第九章 水环境污染控制
与治理的生态工程及微
生物原理
一、好氧活性污泥法
（一）好氧活性污泥中的微生物
1,好氧活性污泥的组成和性质
好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微
生物（兼有少量厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机
固体物混凝交织在一起所形成的 絮状体。
废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分
为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态
或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物
膜是净化污（废）水的工作主体。
第一节 污废水生物处理中的生态系统
（ 1）组成,微生物（好氧、兼性及少量厌氧） + 固体杂质
（有机和无机）
（ 2）性质：絮状，大小为 0.02-0.2mm，比表面积在 20-
100cm2/ml；
颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关；
含水率在 99%，比重 1.002-1.006，具有沉降性能；
pH在 6-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。
2．好氧活性污泥的存在状态
在完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在，均匀分布；在推
流式曝气池内，随推流方向而有变化。
3．好氧活性污泥的微生物群落
好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团。在其上面生长
有其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及
微型后生动物等。
4．好氧活性污泥中微生物的浓度和数量
常用 MLSS（混合液悬浮固体）或 MLVSS（混合液挥发性
悬浮固体）来表示。 一般城市污水处理中,MLSS在 2000-
3000mg/L，工业废水在 3000 mg/L左右，高浓度工业废水在
3000-5000 mg/L。
1ml好氧活性污泥中的细菌数在 107-108个。
显微镜下的活性污泥
（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理
主要有两方面的作用：吸附有机物
降解有机物
（三）菌胶团的作用
（ 1）对有机物进行吸附和氧化分解
（ 2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境
（ 3）为原生动物提供附着场所
（ 4）具有指示作用
二、好氧生物膜法
好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生物滤池、
塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧化法（即浸没式滤池
法）等。
（一）好氧生物膜中的微生物
1．好氧生物膜
好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物
粘附在生物滤池滤料上或生物转盘盘片上 的一层带粘性、薄
膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污水的工作主体。
2．好氧生物膜中的微生物及其功能
生物膜生物,以菌胶团为主；净化和降解作用；
膜面生物,固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化
速度，提高整体效率的作用；
滤池扫除生物,轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、票页体虫等，
起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能 。
3．好氧生物膜的结构
好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤
料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不
同高度位置，由于微生物得到的营养不同，造成微生物种类和
数量的不同。
生物填料
? 悬浮型生物填料
投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧 好氧
或厌生物塘 或厌氧滤池
反应池体积 % 8-13 5 15-25 3-5 40-60
? 悬挂型填料
? 弹性立体填料
? 软性填料
生物填料上的生物膜
（二）好氧生物膜净化废水的作用机理
在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌
及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛
虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为
小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机
物进入体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自身
细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物
膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离
细菌被滤池扫除生物吞食。
高浓度有机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
沼气发酵，已有年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、
污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可
燃性气体 —— 沼气（甲烷,CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消化
池。 甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它们是由分解
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
性厌氧的产甲烷菌等组成。
第二节 厌氧环境中活性污泥的微生物群落
复杂有机物
1水解 2发酵
脂肪酸
乙酸H2 + CO2
3产乙酸
CH4 + CO2
H2S+ CO2
硫酸盐还原
硫酸盐还原
4产甲烷 4产甲烷
硫酸盐还原
厌氧活性污泥：
由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形
成的 颗粒污泥 。
（二）、光合细菌处理高浓度有机废水
BOD5在 10000mg/L以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废
水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌处理。因有机
光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性细
菌将碳水化合物、蛋白质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。
利用光合细菌处理的 BOD5 去除效果可达 95%，甚至达 98%。常用的
有机光合细菌有：红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。
（三）厌氧活性污泥处理的工艺流程
? 其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心
废
水 调节池
热
交
换
器
↑37℃ 厌氧活性
污泥反应器
气柜
沉淀池
出
水
回流污泥 剩余污泥
(四 )、厌氧生物反应器发展
? 工作原理
? 2级 (平流沉淀 +
厌氧污泥消化 )
全国各地使用广泛，为生活污水的预处理 —
— 液固分离 处理污泥 及厌氧杀寄生虫及病菌
第一代厌氧反应器 —— 化粪池
缺点：污泥量少、易
被带出，静态消化
? 克服了第一代的缺点，且处理污水
第二代厌氧反应器
(1)UASB反应器
influent Sludge bed
污
泥
沉
降 沼气
阻挡
收集
工业级 UASB装置
钢制圆形结构
混凝土方形结构
（便于施工及分
离器设置）
全世界有几千座 UASB反应器，占所有厌氧反应器
（第二代以上）总数的 64%，应用广泛
UASB 反应器 完全混合型
EGSB反 应器 厌氧滤池
厌氧塘 流化床-复合 床
64％
第三代厌氧生物反应器
? 厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器 升流式污泥床过滤器
填料
EGSB IC UBF
? 以前通常能不用厌氧法处理的就不用,
不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后
处理,现在厌氧反应器发展迅
速逐渐成为水处理的新的主
力设备。
与治理的生态工程及微
生物原理
一、好氧活性污泥法
（一）好氧活性污泥中的微生物
1,好氧活性污泥的组成和性质
好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微
生物（兼有少量厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机
固体物混凝交织在一起所形成的 絮状体。
废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可分
为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于悬浮状态
或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物
膜是净化污（废）水的工作主体。
第一节 污废水生物处理中的生态系统
（ 1）组成,微生物（好氧、兼性及少量厌氧） + 固体杂质
（有机和无机）
（ 2）性质：絮状，大小为 0.02-0.2mm，比表面积在 20-
100cm2/ml；
颜色：生活污水一般为黄褐色，工业污水则与水质有关；
含水率在 99%，比重 1.002-1.006，具有沉降性能；
pH在 6-7，弱酸性，具一定的缓冲能力。
2．好氧活性污泥的存在状态
在完全混合式曝气池中，以悬浮状态存在，均匀分布；在推
流式曝气池内，随推流方向而有变化。
3．好氧活性污泥的微生物群落
好氧活性污泥的结构和功能的中心是菌胶团。在其上面生长
有其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及
微型后生动物等。
4．好氧活性污泥中微生物的浓度和数量
常用 MLSS（混合液悬浮固体）或 MLVSS（混合液挥发性
悬浮固体）来表示。 一般城市污水处理中,MLSS在 2000-
3000mg/L，工业废水在 3000 mg/L左右，高浓度工业废水在
3000-5000 mg/L。
1ml好氧活性污泥中的细菌数在 107-108个。
显微镜下的活性污泥
（二）好氧活性污泥净化废水的作用机理
主要有两方面的作用：吸附有机物
降解有机物
（三）菌胶团的作用
（ 1）对有机物进行吸附和氧化分解
（ 2）为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境
（ 3）为原生动物提供附着场所
（ 4）具有指示作用
二、好氧生物膜法
好氧生物膜法的构筑物有：普通滤池、高负荷生物滤池、
塔式生物滤池，以及生物转盘、接触氧化法（即浸没式滤池
法）等。
（一）好氧生物膜中的微生物
1．好氧生物膜
好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物
粘附在生物滤池滤料上或生物转盘盘片上 的一层带粘性、薄
膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污水的工作主体。
2．好氧生物膜中的微生物及其功能
生物膜生物,以菌胶团为主；净化和降解作用；
膜面生物,固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化
速度，提高整体效率的作用；
滤池扫除生物,轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、票页体虫等，
起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能 。
3．好氧生物膜的结构
好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤
料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不
同高度位置，由于微生物得到的营养不同，造成微生物种类和
数量的不同。
生物填料
? 悬浮型生物填料
投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧 好氧
或厌生物塘 或厌氧滤池
反应池体积 % 8-13 5 15-25 3-5 40-60
? 悬挂型填料
? 弹性立体填料
? 软性填料
生物填料上的生物膜
（二）好氧生物膜净化废水的作用机理
在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌
及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛
虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为
小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机
物进入体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自身
细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物
膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离
细菌被滤池扫除生物吞食。
高浓度有机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
沼气发酵，已有年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、
污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可
燃性气体 —— 沼气（甲烷,CH4）。常用的构筑物为发酵罐或消化
池。 甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它们是由分解
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
性厌氧的产甲烷菌等组成。
第二节 厌氧环境中活性污泥的微生物群落
复杂有机物
1水解 2发酵
脂肪酸
乙酸H2 + CO2
3产乙酸
CH4 + CO2
H2S+ CO2
硫酸盐还原
硫酸盐还原
4产甲烷 4产甲烷
硫酸盐还原
厌氧活性污泥：
由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形
成的 颗粒污泥 。
（二）、光合细菌处理高浓度有机废水
BOD5在 10000mg/L以上的高浓度有机废水（浓粪便水、豆制品废
水、食品加工废水、屠宰废水等）可用有机光合细菌处理。因有机
光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，先要用水解性细
菌将碳水化合物、蛋白质和脂肪水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质。
利用光合细菌处理的 BOD5 去除效果可达 95%，甚至达 98%。常用的
有机光合细菌有：红螺菌科的红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。
（三）厌氧活性污泥处理的工艺流程
? 其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心
废
水 调节池
热
交
换
器
↑37℃ 厌氧活性
污泥反应器
气柜
沉淀池
出
水
回流污泥 剩余污泥
(四 )、厌氧生物反应器发展
? 工作原理
? 2级 (平流沉淀 +
厌氧污泥消化 )
全国各地使用广泛，为生活污水的预处理 —
— 液固分离 处理污泥 及厌氧杀寄生虫及病菌
第一代厌氧反应器 —— 化粪池
缺点：污泥量少、易
被带出，静态消化
? 克服了第一代的缺点，且处理污水
第二代厌氧反应器
(1)UASB反应器
influent Sludge bed
污
泥
沉
降 沼气
阻挡
收集
工业级 UASB装置
钢制圆形结构
混凝土方形结构
（便于施工及分
离器设置）
全世界有几千座 UASB反应器，占所有厌氧反应器
（第二代以上）总数的 64%，应用广泛
UASB 反应器 完全混合型
EGSB反 应器 厌氧滤池
厌氧塘 流化床-复合 床
64％
第三代厌氧生物反应器
? 厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器 升流式污泥床过滤器
填料
EGSB IC UBF
? 以前通常能不用厌氧法处理的就不用,
不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后
处理,现在厌氧反应器发展迅
速逐渐成为水处理的新的主
力设备。
