污水处理中的微生物

一、在污水处理中的微生物分类

污水处理的微生物种类较多，主要是真菌、藻类和动物。

1.细菌

细菌适应性强，生长速度快。根据对营养物质要求的不同，细菌可分为自养菌和异养菌两大类。自养细菌利用各种无机物(CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等。)作为营养物质，并将其转化为另一种无机物，释放能量，合成细胞物质。它们的碳源、氮源和磷源都是无机物。异养细菌以有机碳为碳源，以有机或无机氮为氮源，将其转化为CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等无机物。，并释放能量合成细胞物质。污水处理设施中的微生物以异养菌为主。

2.真菌

包括真菌、霉菌和酵母。它是一种以有机物为碳源的好氧真菌，生长pH为29，最好为5.6。真菌的需氧量更少，只有细菌的一半。真菌常出现在pH值低、分子氧少的环境中。

菌丝体在活性污泥的混凝过程中起着骨架作用，但是过多丝状菌的出现会影响污泥的沉降性能，造成污泥膨胀。真菌在污水处理中的作用不容忽视。

3.海藻

藻类是单细胞和多细胞植物微生物。它含有叶绿素，利用光合作用同化二氧化碳和水释放氧气，吸收水中的氮、磷等营养物质合成自身细胞。

4.原生动物

原生动物是可以分裂和增殖的低等单细胞动物。污水中的原生动物既是净水器，又是水质指示器。大多数原生动物属于好氧异养型。在污水处理中，原生动物的作用不如细菌重要，但由于大部分原生动物可以吞食固体有机物和游离细菌，所以可以净化水质。原生动物对环境变化比较敏感，不同的水质环境中出现不同的原生动物，所以是水质指标。例如，溶解氧充足的钟形虫大量出现，当溶解氧低于1㎎/L时，它们出现较少，并且不活跃。

5.后生动物

后生动物是多细胞动物。污水处理设施和稳定化池塘中常见的后生动物包括轮虫、线虫和甲壳类动物。

后生动物是好氧微生物，生活在良好的水质环境中。后生动物以细菌、原生动物、藻类和有机固体为食。它们的出现说明处理有很好的效果，是污水处理的指示生物。

二、微生物的新陈代谢

微生物的生命过程是不断利用营养物质，不断合成和消耗细胞物质的过程。这个过程伴随着新生命的诞生，旧生命的死亡和营养物质(基质)的转化。污水生物处理是通过微生物对污染物(营养物质)的代谢转化来实现的。

1.微生物的营养关系

细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物共存于水体中。而细菌和真菌以水中的有机物、氮、磷为营养物质进行有氧和无氧呼吸来合成自己的细胞。藻类利用水中的二氧化碳、氮和磷来合成自己的细胞，并向水中提供氧气。藻类的细胞死亡后，成为真菌的营养。原生动物吞噬水中的固体有机物、真菌和藻类。后生动物捕食水中的固体有机物、真菌、藻类和原生动物。

2.微生物代谢

微生物从污水摄取营养物质，合成自己的细胞，通过复杂的生化反应排出废物。这种维持生命活动和生长繁殖的生化反应过程称为新陈代谢，简称新陈代谢。根据能量传递和生化反应的类型，代谢可分为分解代谢和合成代谢。将微生物营养物质分解成简单化合物并释放能量的过程称为分解代谢或能力代谢；将微生物营养物质转化为细胞物质并吸收分解代谢释放的能量的过程称为合成代谢。当营养缺乏时，微生物氧化分解自身的细胞物质以获取能量。这个过程叫内源性代谢，也叫内源性呼吸。营养物质丰富时，内源呼吸作用不明显，而营养物质缺乏时，内源呼吸是主要的能量来源。

没有新陈代谢就没有生命。微生物通过新陈代谢不断增殖和死亡。微生物分解代谢为合成代谢提供能量和物质，合成代谢为分解代谢提供催化剂和反应器。两种代谢相互依存，相互促进，密不可分。

微生物消耗的营养物质一部分分解成简单物质排放到环境中，另一部分合成为细胞物质。不同微生物的代谢速率不同，用于分解和合成的营养物质比例也不同。厌氧微生物分解营养不完全，释放能量少，新陈代谢慢。营养物质用于分解的比例大，用于合成的比例小，细胞增殖慢。好氧微生物彻底分解营养物质，营养物质比最终产物(CO2、H2O、NO3-、PO43-等)更稳定。)且含有较少的能量。因此，好氧微生物在代谢过程中释放的能量较多，代谢速度较快。营养物质用于分解的比例小，用于合成的比例大，细胞增殖快。

第三，微生物的生长环境

废水处理的主体是微生物，只有为微生物繁殖创造良好的环境条件，才能获得满意的处理效果。影响微生物生长的主要因素是营养、温度、pH值、溶解氧和有毒物质。

1.营养

营养是微生物生长的物质基础，生命活动所需的能量和物质都来自营养。微生物的组成(不包括H2O和无机物)可用化学式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同的微生物细胞有不同的组成，对碳、氮、磷的比例有不同的要求。好氧微生物要求碳、氮、磷与BOD5:N:P=100:5:1的比例[或COD:N:P=(200~300):5:1]。厌氧微生物需要碳、氮和磷与BOD5:N:P=100:6:1的比例。其中N以NH3-N计算，p以po43-p计算..微生物种类繁多，所需的C、N、P的化学形态也各不相同。比如异养细菌需要有机物作为碳源，自养细菌利用CO2和HCO3-作为碳源。

几乎所有的有机物都是微生物的营养来源。为了达到预期的净化效果，控制合适的C:N:P比例非常重要。微生物除了需要C、H、O、N、P外，还需要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.温度

不同种类的微生物生长温度不同，各种微生物的整体温度范围为0~80℃。根据适应的温度范围，微生物可分为三类:低温(好冷)、中温、高温(好热)。低温微生物的生长温度在20℃以下，中温微生物的生长温度在20℃~ 45℃之间，高温微生物的生长温度在45℃以上。好氧生物处理以中温为主，微生物最适生长温度为20 ~ 37。当使用厌氧生物处理时，中温微生物的最适生长温度为25~40℃，嗜热微生物的最适生长温度为50~60℃。因此，厌氧微生物处理常常利用33~38℃和52~57℃两个温区，分别称为中温消化(发酵)和高温消化(发酵)。随着科技的发展，厌氧反应可以在20~25℃的室温下进行，大大降低了运行成本。

在适宜的温度范围内，温度每升高10℃，生化反应速度会提高1~2倍。所以在更高更合适的温度下生物处理效果更好。人为改变污水的温度会增加处理的成本，所以好氧生物处理一般都是在自然温度下，也就是室温下进行。有氧处理效果受气候影响较小。厌氧生物处理受温度影响较大，需要保持较高的温度。但考虑到运行成本，应尽量在室温(20~25℃)下运行。如果原始污水温度较高，应采用中温发酵(33~38℃)或高温发酵(52~57℃)。如果发酵过程中有足够的余热或产生足够的沼气(高浓度有机物污水和污泥消化)，可以利用余热或沼气的热能实现中高温发酵。一般来说，一天内的温度波动不应超过100℃。所以在生活处理时需要控制合适的水温并保持稳定。

3.ph值

酶是两性电解质，pH值的变化影响酶的电离形式，进而影响酶的催化性能，所以pH值是影响酶活性的重要因素之一。不同的微生物有不同的酶系统，所以它们有不同的pH适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物的适宜pH范围为4~10。酵母和霉菌的最适pH值为3.0~6.0。大多数细菌适合pH=6.5~8.5的中性和碱性环境。好氧生物处理的适宜pH为6.5~8.5，厌氧生物处理的适宜pH为6.7~7.4(最好为6.7~7.2)。在生物处理过程中保持适当的pH范围是非常重要的。否则微生物酶的活性会降低或丧失，微生物生长缓慢甚至死亡，导致处理的失败。

进水pH值的突然变化会对生物处理产生很大的影响，是不可逆的。因此保持pH值稳定非常重要。

4.溶解氧

好氧微生物的代谢过程以分子氧为受体，参与某些物质的合成。没有分子氧，好氧微生物就无法生长繁殖。因此，在进行有氧生物处理时，应保持一定的溶解氧(DO)浓度。供氧不足，适合低溶解氧生长的微生物(微量好氧产硫菌)和兼性微生物的大规模繁殖。它们对有机物的分解不彻底，处理的效果下降。在低溶解氧状态下，丝状菌占优势并引起污泥膨胀。如果溶氧浓度过高，不仅浪费能量，还会因营养相对不足而导致细胞氧化死亡。为了达到良好的处理效果，好氧生物处理时溶解氧应控制在2~3mg/L(二沉池出水0.5~1mg/L)。

厌氧微生物在有氧条件下产生H2O2，但没有酶分解H2O2，被H2O2杀死。因此，厌氧生物处理反应器中必须没有分子氧。其他氧化物质如SO42-、NO3-、PO43-和Fe3+也会对厌氧生物处理产生不利影响，其浓度也应加以控制。

5.有毒物质

抑制和毒害微生物的化学物质称为有毒物质。它可以破坏细胞的结构，使酶变性并失去活性。例如，重金属可以与酶的-SH基团结合，或与蛋白质结合使其变性或沉淀。有毒物质在低浓度时对微生物无害，但超过一定数值时就有毒性。一些有毒物质在低浓度下就能成为微生物的营养物质。有毒物质的毒性受pH值、温度以及是否存在其他有毒物质等因素的影响。不同条件下毒性差异很大，不同微生物对同一种毒性物质的耐受力也不同。具体情况要根据实验来确定。

在废水生物处理工艺中，应严格控制有毒物质的浓度，但有毒物质浓度的允许范围没有统一的标准。

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