现代微生物技术在废水处理中的应用.docx

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现代微生物技术在废水处理中的应用

摘要

从人类的诞生开始就存在着人与环境的对立统一关系。

从古至今，随着人类社会的发展，环境问题也在发生着变化。

当今社会的环境污染问题严峻地摆在人类面前，已经成为关系着人类生死存亡的关键因素之一。

环境污染问题包括许多方面，本论文只涉及有机废水污染。

水是生命之源，所以，治理水污染已经迫在眉睫，但由于传统的化学治理方法非常的耗时耗力，还容易引起二次污染，这就需要现代生物学的支持，才能更加安全环保的解决有机废水的污染。

依靠现代微生物学可以安全环保高效的处理有机废水，其处理原理包括好氧生物处理和厌氧生物处理，通过微生物的生理代谢，可以把有机废水中的污染物分解为CO2、H2O和各种无机盐，从而达到处理有机废水的作用。

废水生物处理的一般过程为絮凝作用、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。

其中起到分解作用的微生物集合称作活性污泥，利用活性污泥还可以制作高效降解菌种。

活性污泥的组成是一些菌胶团菌、丝状菌、真菌、原生动物和微型后生动物，其中每一种微生物都起到很大的作用。

论文中还以一个处理含酚污水的微生物制剂实验来生动的体现微生物处理废水的全过程以及高效降解菌种的生产过程，从这个实验中可以体现对于微生物实验的各种操作以及注意事项，其中包括采样、富集培养、菌种的分离纯化以及所得微生物的理化分析。

最后，在微生物处理废水的基础上，结合了现代生物学技术，比如细胞固定化技术、原生质体固定化技术和固定化细胞柱（生物反应器），这样就大大加强了微生物处理废水的速率和后续处理的过程，当然，这些技术不是非常的成熟，虽然试验成功，但任然有许多不足之处，还需要不断地努力和改进。

关键词：

环境、环境问题、环境污染、有机废水、微生物、絮凝、沉淀、吸附、氧化、活性污泥、分离、纯化、现代生物学、生物反应器

Abstract

Fromthebeginning,thebirthofhumanthereisunityofoppositesbetweenpeopleandtheenvironment.Sinceancienttimes,withthedevelopmentofhumansociety,theenvironmentischanging.Environmentalpollutionproblemsintoday'ssocietyplacedinthehumanfaceofsevere,lifeanddeathofhumanrelationshasbecomeakeyfactor.Environmentalpollutionproblemsinvolvesmanyaspects,thisstudyinvolvesonlytheorganicwastewaterpollution.Wateristhesourceoflife,sothewaterpollutionaroundthecorner,butbecauseofthetraditionalchemicalcontrolmethodisverytime-consumingandlabor-intensive,butalsoeasilyleadtosecondarypollution,whichrequiresthesupportofmodernbiology,thesolutioncanbemoresecureenvironmentwastewaterpollution.CansafelyrelyonModernEnvironmentalMicrobiologyandefficienttreatmentoforganicwastewater,thetreatmentprinciplesincludeaerobicbiologicaltreatmentandanaerobicbiologicaltreatment,bymicrobialmetabolism,candecomposeorganicpollutantsinwastewatertoCO2、H2Oandavarietyofinorganicsalt,soastoachievetheroleoforganicwastewatertreatment.Generalprocessofbiologicaltreatmentfortheflocculation,adsorption,oxidationandprecipitation.Whichplayaroleinthemicrobialdecompositionofthecollectioniscalledactivatedsludge,activatedsludgecanbemadeuseofdegradingbacteria.Thecompositionofactivatedsludgefloc,somebacteria,filamentousbacteria,fungi,protozoaandmicro-metazoans,eachofwhichmicro-organismshaveplayedasignificantrole.Paperalsothetreatmentofphenolwastewaterbyamicrobialagentvividmanifestationofexperimentsthewholeprocessofmicrobialtreatmentofwastewaterandtheproductionofdegradingstrainsfromthisexperimentcouldreflectthevariousoperationsforthemicrobiologyexperimentandprecautions,includingincludingsampling,enrichmentculture,strainsofmicroorganismsisolatedfromthephysicalandchemicalpurificationandanalysis.Finally,onthebasisofmicrobialtreatmentofwastewater,combinedwithmodernbiologicaltechnology,suchascellimmobilizationtechniques,protoplastimmobilizationandimmobilizedcellcolumn（bioreactor）,thusgreatlyenhancingtherateofmicrobialtreatmentofwastewaterandsubsequenttreatmentoftheprocess,ofcourse,thesetechniquesarenotverymature,althoughthetrialissuccessful,butanycoursetherearemanyshortcomings,butalsorequiresconstanteffortandimprovement.

Keywords:

environment,environmentalproblems,environmentalpollution,organicwaste,microorganisms,flocculation,sedimentation,adsorption,oxidation,activatedsludge,separation,purification,modernbiology,bio-reactor

目录

摘要-1-

Abstract-2-

目录-4-

第一章绪论-5-

1、1相关概念-5-

1、2废水微生物处理的分类-5-

1、3废水微生物处理的特点-7-

第二章污水处理-8-

2、1污水处理的分类-8-

2、2污水处理常用设备-9-

2、3污水处理常用工艺技术-10-

2、4国内与国外污水处理技术介绍-12-

第三章污水处理的法宝——活性污泥-16-

3、1活性污泥简介-16-

3、2活性污泥机理、影响因素及处理-17-

3、3活性污泥的培养、驯化以及分析处理-20-

3、4活性污泥法的基本流程-21-

第四章固定化细胞与废水微生物治理-23-

4、1固定化细胞的制备方式和载体-23-

4、2固定化微生物细胞在废水处理中的应用-24-

4、3固定化微生物细胞技术在废水处理中的应用前景-26-

结论-27-

致谢：

-28-

参考文献-29-

第一章绪论

1、1相关概念

1、环境污染：

人类活动产生的有害物质或因子进入环境，引起环境系统的结构与功能发生变化，危害人体健康和生物的生命活动的现象。

2、水污染：

污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水中，使水质和底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，降低了水体的使用价值和功能的现象。

3、微生物：

是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。

涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。

4、废水处理：

采用物理、化学、生物等方法对排放的废水进行处理，使其水质符合国家（或地区）规定的排放标准或达到再利用要求的工艺。

5、环境微生物学：

是重点研究污染环境中的微生物学，是环境科学中的一个重要分支，是20世纪60年代末兴起的一门边缘学科，它主要以微生物学本学科的理论与技术为基础，研究有关环境现象，环境质量及环境问题，与其他学科如土壤微生物学，水及污水处理微生物学，环境化学，环境地学，环境工程学等学科互相影响，互相渗透，互为补充。

环境微生物学研究自然环境中的微生物群落，结构，功能与动态；研究微生物对不同环境中的物质转化以及能量变迁的作用与机理，进而考察其对环境质量的影响。

6、废水生物处理：

废水生物处理是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。

废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。

1、2废水微生物处理的分类

废水生物处理技术常采用的方法有厌氧生物处理法、活性污泥法、生物膜法、氧化塘法。

1、厌氧生物处理法

　　此法主要用于处理污水中的沉淀污泥，又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。

这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。

厌氧生物处理过程分为3个阶段：

第一阶段水解酸化，在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸；第二阶段产酸，在产酸菌的作用下将第1阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等，同时生成二氧化碳和新的微生物细胞；第三阶段产甲烷，在甲烷菌的作用下将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳。

处理后的污泥所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。

2、活性污泥法

　　活性污泥法是一种应用最广、工艺比较成熟的废水生物处理技术。

它利用含有好氧微生物的活性污泥，在通气条件下，使污水净化的生物学方法。

根据曝气方式的不同。

分为普通曝气法、完全混合曝气法、逐步曝气法、旋流式曝气法和纯氧曝气法。

活性污泥法不仅用于处理生活污水、而且在印染、炼油、石油化工、农药、造纸和炸药等许多工业废水处理中，都取得很好的净化效果

活性污泥中的微生物以细菌为主，还包括真菌、藻类、原生动物等。

此法最大的弱点是产生大量的剩余污泥，剩余污泥已成为令人头疼的难以解决的疑难问题，研究开发从源头上不产生或少产生污泥的污水处理技术成为研究的热点。

3、生物膜法

　　生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。

生物膜是微生物高度密集的物质，是由好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物等组成的生态系统，主要用于去除废水中呈溶解的和胶体状有机污染物

根据不同的理装置，又分为生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化池法、流化床生物膜法、悬浮颖粒生物膜法等。

它广泛应用于石油、印染、造纸、农药、食品等工业废水的处理。

它具有不存在污泥膨胀问题；对废水水质、水量的变化有较好的适应性；剩余污泥量少等优点。

4、氧化塘法

　　又称生物塘法或稳定塘法，是利用一些适宜的自然池塘或人工池塘，由于污水在塘内停留的时间较长，通过水中的微生物代谢活动可以将有机物降解，从而使污水得到净化的一种方法。

在氧化塘中，废水中的有机物主要是通过有机菌藻共生作用去除的

　　氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用，3种作用互相影响。

氧化塘的效率较低，并需要较大的空间位置，氧化有机物所需的氧气来源常不足，引起氧化作用不完全，因而常常产生较大的臭味。

由于它是一个开放系统，所以它的处理效率受季节温度波动的影响很大，这种处理系统只能在温暖的地方使用。

1、3废水微生物处理的特点

废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方法。

其主要特征是应用微生物特别是细菌，并在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单的无机物。

　　与物理化学方法相比，废水生物处理技术具有一系列的特点：

由于污染物的生化转化过程不需要高温高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成，因此，处理费用低廉；对废水水质的适用面宽；废水生物处理法不加投药剂，可以避免对水质造成二次污染。

另外，生物处理效果良好，不仅去除了有机物、病原体、有毒物质，还能去除臭味，提高透明度，降低色度等。

第二章污水处理

污水处理：

为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。

污水处理被广泛应用于建筑、农业,交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

2、1污水处理的分类

按污水来源分类：

污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。

生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水,是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：

①漂浮和悬浮的大小固体颗粒；②胶状和凝胶状扩散物；③纯溶液。

按污水的性质来分：

水的污染有两类：

一类是自然污染；另一类是人为污染。

当前对水体危害较大的是人为污染。

水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。

污染物主要有：

（1）未经处理而排放的工业废水；

（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。

按处理程度划分：

可以分为一级、二级和三级处理。

一级处理：

主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。

经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。

一级处理属于二级处理的预处理。

二级处理：

主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD，COD物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。

三级处理：

进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。

主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。

　　整个过程为通过粗格栅的原污水经过污水提升泵提升后，经过格栅或者筛率器，之后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，以上为一级处理（即物理处理），初沉池的出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物膜法，（其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床），生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。

二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用。

2、2污水处理常用设备

离心机

离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开（例如从牛奶中分离出奶油）；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。

污泥脱水机

污泥脱水机特点是可自动控制运行,连续生产,无级调速,对多种污泥适用,适用于给水排水,造纸,铸造,皮革,纺织,化工,食品等多种行业的污泥脱水。

曝气机

曝气机是通过散气叶轮，将“微气泡”直接注入未经处理的污水中，在混凝剂和絮凝剂的共同作用下，悬浮物发生物理絮凝和化学絮凝，从而形成大的悬浮物絮团，在气泡群的浮升作用下“絮团”浮上液面形成浮渣，利用刮渣机从水中分离；不需要清理喷嘴，不会发生阻塞现象。

本设备整体性好，安装方便，节省运行费用与占地面。

微滤机

微滤机是一种转鼓式筛网过滤装置。

被处理的废水沿轴向进入鼓内，以径向辐射状经筛网流出，水中杂质（细小的悬浮物、纤维、纸浆等）即被截留于鼓筒上滤网内面。

当截留在滤网上的杂质被转鼓带到上部时，被压力冲洗水反冲到排渣槽内流出。

运行时，转鼓2/5的直径部分露出水面，转数为1-4r/min，滤网过滤速度可采用30-120m/h，冲洗水压力0.5-1.5kg/cm2，冲洗水量为生产水量的0.5-1.0%，用于水库水处理时，除藻效率达40-70%，除浮游生物效率达97-100%。

微滤机占地面积小，生产能力大（250-36000m3/d），操作管理方便，已成功地应用于给水及废水处理。

气浮机

气浮机是利用涡流泵的搅拌功能，将难以溶解于水中的气体或两种以上不同液体高效加压混合，产生的微细气泡粒径20-50微米。

搅拌技术大大简化传统的搅拌工艺，不仅可以实现设备的小型化，还节省投资和运转成本。

2、3污水处理常用工艺技术

化学强化生物除磷污水处理工艺

污水处理过程中，我国的主要河流和湖泊由于受磷污染，富营养化严重，国家环保局为控制磷污染，对磷排放制定了比较严格的标准。

化学强化生物除磷污水处理工艺以除去污水中有机污染物和各种形态的磷为主，此污水处理工艺将化学除磷和生物除磷一体化，通过厌氧消化生物系统中活性污泥产生挥发性有机酸，作为聚磷菌生长的基质或称之为营养物，使聚磷菌在活性污泥中选择性增殖，并将其回流到生物系统中，使生物污水处理系统工作在高效除磷状态；同时污泥在厌氧条件下产生的磷释放，通过化学除磷消除。

这是一种高效市政污水处理工艺技术，满足了我国现阶段，为解决水体富营养化，需要在常规二级污水处理基础上进一步除磷的要求。

循环间歇曝气污水处理工艺

我国经济发展水平各地相差较大，经济发展滞后的城市还不能拿出很多资金用于污水治理，因此，怎样利用有限的资金，降低环境污染，是很多城市政府面临的问题。

在污水处理方面，直到不久前，一些城市还采用一级或一级强化处理工艺技术，出水达不到国家二级排放标准对除去有机污染物的要求。

循环间歇曝气工艺充分发挥高负荷氧化沟处理效率高的优点，又充分利用序批式活性污泥污水处理工艺出水好的特点，保证了系统出水达到国家污水排放一级标准在除去有机污染物方面的要求。

在投资和运行费用上比通常以除去有机污染物为主的二级生物污水处理系统降低３０％左右，是适合我国现阶段污水处理要求的工艺技术。

旋转接触氧化污水处理工艺

　　旋转接触氧化污水处理工艺技术是在生物转盘技术基础上，结合生物接触氧化技术优点发展起来的新一代好氧生物膜处理技术。

旋转接触氧化污水处理工艺技术和成套设备提供了一种简单和可靠的污水处理方法。

整个污水处理系统中的转轴是唯一的转动部分，一旦机器出了故障，一般机械人员都可以进行维修。

系统生物量会根据有机负荷的变化而自动补偿。

附在转盘上的微生物是有生命的，当污水中的有机物增加时，微生物随之增加，相反，当污水中的有机物减少时，微生物随之减少。

所以这污水处理系统的工作效果不容易受到流量和负荷的突然变化和停电的影响。

运行费用低，只有其他曝气污水处理系统耗电的八分之一到三分之一。

占地面积仅相当常规活性污泥法一半。

由于生物系统中生长的微生物种类多，能够高效处理各种难降解工业污水。

连续循环曝气系统工艺

　　连续循环曝气系统工艺（ContinuousCycleAerationSystem）是一种连续进水式SBR曝气系统。

污水处理工艺CCAS是在SBR（SequencingBatchReactor，序批式处理法）的基础上改进而成。

CCAS污水处理工艺对污水预处理要求不高，只设间隙15mm的机械格栅和沉砂池。

生物处理核心是CCAS反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达标排放。

　　污水处理工艺CCAS上独特的优势：

（1）曝气时，CCAS污水处理的污水和污泥处于完全理想混合状态，保证了BOD、COD的去除率，去除率高达95%。

（2）“好氧-缺氧”及“好氧-厌氧”的反复运行模式强化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率达80%以上，保证了出水指标合格。

　　（3）沉淀时，整个CCAS反应池处于完全理想沉淀状态，使出水悬浮物极低，低的值也保证了磷的去除效果。

　　CCAS污水处理工艺的缺点是各池子同时间歇运行，人工控制几乎不可能，全赖电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。

曝气生物滤池生活污水处理工艺流程

　　污水处理工艺流程简介：

曝气生物滤池，就是在生物滤池处理装置中设置填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物。

这种污水处理工艺流程装置由滤床、布气装置、布水装置、排水装置等组成。

曝气装置采用配套专用曝气头，产生的中小气泡经填料反复切割，达到接近微控曝气的效果。

由于反应池内污泥浓度高，处理设施紧凑，可大大节省占地面积，减少反应时间。

城市污水SPR除磷工艺

　　污水处理工艺流程简介：

水体富营养化主要原因是人类向水体排放了大量的氨氮和磷，磷是水体富营养化的最主要因素。

纵观国内污水处理流程工艺，除磷技术一直是困扰污水处理厂运行的难题。

传统的物化除磷技术需要大量的药剂，具有运行成本高、污泥产量大的缺点；前置厌氧的生物除磷工艺具有运行费用低的优点，但是由于完全依赖于微生物的摄磷、释磷作用，难以达到国家污水处理工艺流程的要求。

当考虑中水回用时，则更难达到要求。

A/O生物滤池污水处理工艺流程

　　污水处理工艺流程简介：

由于我国