微生物在污水生物处理中的作用

　　一、污水生物处理的特征

　　（一）、污水与污水生物处理

　　污水中的污染物质成分极其复杂.一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣.工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质.此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒.污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体,对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化,同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用,以去除水中的污染物.因此,污水生物处理实际上是水体自净的强化,不同的是,在去除了污水中的污染物后,必须将微生物从出水中分离出来,这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的.

　　（二）、生化需氧量及生物处理的应用

　　在污水处理中,通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度,如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）.生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5d、20℃下,微生物分解污水中有机物所消耗的氧量,称为BOD5.BOD5约占生化需氧总量的2/3,故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的.但污水中有机物并不是都能较快降解的,在工业废水中,可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度.

　　只有BOD高的废水才适宜采用生物处理,COD很高但BOD不高的废水不宜采用生物处理.对于有毒的废水,只要毒物能降解,就可用生物法处理,关键是控制毒物浓度和驯化微生物.

　　（三）、污水生物处理的效果

　　污水经过生物处理后,其中的杂质和污染物质能以某种形式（如生物絮凝作用）被分离除去,或被转为无害的物质.例如,城市生活污水经生物处理后,活性污泥法的BOD和SS（悬浮性固体）去除率都在90%左右；生物滤池法BOD去除率在80%、SS去除率在90%左右.

　　生物处理还能减少城市污水中的病原微生物和病毒,但浓度仍然较高,因此,出水和剩余污泥都要消毒.

　　二、污水生物处理方法

　　根据微生物对O2的需求不同,污水生物处理可分为好氧处理和厌氧处理两大类.根据构筑物的不同类型以可分为多种方法（表10-1）.

　　（一）、好氧生物处理

　　好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下,借好氧和兼性厌氧微生物（其中主要是好氧菌）的作用来进行的.在处理过程中,绝大多数的有机物都能被相应的微生物氧化分解.整个好氧分解过程可分为两个阶段.第一阶段,主要是有机物被转化为CO2、H2O、NH3等；第二阶段,主要是NH3转化为NO2和NO3.

　　用好氧法处理污水,基本上没有臭气,处理所需的时间比较短,如果条件适宜,一般可去除BOD580～90%以上.

　　根据处理构筑物的不同,好氧生物处理的方法可分为活性污泥法、生物膜法、氧化塘等.其中活性污泥法和生物膜法应用最广泛.

　　（二）厌氧生物处理

　　套氧生物处理是在无氧的条件下,借厌氧和兼性厌氧微生物（其中主要是厌氧菌）的作用来分解污水中有机物的,也称厌氧消化或厌氧发酵.

　　有机物厌氧分解的钱过程是由三类生理上完全不同的细菌分三个阶段完成的（图10-4）.第一阶段,复杂有机物如纤维素、蛋白质、脂肪等在微生物作用下降解为简单的有机物如粮类、有机酸、醇等,是水解、发酵阶段；第二阶段,由产氢产乙酸细菌群将有机酸等转化成乙酸、H2及CO2,为产氢产乙酸阶段；第三阶段,在产甲烷细菌作用下将乙酸（包括甲酸）、CO2、H2转化为CH4,是产甲烷阶段.

　　厌氧生物处理主要应用于有机污泥和高浓度有机污水的处理.由于是密闭发酵,所以在处理过程中不影响周围环境；同时隔绝空气又加以高温发酵,可以钉死寄生虫卵和致病菌；并且可以产生生物能源甲烷.因此厌氧消化法近年来渐渐受到重视,但由于所需时间长,对设备要求严格,因而影响其迅速推广.

　　三、污水生物处理中的微生物群落及其作用

　　（一）、活性污泥微生物群落及其作用

　　活性污泥是指由细菌、微型动物为主的微生物与胶体物质、悬浮物质等混杂在一起形成的,具有很强吸附分解有机物的能力和良好沉降性能的绒絮状颗粒.活性污泥中生存着各种微生物,构成了复杂的微生物群落.其中主要的微生物是细菌（以好氧性异养菌为主）和原生动物,此外尚有酵母菌、丝状霉菌、单胞藻类、轮虫线虫等.

　　1、活性污泥中的细菌及其作用活性污泥中细菌的数量约为108～109

　　个/mL,它们是去除水中有机污染物的主力军.最常出现的优势种群是：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、假单孢菌属、动胶菌属,其次尚有无色杆菌、诺卡氏菌、蛭弧菌、分枝蒜苗、硝化细菌、大肠埃希氏菌等.它们全部是化能异养菌,多数为革兰氏阴性菌,可以有效地分解废水中的有机污染物.

　　在活性污泥形成初期,细菌多以游离态存在,随着活性污泥的成熟,菌胶团细菌分泌胞外聚合物（蛋白质、核酸、多粮等）形成细纤维状的胞间物质,然后通过它们相互纠缠作用而形成菌胶团絮状物,随后丝状细菌、霉菌、原生动物等交织附着其上,形成活性污泥绒絮状颗粒,这个过程称为生物絮凝作用.因此,菌胶团是活性污泥的结构和功能中心,由于其巨大的表面积和粘性,使活性污泥具有魏吸附和分解有机物的能力,同时菌体包埋在絮状体中,可避免原生动物的吞噬；絮状体的形成,又为固着生长的微生物提供了附着和栖息的场所,这就为水处理微生物的自下而上和发展提供了方便；更重要的是,絮凝使活性污泥具有了良好的沉降性能,利于二沉池中泥水分离.

　　活性污泥中的丝状细菌,如球衣细菌、贝氏硫菌、线硫菌,它们附着于污泥或与菌胶团交织而构成活性污泥的骨架.但若污水中含有大量碳水化合物,低氧和有机物浓度过高低时,都会引起丝状细菌大量繁殖而造成污泥结构极度松散,污泥因浮力增加而上浮,产生污泥膨胀现象,降低处理效果.

　　2、活性污泥中的原生动物及其作用

　　活性污泥中原生动物在数量和种类上仅次于细菌,常见的优势种是纤毛类.它们主要附聚在污泥表面.其作用在于.（1）有些原生动物（如变形虫）能吞噬水中有机颗粒,对污水有直接净化作用；（2）某些原生动物（如纤毛虫）能分泌粮类物质,可促进生物絮凝作用；（3）吞食游离细菌,有利于改善出水水质；（4）可作为污水净化的指生物.

　　在活性污泥的培养和驯化阶段中,原生动物按一定的顺序出现.在运行初期曝气池中常出现鞭毛虫和肉足虫.若钟虫出现且数量较多,刚说明活性污泥已成熟,充氧正常.若固着型纤毛虫减少,游泳型纤毛虫突然增加,说明污水处理运转不正常.因此,根据污水中微生物的活动规律就可以判断水质和污（废）水处理程度,因为随着水质条件（营养、温度、pH值、溶解氧）的变化,细菌与佩型动物的种类和数量出发生一定的变化并遵循一定的演替规律（图10-5）：细菌→植鞭虫→动鞭虫→变形虫→游泳型纤毛虫、吸管虫→固