一、在污水處理中的微生物分類

污水處理的微生物種類較多，主要是真菌、藻類和動(dòng)物。

1.細(xì)菌

細(xì)菌適應(yīng)性強(qiáng)，生長速度快。根據(jù)對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)要求的不同，細(xì)菌可分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大類。自養(yǎng)細(xì)菌利用各種無機(jī)物(CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等。)作為營養(yǎng)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為另一種無機(jī)物，釋放能量，合成細(xì)胞物質(zhì)。它們的碳源、氮源和磷源都是無機(jī)物。異養(yǎng)細(xì)菌以有機(jī)碳為碳源，以有機(jī)或無機(jī)氮為氮源，將其轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等無機(jī)物。，并釋放能量合成細(xì)胞物質(zhì)。污水處理設(shè)施中的微生物以異養(yǎng)菌為主。

2.真菌

包括真菌、霉菌和酵母。它是一種以有機(jī)物為碳源的好氧真菌，生長pH為29，最好為5.6。真菌的需氧量更少，只有細(xì)菌的一半。真菌常出現(xiàn)在pH值低、分子氧少的環(huán)境中。

菌絲體在活性污泥的混凝過程中起著骨架作用，但是過多絲狀菌的出現(xiàn)會(huì)影響污泥的沉降性能，造成污泥膨脹。真菌在污水處理中的作用不容忽視。

3.海藻

藻類是單細(xì)胞和多細(xì)胞植物微生物。它含有葉綠素，利用光合作用同化二氧化碳和水釋放氧氣，吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成自身細(xì)胞。

4.原生動(dòng)物

原生動(dòng)物是可以分裂和增殖的低等單細(xì)胞動(dòng)物。污水中的原生動(dòng)物既是凈水器，又是水質(zhì)指示器。大多數(shù)原生動(dòng)物屬于好氧異養(yǎng)型。在污水處理中，原生動(dòng)物的作用沒有細(xì)菌的作用重要，但由于大部分原生動(dòng)物可以吞食固體有機(jī)物和游離細(xì)菌，因此可以凈化水質(zhì)。原生動(dòng)物對(duì)環(huán)境變化比較敏感，不同的水質(zhì)環(huán)境中出現(xiàn)不同的原生動(dòng)物，所以是水質(zhì)指標(biāo)。例如，溶解氧充足的鐘形蟲大量出現(xiàn)，當(dāng)溶解氧低于1㎎/L時(shí)，它們出現(xiàn)較少，并且不活躍。

5.后生動(dòng)物

后生動(dòng)物是多細(xì)胞動(dòng)物。污水處理設(shè)施和穩(wěn)定化池塘中常見的后生動(dòng)物包括輪蟲、線蟲和甲殼類動(dòng)物。

后生動(dòng)物是好氧微生物，生活在良好的水質(zhì)環(huán)境中。后生動(dòng)物以細(xì)菌、原生動(dòng)物、藻類和有機(jī)固體為食。它們的出現(xiàn)說明處理有很好的效果，是污水處理的指示生物。

二、微生物的新陳代謝

微生物的生命過程是不斷利用營養(yǎng)物質(zhì)，不斷合成和消耗細(xì)胞物質(zhì)的過程。這個(gè)過程伴隨著新生命的誕生，舊生命的死亡和營養(yǎng)物質(zhì)(基質(zhì))的轉(zhuǎn)化。污水生物處理是通過微生物對(duì)污染物(營養(yǎng)物質(zhì))的代謝轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。

1.微生物的營養(yǎng)關(guān)系

細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物共存于水體中。而細(xì)菌和真菌以水中的有機(jī)物、氮、磷為營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行有氧和無氧呼吸來合成自己的細(xì)胞。藻類利用水中的二氧化碳、氮和磷來合成自己的細(xì)胞，并向水中提供氧氣。藻類的細(xì)胞死亡后，成為真菌的營養(yǎng)。原生動(dòng)物吞噬水中的固體有機(jī)物、真菌和藻類。后生動(dòng)物捕食水中的固體有機(jī)物、真菌、藻類和原生動(dòng)物。

2.微生物代謝

微生物從污水?dāng)z取營養(yǎng)物質(zhì)，合成自己的細(xì)胞，通過復(fù)雜的生化反應(yīng)排出廢物。這種維持生命活動(dòng)和生長繁殖的生化反應(yīng)過程稱為新陳代謝，簡稱新陳代謝。根據(jù)能量傳遞和生化反應(yīng)的類型，代謝可分為分解代謝和合成代謝。將微生物營養(yǎng)物質(zhì)分解成簡單化合物并釋放能量的過程稱為分解代謝或能力代謝；將微生物營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)并吸收分解代謝釋放的能量的過程稱為合成代謝。當(dāng)營養(yǎng)缺乏時(shí)，微生物氧化分解自身的細(xì)胞物質(zhì)以獲取能量。這個(gè)過程叫內(nèi)源性代謝，也叫內(nèi)源性呼吸。營養(yǎng)物質(zhì)豐富時(shí)，內(nèi)源呼吸作用不明顯，而營養(yǎng)物質(zhì)缺乏時(shí)，內(nèi)源呼吸是主要的能量來源。

沒有新陳代謝就沒有生命。微生物通過新陳代謝不斷增殖和死亡。微生物分解代謝為合成代謝提供能量和物質(zhì)，合成代謝為分解代謝提供催化劑和反應(yīng)器。兩種代謝相互依存，相互促進(jìn)，密不可分。

微生物消耗的營養(yǎng)物質(zhì)一部分分解成簡單物質(zhì)排放到環(huán)境中，另一部分合成為細(xì)胞物質(zhì)。不同微生物的代謝速率不同，用于分解和合成的營養(yǎng)物質(zhì)比例也不同。厭氧微生物分解營養(yǎng)不完全，釋放能量少，新陳代謝慢。營養(yǎng)物質(zhì)用于分解的比例大，用于合成的比例小，細(xì)胞增殖慢。好氧微生物徹底分解營養(yǎng)物質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)比最終產(chǎn)物(CO2、H2O、NO3-、PO43-等)更穩(wěn)定。)且含有較少的能量。因此，好氧微生物在代謝過程中釋放的能量較多，代謝速度較快。營養(yǎng)物質(zhì)用于分解的比例小，用于合成的比例大，細(xì)胞增殖快。

第三，微生物的生長環(huán)境

廢水處理的主體是微生物，只有創(chuàng)造有利于微生物繁殖的環(huán)境條件，才能獲得滿意的處理效果。影響微生物生長的主要因素是營養(yǎng)、溫度、pH值、溶解氧和有毒物質(zhì)。

1.營養(yǎng)

營養(yǎng)是微生物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命活動(dòng)所需的能量和物質(zhì)都來自營養(yǎng)。微生物的組成(不包括H2O和無機(jī)物)可用化學(xué)式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同的微生物細(xì)胞有不同的組成，對(duì)碳、氮、磷的比例有不同的要求。好氧微生物要求碳、氮、磷與BOD5:N:P=100:5:1的比例[或COD:N:P=(200~300):5:1]。厭氧微生物需要碳、氮和磷與BOD5:N:P=100:6:1的比例。其中N以NH3-N計(jì)算，p以po43-p計(jì)算..微生物種類繁多，所需的C、N、P的化學(xué)形態(tài)也各不相同。比如異養(yǎng)細(xì)菌需要有機(jī)物作為碳源，自養(yǎng)細(xì)菌利用CO2和HCO3-作為碳源。

幾乎所有的有機(jī)物都是微生物的營養(yǎng)來源。為了達(dá)到預(yù)期的凈化效果，控制合適的C:N:P比例非常重要。微生物除了需要C、H、O、N、P外，還需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素和Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、b等微量元素。

2.溫度

不同種類的微生物生長溫度不同，各種微生物的整體溫度范圍為0~80℃。根據(jù)適應(yīng)的溫度范圍，微生物可分為三類:低溫(好冷)、中溫、高溫(好熱)。低溫微生物的生長溫度在20℃以下，中溫微生物的生長溫度在20℃~ 45℃之間，高溫微生物的生長溫度在45℃以上。好氧生物處理以中溫為主，微生物最適生長溫度為20 ~ 37。當(dāng)使用厭氧生物處理時(shí)，中溫微生物的最適生長溫度為25~40℃，嗜熱微生物的最適生長溫度為50~60℃。因此，厭氧微生物處理常常利用33~38℃和52~57℃兩個(gè)溫區(qū)，分別稱為中溫消化(發(fā)酵)和高溫消化(發(fā)酵)。隨著科技的發(fā)展，厭氧反應(yīng)可以在20~25℃的室溫下進(jìn)行，大大降低了運(yùn)行成本。

在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，生化反應(yīng)速度會(huì)提高1~2倍。所以在更高更合適的溫度下生物處理效果更好。人為改變污水的溫度會(huì)增加處理的成本，所以好氧生物處理一般都是在自然溫度下，也就是室溫下進(jìn)行。有氧處理效果受氣候影響較小。厭氧生物處理受溫度影響較大，需要保持較高的溫度。但考慮到運(yùn)行成本，應(yīng)盡量在室溫(20~25℃)下運(yùn)行。如果原始污水溫度較高，應(yīng)采用中溫發(fā)酵(33~38℃)或高溫發(fā)酵(52~57℃)。如果發(fā)酵過程中有足夠的余熱或產(chǎn)生足夠的沼氣(高濃度有機(jī)物污水和污泥消化)，可以利用余熱或沼氣的熱能實(shí)現(xiàn)中高溫發(fā)酵。一般來說，一天內(nèi)的溫度波動(dòng)不應(yīng)超過100℃。所以在生活處理時(shí)需要控制合適的水溫并保持穩(wěn)定。

3.ph值

酶是兩性電解質(zhì)，pH值的變化影響酶的電離形式，進(jìn)而影響酶的催化性能，所以pH值是影響酶活性的重要因素之一。不同的微生物有不同的酶系統(tǒng)，所以有不同的pH范圍。細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物的適宜pH范圍為4~10。酵母和霉菌的最適pH值為3.0~6.0。大多數(shù)細(xì)菌適合pH=6.5~8.5的中性和堿性環(huán)境。好氧生物處理的適宜pH為6.5~8.5，厭氧生物處理的適宜pH為6.7~7.4(最好為6.7~7.2)。在生物處理過程中保持適當(dāng)?shù)膒H范圍是非常重要的。否則微生物酶的活性會(huì)降低或喪失，微生物生長緩慢甚至死亡，導(dǎo)致處理的失敗。

進(jìn)水pH值的突然變化會(huì)對(duì)生物處理產(chǎn)生很大的影響，是不可逆的。因此保持pH值穩(wěn)定非常重要。

4.溶解氧

好氧微生物的代謝過程以分子氧為受體，參與某些物質(zhì)的合成。沒有分子氧，好氧微生物就無法生長繁殖。因此，在進(jìn)行有氧生物處理時(shí)，應(yīng)保持一定的溶解氧(DO)濃度。供氧不足，適合低溶解氧生長的微生物(微量好氧產(chǎn)硫菌)和兼性微生物的大規(guī)模繁殖。它們對(duì)有機(jī)物的分解不徹底，處理的效果下降。在低溶解氧狀態(tài)下，絲狀菌占優(yōu)勢(shì)并引起污泥膨脹。如果溶氧濃度過高，不僅浪費(fèi)能量，還會(huì)因營養(yǎng)相對(duì)不足而導(dǎo)致細(xì)胞氧化死亡。為了達(dá)到良好的處理效果，好氧生物處理時(shí)溶解氧應(yīng)控制在2~3mg/L(二沉池出水0.5~1mg/L)。

厭氧微生物在有氧條件下產(chǎn)生H2O2，但沒有酶分解H2O2，被H2O2殺死。因此，厭氧生物處理反應(yīng)器中必須沒有分子氧。其他氧化物質(zhì)如SO42-、NO3-、PO43-和Fe3+也會(huì)對(duì)厭氧生物處理產(chǎn)生不利影響，其濃度也應(yīng)加以控制。

5.有毒物質(zhì)

抑制和毒害微生物的化學(xué)物質(zhì)稱為有毒物質(zhì)。它可以破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，使酶變性并失去活性。例如，重金屬可以與酶的-SH基團(tuán)結(jié)合，或與蛋白質(zhì)結(jié)合使其變性或沉淀。有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)對(duì)微生物無害，但超過一定數(shù)值時(shí)就有毒性。一些有毒物質(zhì)在低濃度下就能成為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。有毒物質(zhì)的毒性受pH值、溫度以及是否存在其他有毒物質(zhì)等因素的影響。不同條件下毒性差異很大，不同微生物對(duì)同一種毒性物質(zhì)的耐受力也不同。具體情況要根據(jù)實(shí)驗(yàn)來確定。

在廢水生物處理工藝中，應(yīng)嚴(yán)格控制有毒物質(zhì)的濃度，但有毒物質(zhì)濃度的允許范圍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

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