活性污泥微生物學(xué)(實際經(jīng)驗總結(jié)-絕對實用)

1、活性污泥微生物學(xué)卓祥和 編寫二八年九月活性污泥微生物學(xué) 工業(yè)廢水或城市污水排入水體后，使水體受到有機污染。有機污染是當(dāng)前水體污染的普遍傾向，因此有機污染的治理是保護水資源的重要措施。如果被有機污染的水體是河流，在流徑一段距離后，水中有機物在微生物的作用下，逐漸被氧化、分解，最后恢復(fù)到原來的清潔程度，這一過程稱為水體的自掙。微生物在氧化、分解有機物的過程中，不斷消耗河流中的溶解氧，而溶解氧那么可在流動的河流外表從大氣中得到補充。我國古代，就有“流水不腐，戶樞不蠹的諺語。這種利用溶解氧氧化、分解有機物的微生物稱作好氧微生物。排入水體的污水，一局部以懸浮狀態(tài)的有機物沉淀至水底，無法不斷獲得溶解氧。此

2、時，另一種稱為厭氧微生物發(fā)生作用。厭氧微生物是自養(yǎng)性的，以發(fā)酵方式分解有機物和合成微生物機體。厭氧分解能產(chǎn)生有機酸、醇、硫化氫、二氧化碳、沼氣和熱能。所以受有機污染的水體常發(fā)生底泥冒氣泡現(xiàn)象。民間的沼氣池和堆肥是厭氧微生物作用的例子。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，污水處理工程中，水中溶解氧2mg/L為好氧區(qū)Oxic Zone，主要功能是降解有機物和進(jìn)行硝化反響又稱碳化和硝化；0.20.5mg/L為缺氧區(qū)Anoxic Zone，在兼氧微生物作用下能起到脫氮的反硝化反響；0.2mg/L的稱為厭氧區(qū)Anaerobic Zone，微生物能吸附有機物并釋放磷，以便在好氧區(qū)吸收磷從剩余污泥排出而起到除磷功能。水中

3、溶解氧在0.52mg/L屬于有氧區(qū)范圍，有相應(yīng)的微生物菌種存在，起到相應(yīng)的有機物氧化、氨氮硝化和硝酸鹽反硝化的作用。 利用好氧微生物、兼氧微生物和厭氧微生物去除水中有機物的技術(shù)，被稱作生物處理技術(shù)。 污水生物處理技術(shù)，按處理設(shè)施的載體不同，分為生物膜法和活性污泥法兩種。如以填料和膜片作為載體的各種生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等處理設(shè)備屬于生物膜法；以水為載體的各類曝氣池、氧化溝等屬于活性污泥法。也有兩者結(jié)合，在水中設(shè)置填料載體的接觸氧化法等。 活性污泥法以好氧微生物處理為主。在活性污泥法生物處理設(shè)施中需不斷充入空氣，即曝氣。從而加速微生物分解污水中有機物的速度，隨之有大量絮狀的泥粒產(chǎn)生，這就是活性污泥。

4、它是由大量的細(xì)菌、原生動物等微生物，以及一些無機物所組成?；钚晕勰喟凑瘴鬯|(zhì)的不同而有不同的顏色，一般為黃褐色。 為了提高污水生物處理的效果，我們必須對構(gòu)成活性污泥的主要生物類群、它們在生物處理中的作用、環(huán)境對微生物的影響等等有一定的認(rèn)識，以掌握其規(guī)律性，從而去指導(dǎo)活性污泥法及其他方法處理污水的工作。 一、活性污泥中的主要生物類群 活性污泥中的主要生物類群有細(xì)菌和原生動物，還有其它一些生物。 (一)細(xì)菌 在活性污泥中細(xì)菌數(shù)量最多，由于其體積微小、外表積很大，因此具有很強的吸附和氧化分解有機物的能力。在污水生物處理中，細(xì)菌起著主要的作用。 細(xì)菌是單細(xì)胞微生物，整個菌體只是一個細(xì)胞。細(xì)菌從外形上

5、看有球形的(球菌)、桿形的(桿菌)和螺旋形的(螺旋菌)。這三種形狀的細(xì)菌在活性污泥中都可以看到，其中以桿菌為主(圖1-1)。 細(xì)菌的體積微小，球菌的直徑是0.52微米(1微米1000毫米)，桿菌長15微米，寬0.51.0微米。細(xì)菌的體積雖然很小，但具有一定的構(gòu)造(圖1-2)。 在細(xì)菌細(xì)胞的最外層有細(xì)胞壁。細(xì)胞壁無色透明，堅硬而有彈性。細(xì)胞壁使細(xì)菌具有一定的形狀，并對細(xì)菌具有保護作用。 細(xì)胞質(zhì)膜緊貼于細(xì)胞壁內(nèi)層，這是一種半滲透性膜，在調(diào)節(jié)物質(zhì)出入細(xì)胞方面起著重要的作用。 在細(xì)胞質(zhì)膜里面的是細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)和核酸組成，在細(xì)胞質(zhì)里含有核糖體和貯藏物質(zhì)，主要的貯藏物質(zhì)有聚羥基丁酸、糖元或淀

6、粉以及異染粒、硫等。 在細(xì)菌體內(nèi)還有細(xì)胞核。細(xì)菌的細(xì)胞核構(gòu)造比擬原始、無核膜。 細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜。細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核是每一個細(xì)菌都有的，是細(xì)菌的根本構(gòu)造。細(xì)菌除了根本構(gòu)造外，還有莢膜、鞭毛、芽孢等特殊構(gòu)造。 每個細(xì)菌在細(xì)胞壁外面都有一層粘液層。有些細(xì)菌粘液層增厚就形成莢膜。莢膜對細(xì)菌具有保護作用。 有些細(xì)菌有鞭毛。鞭毛是細(xì)菌的運動器官，細(xì)菌通過鞭毛的擺動能在水中游動。由于鞭毛的直徑更為微小，因此要用特殊染色法或用電子顯微鏡才能看到。 有些細(xì)菌，主要是桿菌在一定的生活周期能在菌體內(nèi)產(chǎn)生芽孢。芽孢由細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核失水凝聚形成。每個細(xì)菌只能形成一個芽孢，因此芽孢沒有繁殖作用。芽孢由于含水量少(一般細(xì)菌含

7、水量約為80，而芽孢為60)，外面又有很厚的壁，因此對外界的不良環(huán)境有很強的抵抗力，例如一般細(xì)菌在60下，經(jīng)半小時就要死亡，而有些芽孢要在100以上經(jīng)過13小時的沸煮才會死亡。芽孢能在缺水的條件下，保持生活能力多年，并且一旦環(huán)境條件適宜，能萌發(fā)成菌體。芽孢的折光性強，不易著色，在顯微鏡下看到的是一個透明體。 細(xì)菌在環(huán)境條件適宜時分裂速度很快，一般每隔2030分鐘分裂一次。因此細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上生長繁殖時，到了一定時期就能形成肉眼所能見到的群體，這就是菌落。 在活性污泥中經(jīng)常出現(xiàn)的細(xì)菌有菌膠團屬、假單孢菌屬、芽孢桿菌屬、小球菌屬、黃桿菌屬、桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬、產(chǎn)氣桿菌屬、棒狀桿菌屬、

8、八迭球菌屬、螺菌屬、諾卡氏菌屬等等。這些細(xì)菌中的大多數(shù)具有形成菌膠團的能力。 活性污泥中的細(xì)菌通常以菌膠團的形式存在。只有少數(shù)以游離狀態(tài)存在。所謂菌膠團，是由細(xì)菌以及細(xì)菌分泌的膠質(zhì)組成的細(xì)小顆粒。生產(chǎn)中經(jīng)常提到的污泥性能和結(jié)構(gòu)的好壞即污泥吸附、氧化分解有機物的能力，以及污泥凝聚沉降性能，與菌膠團有十分密切的關(guān)系。菌膠團是活性污泥的主體，是一種粘性的菌膠團塊，能使污水中有機物粘附在顆粒上，然后加以分解利用。在活性污泥中菌膠團能提供固定生活的原生動物和絲狀細(xì)菌棲息和附著生長的場所，它也是活性污泥絮狀化的根本成分。菌膠團細(xì)菌具有較強的分解有機物質(zhì)的能力。菌膠團細(xì)菌由于菌體都包埋在膠質(zhì)中，就不致被原生

9、動物所吞噬，并有利于沉降。 菌膠團細(xì)菌除了在營養(yǎng)上對碳源和氮源都有一定要求外，并具有較高的好氣性，菌膠團的形狀很多，有垂絲狀的，分枝狀的、蘑菇形的、球形的、橢圓形的、片狀的等等(圖1-3)。21 在活性污泥中，有些種類的細(xì)菌還以絲狀的形式存在，這就是一些絲狀細(xì)菌。常見的絲狀細(xì)菌有球衣細(xì)菌、白硫細(xì)菌和硫絲細(xì)菌(圖1-4)。 球衣細(xì)菌的細(xì)胞圓柱形，排列成鏈狀，外面有一層衣鞘。用結(jié)晶紫染料染色時，可以清楚地看到衣鞘里圓柱形的細(xì)胞。有時還可以看到缺位現(xiàn)象和假分枝。活體觀察時，可以看到尖端有輕微擺動現(xiàn)象。 球衣細(xì)菌往往附著在菌膠團上或與菌膠團交織在一起。成為活性污泥的骨架。球衣細(xì)菌一般在有機物含量較低的

10、污水中出現(xiàn)。 球衣細(xì)菌對有機物的分解、氧化能力很強，但是當(dāng)球衣細(xì)菌繁殖過多時，往往引起污泥膨脹，使污水處理效果下降。 白硫細(xì)菌又名貝氏硫細(xì)菌。這類細(xì)菌也是由許多圓柱形細(xì)胞組成，菌體的大小和長短相差較大。白硫細(xì)菌與球衣細(xì)菌不同，外面沒有衣鞘，并且能在水中自由游動。游動時，有時前進(jìn)，有時后退；有時伸直，有時彎曲。 硫絲細(xì)菌的基部具有固著器，附著在菌膠團上，但是沒有假分枝。 白硫細(xì)菌和硫絲細(xì)菌都是屬于硫磺細(xì)菌。這類細(xì)菌在夏季，在生活污水處理廠的普通曝氣池里，在充氧缺乏時，能將水中的硫化氫氧化為硫，并以硫粒的形式存在于體內(nèi)(可用低倍顯微鏡看到)，而當(dāng)溶解氧較高(大于1毫克升)時，體內(nèi)的硫粒，因被氧化而

11、消失。因此通過對硫磺細(xì)菌體內(nèi)硫粒的觀察，可以間接地推測水中溶解氧的狀況。 (二)原生動物 在污水生物處理中，原生動物一方面由于具有吞食污水中有機物顆粒和游離細(xì)菌的能力，對污水的凈化起著一定的作用：另一方面能在一定程度上反映出污水水質(zhì)和處理效果，因而必須予以重視。 原生動物是單細(xì)胞動物，體積根小，但在構(gòu)造上卻較復(fù)雜。除了有細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等構(gòu)造外，還有在細(xì)胞里執(zhí)行一定機能的構(gòu)細(xì)胞器。在活性污泥中可以看到的原生動物有以下四大類：纖毛蟲類、鞭毛蟲類、肉足蟲類和吸管蟲類，其中以纖毛蟲類較為常見圖1-5。 纖毛蟲類的特征是具有纖毛。在污水生物處理正常運轉(zhuǎn)期間，在活性污泥中常見的纖毛蟲類是鐘蟲，鐘

12、蟲的種類很多，現(xiàn)以大口鐘蟲為例進(jìn)行說明(圖1-6)。 大口鐘蟲的外形似鐘。蟲體前端有一個由許多纖毛構(gòu)成的纖毛帶。由于纖毛帶上的纖毛由外向內(nèi)螺旋狀排列，并且朝著一個方向擺動，因此當(dāng)纖毛活動時，蟲體前端的水就會形成一個旋渦。其中的有機物顆粒和游離細(xì)菌就會作為食物，通過口而進(jìn)入蟲體，并在蟲體內(nèi)形成食物泡。食物泡隨著細(xì)胞質(zhì)的流動而在體內(nèi)移動。在這個過程中，食物泡中的食物逐漸被消化、吸收。不能被利用的殘渣，最后排出體外。由于鐘蟲能吞食污水中的有機物顆粒和游離細(xì)菌，因而對污水的凈化有一定的作用。 在大口鐘蟲體內(nèi)除了有較多的食物泡外，還有一個較大的伸縮泡。伸縮泡在維持鐘蟲體內(nèi)水分平衡起著很大的作用。因為鐘蟲

13、生活在水中，體內(nèi)外的滲壓不同，水分不斷地滲透進(jìn)入體內(nèi)。鐘蟲體外沒有細(xì)胞壁，這些水分如果不及時排除，到一定時候蟲體就會破裂。因此鐘蟲體內(nèi)多余水分以及代謝產(chǎn)物不斷進(jìn)入伸縮泡，并通過伸縮泡的收縮把里面的水分排出體外。在正常情況下，伸縮泡能定期收縮和舒張，但是當(dāng)污水中的溶解氧降低(小于1毫克升)時，伸縮泡就不活動而處于舒張狀態(tài)。因此通過對伸縮泡的觀察也可以間接地推測污水中的充氧狀況。 大口鐘蟲有尾柄，并通過尾柄固著在菌膠團上，因此大口鐘蟲是一種固著型的纖毛蟲。 在活性污泥中常見的鐘蟲，除大口鐘蟲外，還有小口鐘蟲，有時還可以看到無柄鐘蟲(圖1-7)。無柄鐘蟲，無尾柄，并用纖毛帶在水中捕食和游動。因此是一

14、種游泳型纖毛蟲。 上述這三種鐘蟲都是以個體形式存在。 在活性污泥中，除了以個體形式存在的鐘蟲外，還有以群體形式存在的鐘蟲，這就是等枝蟲又名累枝蟲蓋纖蟲、聚縮蟲、獨縮蟲圖1-5。這些鐘蟲由于尾柄相連而構(gòu)成群體。 活性污泥中的纖毛蟲除鐘蟲外，還有草履蟲、腎形蟲、豆形蟲、裂口蟲、漫游蟲、尖毛蟲、循線蟲等圖1-8。 在上述纖毛蟲中，在污水生物處理正常運轉(zhuǎn)期間，較常出現(xiàn)的是漫游蟲和循線蟲，其余的纖毛蟲一般在活性污泥培養(yǎng)初期出現(xiàn)?；蛟谒綖V池下層的生物膜中出現(xiàn)。 (三)酵母菌、霉菌和藻類 在活性污泥中，除了細(xì)菌和原生動物外，還有酵母菌、霉菌和藻類。 (1)酵母菌：酵母菌有時也能在活性污泥中看到，酵母菌也是

15、單細(xì)胞微生物，一般為橢圓形，體積較細(xì)菌大，般15微米，長810微米，因此容易與細(xì)菌區(qū)別。 酵母菌的菌落與細(xì)菌相似，但較大較厚，早白色，少數(shù)呈紅色。根據(jù)報導(dǎo)，有些酵母菌具有脫酚或脫氰作用。與酵母菌同類的白地霉有時也可以在活性污泥中看到(圖1-9)。 (2)霉菌，霉菌較多地存在于生物濾池中，而在活性污泥中較少存在。霉菌的菌體由菌絲組成。菌絲較粗，用低倍顯微鏡就可以看得很清楚。 霉菌中的鐮刀霉的特點是具有多細(xì)胞的鐮刀形大型孢子。鐮刀霉中的茄病鐮刀霉己被證明具有較強的脫氰能力，但是由于霉菌對營養(yǎng)的要求較高，在曝氣池容易處于饑餓狀態(tài)，而被細(xì)菌作為食料，因此不易生長，并且又是一種植物病原菌。因此這種霉菌是

16、否適合人工接種方法來處理含氰污水，需要進(jìn)一步試驗。圖1-10是白地霉與鐮刀霉。 (3)藻類：藻類較多地存在氧化塘中，而在活性污泥中較為少見。藻類與上述細(xì)菌、酵母菌、霉菌不同的地方，是具有葉綠素或類似的色素，能利用光能從水、二氧化碳和無機鹽類制造有機物作為營養(yǎng)物質(zhì)，與此同時，放出氧。 CO2十2H2O光(H2O)H2OO2 根據(jù)藻類的這一特性，近年來有入試驗在污水出水中培養(yǎng)藻類，進(jìn)行污水的深度凈化處理，使污水出水中的無機鹽含量減少，溶解氧增加，并可以從中收獲營養(yǎng)物質(zhì)豐富的藻類以作為家畜的飼料。 在氧化塘中常見的藻類有小球藻和柵列藻。此外還可以看到衣藻和眼蟲藻(在動物學(xué)上分別稱為衣滴蟲和眼蟲)。在

17、活性污泥中還可以看到顫藻等(圖1-11)。 (四)輪蟲和線蟲 在活性污泥和生物膜中除了有單細(xì)胞的原生動物外，還有多細(xì)胞的后生動物，主要的有輪蟲和線蟲(圖1-12)。 輪蟲的前端有纖毛環(huán)，纖毛環(huán)上的纖毛在擺動時象輪子那樣在轉(zhuǎn)動，因此把這類動物稱為輪蟲。纖毛環(huán)是輪蟲的運動和捕食器官。在活性污泥中，常見的輪蟲有旋輪蟲和豬吻輪蟲。豬吻輪蟲善于游泳，并且常常把消化道中的咀嚼器伸出來捕食。 輪蟲往往在有機物含量較低的水中出現(xiàn)，因此在活性污泥中出現(xiàn)，往往說明污水處理效果較好。但是在曝氣池中輪蟲出現(xiàn)過多(一滴水含有輪蟲一、二千條)，往往會破壞污泥結(jié)構(gòu)，并把細(xì)小的污泥顆粒吞食下去，因此輪蟲過多，往往是污泥老化的

18、反映。 線蟲一般也在污水處理運轉(zhuǎn)正常期間出現(xiàn)。 二、細(xì)菌在污水生物處理中的作用 污水生物處理中主要是利用了細(xì)菌對有機物的吸咐、分解、氧化作用。細(xì)菌具有根強的吸附能力，能在較短時間內(nèi)吸附污水中的大局部有機物。 被吸附在細(xì)菌外表的分子量小、溶于水的有機物能直接被細(xì)菌吸收，而一些分于量大、不溶于水的有機物需經(jīng)細(xì)菌分泌的酶(稱力外酶)的作用，分解成為分子量小能溶于水的有機物才能被細(xì)菌吸收。存在于印染、造紙、紡織、食品加工等工業(yè)廢水中的纖維素和淀粉就是些分于量大、不溶于水的有機物。 纖維素和淀粉都是屬于多糖類，在細(xì)菌外酶的作用下，淀粉和纖維素最后都能分解為葡萄糖。由于葡萄糖分子量小，能溶于水，因此能被細(xì)

19、菌所吸收。 葡萄糖在進(jìn)入細(xì)菌的菌體后，除了一局部用于合成細(xì)胞物質(zhì)外，大局部被用于產(chǎn)生能量。在生物體內(nèi)，葡萄糖是一種較為重要的用于產(chǎn)生能量的有機物。 葡萄糖是通過氧化產(chǎn)生能量的。這個過程一般可概括地用以下的反響式表示：C6H12O66O26CO26H2O能量葡萄糖氧二氧化碳水能量 但是葡萄糖在生物體內(nèi)氧化產(chǎn)生能量的過程和在生物外不同。在生物體內(nèi)，葡萄糖的氧化是逐步完成的。在這個過程中產(chǎn)生的能量除了一小局部是熱能外，大局部是化學(xué)能，且在能量釋放的同時，還存在著能量的吸收過程。這些被吸收的能量是生物體進(jìn)行生理活動所必不可缺的。 葡萄糖在生物體內(nèi)的氧化主要通過脫氫。脫下的氫最后如果被氧接受，就是有氧呼

20、吸；如果被無機鹽接受，就是無氧呼吸。如果被有機物接受，就是發(fā)酵。 在污水生物處理中，以有氧呼吸類型的細(xì)菌較為重要。 存在于食品加工、皮革制品等工業(yè)廢水中，蛋白質(zhì)是一類分子量很大的含氮有機物。蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的。污水中的蛋白質(zhì)經(jīng)細(xì)菌外酶的作用，最后能分解成分子量小并溶于水的氨基酸，而被細(xì)菌吸收。 進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的氨基酸有些被合成蛋白質(zhì)。這些新合成的蛋白質(zhì)，已不是原來的蛋白質(zhì)，而是細(xì)菌特有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是細(xì)菌細(xì)胞物質(zhì)的重要組成局部。根據(jù)分析，細(xì)菌體內(nèi)約含有8085的水分，其余是干物質(zhì)，而在這些干物質(zhì)中有80是蛋白質(zhì)。隨著細(xì)菌體內(nèi)蛋白質(zhì)的增多，細(xì)菌就生長繁殖，在數(shù)量上不斷增多。 進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的另

21、一些氨基酸能分解氧化生成有機酸、二氧化碳和氨。 RCHNH2COOHO2RCOOHCO2NH3 氨基酸氧有機酸二氧化碳氨 這種由有機態(tài)氮變?yōu)榘睉B(tài)氮的過程稱為氨化作用，參與氨化作用的細(xì)菌稱為氨化細(xì)菌。 氨化作用產(chǎn)生的氨除了一局部被用于合成細(xì)胞質(zhì)外，也就是與細(xì)菌體內(nèi)的有機酸結(jié)合生成氨基酸外，還有一局部被亞硝酸細(xì)菌氧化為亞硝酸：亞硝酸再進(jìn)一步被硝酸細(xì)菌氧化為硝酸。 2NH33O22HNO22H2O 2HNO2O22HNO3 由氨轉(zhuǎn)化為硝酸的過程稱為硝化作用。在硝化作用的同時，還存在反硝化作用。所謂反硝化作用就是由硝酸復(fù)原為亞硝酸，由亞硝酸進(jìn)一步復(fù)原為氨、氮。參與反硝化作用的細(xì)菌稱為反硝化細(xì)菌。 存在

22、碳源的情況下，在反硝化細(xì)菌作用后將發(fā)生反硝化反響。例如葡萄糖或乙酸與硝酸根作用：C6H12O6+12NO3-6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量 污水中的有機物有些能被細(xì)菌分解、氧化，有些那么不能。污水中能被細(xì)菌分解、氧化的有機物含量，可用生物需氧量(BOD)表示。生化需氧量高，表示污水中能被細(xì)菌分解、氧化的有機物含量多。 細(xì)菌對污水中有機物的分解、氧化是在細(xì)菌的酶參與下進(jìn)行的，所謂酶就是生物催化劑。有許多化學(xué)反響，例如淀粉分解麥芽糖、葡萄糖，在生物體外要在高溫和強酸或強堿條件下經(jīng)過一段較長的時間才能完成；而在生物體內(nèi)，在

23、體溫和中性或弱酸、弱堿條件卜很快就能完成，這是由于生物體內(nèi)存在著酶。 酶是蛋白質(zhì)并且具有以下的一些特性： (1)專一性。也就是說，一種酶只能對某種或某幾種化學(xué)反響起催化作用。不同生物含有不同種類的酶。有些細(xì)菌具有脫氰、脫酚能力是和這些細(xì)菌體內(nèi)含有分解、氧化氰或酚的酶有關(guān)，因此在工業(yè)廢水的生物處理中，菌種篩選具有較大的意義。 (2)對溫度和酸堿度變化的敏感性。也就是說，溫度和酸堿度對酶的活力影響很大(酶的活力是指單位時間內(nèi)酶對底物的作用速度，而底物是指酶所催化的物質(zhì))。污水水溫過高或過低，水質(zhì)過酸或過堿都會降低酶的活力或甚至使活力消失。因此為了提高污水生物處理效率，對污水水溫和酸堿度應(yīng)妥善控制。

24、 (3)有些化學(xué)物質(zhì)，例如鎂離子、鉀離子等對酶有激活作用(加強酶的活力)；而有些化學(xué)物質(zhì)，特別是一些重金屬離子對酶有抑制作用。 (4)底物濃度對酶也有一定的影響。在一定限度內(nèi)，酶的活力隨著底物濃度的增加而提高。 三、外界環(huán)境因素對活性污泥中微生物的影響 活性污泥中的微生物，主要是細(xì)菌，生活在污水中，對污水發(fā)生著影響，同時污水中的一些因素對活性污泥中的細(xì)菌發(fā)生著影響。在這些因素中，主要的有溫度、酸堿度、營養(yǎng)物質(zhì)、毒物濃度和溶解氧。此外，活性污泥中的微生物，相互之間也有著影響。 (一)溫度 溫度主要是水溫對活性污泥中的細(xì)菌，有著較大的影響(圖3-1)。 不同細(xì)菌對水溫的反響不同。根據(jù)細(xì)菌對溫度的反

25、響，一般把細(xì)菌分為中溫性、好熱性和好冷性三種類型，在污水生物處理中，以中溫性細(xì)菌比擬重要。中溫性細(xì)菌的最適生長溫度為2045，所謂最適生長溫度指的是細(xì)菌生長繁殖最快的溫度。中溫性細(xì)菌中有寄生的和腐生的。前者最適生長溫度較高，約為3545；后者約為2035?；钚晕勰嘀械募?xì)菌以后者較為重要。 根據(jù)上述原理和污水生物處理實際經(jīng)驗，一般認(rèn)為在污水生物處理時，水溫以保持2040較為適宜。 各種細(xì)菌除有最適生長溫度外，還有最低生長溫度和最高生長溫度。所謂最低生長溫度就是低于這個溫度時這種細(xì)菌的生長就停止；最高生長溫度就是高于這個溫度，細(xì)菌生長停止。 一般說來，水溫在細(xì)菌最低生長溫度和最適生長溫度范圍內(nèi)，污

26、水生物處理的效果，隨水溫的上升而提高；隨著水溫的下降而減小。因此，生活污水處理廠冬天的處理效果往往稍差。在處理工業(yè)廢水時也存在同樣情況(見表3-1)。水溫對處理效果的影響(某棉紡廠實測資料) 表3-1日期氣溫()池溫()耗氧量(COD)去除率()色度去除率()降溫前降溫后降溫前降溫后12108.611.06154715l12146.57.867537646122811.09.068557147水溫低于最低生長溫度會對細(xì)菌起抑制作用，而高于最高生長溫度會導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。當(dāng)水溫超過50時就有可能使細(xì)菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸發(fā)生影響，使蛋白質(zhì)變性，使酶失活，從而引起細(xì)菌的死亡。水溫超過60，細(xì)菌就會在半

27、小時內(nèi)死亡。水溫超過70細(xì)菌的死亡就更快些。因此在污水生物處理過程中，要防止高溫污水進(jìn)入污水處理構(gòu)筑物。此外，水溫的波動太大也會影響處理效果。由圖3-1可見，當(dāng)水溫低于15，球衣菌幾乎停止生長，筆者在水溫12時，就無法培養(yǎng)活性污泥。 (二)酸堿度 污水的酸堿度對活性污泥和生物膜中細(xì)菌也有較大的影響(圖3-2)。不同生物對酸堿度的要求也很不相同。 根據(jù)污水生物處理的實際經(jīng)驗，一般認(rèn)為pH在69之間較為適宜，因此細(xì)菌對酸堿度的適應(yīng)范圍是較廣的。這是由于外界環(huán)境中的氫離子和氫氧根離于不易透過細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜，因此外界環(huán)境中雖然可能存在著較多的氫離子或氫氧根離子，而細(xì)菌菌體環(huán)境中的酸堿度仍能保持中性或中

28、性偏堿、偏酸。 此外，活性污泥和生物膜中的細(xì)菌經(jīng)馴化后，對酸堿度適應(yīng)范圍能進(jìn)一步提高，例如某棉紡廠污水進(jìn)水的酸堿度一般在911之間，而處理效果仍舊十分良好。 但是這決不是說，對于污水進(jìn)水的酸堿度可以不加控制。根據(jù)某棉紡廠的經(jīng)驗，進(jìn)水的酸堿度如果超過12，活性污泥就會被破壞，處理效果顯著下降(參閱表3-2)。 污水進(jìn)水的酸堿度突然變化過大，也會引起處理效果急劇下降。 pH對處理效果的影響(某棉紡廠實測資料) 表3-2日期pH高錳酸鉀耗氧量COD色度去除率()進(jìn)水出水進(jìn)水出水去除率()42310.77.47223687642412.58.5854646194259.06.799306983 (三)

29、營養(yǎng)物質(zhì) 在污水生物處理過程中，活性污泥中的細(xì)菌所需的主要營養(yǎng)物質(zhì)有水、碳源、氮源、無機鹽類等。下面分別進(jìn)行說明。 (1) 水：水是組成細(xì)菌的主要成分。細(xì)菌體內(nèi)約含有80的水，細(xì)菌體內(nèi)的化學(xué)反響都是在水里進(jìn)行的。由于活性污泥中的細(xì)菌生活在水中，因此在一般情況下是不會缺水的。但是對于塔式濾池和生物轉(zhuǎn)盤來說，如果停止進(jìn)水或者轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動，那么生物膜中的細(xì)菌就會停止生長或死亡。 (2) 碳源：碳是構(gòu)成細(xì)菌體的重要元素。細(xì)菌體里的各種有機物含有碳的成分，含碳的有機物也是細(xì)菌體所需的重要能源。污水中的有機物種類很多，如淀粉、纖維素、糖類、蛋白質(zhì)、有機酸、醇類、醛類、烴類(包括芳香烴)等都含有碳元素，凡在

30、污水中能被活性污泥中細(xì)菌利用的都能成為細(xì)菌的碳源。 我們把那些以有機物作為碳源的細(xì)菌稱為異養(yǎng)細(xì)菌，在污水生物處理中這類細(xì)菌較為重要。 在細(xì)菌中除了異養(yǎng)細(xì)菌外，還有自養(yǎng)細(xì)菌。自養(yǎng)細(xì)菌以無機碳源、主要是二氧化碳作為唯一碳源，并從二氧化碳、硫化氫或硫合成有機物。自養(yǎng)細(xì)菌又分為光能自養(yǎng)細(xì)菌和化能自養(yǎng)細(xì)菌。前者在合成有機物時利用光能，后者利用化能。 在一般污水中都含有細(xì)菌所能利用的碳源。但是不同污水，碳源的種類和含量很不相同。由于活性污泥和生物膜中的細(xì)菌對碳源的需要較大(以BOD計算不應(yīng)少于100)，因此對于有些含碳量缺乏的工業(yè)廢水，在進(jìn)行生物處理時，應(yīng)投加一定量的碳源，以進(jìn)行補充，例如可以投加生活污水

31、，米泔水、淀份漿料、工業(yè)葡萄糖等等。 (3)氮源：氮也是構(gòu)成生物體的重要元素。在細(xì)菌的蛋白質(zhì)、核酸等分子中都含有氮元素。污水中一般都含有含氮的有機物或無機物。但是不同水質(zhì)的污水含氮物的種類和數(shù)量有很大的不同。細(xì)菌比擬容易利用的是氨態(tài)氮，這是由于氨態(tài)氮容易與細(xì)菌體內(nèi)的有機酸(代謝中間產(chǎn)物)結(jié)合生成細(xì)菌所需的氨基酸。 在處理生活污水時，由于水中含有糞便，而糞便中的含氮量較高，因此微生物不會缺少氮源，但是在處理工業(yè)廢水時，由于有些污水合氮量過低，在進(jìn)行生物處理時需要投加一定量的含氮物例如糞便、尿素、硫酸銨等。 微生物對氮源和碳源的需要量有一定的比例。如果污水中的碳源過多，氮源缺乏會引起球衣細(xì)菌大量繁

32、殖，容易造成污泥膨脹，而碳源缺乏，氮源過多，會造成污泥松散，粘性缺乏。 4無機鹽類：在細(xì)菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶中除了含有碳、氫、氧、氮等元素外，還含有少量的硫和磷。此外磷也是核酸的重要組成局部。因此活性污泥和生物膜中的細(xì)菌對硫和磷也有一定的要求?；钚晕勰嘀械募?xì)菌主要是通過吸收污水中磷酸鹽和硫酸鹽獲得所需的磷和硫。 活性污泥中的細(xì)菌還需要鉀、錳、鎂、鈣、鐵、鈷等元素。在這些元素中有些是酶的激活劑例如鉀、鎂等離子，有些是酶的組成局部。此外，細(xì)菌還需要含量極微的鋅、銅、鋁等元素(稱為微量元素)，這些元素也是有些酶的組成局部。 污泥中細(xì)菌對無機鹽類的需要量是不多的，污水中無機鹽的含量根本上可以滿足細(xì)菌的需

33、要。但是細(xì)菌對磷的需要量較多。在生活污水中由于含有糞便，而糞便中含磷量較高，因此可以不必投加磷鹽，在工業(yè)廢水中，投加生活污水后，一般可以不投加磷鹽。其余的污水，經(jīng)分析缺磷的，都應(yīng)投加磷鹽，通常是投加磷酸鉀鹽或鈉鹽。在污水的出水中應(yīng)保持含磷量不少于0.61毫克升。 (四)毒物濃度 凡在污水中存在的對活性污泥中的細(xì)菌具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)都是毒物。有些化學(xué)物質(zhì)例如酚、氰等在濃度低時，可以作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，而在濃度高時就成為毒物。毒物對細(xì)菌的影響是破壞細(xì)菌的結(jié)構(gòu)，其中主要破壞的是細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)菌體內(nèi)的酶，這樣細(xì)菌體外的代謝產(chǎn)物容易進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，而細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)也容易流出。 污水中的毒物

34、有上面提到過的重金屬離子。重金屬離子能與蛋白質(zhì)結(jié)合，使蛋白質(zhì)沉淀和變性，使酶失活。因而是毒物。因此在污水的進(jìn)水中對重金屬離子的濃度應(yīng)嚴(yán)格控制。 此外，污水中的有機物酚、氰等對細(xì)菌也有較強的毒害作用。酚對細(xì)菌的毒害，首先是對細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜有損傷作用，進(jìn)一步可以使細(xì)菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)變性或沉淀并抑制某些酶的活性。氰對細(xì)菌的毒害是抑制體內(nèi)的呼吸酶。 細(xì)菌經(jīng)馴化后，對酚和氰的忍受能力大大提高，例如一般細(xì)菌對酚和氰的忍受力分別為50毫克升和12毫升，而經(jīng)馴化后能分別提高到300500毫克升和2030毫克L。 此外，細(xì)菌對氰的忍受力還因構(gòu)筑物的不同而不同。例如根據(jù)某焦化廠的試驗，曝氣池中的細(xì)菌對氰的忍受力約為

35、30毫克升，超過這一濃度，處理效果顯著下降。而塔式濾池在進(jìn)水氰濃度接近40毫克升時，處理效果仍舊很好，對生膜也沒有發(fā)生損害作用表3-3)。某焦化廠塔式濾池試驗情況表 表3-3 日期水力負(fù)荷酚(毫克升)氰(毫克升)生化需氧量BOD氨氮進(jìn)水出水去除率進(jìn)水出水去除率進(jìn)水出水去除率進(jìn)水出水12/148.527.00.199.6 35.41.0 97.21230.199.8718.7 12/158.535.02.194.140.02.294.512/2410.519.10.498.026.20.8 97.0728.088.85315.712/2510.526.5010035.81.197.06418.7

36、 12/2610.525.0 0 100 35.21.3 96.315616.496.16420.7 12/2710.519.10 10034.81.097.23917.9 12/2810.530.51.295.134.82.9591.511419.0 82.3198.6 但是塔式濾池中的細(xì)菌對酚和氰的忍受力也有一定的限度，因此當(dāng)酚、氰濃度超過一定限度時，處理效果就會顯著下降，生物膜破壞，并且較難恢復(fù)(表3-4)。某焦化廠塔式濾地試驗情況表 表4 日期水力負(fù)荷酚(毫克升)氰(毫克升)生化需氧量BOD氨氮進(jìn)水出水去除率進(jìn)水出水去除率進(jìn)水出水去除率進(jìn)水出水1/710.597.0 34.065.02

37、04.042.021.865.8 1/810.5 43.514.766.271.816.077.5270.0152.843.51/910.570.529.857.0107.038.063.811.536.7 (五) 溶解氧 不同細(xì)菌對氧有不同的反響。根據(jù)細(xì)菌與氧的關(guān)系我們可以把細(xì)菌分為好氣性細(xì)菌好氧菌、嫌氣性細(xì)菌厭氧菌和兼性嫌氣性細(xì)菌兼氧菌三大類。 在污水生物處理中，以好氣性細(xì)菌較為重要。因此在曝氣池的污水處理中應(yīng)保持足夠的溶解氧。如果污水中的溶解氧缺乏，污水生物處理的效果就明顯下降，甚至?xí)?dǎo)致活性污泥的腐化和上浮。 但是溶解氧又不宜過高，否那么會引起污水中的有機物分解，消耗過快，從而使細(xì)菌缺

38、乏營養(yǎng)而導(dǎo)致污泥老化，結(jié)構(gòu)松散。 曝氣區(qū)的溶解氧一般以保持24毫克升較為適宜。污水出水的溶解氧不宜低于1毫克升。而在其他方式處理時，溶解氧不完全一樣，例如在傳統(tǒng)曝氣處理時溶解氧可低些，但好氧處理的溶解氧不應(yīng)低于0.5mg/L。 (六)活性污泥中微生物的互相關(guān)系 活性污泥中微生物除了受上述物理因素和化學(xué)因素的影響外，微生物間也有著一定的互相影響。這種影響除了表現(xiàn)在原生動物吞食細(xì)菌外，還表現(xiàn)在細(xì)菌與細(xì)菌間的互生和拮抗的關(guān)系上。所謂互生就是一種細(xì)菌由于另一種細(xì)菌的存在而存在，例如活性污泥和生物膜中的某些細(xì)菌由于分泌不同的維生素而互相存在。所謂拮抗關(guān)系就是有些細(xì)菌能分泌抗菌素抑制或甚至殺死其他細(xì)菌。細(xì)

39、菌間的互生和拮抗關(guān)系存在于土壤中，也存在于活性污泥中，但是有關(guān)這方面的問題還有侍于進(jìn)一步認(rèn)識。 四、細(xì)菌的生長曲線及其在污水生物處理中的應(yīng)用 細(xì)菌在環(huán)境條件適宜時，生長繁殖的速度是十分驚人的。一般細(xì)菌每隔，2030分鐘就能分裂一次。如果把少量細(xì)菌接種到適宜的液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，每隔一定時間取樣進(jìn)行細(xì)菌數(shù)目的測定，以細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)為縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，就何以得到如圖4-1所示的細(xì)菌生長曲線。 從細(xì)菌生長曲線可以看出，隨著時間的不同，細(xì)菌的繁殖速度亦不同，可以區(qū)分以下四個時期： (1)停滯期：這是細(xì)菌適應(yīng)新的環(huán)境時期，在這個時期細(xì)菌數(shù)目根本上沒有增加。 (2)對數(shù)期：在這個時期，細(xì)菌的分

40、裂速度很快，細(xì)菌的數(shù)目以幾何級數(shù)增加著，細(xì)菌的新陳代偷也十分旺盛。 (3)靜止期：隨著培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗，代謝產(chǎn)物逐漸累積，并對細(xì)菌產(chǎn)生一定的毒害，有些細(xì)菌死亡。因此在這個時期，雖然有新的細(xì)菌產(chǎn)生，細(xì)菌總數(shù)根本仍保持不變。 (4)衰老期：在這個時期，培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)用完，代謝產(chǎn)物越積越多，對細(xì)菌的毒害也越來越大，大量細(xì)菌死亡或產(chǎn)生自身氧化(或稱內(nèi)源呼吸)。 根據(jù)細(xì)菌生長繁殖的規(guī)律，如果在細(xì)菌的生長對數(shù)期，在培養(yǎng)基內(nèi)連續(xù)投入養(yǎng)料，與此同時，以同樣的流量排出廢液(包括細(xì)菌本身和代謝產(chǎn)物)，就能使細(xì)菌穩(wěn)定在對數(shù)期。污水的外表曝氣池就是根據(jù)這一原理設(shè)計的。在這個時期，細(xì)菌的代謝旺盛，用于處

41、理污水具有處理速度快、設(shè)備投資少，占地面積小等的優(yōu)點。但是也存在處理效果稍差的缺點。因為要維持細(xì)菌的對數(shù)期，必然要提供細(xì)菌較多的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)水的有機物含量較高，因而出水也帶有一定量的有機物。 如果采用延時曝氣處理，使細(xì)菌穩(wěn)定在靜止期，由于細(xì)菌在這個時期對營養(yǎng)物質(zhì)的要求較低，因而效果較好。但是也存在占地面積較大，耗電量較多的缺點。 在利用細(xì)菌靜止期處理污水時，如果營養(yǎng)缺乏而供氧仍較充足，就有可能使細(xì)菌由靜止期進(jìn)入衰老期，這時污泥粒子細(xì)碎，不呈絮狀。這時如果有較高濃度的污水進(jìn)入，處理效果就很差。但是在這種情況下，如果有較長的時期進(jìn)入較高濃度的污水，提供細(xì)菌較多的營養(yǎng)，情況將會好轉(zhuǎn)，也就是說細(xì)菌將由

42、衰老期恢復(fù)到靜止期。在利用細(xì)菌對數(shù)期處理污水時，如果營養(yǎng)缺乏也會出現(xiàn)同樣情況。 此外，在利用細(xì)菌對數(shù)期處理污水時，由于細(xì)菌在這一時期，分裂速度很快，污泥的增長也很快，這時如果葉輪提升和排泥跟不上，也有產(chǎn)生污泥腐化現(xiàn)象。 五、活性污泥的培養(yǎng)和馴化 (一)活性污泥的培養(yǎng)(培菌) 所謂活性污泥的培養(yǎng)，就是為形成活性污泥的微生物，主要是細(xì)菌提供一定的生長繁殖條件。 培養(yǎng)活性污泥的過程大致是這樣，在水溫高于15的溫暖季節(jié)，先在曝與池中投入一定量的糞便，并用生活污水進(jìn)行稀釋，必要時還可參加一定量的米泔水，以補充碳源，使BOD到達(dá)200300mg/L，經(jīng)過一定時期的曝氣(在這個過程中，需要不斷投入養(yǎng)料，并排

43、出廢液)，就會有活性污泥形成，并在數(shù)量上下斷增長。 在這個過程中，糞便不僅是培養(yǎng)活性污泥的根本營養(yǎng)物質(zhì)，并且也是形成活性污泥的生物根底。因為在糞便中不僅含有碳源、氮源、無機鹽類和生長因素，并且含有大量的種類繁多的細(xì)菌。 在培養(yǎng)污泥過程中，污泥中的生物有些是從空氣中落入曝氣池的。在空氣中除了含有一定數(shù)量的細(xì)菌和其他微生物外，還含有動物的孢囊和卵，動物的孢囊和卵在環(huán)境條件適宜時，能萌發(fā)并生長、繁殖，成為以后在污泥中可以看到的原生動物以及后生動物的來源。 在活性污泥培養(yǎng)過程中。為了使活性污泥中細(xì)菌的種類能更多一些，以利于馴化，還可以在培養(yǎng)活性污泥的曝氣池里投入一定量的肥沃土壤或從污水流過的下水道里撈

44、取上來的污泥，對于一些含有有毒物質(zhì)的工業(yè)廢水還可以投入一定量的篩選所得的菌種。 在活性污泥培養(yǎng)過程中，如果不斷地用顯微鏡對活性污泥進(jìn)行觀察，就可以看到這個過程根本上是一個游離細(xì)菌逐漸由多到少，活性污泥逐漸形成并由少到多的過程。隨著活性污泥中菌膠團的形成，球衣細(xì)菌等絲狀細(xì)菌也開始出現(xiàn)，并增多。污泥中的原生動物也發(fā)生著如圖6-1所示那樣的變化。這種變化是原生動物和外界環(huán)境關(guān)系的表現(xiàn)。 (二)活性污泥的馴化 活性污泥無論是來自其他廠或自己培養(yǎng)，在運轉(zhuǎn)前一般都要經(jīng)過馴化。污泥的馴化過程根本上是營養(yǎng)物質(zhì)投加量逐漸減少，污水投加量逐漸增加，最后全部進(jìn)入污水的過程。 在污泥馴化過程中，不適應(yīng)污水的生物逐漸淘

45、汰死亡，適應(yīng)污水的生物逐漸增長。與此同時，適應(yīng)污水的微生物在污水的誘發(fā)下，能在體內(nèi)產(chǎn)生適應(yīng)酶。 什么叫做適應(yīng)酶呢?細(xì)菌在某種化學(xué)物質(zhì)的誘發(fā)下，能產(chǎn)生一定數(shù)量的對這種化學(xué)物質(zhì)有催化作用的酶，這就是所謂適應(yīng)酶。 一般說來污泥的培養(yǎng)和馴化的時間各需十天到半個月。但是污泥的培養(yǎng)和馴化是不可分開的。在污泥培養(yǎng)開始階段就可對污泥進(jìn)行馴化，當(dāng)然，在培養(yǎng)開始階段，由于污泥尚未成熟，不宜投入過多或過濃的污水。 活性污泥經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)和馴化，當(dāng)污泥濃度逐漸增多，匍匐型纖毛蟲和固著型纖毛蟲逐漸增多，并趨于穩(wěn)定，處理效果也逐漸提高并趨于穩(wěn)定時，說明污泥的培養(yǎng)和馴化已告完成。 (三)活性污泥的鏡檢 污水生物處理起主

46、要作用的是活性污泥中的細(xì)菌，即微生物。這些細(xì)菌以菌膠團形式存在。顯微鏡檢查首先觀察菌膠團的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和數(shù)量。100倍級鏡檢應(yīng)見到數(shù)十至上百的菌膠團；500倍級鏡檢，所見的幾個菌膠團應(yīng)均勻透明、邊界清晰、相互連接和新生菌膠團多為正常。以分散、疏松、相互不連接，新生少而老化多為不正常。其次觀察雜菌生長情況，如混合液營養(yǎng)不全會生長絲狀菌，絲狀菌的繁殖，會導(dǎo)致污泥膨脹。第三要觀察原生動物和后生動物的各類數(shù)量和其活動情況?？捎^察到的原生動物有纖毛蟲類、鞭毛蟲類、肉足蟲類和吸管蟲類四類，但常見的是鐘蟲、豆形蟲、漫游蟲等纖毛蟲類?；顫姷脑鷦游镎f明活性污泥性能良好，鏡檢中如發(fā)現(xiàn)有少量的后生動物線蟲和輪蟲是正常的。原生動物和后生動物的活潑，需要保持一定的溶解氧。為控制處理操作條件，調(diào)試期間應(yīng)經(jīng)常作顯微鏡檢查。 在污水生物處理過程中，對活性污泥性質(zhì)的測定和鏡檢是十分必要的。這里僅就細(xì)菌的變化