：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。微生物群落主要是水解、发酵性细菌。2、产乙酸阶段：前一阶段产物被产乙酸细菌转化为乙酸、H2、CO2。微生物群落为产氢产乙酸细菌，碳酸盐还原菌。3、产甲烷阶段：两种途径。一是氢的氧化和二氧化碳还原成甲烷，占28%，二是乙酸盐裂解，剩下的甲基还原为甲烷，占72%。4、同型产乙酸阶段：由同型产乙酸细菌将H2、CO2转化为乙酸。,3产甲烷,3产甲烷,产甲烷机制：1、酸和醇的甲基形成甲烷：CH3COO

10、H CH4+CO2 4CH3OH 3CH4+CO2+2H2O,3、水还原脂肪酸产生CH4 2C3H7COOH+CO2+2H2O CH4+4CH3COOH,2、由醇的氧化使CO2还原成CH4、有机酸 2CH3CH2OH+14CO2 14CH4+2CH3COOH 2C3H7CH2OH+14CO2 14CH4+2C3H7COOH,4、H2还原CO2为CH4 4H2+CO2 CH4+2H2O5、H2或H2O将CO还原为CH4.3H2+CO CH4+H2O 2H2O+4CO CH4+3CO2,（二）厌氧活性污泥的培养,1、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。2、驯化与

11、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。,成熟的厌氧活性污泥呈颗粒状，也称颗粒污泥。由于产甲烷菌生长速度慢，所以颗粒污泥驯化、培养时间较长。,3、颗粒污泥的组成与性质 微生物组成：水解菌、发酵菌、产乙酸菌、产甲烷菌（氢营养型、乙酸营养型）、厌氧原生动物，这些微生物在颗粒污泥内生长、繁殖，相互提供营养，菌丝交错相互接合形成复杂的菌群结构。,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：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。,化

12、学性质：一般含碳40.5%，氢7%，N-10%（1）无机灰分 含量因生长基质的不同差异较大，8-66%。灰分的增加将提高颗粒污泥密度，过高导致孔隙率降低，主要元素有Fe、Ca、Si、P、S，Ca可促进颗粒化形成。（2）胞外多聚物 在一些细菌表面常有一层薄薄的粘液层，即胞外多聚物，主要是胞外聚多糖和蛋白质，与好氧污泥分泌物不同（碳水化合物），但好氧产量高4-7倍。ECP与颗粒污泥的形成有密切关系，可以改变细菌的表面电荷和能量引起细菌的凝聚。,4、颗粒污泥的形成机制 颗粒的形成过程由多个阶段组成：细菌与基体（细菌、有机无机材料）的吸引粘连过程；微生物聚集体的形成；成熟污泥的形成。,细菌与基体的吸引

13、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。Ca2+、Mg2+的电荷中和作用以及ECP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ECP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。,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，形成颗粒污泥。,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：含有厌氧降解过程中的所有细菌两相厌氧消化法：废水处理在两个不同的反应器中依次完成：进行水解和酸化的酸化反应器、产乙酸和产甲

14、烷的甲烷反应器。不同反应器中，污泥细菌的组成区别很大。前者中基本是水解发酵菌、少量产甲烷菌；后者主要是产甲烷菌和少量产氢产甲烷菌。,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。,目前可用于有机废水处理的PSB主

15、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a、b和类胡萝卜素，使细胞呈棕红、淡红或紫红色。,PSB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,优点：（1）有机负荷高（2）设备规模小，占地面积小（3）易于管理（4）除氮效果好（5）产生的菌体可以综合利用,缺点：（1）需要不断添加菌体（2）菌体细胞自然沉降困难（3）出水还需进一步处理,三、

16、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。,去除硫酸盐的微生物处理：SRB法。利用SRB的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成硫化氢，从水中溢出，用盛有氢氧化钠的吸收塔吸收硫化氢。,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P322 9、10、11、12,