微生物处理污水

污水主要来源于生活污水和工业污水。生活污水如不经过处理则会使水源不适应生活需要,同时造成对水生生物的毒害作用,破坏水产资源,还可传播肠道传染病;工业污水中有的无机物和有机物,使动、植物生长条件恶化,鱼类生产受损,人类的生活及健康受到不良影响。而微生物法处理这两类废水是最经济又简便易行,且效果比较好的方法。微生物法是根据微生物在自然界中物质循环中的作用,利用微生物对有毒物质进行转化,从而化害为利、变废为宝,保护和控制自然环境的一种方法。另外,微生物能将水体中的有机污染分解成ＣＯ２、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯ３等,从而使水体得到净化。

微生物处理污水的方法大体可分为以下两类:

①厌氧化处理法。又称甲烷发酵或沼气发酵,即从糖或其它有机物（蛋白质、氨基、脂类、有机酸）中释放能量,贮存在ＡＴＰ中,不需Ｏ２(但有Ｏ２也可进行),不需要电子传递链,利用有机物作为最终电子受体的微生物代谢过程。该法依据厌Ｏ２微生物生命活动的要求,提供严格的无氧条件,使其把污水中的有机物最终被分解成ＣＨ４、ＣＯ３、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯ３等。其分解过程大体经过两个阶段:一是液化阶段。棱状芽孢杆菌属、假单胞杆菌属、链球菌属、葡萄球菌属、变形杆菌属等产生的细胞外酶能把污水中大分子有机物分解,然后通过胞内酶的作用,再转化为小分子低脂肪酸,在此过程中,微生物把凝聚成的大分子固态颗粒,变成液态状的小分子,因此叫液化阶段。二是气化阶段。甲烷细菌会把液化阶段分解成的小分子有机物进一步分解成在Ｏ２、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯ３,其中甲烷含量最多,在此过程中,产生大量气体,因此叫气化阶段。这种办法适合处理有机物含量较高的污水,如生活污水、酒精厂的蒸馏废液、啤酒厂的酵母废液、屠宰场的有机废水等,厌氧处理过程中,产生大量的甲烷等气体;因此可以安装回收甲烷设备,作为燃料。

②需Ｏ２处理法。该办法是根据需Ｏ２微生物生活的特点,提供充足的Ｏ２,使Ｏ２微生物大量繁殖,使废水中的有机物最终氧化分解成ＣＯ２、水、盐等简单的无机物,达到净化污水的目的。需Ｏ２处理包括:活性污泥法、氧化塘法、生物转盘法、塔式生物滤池法等,其中污泥法最为常见。

（1）活性污泥法

活性污泥法又称曝气法，是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。此法是现今处理有机废水的最主要的方法。所谓活性污泥是指由菌胶团形成菌、原生动物、有机和无机胶体及悬浮物组成的絮状体。在污水处理过程中，它具有很强的吸附、氧化分解有机物或毒物的能力。在静止状态时，又具有良好沉降性能。活性污泥中的微生物主要是细菌，占微生物总数的90％～95％。,并多以菌胶团的形式存在，具有很强的去除有机物的能力，原生动物起间接净化作用。活性污泥是由细菌、霉菌、酵母菌、原生动物、藻类等大量微生物和一些原生动物凝聚而成的绒絮状泥粒,具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力,活性污泥中的细菌多数以菌胶团的形式存在,只有少数以游离态存在,菌胶团是活性污泥的主体,具有粘性,能使水中的有机物粘附在颗粒上,然后加以分解利用,菌胶团原生物及丝状细菌提供了栖息和生活场所,其中的细菌具有很强的分解有机物的能力,而且由于菌体细胞包埋在胶质中,可避免被原生动物吞噬。活性污泥中的细菌类群随不同污水而呈现不同的优势菌群,如菌胶团属、假单孢菌属、芽孢杆菌属、八叠球菌属、螺菌属等。活性污泥中丝状细菌有球衣细菌、白硫细菌属,球衣细菌附着在菌胶团上或菌胶团交织在一起,成为活性污泥的骨架,球衣细菌在含有机物较纸的污水中出现,对有机物有很强的分解能力。因此,可以根据污水成分含量的不同,人为地增添一些优势菌种,加速废水有机物的分解。活性污泥去废水中有机物可分为三个阶段:微生物细胞内营养物质的吸收;活性污泥的增殖;微生物的氧化分解作用。活性污泥法根据曝气方式不同，分多种方法，目前最常用的是完全混合曝气法。污水进入曝气池后，活性污泥中的细菌等微生物大量繁殖，形成菌胶团絮状体，构成活性污泥骨架，原生动物附着其上，丝状细菌和真菌交织在一起，形成一个个颗粒状的活跃的微生物群体。曝气池内不断充气、搅拌，形成泥水混合液，当废水与活性污泥接触时，废水中的有机物在很短时间内被吸附到活性污泥上，可溶性物质直接进入细胞内。大分子有机物通过细胞产生的胞外酶将其降解成为小分子物质后再渗入细胞内。进入细胞内的营养物质在细胞内酶的作用下，经一系列生化反应，使有机物转化为C02、H2O等简单无机物，同时产生能量。微生物利用呼吸放出的能量和氧化过程中产生的中间产物合成细胞物质，使菌体大量繁殖。微生物不断进行生物氧化，环境中有机物不断减少，使污水得到净化。当营养缺乏时，微生物氧化细胞内贮藏物质，并产生能量，这种现象叫自身氧化或内源呼吸。

活性污泥中微生物作用：

一提高出水水质方面的作用

1 通过某些原生动物的分泌物 ,在沉降过程中促进游离细菌 的絮凝作用 ,提高细菌的沉降效率和去除率 。

2 原生动物捕食细菌 ,提高细菌活动能力 ,提高对可溶性有 机物的摄取能力 。

3 原生动物和细菌一起 ,共同摄食病原微生物 。

二在活性污泥系统中的指示作用

1当活性污泥性能良好时 ,活性污泥表现为絮凝体较大 ,沉降 性好 ,镜检观察出现的生物有钟虫属 、盖虫属 、有肋木盾纤虫属 、独缩虫属 、聚缩虫属 、各类吸管虫属 、轮虫类 、累枝虫属 、寡毛类等固 着型种属或匍匐型种属 。

2活性污泥恶化时 ,絮凝体较小 ,出现的生物有豆形虫属 、滴虫 属和聚屋滴虫属等快速游泳型的生物 。当污泥严重恶化时 ,微型动物大面积死亡或几乎不出现 ,污泥沉降性下降 ,处理水质能力差 。

3活性污泥从恶化恢复到正常 ,在这段过渡期内出现的生物有 漫游虫属 、管叶虫属等慢速游泳型或匍匐型的生物 。

4活性污泥膨胀时丝状菌是导致污泥膨胀的主要生物 ,由于丝状菌大量繁殖 , 活性污泥呈棉絮状 ,颗粒细碎且颜色相对较浅 。

（2）生物膜法

该法是以生物膜为净化主体的生物处理法。生物膜是附着在载体表面，以菌胶团为主体所形成的粘膜状物。生物膜的功能和活性污泥法中的活性污泥相同，其微生物的组成也类似。净化污水的主要原理是附着在载体表面的生物膜对污水中有机物的吸附与氧化分解作用。生物膜法根据介质与水接触方式不同，有生物滤池、生物转盘法、塔式生物滤池法等。

在生物滤池由于滤料间隙的空气不断地溶于水中，水层中保有比较充足的溶解氧而流过的废水中所含的大量有机物质，可作为微生物的营养源，因此水层中需氧微生物能够大量生长繁殖。微生物的代谢作用使部分有机物质被氧化分解为简单的无机物，并释放出能量。这些能量一部分供微生物自身生长活动的需要，另一部分被转化合成为新的细胞物质。另外，废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，并吸附了废水中的胶体物质，使大量繁殖的微生物有了栖息场所，从而在滤料表面逐渐生长起一层充满微生物及原生动物的“生物膜”。膜的外侧有附着水层，废水不断地从滤池上淋洒下来，就有一层废水不断沿生物膜上部表面流下，这部分废水为流动水层。流动水层和附着水层相接触，附着水层由于生物净化作用，所含有机物质浓度很低，流动水层通过传质作用把所含的有机物传递给附着水层，从而不断地得到净化。同时由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不断增加，当达到一定厚度时，生物膜层内由于得不到足够的氧，由需氧分解转变为厌氧分解，微生物逐渐衰亡、老化，使生物膜从滤料表面脱落，随水流至。生物滤池的滤料上再生成新的生物膜，如此不断更新。就部分滤料来说，处理废水效能呈周期性变化。在生物膜形成的初期，微生物的代谢活动旺盛，净化功能最好；随着生物膜逐渐加厚,内部出现厌氧分解现象,净化的功能逐渐减退；到生物膜脱落时为最低。但就整个滤池来说,滤料上生物膜的脱落是参差交替的。因此,在正常情况下，整个滤池的处理效果是基本稳定的。

需氧生物膜上的微生物种类很多,有细菌真菌、藻类原生动物和后生动物,以及肉眼可见的微型动物。生物滤池中上层、中层、下层构成生物膜的微生物，种类也有区别。

迄今为止，已知的环境污染物达数十万种之多，其中大量的是有机物。所有的有机污染物，可根据微生物对它们的降解性，分成可生物降解、难生物降解和不可生物降解三大类。

废水的生物处理就是利用微生物的新陈代谢作用处理废水的一种方法。微生物与其它生物一样，为了进行自身的生理活动，必须从周围环境中摄取营养物质并加以利用。这些营养物质在微生物体内，通过一系列的生物化学反应，使微生物获得需要的能量，同时微生物本身也得到繁殖、数量得到增加。在废水中存在着各种有机物和无机物。这些物质大部分都可以被微生物作为营养物质而加以利用。废水的生物处理实质就是将废水中含有的污染物质作为微生物生长的营养物质被微生物代谢、利用、转化，将原有的高分子有机物转化为简单有机物或无机物，使得废水得到净化。

生物污水处理技术就作为一种的工艺方法在污水处理领域中占有重要地位 。它 以成本低 、出水水质较好 、且污泥肥分高等优点 ,而被世界各国广泛采用 。微生物污水处理技术是利用微 生物代谢作用中产生的酶来氧化分解有机污染物 ,从而达到净化污水的目的。但是 ,传统的生物技术 和物化方法在水处理中存在不足 ,如对重金属离子和芳烃类难降解有机物的去除效果很差 ,甚至没法去除 ;沉淀 、电解等物化方法也存在污泥量大 、处理量受限 、易产生二次污染和成本高等许多问题 。当今世界 ,环境污染问题日趋严重 ,而生物技术和基因工程正突飞猛进地发展 ,研发高效率低能耗 、易普及的特种生物和特殊工艺已成为水处理技术的热点 。

一、固定化微生物技术

固定化细胞方法原理：固定化微生物技术是指通过采用物理或化学的方法将游离微生物细胞定位于限定的空间区域内 ,使 其成为不悬浮于水 ,但保持活性 ,并可反复使用 。它包括固定化酶 、固定化细胞和固定藻 ,其中以固定化 细胞研究较多 。制备固定化微生物的方式多种多样 ,任何一种微生物自由流动的技术都可以用于制 备生物吸附剂 。国内外研究工作者一般认为制备固定化微生物的方法有  4 种 ,即吸附法 、共价结合法 、交 联法和包埋法 。吸附法又叫载体结合法 , 该法操作简单 。吸附载体如硅胶 、活性碳 、多空玻璃和石英砂等 ,以及利用微生物细胞因离子键合作用而固着于有异相电荷的离子交换剂上的原理 ,如 D EA E纤维素 、CM 纤维素等 。共价结合法是通过微生物细胞表面上的功能团与固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接 ,从而使微生物成为生物吸附剂 。这种方法稳定性好 ,但操作控制难度大 。交联法类似于共价结合法 ,只是交联法采用的载体是非水溶性的 ,如戊二醛 。包埋法是最常用的方法 ,按包埋系数的结 构可分为凝胶包埋法和微胶裹法 ,即将生物细胞包裹于凝胶的小格子内或半透膜聚合物的超滤膜内 ,如 聚丙烯酰胺凝胶 (ACAM ) 、海藻酸钙 、卡拉胶 、环氧树脂 、琼脂糖胶和聚乙烯醇 ( PVA )等 。不过 ,交联法微 生物反应活性损失较大 ,且采用的交联剂大都比较昂贵 ,因此应用受到一定 。

固定化技术在废水处理中的应用：（1）有色废水脱色 。韩树琴等 以琼脂为载体固定蜡状芽孢杆菌 45 号 ,连续处理酸性红 B 溶液 ,当 进水浓度为 42.  1 m g /L 时 ,出水平均脱色率为  87 % 。黄晓维等用自制的多孔陶珠 ,刘志培等以聚乙烯醇 固定混合脱色菌 ,都取得了较好的脱色效果 。李雷等研究了用活性炭固定化细菌处理经活性污泥曝气处 理后的印染废水 ,其最终出CODC r < 50 m g /L ,色度<4.5倍 。牛志卿等采用聚集交联法固定化紫色非 硫光合菌用于处理活性艳红 X3 B 染液 ,连续运转45d,脱色率保持80 %左右 。张琳等采用同样的方法将 高效脱色菌群固定在活性污泥上 ,形成絮状立体网状微观结构 。固定化脱色菌 活性污泥的脱色酶活力较 未经固定的活性污泥提高  70 %左右 。在厌氧条件下 ,对针织厂印染废水色度的平均去除率为77. 3 % , CODC r平均去除率为65.1 % 。梁沈平等采用凹凸棒粘土颗粒和塑料环为载体固定的高效脱色菌 ,大大缩 短了反应时间 , 提高脱色率 。( 2 ) 处理洗涤剂废水 。( 3 ) 处理制药废水 。

二、微生物絮凝剂技术

微生物絮凝技术原理： 微生物絮凝剂主要是一类微生物产生的代谢产物 (具有絮凝功能且能被自然降解的高分子有机物 ) 像糖蛋白 、粘多糖 、纤维素 、DNA 等 ,分子量多在 105以上 ;  有些则直接利用微生物细胞 , 比如某些大量存 在于土壤 、活性污泥和沉积物中的细菌 、霉菌 、放线菌和酵母菌等 ,本身即可用作絮凝剂 ;还有些是从细胞 壁提取的 , 像葡聚糖 、甘露聚糖 、蛋白质和 N 乙酰葡萄糖胺等均可作为絮凝剂使用. 能够分泌絮凝剂的微 生物称为絮凝剂产生菌 ,至今发现的具有絮凝性的微生物至少有  19 种，其中霉菌  8 种 ,细菌  5 种 ,放 线菌 1种 ,最具代表性的有酱油曲霉 用其生产的絮凝剂为 AJ7002;有拟青霉属微生物，生产的絮凝剂为 PF101;另外还有目前最好的絮凝剂红平红球菌 , 生产的絮凝剂为 NOC1已问世 。

微生物絮凝剂的应用

( 1 ) 畜产废水的处理 。畜产废水BOD 高，处理困难，用高分子絮凝剂处理，虽有较好的处理效果，但存在二次污染 。用微生物絮凝剂可以有效地去除畜产废水中的  TOC 和  TN , 去除率分别在70 %和40 %左右，并且处理后的废水是无色澄清的 。

( 2 ) 废水的脱色 。目前废水处理技术虽能将 BOD 降低 ,  但对可溶性色素溶液的脱色还缺乏有效的 方法 。采用Re ryth rop lis生产的微生物絮凝剂不仅具有絮凝沉淀效果 , 而且对高分子絮凝剂不能去除的着色物质也有优异的脱色效果 。

( 3 ) 污水沉降性能的改善 。微生物絮凝剂能有效改善污泥沉降性能 ,防止污泥解絮 ,提高整个处理 系统的效率 。由红平红球菌制得的微生物絮凝剂 WOC—1 加入已发生膨胀的活性污泥中 ,可以使得污泥的  SV I—1 从 290降到 50 ,可以应用到给水处理 ,饮料以及食品 医疗的发酵的处理工艺 ,其它更广泛的领 域有待开发 。

                                             郭思成

                                             06给水排水

                                             0612311014