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微生物在污水处理中的应用 王玉娟摘要 文章综述了城市污水处理中利用的各种微生物和从不同处理系统及发挥的作用这两方面对微生物菌群进行系统的归纳， 并对其应用前景和现今存在的问题进行了探讨分析并介绍了污水处理的生物学原理，以及细菌，原生动物等各指标性动物对污水处理的作用关键词 微生物 污水处理 指示作用我国水体的主要污染源是生活污水和工业废水，工业废水处理还未得到根本解决，特别是化工、轻工、农药、煤化工等行业排放的高浓度难降解有机工业废水对环境危害巨大而随着我国城镇化速度的加快及人们生活水平的不断提高，城市生活污水的比例已占70%左右，其成分也在不断变化，氮磷比例逐渐升高城市污水的有机污染物结构也日益复杂化，开发优良的城市污水处理方法迫在眉睫人们对微生物的认识在过去可能只注意到它有害的一面, 如一些病原菌、霉菌等, 但微生物的种类是千差万别的, 其中有害菌种只是很少的一类，现在在制药、发酵工业、及生物制品上, 微生物正起着越来越重要的作用, 尤其以其成本低􀀁设备简单及其天然的生物性质而受到人们的青睐􀀁随着社会的发展,环境问题越来越受到重视, 而其中对城市工业和生活污水的治理已经迫在眉睫, 微生物在污水处理上正扮演着重要角色, 城市污水的生物处理在我国正变成一种趋势。

1.污水处理的生物学原理那么什么是污水生物处理技术呢? 污水生物处理技术是微生物新陈代谢功能在污水处理领域的具体应用􀀁是水体自净和土壤自净这种大自然普遍存在过程的模拟, 不是一般的模拟, 而是强化的模拟􀀁强化的主要手段, 一是创造条件显著地提高活性微生物的数量;二是强化微生物新陈代谢, 有机物转化过程各个环节的传质过程􀀁其中活性污泥法在污水处理工艺上被普遍应用􀀁 基本流程如图： 污水→初沉池→曝气池→二沉池→出水 ＜之后二沉池的污泥可以回流到初沉池循环＞ 在适量的微生物和供氧的条件下, 曝气十几小时则形成活性污泥, 活性污泥污作为微生物(细菌和原生动物)的载体, 对有机污染物进行吸附、氧化、分解, 在二沉池内沉降,污水经处理流出废水连续流入, 活性污泥不断回流 ，活性污泥在二沉池内的浓度远大于曝气池中混合液的污泥浓度(M L SS )。

曝气池中不断有新细胞产生，为了不使污泥累积, 要把剩余活性污泥排出, 其量等于曝气池的污泥增长量, 活性污泥中起主要净水作用的是细菌，细菌又分好氧菌和厌氧菌, 其中好氧菌主要去除含碳的有机物, 即B O D厌氧菌主要去除N H 3 一N 其作用原理如下: 微生物在去除含碳的有机物时主要进行有氧代谢􀀁有氧代谢又分异养型和自养型, 异养型徽生物以有机物为食料, 微生物通过有机物的氧化取得能量, 并通过有机物的转化合成细胞物质, 可用下列两个反应概括: 细胞的合成:有机物+ 氧气→细胞+ CO2+H2O + NH4 (HN03 )内源呼吸:细胞物质+O2→CO2+H2O+NH4(HNO3)+残留物综合起来：新陈代谢反应就等于合成反应加内源呼吸反应，需要的氧也相应地分为两部分：需氧量=合成需氧量+内源呼吸需氧量细胞生长量是合成蚤和内源呼吸氧化俊之差自养型生物是摄取无机物为食料, 借以取得能量和合成细胞物质, 例如氮氮的硝化过程:硝化细菌: 有亚硝化细菌和硝化细菌之分, 是重要的自养型细菌亚硝化细菌把氮氮转化为硝酸盐, 并取得能量:NH4HNO3+O2→细胞物质+CO2+H2O+HNO2硝化细菌氧化亚硝酸盐为硝酸盐:HNO2+CO2 +O2→细抱物质+ HNO3􀀁两种细菌同时存在, 但亚硝化过程释放能量多, 故开始时亚硝化细菌数量多,N H 3 一N 很快氧化成HNO3。

接着HNO2很快氧化成HNO3城市污水在经过微生物的有氧代谢处理后, 产生了大量的NH4，SO42-等, 经此处理后的水只符合农田灌溉的标准, 而要达到工业回用水的标准, 还要去除污水中的氨氮, 即在二级生化处理过程中进行硝化和反硝化过程, 其原理是利用微生物的无氧代谢, 把污水中的氨氮还原成N2.其中硝化过程是在充分曝气的条件下, 硝化细菌和亚硝化细菌把污水中NH4+氧化成硝酸盐; 污水中的硝酸盐在厌氧条件下被活性污泥中的反硝化细菌还原成氮气逸出, 从而达到去除污水中氨氮的目的其原理如下:反硝化:在无氧环境中, 反硝化细菌使硝酸盐进行反硝化:NO3- →HNO2- →NO2- →N2代谢反应如下：有机物+NaNO3→细胞物质+CO2+NaHCO3+N2.2 .污泥处理的生物学原理污水处理过程中产生的污泥, 具有体积大, 易腐败, 有恶臭等特点􀀁如不加以妥善处理, 则将造成严重的二次污染􀀁 同时, 污泥叉是一种生物能源, 合理处理将变成可利用的资源􀀁 而污泥处理最为重要的是必须妥替解决污泥稳定化和无害化问题􀀁最常用的方法是厌氧消化, 即利用甲烷细菌的无氧代谢对污泥进行厌氧消化。

原理为：有机物的还原:在无氟条件下, 含氢有机物(如糖)还原为简单的有机酸和其它有机化合物, 提供能量, 这个过程称为发酵产生的有机酸等还原性物质, 进一步被甲烷细菌代谢为甲烷和二氧化碳, 其原理如下:有机物→细胞物质+ 有机酸, 醛, 酮, 醇→细胞物质十CH4 + CO23.城市污水处理的相关微生物分类3.1 按照不同处理系统分类现今发现的微生物群落按照不同的处理系统分为人工湿地系统的微生物群落和污水生物处理系统中的光合微生物人工湿地系统的微生物群落[1]在一些欧美国家已经得到广泛应用，我国也非常重视发展这种方法其实质就是利用人工湿地系统的微生物群落对污水中的有机物进行降解，达到净化水质的作用其水质净化效果与微生物种类、水生植被、水力负荷等因素有关污水生物处理系统中的光合微生物[2]主要发挥作用的是光合细菌，它是一类进行不放氧光合作用的细菌，分布极广泛由于其自身的生物特性在有机污水处理方面发挥着重要作用，而且细菌细胞富含蛋白质和B 族维生素，可以解决污泥处置的问题3.2 按照发挥作用分类3.2.1􀀁 除磷细菌污水污泥中磷含量的多少是衡量其污染程度的主要指标, 除磷细菌则可实现生物除磷, 从而净化污水污泥. W anger[ 3] 等用rRNA 目的探针测试后认为, 主要的聚磷菌(简称PAO) 为β亚纲中的红环菌群, 其次为α亚纲中的浮霉菌群及屈挠杆菌属、噬纤维菌、黄杆菌、拟杆菌群（简称CFB) 等等.3.2.2􀀁 硝化细菌与反硝化细菌借助异养微生物, 污水污泥通过氨化作用产生氨, 之后由硝化细菌、亚硝化细菌氧化成亚硝酸、硝酸形成硝酸盐, 从而起到了“解毒作用”. 硝化细菌在污水处理、农业等领域具有极其重要的作用, 成为近年来世界研究的热点, 其中变形杆菌的被β亚纲几乎已经成为微生物生态学的模式系统[ 8] . K inda ichi等[ 9] 对自养硝化生物膜进行了荧光原位杂交F ISH分析表明, 膜上有50%属于硝化细菌, 其余50% 为异养细菌, 分别为变形杆菌α亚纲23% ,γ亚纲13% , 绿色非硫细菌9% , CFB群2%, 未定类群3% . 该结果表明, 硝化细菌通过可溶性产物的产生支持了异养菌, 异养菌也从代谢多样性等方面确保了生物膜的生态稳定性[ 10] .反硝化细菌(D enitrify ing bacteria ) 的大多数成员, 如产碱杆菌属( Alcaligenes )、假单胞菌属(P seudomonas)、甲基杆菌属(Methy lobacterium )、副球菌属(Paracoccus ) 和生丝微菌属(H yphom i􀀁crobium ) 等, 都从污水厂中作为脱氮微生物群分离出来过. 这些细菌属在污水厂中是否具有原位脱氮的活性却尚不明了. 利用FISH 和显微自显影结合可以原位鉴定脱氮菌. 该种技术full􀀁cycle rRNA 方法结合, 揭示了新的、还不能培养的固氮弧菌属( A zoarcu) 相关细菌, 它是污水厂反硝化作用中的重要脱氮菌[ 11]3.2.3􀀁 丝状细菌丝状细菌(F ilamen tous bacteria) 作为污泥絮体的骨架, 表面附着菌胶团细菌, 形成结构紧密、沉降性能良好的污泥絮体, 具较高的净化效率; 另一方面, 絮体尺寸增大到某一临界值后, 丝状菌伸展出来, 显著影响絮状活性污泥的沉降性(污泥膨胀) 或引起生物量变化和泡沫形成(污泥发泡), 从而严重影响活性污泥的处理效率[ 12] . 利用rRNA 目标寡聚核苷酸探针能迅速地鉴定大多数丝状菌, 揭示活性污泥中有些丝状菌呈现多态性现象. Kanagaw a等[ 13] 从活性污泥中分离出15种丝状菌, 利用FISH 技术进行系统分类发现, 大多数未被描述的丝状菌属于绿色非硫细菌(Chlorof lex i) , 这可能是污水生物处理系统中丰度最高的丝状菌[ 14] .3.2.4􀀁 白腐真菌白腐真菌(White rot fungi ) 为生物界中一类奇特的丝状真菌, 腐生在树木或木材上, 能够降解木质素而导致木质腐烂, 一定程度上排除了地球生物圈中碳素循环的障碍. 白腐真菌能够通过产生胞外氧化酶——木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶等, 直接参与各种难降解有机污染物和毒性物质的降解. 这种独特的降解能力和降解机制, 多年来一直受到世界各国科学界以及工业界的高度重视[ 15 ] . 田玉萍等[ 16] 利用白腐真菌技术与生物膜反应器相结合, 对去除难降解偶氮染料废水的色度和COD有较好的降解效果.另外, 污水污泥所处的环境各异, 极端环境下的微生物及其功能研究备受青睐. 目前已知的主要有以下几类: ①嗜热菌(Thermophiles ): 可在50 ℃~ 110℃高温环境下生存的微生物;②嗜冷菌(P sychro􀀁philes) : 在0 ℃~ 15℃低温环境下生存的微生物, 最高生长温度不超过20℃;③嗜碱菌(A lkaliphiles ):在pH值大于9, 通常pH 为10~ 12的环境中生存, 而在中性条件下生长缓慢或不生长的微生物;④嗜盐菌(H aloph iles): 在至少2 mo l/L ( 3% ~ 20% ) 盐的存在下生存的微生物;⑤嗜酸菌(Acidophiles ): 在pH值不高于2的环境下生存的微生物;⑥嗜压菌(P iezophiles ): 能在大于一个大气压的压力下存活的微生物[ 17] . 极端环境微生物产生的极端酶和抗生素等活性物质对污水污泥处理有着广阔的应用前景.4􀀁 措施研究4.1􀀁 投加微生物进行水体修复投加微生物修复可分为原位生物修复和异位生物修复. 原位生物修复是指污染水体不经输送, 在其原位进行处理. 其主要处理方法有: 1) 投加菌种强化生物修复. 该技术直接向遭受污染的水体接入外源的污染物降解菌, 同时提供这些细菌生长所需的营养[ 37 ] . 在水体中加入微生物其实是对自然界恢复能力和自净能力的一种强化, 当水体中缺乏有效降解吸收污染物的物质时, 加入的菌种恰好能加强水体污染物的去除效果. 2) 添加营养物激活剂或无毒表面活性剂强化水体修复. 水体中的营养物缺乏时会严重限制水体环境中微生物污染物的降解, 而向水体投加营养盐可以提高微生物的代谢能力, 使微生物更好地发挥作用. 异位生物修复则需将被污染物质通过某种途径从污染现场运走, 便于对修复过程进行控制. 因此, 异位生物修复有调控和优化处理的特点, 但这种运输可能会增加费用, 导致修复成本提高. 目前异位。