微生物技術在污水處理中的應用

隨著人類社會化程度的不斷提高和社會經濟活動的日益頻繁，環境污染問題也越來越嚴重，其中水體的污染尤為突出。工業廢水和生活污水的排放，是造成水體污染的主要因素。日益加劇的水污染，對人類的生存安全構成了極大威脅，成為人類健康、經濟、可持續發展的重大阻礙，如何應用現代科學技術手段對這些污水進行處理，使之成為人類可放心利用的水資源，同時從根本上遏制水污染，減少水污染，凈化我們的生態環境，成為當務之急。

水污染物的類型及來源

污水因其來源不同， 大體上可分為生活污水、工業廢水和農業廢水，工業污水的可生化性較差，通常只能采甩化學方法來處理。而生活污水可生化性相對較高，所以采用生化法處理效果比較好。大多數城市污水處理廠的原水主要是生活污水，其中摻雜的工業污水只占相當小的一部分，所以生化法直是城市污水處理廠的首選工藝。

(1)生活污水生活污水是一大污染源。 生活污水中含有大量的無機物和有機物。無機物如氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽和鈉、鉀、鈣、鐵等碳酸鹽，有機物有纖維素、淀粉、脂肪、蛋白質和尿素等。排放入環境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。 

(2)工業廢水工業廢水是水體污染的主要污染源，包括鋼鐵工業廢水，食品工業廢水，化工廢水等。

(3)農業廢水農業廢水主要是農業上使用的化肥、農藥進入水體造成的污染水，它面廣而量大且易分散，易造成水體富營養化。

微生物處理污水的原理

利用微生物處理污水實際就是通過微生物的新陳代謝活動將污水中的有機物分解從而達到爭化污水的目的。微生物能從污水中攝取糖，蛋白質，脂肪，淀粉及其它有機化合物作為微生物的營養物質，經過一系列的酶促反應，這些有機物在微生物體內得到分解利用，有些合成微生物自身的結構和功能物質，有些則為微生物提供所需的能量。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此污水生物處理方法分為好氧生物處理和厭氧生物處理

1好氧生物處理

好氧生物處理是在水中有落解氧存在的條件下，借好氧和兼性厭氧微生物(其中主要是好氧菌)的作用來進行的。在處理過程中，絕大多數的有機物都能被相應的微生物氧化分解。用好氧法 處理污水，基本上沒有臭氣處理所需的時間比較短，如果條件適宜，一般可去除BOD5 80一90%以上 

2厭氧生物處理

厭氧生物處理是在無氧的條件下，借厭氫和兼性厭氫微生物其中主要是厭氧菌)的作用來分解污水中有機物的，也稱厭氧消化或厭氧發酵。厭氧生物處理主要應用于有機污泥和高濃度有機污水的處理。由于是空閉發酵，所以在處理過程中不影響周圍環境:同時隔絕空氣文加以離溫發酵，可以釘死喜生蟲卵和致病菌:并且可以產生生物能源甲烷因此厭氧酒化法近年來漸漸受到重視，但由于所需時間長，對設備要求嚴格。因而影響其迅速推廣

3生化需氧量

在污水處理中，通常是以有機物在氧化過程中所清耗的氧量這一綜合性指標來表示有機污染物的濃度。如生化需氧量(BOD)和化學需氧量(COD)。生化需氧量是指在特定的溫度和時間(通 第在20PC sd下，)微生物分解污水中有機物所滿耗的氨量稱為BOD5. BOD5約占生化 需氧總量的92/3故采用BOD5來表示污水中可隆解有機物的濃度是比較合適9。 但污水中有機物并不是都能較快降解的，在工業廢水中，可以結合COD等指標表示有機污染物的濃度。只有B0D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，關鍵是控制毒物濃度和引化微生物。

污水生物處理方法

活性污泥法

活性污泥法是目前使用廣泛的種利用微生物處理水污染的方法。活性污泥法是指利用活性污泥在廢水中的凝聚、吸附、氧化分解和沉淀等作用，去除廢水中有機污染物的種廢水處理方法。

活性污泥是指由細菌、微型動物為主的微生物與膠體物質、懸浮物質等混雜在起形成的， 具有很強吸附分解有機物的能力和良好沉降性能的絨絮狀顫粒。活性污泥中生存著各種微生物，構成了復雜的微生物群落。其中主要的微生物是細菌(以好氧性異養菌為主)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。

活性污泥中微生物作用:

一提高出水水質方面的作用

1.通過某些原生動物的分泌物,在沉降過程中促進游離細菌的絮凝作用提高細菌的沉降效率和

2.原生動物捕食細菌.提高細菌活動能力,提高對可溶性有機物的攝取能力。

3.原生動物和細菌起,共同攝食病原微生物。

二在活性污泥系統中的指示作用

1.當活性污泥性能良好時活性污泥表現為家凝體較大.沉降性好，擴檢觀察出現的生物有鐘蟲屬、蓋蟲屬、有助木盾纖蟲屬、獨縮蟲屬、聚縮蟲屬、各類吸管蟲屬、輪蟲類、累枝蟲屬、寡毛類等固著型種屬或匍匐型種屬。

2.活性污泥惡化時,絮凝體較小，出現的生物有豆形蟲屬、滴蟲屬和聚屋滴蟲屬等快速游泳型的生物。當污泥產重惡化時，微型動物大面積死亡或幾乎不出現污泥沉降性下降,處理水質能力差

3.活性污泥從惡化恢復到正常，在這段過渡期內出現的生物有漫游蟲屬、管葉蟲屬等慢速游泳型或匍匐型的生物。

4.活性污泥騰脹時絲狀菌是導致污泥膨脹的主要生物，由于絲狀菌大星繁殖，活性污泥呈棉絮狀 ,顆粒細碎且顏色相對較淺。3.活性污泥從惡化恢復到正常 ，在這段過渡期內出現的生物有漫游蟲屬、管葉蟲屬等慢速游泳型或匍匐型的生物。

優點: BOD和SS去除率高，可達90% - 95%，適于處理要求高、水質穩的廢水。

缺點:對水質變化適應差:實際需氧前大后小，使前段氧少、后段氧余;曝氣池容積負荷低、占地面積大、基建費高;產生大量剩余污泥。

生物膜法

生物膜法是利用固著在情性材料表面的膜狀生物群落處理污水的方法。生物膜的功能和活性污泥法中的活性污泥相同，其微生物的組成也類似。凈化污水的主要原理是附著在載體表面的生物膜對污水中有機物的吸附與氧化分解作用。生物膜法根據介質與水接觸方式不同，有生物濾池生物轉盤法、塔式生物濾池法等。其處理原理基本相同，都是依靠著生于固體介質表面的微生物來凈化有機物的，因此，又稱生物過濾法。處理過程中的物質轉移空氣中的氧+廢水 一生物膜， 此法比活性污泥法產生的剩余污泥少。

生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統其附著的國體介質稱為濾料或載體、生物膜自這料向外可分為慶氣層、好氣息、附看水 層運動水層。生物膜法的原理是， 生物膜首先吸附看水層有機物，由好氣層的好氣菌得其分析，再進入氣屬進行慶氣分解，流動水層則將老化的生物膜中掉以生長新的生物膜，如此往以達到凈化污水的目的。

優點:

(1)生物膜對水質、水量變化適應性強，穩定性好:

(2)無污泥膚脹，運轉管理方便:

(3)生物膜中生物相豐富，生物種群星一定分布;

(4)有高營養級別微生物存在，產能多，剩余污泥少:

(5)自然通風供氧，省能耗。

缺點:

(1)運行靈活性差，難以人為控制:

(2)載體比表面積小設備客積負荷小，空間效車任

(3)處理效率差，BOD去除率約80%左右。

生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是從生物膜法派生出來的一種廢水生物處理法，即在生物接觸氧化池內裝填一定數量的填料，利用吸附在填料上的生物膜和充分供應的氧氣，通過生物氧化作用，將廢水中的有機物氧化分解，達到凈化目的。生物接觸氧化法是以附著在載體（俗稱填料）上的生物膜為主，凈化有機廢水的一種高效水處理工藝。具有活性污泥法特點的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的優點。在可生化條件下，不論應用于工業廢水還是養殖污水、生活污水的處理，都取得了良好的經濟效益。

優點：

（1）微生物濃度高，處理效率高；

（2）生物膜內微生物種類、數量多、呈一穩定的生態系統；

（3）氧利用率高（10%±）

（4）比生物膜法能耗高（增加了人工曝氣），投資較高

缺點:布氣、布水不易均勻，填料易堵寒。 (用維綸軟性纖維填料可避免堵塞，且價廉、耐用、加工方便。)

厭氧生物化學法

厭氧處理法，是在無氧條件下由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機污染物的處理方法。對于高濃度有機廢水及污泥，不宜直接采用好氧生物法處理，而用厭氧消化法預處理。在厭氧條件下，由兼性菌和厭氧菌分解有機物，產物主要是甲烷，可燃燒。副產物有硫化氫、臭氣大，有硫化鐵、呈黑色。廢水停留時間長，設備容積要求大。

厭氧生物處理般分為四個階段水解，發酵，產乙酸，產甲烷。這些無機物質主要是大量的生物氣體即沼氣。沼氣的主要成分是CH4和CO2.

優點:

(1)適于高濃度廢水和好氧難降解的有機廢水。好氧:中、低濃度)

(2)能耗低:為ASP的1/10 。

(3)負荷高:好氧2--4KgBOD/M3?d,厭氧2--10，可高達50。

(4)剩余污泥少:易濃縮、易脫水，污泥量為ASP的5%--20%。

(5) N、P需要少:好氧BOD:N:P為100:5:1,厭氧100:2.5:0.5,對N、P缺乏的工業廢水需投加的營養鹽少。

(6)有一定殺菌作用(廢水、污泥中的寄生蟲卵、細菌、病毒等)。

(7)生產靈活、適應性強:可季節性、間歇性運轉。

(8) 可產生有價值的副產物:如沼氣。

缺點:

(1) 厭氧微生物生長繁殖慢，設備啟動、處理時間長。

(2) 出水水質達不到排放標準，需進步好氧處理。

(3)操作控制因素比較復雜。

固定化微生物法

固定化微生物技術是用化學的或者物理的手段和方法將游離微生物限制或定位在某一特定空間范圍內，保留其固有的催化活性，且能夠被重復和連續使用的現代生物工程技術。這種技術應用于污水處理有利于提高生物反應器內的微生物濃度，利于反應后的固液分離，縮短處理的時間。固定化微生物方法多種多樣，但主要有結合固定化，交聯固定化，包埋固定化和系指微生物吸附在載體表面而固定化的方法。

優點:

(1)微生物固定化可以保持反應器內微生物的高濃度和高活性，有助于提高污染物的處理負荷和去除效率;

(2)采用固定化微生物技術的工藝，污泥產量低，減輕了后續污泥處置的負擔;

(3)微生物固定化形成顆粒態，利于沉淀過程的泥水分離;

(4)將具有降解某些難降解有機物特性的微生物固定化，可有效處理某些行業廢水;(5)微生物固定化對有毒物質的承受能力強，穩定性好:

污水處理生物對水質的要求

1 pH值

好氧生物處理，pH應保持在6 ~ 9范圍內。厭氧生物處理，pH應保持在6. 5~8之間。在運行期問，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

-般好氧生物處理要求水溫在20 ~ 409C之間。污泥的厭氧消化需利用高溫微生物進行厭氧發 酵溫度應提高至50~ 60°C之間。

3營養

微生物的生長繁殖需要各種營養。城市生活污水能滿足活性污泥的營養要求，但工業廢水除有機物外般缺乏某些養料，特別是N和P,故這類污水進行生物處理時，需要投加生活污水、糞尿、或氫、磷化合物。但如果工業廢水不缺營養，切勿添加上述物質，否則會導致反馴化。

4有毒物質

工業廢水中往往含有許多有毒物質，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)在培養馴化中都已經歷了自然篩選過程，剩下的細菌中絕大部分都是以該種廢水中污染物質為主要營養的降解菌，但當污水中的有毒物質超過一定濃度時，仍能破壞微生物的正常代謝，影響污水生物處理效果。因此，對某種污水進行生物處理必須根據具體情況確定處理方法，必要時需經過試驗，以確定生物處理中毒物的容許濃度。同時加強微生物馴化以提高對毒物的承受力。 

5溶解氧

好氧生物處理要保證供應充足的氧氣，否則會使處理效果明顯下降，甚至造成局部厭氧分解， 使曝氣池污泥上浮，生物濾池或生物轉盤上的生物膜大量脫落。但溶解氧過多， 也不利于生物處理。

微生物處理污水的優點

1.節約水資源，降低能耗和成本:

2.利用有益菌群原液比一般凈化槽處理污水，大大縮短曝氣時間，提高工效

3.治污效果顯著，如有機氫、金屬離子、混濁度、COD(化學需氧量)、BOD(生化需氧量)、55(浮游生物)等均下降至國標以下標準，而DO(溶解氧)上升，水質得到改善:

4.處理污水中的重金屬等，消除毒害:

5.抑制病原菌，消除異味。改善空氣質量:

6.可以清除糞尿惡臭，凈化生態環境，大限度地減少畜離的臭味，明顯地抑制了蚊蠅滋生。

結語及展望

污水生物處理方法與傳統的物理化學方法相比，前者有著許多不可替代的優勢。微生物形體微小，種類繁多，代謝旺盛，易變異，適應性強，幾乎能夠利用自然界中所有的天然物質，是處理污水的理想工具。

隨著人類對環境保護問題的日益重視，微生物技術的發展也會得到越來越多的關注，如何完善現有的技術，使之更加符合人類的需求，同時開發出新的微生物技術以更好地解決污水處理中的問題，是我們要關注的方向。