2014环保工程师考点解析及强化训练

污水生物处理根据是否需要氧气分为好氧处理和厌氧处理两大类。低浓度有机废水处理常采用好氧生物处理法。高浓度有机污水和污泥的处理，常采用厌氧生物处理法。根据微生物在构筑物中存在状态分为活性污泥法（悬浮状态）和生物膜法（固着状态）。

1.好氧活性污泥

（1）好氧活性污泥的组成和性质 活性污泥99%以上由微生物组成，主要是细菌，其在数量和功能上占绝对优势。细菌形成菌胶团构成活性污泥的中心，在其上生长其他类微生物（如酵母、霉菌、放线菌、原生动物、后生动物等）。

好氧活性污泥在完全混合式的曝气池内，所以基本上处于均匀分布，从曝气池的任何一点取得的活性污泥，其微生物群落基本相同。

（2）好氧活性污泥中微生物的浓度 好氧活性污泥中微生物的浓度常用1L活性污泥混合液中含有恒重的干固体即MLSS（混合液悬浮固体）表示，或用1L活性污泥混合液中含有恒重、干的挥发性固体即MLVSS（混合液挥发性悬浮固体）表示。单位为mg/L。

（3）丝状菌引起的污泥膨胀 正常污泥中菌胶团细菌和丝状菌，保持平衡。而由于丝状微生物过量生长造成的活性污泥沉降速度慢和结合不紧的现象，称为丝状菌污泥膨胀。丝状细菌、放线菌、霉菌属于丝状微生物，它们中的某些种类常会引起污泥膨胀。

丝状膨胀的控制可以从以下几方面考虑：溶解氧的控制，活性污泥中菌胶团细菌，绝大多数严格好氧。而丝状微生物，微好氧条件也可正常生长。在氧气不足时，丝状菌的竞争力更大，容易过量生长。所以要保持较高溶解氧，以防止丝状菌过量生长；污泥负荷率的控制，应保持在正常运行范围，过高会带来溶解氧减少，导致丝状菌大量繁殖；营养比例的控制，N、P营养不足时，丝状菌由于比表面积大，利于其与菌胶团细菌争夺营养，故生长容易占优势。所以N、P营养要充足；加氯、臭氧、过氧化氢等，可以杀死伸出活性污泥外的丝状微生物，起到控制膨胀的目的；投加混凝剂，也可以增加污泥的絮凝作用。

2.好氧生物膜

污水与滤料或载体流动接触，经过一段时间后，后者的表面将会形成一种膜状污泥，即生物膜。图11-32所示是附着在生物滤池滤料上的生物膜的结构。

图11-32 生物膜的结构

（1）好氧生物膜的结构 如图11-32所示，在生物膜内外、生物膜与水层之间进行着多种物质的传递过程。空气中的氧首先溶解于流动水层中，再通过附着水层传递给生物膜中的微生物；有机污染物则通过流动水层传递给附着水层，然后提供给生物膜中微生物的代谢降解，使污水在流动过程中逐渐得以净化；代谢产物如H₂O、CO₂及厌氧层分解产物如H₂S、NH₃等气态代谢产物则被排入水中或大气中。

（2）好氧生物膜中的微生物群落及其功能 以生物滤池为代表说明生物膜中的微生物群落及其功能。普通生物滤池内生物膜微生物自内向外分别是生物膜生物、膜面生物、扫除生物。生物膜生物以菌胶团为主，起净化功能。生物膜面生物主要是以固着型和游泳型纤毛虫为主，它们起促进净化速度，提高滤池整体处理效率的功能。滤池扫除生物以轮虫、线虫、寡毛类、蝇类幼虫等为主，它们起去除滤池内的污泥，防止污泥积聚和堵塞的功能。

生物膜微生物自上而下分布也是不同的。上层：有机物浓度高菌胶团（腐生细菌为主），少量鞭毛虫。中层：菌胶团、鞭毛虫、变形虫、豆形虫为主。下层：有机物浓度低，水质好，故菌胶团（自养菌为主）、固着型纤毛虫、轮虫为主。

3.厌氧消化

（1）厌氧消化的微生物学过程（四阶段发酵理论）

1）水解发酵阶段（第一阶段）：参与的细菌为水解性和发酵性细菌。水解性细菌主要起水解大分子有机物为小分子水解产物的目的。发酵型细菌将水解性细菌的水解产物发酵生成有机酸、醇等。水解和发酵性细菌有专性厌氧的，也有兼性厌氧的。

2）产氢产乙酸阶段（第二阶段）：参与的细菌为产氢和产乙酸细菌，它们将第一阶段的产物有机酸、醇转化成乙酸、H₂和CO₂。

3）产甲烷阶段（第三阶段）：参与的细菌为产甲烷细菌。甲烷的生成有两种主要途径：①将乙酸直接转变为CH₄和CO₂。②将H₂和CO₂转化成CH₄和H₂O。其中，途径①为主要途径，有72%的甲烷来自这种途径。28%的甲烷由途径②产生。

4）同型产乙酸阶段（第四阶段）：参与的细菌为同型产乙酸细菌，它们将H₂和CO₂转变为乙酸。

（2）参与厌氧消化过程的微生物及其生理特征 厌氧生物处理过程是一个连续的微生物学过程，参与厌氧消化的微生物类群总体上可分为两大类，即包括发酵细菌、产氢产乙酸菌以及同型产乙酸菌在内的非产甲烷菌和产甲烷菌。这些微生物因其生理功能的差别，在厌氧生物处理过程中所发挥的作用也各不相同。

1）非产甲烷细菌。非产甲烷细菌常称为产酸菌，它们能将有机底物通过发酵作用产生挥发性有机酸（VFA）和醇类，常使处理构筑物中混合液的pH处于较低的水平。

①发酵细菌群。发酵细菌主要参与复杂有机物的水解，并通过各种发酵如乙醇发酵、乙酸发酵等将水解产物转化为乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等挥发性有机酸及乙醇、CO₂、H₂等。(www.xing528.com)

②产氢产乙酸菌。产氢产乙酸细菌可将发酵细菌产生的挥发性有机酸和醇转化为乙酸、H₂和CO₂。

③同型产乙酸菌。同型产乙酸菌可将H₂和CO₂或CO²₃-通过还原过程转化为乙酸。

2）产甲烷细菌。产甲烷细菌利用有机或无机物作为底物，在厌氧条件下转化形成甲烷。而甲烷氧化细菌则以甲烷为碳源和能源，将甲烷氧化分解成CO₂和H₂O。

产甲烷菌生理特征主要表现在五个方面：①专性厌氧。②生长缓慢。③对环境变化非常敏感。④产甲烷细菌属古细菌。⑤产甲烷细菌分离培养比较困难。

（3）废水厌氧生物处理的工艺条件及其控制 参加厌氧消化作用的混合菌种主要分为发酵（产酸）性菌和产甲烷细菌，由于它们各自要求的生活条件不同，因此，控制好厌氧生物处理的工艺条件，是维持厌氧消化过程正常进行的关键。

1）严格厌氧条件。这是最关键的条件，所以必须修建严格密闭的构筑物或反应器，以保证厌氧消化过程正常进行。

2）营养条件。和其他废水生物处理技术一样，厌氧生物处理工艺的正常运转是建立在系统内微生物的生长代谢基础之上的，因此欲取得较佳的处理效果，必须给微生物提供生长必需的营养条件，任何一种营养源的不足，都会严重影响微生物的生长，威胁系统的正常运行。

3）温度。水温的变化对微生物细胞的增殖、内源代谢过程和群体组成的变化，以及污泥沉降性能都有很大的影响。由于中温性细菌（尤其是产甲烷菌）种类多，易于培养驯化，活性高，因此厌氧处理常采用中温消化。

4）pH值。产甲烷细菌的最适pH值是6.5～7.5，pH值大于8.2或小于6都将影响产甲烷菌的活性。

5）搅拌。搅拌对于厌氧反应器功能的正常发挥是非常重要的。如果不搅拌，池内会明显地呈现分层，出现浮渣层、液体层、污泥层。这种分层现象将导致原料发酵不均匀，出现死角，产生的甲烷难以释放。

（4）原生动物及微型后生动物在污水生物处理过程中的作用

1）净化作用。原生动物和后生动物的营养类型多样，大多数是动物性营养，它们吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小的生物，直接或间接地去除了水中的有机物，对净化水质起积极作用。由于原生动物的数量和代谢途径次于菌胶团，净化作用不及菌胶团大。然而，原生动物和微型后生动物吞食食物是无选择的，吞食量不影响整体的净化效果，所以适量存在不会危及净化作用。

2）促进絮凝和沉淀作用。污水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在，由于原生动物分泌一定的黏液物协同和促使细菌发生絮凝作用。如在弯豆形虫浓度低时，细菌不起絮凝作用；当弯豆形虫浓度增加，细菌产生絮凝作用；弯豆形虫浓度进一步增加，就形成很大的细菌絮体。

3）指示作用。原生动物及微型后生动物的指示作用表现为以下三方面：

①根据原生动物和微型后生动物的演替，如图11-33所示，可判断水处理程度。原生动物和微型后生动物与活性污泥培养成熟程度的关系见表11-2。运行初期以植物性鞭毛虫、肉足类为主；中期以动物性鞭毛虫、游泳型纤毛虫为主；后期以固着型纤毛虫（如钟虫等）、轮虫为主，表明活性污泥成熟。

表11-2 原生动物和微型后生动物与活性污泥培养成熟程度的关系

②根据原、后生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。如固着型纤毛虫的钟虫属、累枝虫属、轮虫等出现，说明活性污泥正常，出水水质好。动物性鞭毛虫、游泳型纤毛虫等出现表明污泥结构松散，出水水质差。当线虫出现说明缺氧。

③根据原生动物个体形态变化，判断进水水质变化和运行中出现的问题。当进水中营养不足，含有毒物质，运行中温度、pH、溶解氧等发生变化都会带来原生动物的形态改变。如形成胞囊、钟虫由裂殖变为接合生殖等。

图11-33 水体自净过程中原生动物的演替

1—肉足类 2—植物性鞭毛虫 3—动物性鞭毛虫 4—吸管虫 5—游泳型纤毛虫 6—细菌 7—固着型纤毛虫 8—轮虫