污水中的微生物呼吸方式

【专家解说】：3.1 污水处理与微生物 生物处理根据其处理过程中氧的状况，可分为好氧处理系统与厌氧处理系统。 3.1.1好氧处理系统 微生物在有氧条件下，吸附环境中的有机物，并将其氧化分解成无机物，使污水得到净化，同时合成细胞物质。微生物在污水净化过程，以活性污泥和生物膜的主要成分等形式存在。 (1)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。它是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附污水中的有机物，并在氧的作用下，将这些物质同化为菌体的成分，或将其分解为CO2、水等物质，从而达到降低污水中有机污染物的目的。其中的细菌有Zoogloea ramigera (生枝动胶菌)、Sphaerotilus natans (浮游球衣菌)和Pseudomonas spp.等;原生动物则以Carchesium spp.(一些独缩虫)、Opercularia spp.(一些盖纤虫)和Vorlicella spp.(一些钟虫)为主。 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CO2、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。 曝气池中混合物以低BOD值流入沉淀池。活性污泥通过静止、凝集、沉淀和分离，上清液是处理好的水，排放到系统外。沉淀的活性污泥一部分回流曝气池与未处理的废水混合，重复上述过程，回流污泥可增加曝气池内微生物含量，加速生化反应过程。剩余污泥排放出去或进行其他处理后继续应用。 (2)生物膜法 生物膜法是模拟自然界中土壤自净的一种污水处理法，它是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理污水的一种方法。因此，生物膜法又称为固定膜法。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，有很强的吸附作用。废水中的有机物流入时，被膜上的微生物吸附，进行生物降解，从而使废水得到净化。生物膜随着微生物群体的生长增加而逐渐增厚，到一定程度时，它会由于受到水力的冲刷而不断剥落，同时又会不断地形成新的生物膜，而达到动态平衡。 成熟的生物膜一般分为3层，从水体到载体表面依次为外表层、中间层和内层。外表层为好氧层，中间层为微好氧层，而内层为兼性厌氧或厌氧层。由于自然选择的结果，不同的层面生长着不同类型的微生物。在外表层生长的微生物一般为好氧微生物，兼性厌氧和厌氧微生物一般生活在缺氧的内层。 和活性污泥相比，生物膜中微生物的种类和数量更丰富，通常包括细菌、病毒、真菌和原生动物等。细菌以化能异养型为主，包括好氧细菌、厌氧和兼性厌氧细菌。较为常见的细菌种类有:动胶菌属、芽孢杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属、黄杆菌属和球衣菌属等。真菌在pH偏低的污水中容易生长，主要种类有青霉属、曲霉属、毛霉属等。原生动物主要有纤毛虫，如钟虫等。 生物膜的功能是分解水中的有机污染物，达到净化污水的目的。能分解糖被的好氧微生物首先在新的载体表面附着，并生长繁殖。然后丝状细菌也附着生长。这时原生动物也开始出现。随着细菌生物量的不断增加，生物膜逐渐增厚，水体中的溶解氧不能扩散到生物膜的内层，这时兼性厌氧和厌氧微生物在内层开始生长繁殖，分解水体扩散进来的有机物和好氧微生物的代谢产物。逐渐增厚的生物膜，随着糖被中多糖类物质的被分解和水力搅拌的作用，会产生脱落。在脱落的地方，又有新的生物膜形成。如此循环，不断进行有机污染物的分解，使污水得到净化。 3.1.2厌氧处理系统 在缺氧条件下，利用厌氧菌(包括兼性厌氧菌)分解污水中有机污染物的方法，又称厌氧消化或厌氧发酵法。因为发酵产物产生甲烷，又称甲烷发酵。此法既能消除环境污染，又能开发生物能源，所以倍受人们重视。污水厌氧发酵是一个极为复杂的生态系统，它涉及多种交替作用的菌群，各要求不同的基质和条件，形成复杂的生态体系。甲烷发酵包括3个阶段:液化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。 在厌氧微生物处理污水过程中，不同的阶段生活着不同优势的微生物。在水解发酵阶段中，主要微生物有梭状芽孢杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属和假单胞菌属等。在产氢、产乙酸阶段中，主要的微生物有互营单胞菌属、互营杆菌属、暗杆菌属和梭菌属等。在产生甲烷阶段中，主要的微生物有甲烷杆菌属、甲烷球菌属和甲烷八叠球菌属等。