微生物在污水生物處理中的作用

1、微生物在污水生物處理中的作用一、污水生物處理的特征一、污水與污水生物處理污水中的污染物質(zhì)成分極其復(fù)雜。一般生活污水的主要成分是代謝廢物和食物殘 渣。工業(yè)廢水可能含有較多的金屬、酚類、甲醛等化學(xué)物質(zhì)。此外污水中還含有大 量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物處理就是以污水中的混合微生物 群體作為工作主體，對污水中的各種有機(jī)污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化，同時通過擴(kuò)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，污水生物處理 實際上是水體自凈的強(qiáng)化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必須將微生物 從出水中別離出來，這種別離主要是通過微生物本身的絮凝和原生動物、輪蟲等的 吞食作用完成

2、的。二、生化需氧量及生物處理的應(yīng)用在污水處理中，通常是以有機(jī)物在氧化過程中所消耗的氧量這一綜合性指標(biāo)來表 示有機(jī)污染物的濃度，如生化需氧量BOD和化學(xué)需氧量COD。生化需氧量是 指在特定的溫度和時間通常這5 d、20 C下，微生物分解污水中有機(jī)物所消耗的氧 量，稱為BOD5。BOD5約占生化需氧總量的2/3，故采用BOD5來表示污水中可降解 有機(jī)物的濃度是比擬適宜的。但污水中有機(jī)物并不是都能較快降解的，在工業(yè)廢水 中，可以結(jié)合COD等指標(biāo)表示有機(jī)污染物的濃度。只有BOD高的廢水才適宜采用生物處理，COD很高但BOD不高的廢水不宜采用生 物處理。對于有毒的廢水，只要毒物能降解，就可用生物法處理，

3、關(guān)鍵是控制毒物 濃度和馴化微生物。三、污水生物處理的效果污水經(jīng)過生物處理后，其中的雜質(zhì)和污染物質(zhì)能以某種形式如生物絮凝作用被 別離除去，或被轉(zhuǎn)為無害的物質(zhì)。例如，城市生活污水經(jīng)生物處理后，活性污泥法 的BOD和SS懸浮性固體去除率都在 90%左右；生物濾池法BOD去除率在80%、 SS去除率在90%左右。生物處理還能減少城市污水中的病原微生物和病毒，但濃度仍然較高，因此，出水 和剩余污泥都要消毒。二、污水生物處理方法根據(jù)微生物對 O2 的需求不同， 污水生物處理可分為好氧處理和厭氧處理兩大類。 根 據(jù)構(gòu)筑物的不同類型以可分為多種方法表 10-1 。一、好氧生物處理 好氧生物處理是在水中有溶解氧

4、存在的條件下，借好氧和兼性厭氧微生物其中主 要是好氧菌的作用來進(jìn)行的。在處理過程中，絕大多數(shù)的有機(jī)物都能被相應(yīng)的微生 物氧化分解。整個好氧分解過程可分為兩個階段。第一階段，主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為 CO2、 H2O、 NH3 等；第二階段，主要是 NH3 轉(zhuǎn)化為 NO2 和 NO3。用好氧法處理污水， 根本上沒有臭氣， 處理所需的時間比擬短， 如果條件適宜， 一般 可去除BOD58090%以上。根據(jù)處理構(gòu)筑物的不同， 好氧生物處理的方法可分為活性污泥法、 生物膜法、 氧化塘 等。其中活性污泥法和生物膜法應(yīng)用最廣泛。二厭氧生物處理套氧生物處理是在無氧的條件下， 借厭氧和兼性厭氧微生物 其中主要是厭氧

5、菌 的 作用來分解污水中有機(jī)物的，也稱厭氧消化或厭氧發(fā)酵。有機(jī)物厭氧分解的錢過程是由三類生理上完全不同的細(xì)菌分三個階段完成的 圖 10- 4 。第一階段， 復(fù)雜有機(jī)物如纖維素、 蛋白質(zhì)、 脂肪等在微生物作用下降解為簡單的 有機(jī)物如糧類、有機(jī)酸、醇等，是水解、發(fā)酵階段；第二階段，由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群 將有機(jī)酸等轉(zhuǎn)化成乙酸、H2及CO2，為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；第三階段，在產(chǎn)甲烷細(xì)菌作 用下將乙酸包括甲酸、CO2、H2轉(zhuǎn)化為CH4，是產(chǎn)甲烷階段。厭氧生物處理主要應(yīng)用于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)污水的處理。由于是密閉發(fā)酵，所以在處理過程中不影響周圍環(huán)境；同時隔絕空氣又加以高溫發(fā)酵，可以釘死寄生蟲卵 和致病菌；并且

6、可以產(chǎn)生生物能源甲烷。因此厭氧消化法近年來漸漸受到重視，但由 于所需時間長，對設(shè)備要求嚴(yán)格，因而影響其迅速推廣。三、污水生物處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 活性污泥是指由細(xì)菌、微型動物為主的微生物與膠體物質(zhì)、懸浮物質(zhì)等混雜在一起 形成的，具有很強(qiáng)吸附分解有機(jī)物的能力和良好沉降性能的絨絮狀顆粒?；钚晕勰?中生存著各種微生物，構(gòu)成了復(fù)雜的微生物群落。其中主要的微生物是細(xì)菌以好 氧性異養(yǎng)菌為主和原生動物，此外尚有酵母菌、絲狀霉菌、單胞藻類、輪蟲線蟲 等。1 、活性污泥中的細(xì)菌及其作用活性污泥中細(xì)菌的數(shù)量約為108109個/mL，它們是去除水中有機(jī)污染物的主力 軍。最常出現(xiàn)的

7、優(yōu)勢種群是：產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、假單孢菌屬、動 膠菌屬，其次尚有無色桿菌、諾卡氏菌、蛭弧菌、分枝蒜苗、硝化細(xì)菌、大腸埃希氏 菌等。它們?nèi)渴腔墚愷B(yǎng)菌，多數(shù)為革蘭氏陰性菌，可以有效地分解廢水中的有機(jī) 污染物。在活性污泥形成初期，細(xì)菌多以游離態(tài)存在，隨著活性污泥的成熟，菌膠團(tuán)細(xì)菌 分泌胞外聚合物蛋白質(zhì)、核酸、多糧等形成細(xì)纖維狀的胞間物質(zhì)，然后通過它們 相互糾纏作用而形成菌膠團(tuán)絮狀物， 隨后絲狀細(xì)菌、霉菌、原生動物等交織附著其上， 形成活性污泥絨絮狀顆粒，這個過程稱為生物絮凝作用。因此，菌膠團(tuán)是活性污泥的 結(jié)構(gòu)和功能中心，由于其巨大的外表積和粘性，使活性污泥具有魏吸附和分解有機(jī)物 的

8、能力，同時菌體包埋在絮狀體中，可防止原生動物的吞噬；絮狀體的形成，又為固 著生長的微生物提供了附著和棲息的場所， 這就為水處理微生物的自下而上和開展提 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 別離。活性污泥中的絲狀細(xì)菌，如球衣細(xì)菌、貝氏硫菌、線硫菌，它們附著于污泥或與菌膠團(tuán)交織而構(gòu)成活性污泥的骨架。但假設(shè)污水中含有大量碳水化合物，低氧和有機(jī)物濃 度過上下時，都會引起絲狀細(xì)菌大量繁殖而造成污泥結(jié)構(gòu)極度松散，污泥因浮力增加 而上浮，產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，降低處理效果。2 、活性污泥中的原生動物及其作用 活性污泥中原生動物在數(shù)量和種類上僅次于細(xì)菌，常見的優(yōu)勢種是纖毛類

9、。它們 主要附聚在污泥外表。其作用在于。 1有些原生動物如變形蟲能吞噬水中有 機(jī)顆粒，對污水有直接凈化作用； 2某些原生動物如纖毛蟲能分泌糧類物 質(zhì)，可促進(jìn)生物絮凝作用； 3吞食游離細(xì)菌，有利于改善出水水質(zhì)； 4可作 為污水凈化的指生物。在活性污泥的培養(yǎng)和馴化階段中，原生動物按一定的順序出現(xiàn)。在運行初期曝 氣池中常出現(xiàn)鞭毛蟲和肉足蟲。假設(shè)鐘蟲出現(xiàn)且數(shù)量較多，剛說明活性污泥已成 熟，充氧正常。假設(shè)固著型纖毛蟲減少，游泳型纖毛蟲突然增加，說明污水處理運 轉(zhuǎn)不正常。因此，根據(jù)污水中微生物的活動規(guī)律就可以判斷水質(zhì)和污廢水處理 程度，因為隨著水質(zhì)條件營養(yǎng)、溫度、 pH 值、溶解氧的變化，細(xì)菌與佩型動物

10、的種類和數(shù)量出發(fā)生一定的變化并遵循一定的演替規(guī)律圖10-5：細(xì)菌t植鞭蟲t動鞭蟲T變形蟲T游泳型纖毛蟲、吸管蟲T固著型纖毛蟲T輪蟲。二生物膜中的微生物群落及其作用當(dāng)污水通過濾料時，在濾料外表逐漸形成一層粘膜，粘膜中生長著各種微生物， 這層粘膜就是生物膜。生物膜有巨大的外表積，能吸附污水中呈各種狀態(tài)的有機(jī) 物，具有非常強(qiáng)的氧化能力。生物膜中常見的微生物：主要組成菌有好氧的芽孢桿菌、不動桿菌、專性厭氧的 脫硫弧菌以及假單孢菌、產(chǎn)堿桿菌、黃桿菌、無色桿菌、微球菌和動膠菌等兼性 菌，這些細(xì)菌互相粘連構(gòu)成菌膠團(tuán)，擔(dān)負(fù)著主要的氧化分解有機(jī)物的任務(wù)，生物膜 上的絲狀細(xì)菌有球衣細(xì)菌、貝氏硫菌等，它們降解有機(jī)物

11、的能力極強(qiáng)，在量生長的 菌絲體交織粘輻形成層層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對水水具有過濾作用，被處理水中的懸浮物 被絲狀菌網(wǎng)吸附截留，出水變得澄清，同時菌絲的交織作用又可使膜塊的機(jī)械強(qiáng)度 增加，不易脫落更新，但絲狀細(xì)菌過速生長會堵塞濾池，影響凈化過程的正常進(jìn)行；生物膜中出現(xiàn)較多的真菌是鐮刀霉、曲霉、地霉、枝孢霉、青霉及酵母菌、霉菌可形成類似絲狀細(xì)菌的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；藻類僅生長在生物膜外表見光處，主要有小球藻、席藻、絲藻等過度生長，會覆蓋濾池外表，影響水流暢通；原生動物主要是鐘蟲、累枝蟲、蓋纖蟲和草履蟲等纖毛蟲，它們能提高生物濾池的凈化程度和效率； 此外尚有輪蟲、線蟲、沙蠶等后生動物去除池內(nèi)污泥，能防止污泥積聚、抑制

12、生物 膜過速生長，保持生物膜的好氧狀態(tài)，對廢水凈化有良好作用。生物膜上微生物的生態(tài)演替主要受溶解氧和營養(yǎng)的制約。從膜面到膜內(nèi)，微生物按好氧化發(fā)發(fā)T兼性T厭氧的順序出現(xiàn)；從濾池的上層到下層，有機(jī)物濃度逐漸降 低，優(yōu)勢種以菌膠團(tuán)細(xì)菌T絲狀細(xì)菌、鞭毛蟲、游泳型纖毛蟲 T固著型纖毛蟲、輪蟲 的序列出現(xiàn)。因此，通過觀察各區(qū)段微生物種類的演替情況，有可能判斷出廢水濃 度的變化或污泥負(fù)荷的變化。四、污水處理的菌種培養(yǎng)及其對水質(zhì)要求一菌種培養(yǎng)方法1、生物膜的培養(yǎng)和馴化生物濾池投入運轉(zhuǎn)初期，必須培養(yǎng)和馴化生物膜。這個過程一方面是使微生物在濾 料外表生長繁殖，掛上生物膜；另一方面是使生物膜上的微生物產(chǎn)生一定的變異

13、， 能逐漸適應(yīng)處理的污廢水的水質(zhì)，也就是訓(xùn)化。培養(yǎng)與馴化的方法有以下幾 種：1先將生活污水送入濾池，生物膜在濾料上形成后，逐漸投加準(zhǔn)備處理的工業(yè) 廢水，對生物膜加以馴化。2將生活污水與待處理的工業(yè)廢水混合送入濾池，工業(yè)廢水混入比例逐漸增 大，使掛膜與馴化結(jié)合起來同時進(jìn)行。3用其他污水處理廠的活性污泥或生物膜進(jìn)行接種培養(yǎng)，并以逐漸增大準(zhǔn)備處 理的工業(yè)廢水投量的方式加以馴化。2、活性污泥的培養(yǎng)與馴化活性污泥法處理污水的首要問題是要在曝氣池運行投產(chǎn)前，準(zhǔn)備好足夠數(shù)量具有處 理某種污水能力的活性污泥。培養(yǎng)與馴化方法如下：1將附近同類型污水處理廠成熟的活性污泥取來直接使用。該方法最簡便。2采用生活污水和

14、糞便水曝氣培養(yǎng)，再用需處理的廢水馴化。該法較常用但所需時間長3在用生活污水、糞便水培養(yǎng)活性污泥的同時，逐漸參加待處理的工業(yè)廢水， 使培養(yǎng)與馴化同時進(jìn)行，縮短馴化時間?；钚晕勰嗯囵B(yǎng)成熟的標(biāo)志是：具有良好的凝聚、沉淀性能；污泥中有大量的菌膠團(tuán) 和纖毛類原生動物；菌膠團(tuán)顏色較淺、無色透明、結(jié)構(gòu)緊密，游離細(xì)菌少，固著型 纖毛類占優(yōu)勢；可使 BOD5 去除率到達(dá)底 0%左右。二污水生物處理對水質(zhì)的要求污水生物處理是利用微生物的作用來完成的，因此要給微生物的生長繁殖創(chuàng)造適宜 的環(huán)境條件。在污水生物處理中，水質(zhì)條件極重要。1、pH 值好氧生物處理，pH應(yīng)保持在69范圍內(nèi)。厭氧生物處理，pH應(yīng)保持在8之間。P

15、H 過低、過高的污水在進(jìn)入處理裝置時應(yīng)先行調(diào)整 pH 值。在運行期間， pH 不能突 然變化太大，以防微生物生長繁殖受到抑制或死亡，影響處理效果。2、溫度一般好氧生物處理要求水溫在2040 C之間。污泥的厭氧消化需利用高溫微生物進(jìn) 行厭氧發(fā)酵，溫度應(yīng)提高至5060 C之間。3、營養(yǎng)微生物的生長繁殖需要各種營養(yǎng)。好氧微生物群體要求BOD5C：N：P=100 ：5 : 1，厭氧微生物群體要求B0D5C： N : P=100 : 6： 1。城市生活污水能滿足活 性污泥的營養(yǎng)要求，但工業(yè)廢水除有機(jī)物外一般缺乏某些養(yǎng)料，特別是N和P,故這類污水進(jìn)行生物處理時，需要投加生活污水、糞尿、或氮、磷化合物。但如果工 業(yè)廢水不缺營養(yǎng)，切勿添加上述物質(zhì)，否那么會導(dǎo)致反馴化。此外，尚需要考慮污水所含的有機(jī)物濃度過高過低皆不宜。一般來說，好氧生物處 理法進(jìn)水有機(jī)質(zhì)濃度不宜超過 B0D5500 1000mg/L ，不低于 50100mg/L ；厭氧生物 處理高濃度有機(jī)污水， B0D5 可高達(dá) 500010000mg/L 甚至 20000 mg/L 。4 、有毒物質(zhì)工業(yè)廢水中往往含有許多有毒物質(zhì)，如重金屬、H2S、氰、酚等。雖然所有初次接種到某種廢水中的微生物群體活性污泥或生物膜在培養(yǎng)馴化中都已經(jīng)歷了自然 篩選過程，剩下的細(xì)菌中絕大局部都是以