污水微生物基礎(chǔ)

微生物基礎(chǔ)知識(shí)

去除廢水中的BOD直接有用的微生物的代表是細(xì)菌。細(xì)菌是最微小的微生物，在形態(tài)學(xué)上是最簡(jiǎn)單的。雖然用光學(xué)顯微鏡能確認(rèn)其存在，但是，一般如果不進(jìn)行生理學(xué)試驗(yàn)就不能鑒定。在處理生活廢水的活性污泥中存在著大量的原生動(dòng)物和部分微型后生動(dòng)物，其重量可占總生物量的5％－10％，由于他們的形體較細(xì)菌大的多，借助顯微鏡可將他們?nèi)菀讌^(qū)別開來(lái)。根據(jù)這些動(dòng)物的種類，他們的營(yíng)養(yǎng)物性與凈化成都之間的一定關(guān)系可來(lái)判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，－就是在處理中起著指標(biāo)的作用。變形蟲草履蟲固著型纖毛蟲寡毛蟲輪蟲漫游蟲亞硝化單胞菌游泳型纖毛蟲鐘蟲一細(xì)菌一細(xì)菌的形態(tài)和構(gòu)造細(xì)菌是最小的微生物，形態(tài)學(xué)上最簡(jiǎn)單，最低等的單細(xì)胞生物。

球衣菌發(fā)硫細(xì)菌2細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造細(xì)胞質(zhì)膜：內(nèi)外界物質(zhì)交換的半透膜。細(xì)胞膜（壁）莢膜3菌膠團(tuán)莢膜物質(zhì)相融合成一團(tuán)塊，內(nèi)含許多細(xì)菌時(shí)，就形成菌膠團(tuán)。菌膠團(tuán)的功能①對(duì)動(dòng)物的吞噬起保護(hù)作用，同時(shí)也增強(qiáng)了微生物對(duì)環(huán)境的抵抗能力。②時(shí)活性污泥的重要組成部分，它有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物的能力。菌膠團(tuán)的效果活性污泥的處理性能的好壞，可以從菌膠團(tuán)的含量的多少，大小及結(jié)構(gòu)的緊密程度來(lái)判斷。新生的菌膠團(tuán)：顏色淺，氧化能力強(qiáng)老化的菌膠團(tuán)：顏色深，氧化能力弱二細(xì)菌的生理特性

營(yíng)養(yǎng)

呼吸

影響因素營(yíng)養(yǎng)成分：細(xì)菌種類繁多，各種細(xì)菌要求的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不盡相同，但是自然界中的所有物質(zhì)幾乎都可以被這種或者那種細(xì)菌所利用，甚至對(duì)一般機(jī)體有害的某些物質(zhì)也可以被某些細(xì)菌所利用。因此，細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)多種多樣的，但是對(duì)某一微生物來(lái)說(shuō)，它對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也是有一定要求的。內(nèi)源呼吸產(chǎn)物+能量(CO2、H2O、NH3、SO42-…)污水中的可降解有機(jī)物新細(xì)胞物質(zhì)（C5H7NO2）代謝產(chǎn)物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)分解代謝合成代謝+好氧微生物O2＋能量?jī)粼黾?xì)胞物質(zhì)內(nèi)源呼吸～80%～20%內(nèi)源呼吸殘留物O2無(wú)機(jī)代謝產(chǎn)物少量能量2呼吸作用1）呼吸的本質(zhì)吸收氧氣－氧化體內(nèi)有機(jī)物－釋放能量整個(gè)呼吸作用包括：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，是氧化與還原的統(tǒng)一。2）細(xì)菌的呼吸好氧細(xì)菌兼性細(xì)菌厭氧細(xì)菌氧在大于0.2－0.3mg/l時(shí)進(jìn)行好氧代謝小于0.2－0.3mg/l時(shí)進(jìn)行厭氧代謝3）影響因素

溫度pH值其他因素等

溫度：p50表4－1這點(diǎn)與微生物構(gòu)成組份有關(guān)。細(xì)菌細(xì)胞的基本組成：蛋白質(zhì)生物催化劑－酶：蛋白質(zhì)污水處理廠的處理效果主要取決于水中的微生物。在污水處理過(guò)程中,微生物和它所處的處理系統(tǒng)的環(huán)境條件(如溫度、酸堿度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、毒物濃度和溶解氧等)是相適應(yīng)的,在處理系統(tǒng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí),微生物的種類、數(shù)量及其活性也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。

生物相的變化在一定程度上能反映污水處理系統(tǒng)的處理質(zhì)量及運(yùn)行狀況。***原生動(dòng)物能用來(lái)改善水質(zhì)、評(píng)價(jià)和指示污水廠的運(yùn)行和處理效果。根據(jù)原生動(dòng)物的生物特征及其在不同環(huán)境條件下的種屬、數(shù)量、活性等表現(xiàn)，通過(guò)其組成和數(shù)量的分析，可以迅速為活性污泥工藝提供有益的指示信息，從而指導(dǎo)污水廠的生產(chǎn)運(yùn)行。原生動(dòng)物本門動(dòng)物也簡(jiǎn)稱原蟲。除本門動(dòng)物外的其它所有動(dòng)物全部統(tǒng)稱為后生動(dòng)物。原生動(dòng)物門是動(dòng)物界最原始的一門，由單細(xì)胞所組成，故有時(shí)也稱它們?yōu)閱渭?xì)胞動(dòng)物。原生動(dòng)物個(gè)體一般微小，絕大多數(shù)僅在2-5mm之間。原生動(dòng)物生活領(lǐng)域十分廣闊，可生活于海水及淡水內(nèi)，底棲或浮游，但也有不少生活在土壤中或寄生在其它動(dòng)物體內(nèi)。原生動(dòng)物一般以有性和無(wú)性兩種世代相互交替的方法進(jìn)行生殖。鞭毛蟲綱

肉足蟲綱

孢子蟲綱

鞭毛蟲綱

夜光蟲：用肉眼可看到它們，如果在海邊，你有時(shí)可在黑暗的晚上看到海面上一條光帶，那便是它們的杰作，它們的光是受波濤振蕩而激發(fā)出的熒光。

角鞭毛蟲：也是種在動(dòng)植物之間有爭(zhēng)議的原生物，它們多數(shù)是淡水品種（海水中也有），通?？捎脼轸~的餌料。

錐體蟲：的鞭毛演化為膜狀，種類很多。這是類討厭的原蟲，多寄生于人、畜體內(nèi)而引起嚴(yán)重病疫。

利什曼蟲：很像錐體蟲，由昆蟲叮咬傳播。進(jìn)入人和其它動(dòng)物體內(nèi)后，細(xì)胞變成球狀且胞核很大，鞭毛萎縮，稱利杜體。利杜體會(huì)大量分裂繁殖，這會(huì)引起嚴(yán)重病癥。人毛滴蟲：一般寄生于人的腸道里，它不會(huì)引起疾病。

肉足蟲綱

這類原蟲體液可在體內(nèi)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)其向前運(yùn)動(dòng)，那些運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)被稱為偽足。有些偽足能捕食用，對(duì)象全是有機(jī)質(zhì)。也有些是寄生蟲，通常能引起疾病。變形蟲：多生活在水中，你在水中找到的通常是大變形蟲（A.peoteus）。

痢疾內(nèi)變形蟲：除痢疾阿米巴除能引起痢疾外，還會(huì)造成肝膿腫。當(dāng)藥物進(jìn)入腸道時(shí)，它們會(huì)形成孢子而隨糞便排出體外，經(jīng)人、畜飲水后再進(jìn)入寄主體內(nèi)。

結(jié)腸內(nèi)變形蟲：生活史與痢疾內(nèi)變形蟲相似，寄生于結(jié)腸。由于它們以細(xì)菌和酵母為食，不侵入組織內(nèi)，故不會(huì)引起疾病。砂殼蟲：類似變形蟲，但體外被有一角質(zhì)殼，殼上常膠粘著許多砂粒，偽足從殼中伸出。淡水生。太陽(yáng)蟲偽足為輻射狀，僅用來(lái)捕食。差不多全生活在淡水中。放射蟲：大致上與有孔蟲相同，是浮游生物的主力軍，多生活在熱帶海洋。骨骼結(jié)構(gòu)很美精巧。分裂、出芽生殖兼而有之。孢子蟲綱

以寄主體液或組織為養(yǎng)料，可引起疾病。成體無(wú)偽足、纖毛或鞭毛，故不能活動(dòng)。一般是有性生殖（配子）和無(wú)性生殖（裂體）交替進(jìn)行。

瘧原蟲：主要破壞寄主紅血球，由按蚊傳播。人類死于它造成有瘧疾的人數(shù)比其它各種原因造成的非正常死亡人數(shù)的總和還要多，堪稱人類的第一殺手！巴倍蟲：由壁虱傳播，生活史與瘧原蟲近。能引起獸疫。它們是世界上最小的動(dòng)物。后生動(dòng)物

除原生動(dòng)物外所有其他動(dòng)物的總稱(后生動(dòng)物亞界)。動(dòng)物界除原生動(dòng)物門以外的所有多細(xì)胞動(dòng)物門類的總稱。其特征是體軀由大量形態(tài)有分化、機(jī)能有分工的細(xì)胞構(gòu)成；與群體原生動(dòng)物的兼有營(yíng)養(yǎng)和生殖功能的細(xì)胞不同，其生殖細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞有明顯的分化。生物相的檢測(cè)1原生動(dòng)物的基本特征1.1形態(tài)原生動(dòng)物門屬真核原生生物界，是單細(xì)胞的微型動(dòng)物，由原生質(zhì)和一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞核組成。原生動(dòng)物和多細(xì)胞動(dòng)物相同，具有新陳代謝、運(yùn)動(dòng)、繁殖、對(duì)外界刺激的感應(yīng)性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性等生理功能。原生動(dòng)物個(gè)體很小，長(zhǎng)度一般在100～300μm之間。它們都具有細(xì)胞膜。多數(shù)種屬的細(xì)胞膜結(jié)實(shí)而富有彈性，從而使原生動(dòng)物本體保持一定的體形。但也有一些種屬。例如變形蟲，只有一層極薄的原生質(zhì)膜，不能保持固定的體形。原生動(dòng)物一般具有一個(gè)或兩個(gè)以上的細(xì)胞核，其形狀多種多樣，它們?cè)谄浼?xì)胞內(nèi)產(chǎn)生形態(tài)的分化，形成了能夠執(zhí)行各項(xiàng)生命活動(dòng)和生理功能的胞器。在運(yùn)動(dòng)胞器方面有鞭毛、偽足和纖毛；在營(yíng)養(yǎng)胞器方面有胞口、胞咽和食物泡；用以排出廢料和調(diào)節(jié)滲透壓的胞器有伸縮泡等。1.2營(yíng)養(yǎng)方式原生動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)方式分為以下四類：①動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)，以吞食細(xì)菌、真菌、藻類或有機(jī)顆粒為生，絕大多數(shù)原生動(dòng)物為動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)，有些具有胞口、胞咽等攝食器；②植物性營(yíng)養(yǎng)，在有陽(yáng)光的條件下，一些含色素的原生動(dòng)物可利用二氧化碳和水進(jìn)行光合作用合成碳水化合物，如植物性鞭毛蟲，但種類和數(shù)量都很少；③腐生性營(yíng)養(yǎng)，以死的機(jī)體或無(wú)生命的可溶性有機(jī)物質(zhì)為生；④寄生性營(yíng)養(yǎng)，以其它生物的機(jī)體(即寄主)作為生存的場(chǎng)所，并獲得營(yíng)養(yǎng)和能量。2原生動(dòng)物與細(xì)菌的關(guān)系2.1活性污泥的基本特征活性污泥是污水活性污泥處理系統(tǒng)的反應(yīng)工作主體，是由細(xì)菌、微型動(dòng)物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的絮狀體顆粒。

活性污泥中生存著各種微生物，構(gòu)成了復(fù)雜的微生物相。在多數(shù)情況下，活性污泥中的主要微生物是細(xì)菌，伴之以營(yíng)腐生的原生動(dòng)物構(gòu)成基本營(yíng)養(yǎng)層次，然后是以細(xì)菌為食的掠食性原生動(dòng)物占優(yōu)勢(shì)。2.2原生動(dòng)物與細(xì)菌的功能關(guān)系在廢水生物處理系統(tǒng)中將污染物質(zhì)降解的主要是細(xì)菌。原生動(dòng)物與細(xì)菌的關(guān)系主要為：①掠食關(guān)系，原生動(dòng)物在食物鏈中處于捕食細(xì)菌的作用。②絮凝作用，細(xì)菌生長(zhǎng)到一定程度后就凝集成絮狀物。這種絮狀物為原生動(dòng)物提供了著生的環(huán)境，反過(guò)來(lái)絮狀物上的原生動(dòng)物能加速絮凝過(guò)程。原生動(dòng)物分泌的粘液對(duì)懸浮顆粒和細(xì)菌均有吸附能力。這就促進(jìn)了菌膠團(tuán)的形成和處理能力的提高。3.研究活性污泥中原生動(dòng)物的目的

要了解污水處理過(guò)程的變化或處理水的好壞，最好直接研究分析細(xì)菌的生長(zhǎng)情況。但是對(duì)于細(xì)菌的觀察、分類鑒定的時(shí)間很長(zhǎng)，不能及時(shí)起指導(dǎo)生產(chǎn)的指示和預(yù)報(bào)作用。

①原生動(dòng)物與細(xì)菌之間存在相互依存的功能關(guān)系；②原生動(dòng)物個(gè)體大，便于觀察；③對(duì)于環(huán)境變化比細(xì)菌更敏感，更早更容易反映環(huán)境的變化。直接觀察原生動(dòng)物的種類組成、數(shù)量、生長(zhǎng)和變化狀況，也能反映出細(xì)菌的生長(zhǎng)和變化情況，即間接地評(píng)價(jià)污水。3.1原生動(dòng)物的指示作用3.1.1指示活性污泥性質(zhì)

1)污泥惡化?；钚晕勰嘈跄w較小，往往在0.1～0.2mm以下。主要出現(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)原生動(dòng)物：豆形蟲屬、腎形蟲屬、草履蟲屬、瞬目蟲屬、波豆蟲屬、尾滴蟲屬、滴蟲屬等。這些都屬于快速游泳型的種屬。污泥嚴(yán)重惡化時(shí)，微型動(dòng)物幾乎不出現(xiàn)，細(xì)菌大量分散，活性污泥的凝聚、沉降能力下降，處理能力差。

(2)污泥解體。絮凝體細(xì)小，有些似針狀分散。主要的優(yōu)勢(shì)原生動(dòng)物有：變形蟲屬、簡(jiǎn)便蟲屬等肉足類。(3)污泥膨脹。活性污泥沉降性能差，SVI值高。由于絲狀菌的大量生長(zhǎng)，出現(xiàn)能攝食絲狀菌的裸口目旋毛科、全毛類原生動(dòng)物及擬輪毛蟲等。

(4)污泥從惡化恢復(fù)到正常。通過(guò)反應(yīng)參數(shù)和環(huán)境的改變，活性污泥從惡化狀態(tài)恢復(fù)到正常的過(guò)渡期常常有下列原生動(dòng)物出現(xiàn)：漫游蟲屬、斜葉蟲屬、管葉蟲屬等，這些都屬于慢速游泳或匍匐行進(jìn)的生物。(5)污泥良好。易成絮體，活性高，沉降性能好。出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)原生動(dòng)物為：鐘蟲屬、累枝蟲屬、蓋蟲屬、有肋盾纖蟲屬、獨(dú)縮蟲屬、各種吸管蟲類、輪蟲類、寡毛類等這些均屬于固著性種屬或者匍匐性種屬。3.1.2指示反應(yīng)操作環(huán)境

(1)優(yōu)勢(shì)種屬。①高負(fù)荷、曝氣量相對(duì)不足時(shí)，小鞭毛蟲占優(yōu)勢(shì)；②過(guò)短的水力停留時(shí)間，造成小的游泳型纖毛蟲占優(yōu)勢(shì)；③非常高的負(fù)荷或存在難降解的物質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)小的裸變形蟲和鞭毛蟲；④大量出現(xiàn)匍匐性和固著性纖毛蟲或有殼變形蟲時(shí)，表明運(yùn)行環(huán)境良好，處理效果好。⑤另外有研究證明，溶解氧不足易出現(xiàn)阿托氏菌屬、扭頭蟲屬和新態(tài)蟲屬等；⑥而過(guò)分曝氣則出現(xiàn)肉足類及輪蟲類；⑦有機(jī)負(fù)荷很低，出現(xiàn)硝化作用時(shí)，能觀察到游仆蟲屬、旋口蟲屬、表殼蟲屬、鱗殼蟲屬及輪蟲等；⑧在除氮污水廠，低負(fù)荷，長(zhǎng)水力停留時(shí)間及高溶解氧的場(chǎng)合，有殼變形蟲是最好的指示生物。

(2)形態(tài)變化在一定條件下，原生動(dòng)物能分泌膠質(zhì)并形成膜將蟲體包圍起來(lái)，形成孢囊。大多數(shù)孢囊用以保護(hù)蟲體免受不利的環(huán)境因素(如溫度不適，pH值變化，食料短缺等)的影響。待環(huán)境轉(zhuǎn)好時(shí)，蟲體能恢復(fù)活力，脫孢而出。同樣，鞭毛蟲的鞭毛在條件不利時(shí)，鞭毛消失，條件適宜時(shí)，又重新生出。當(dāng)曝氣池中溶解氧降低到1mg／L以下時(shí)，鐘蟲生活不正常，體內(nèi)伸縮泡會(huì)脹得很大，頂端突進(jìn)一個(gè)氣泡，蟲體很快會(huì)死亡；當(dāng)pH值突然發(fā)生變化超過(guò)正常范圍，鐘蟲表現(xiàn)為不活躍，纖毛環(huán)停止擺動(dòng)，蟲體收縮成團(tuán)。所以雖然觀察到鐘蟲數(shù)量較大，但蟲體萎靡或變形時(shí)，則反映出細(xì)菌的活力在衰退，污水處理效果有變差的趨勢(shì)。(3)生殖方式原生動(dòng)物的生殖方式有無(wú)性生殖和有性生殖。

無(wú)性生殖即簡(jiǎn)單的細(xì)胞分裂，細(xì)胞核和原生質(zhì)一分為二。在營(yíng)養(yǎng)、溫度、氧等環(huán)境條件良好的場(chǎng)合，原生動(dòng)物就進(jìn)行連續(xù)的無(wú)性生殖。當(dāng)出現(xiàn)有性生殖(接合生殖)時(shí)，往往預(yù)示環(huán)境條件變差或種群已處于衰老期。4生物相觀察與控制

在污水處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,我們除了利用物理、化學(xué)手段來(lái)測(cè)定活性污泥性質(zhì)外,還可以通過(guò)觀察污泥的生物相來(lái)監(jiān)視污水處理的運(yùn)行狀態(tài),以便及早發(fā)現(xiàn)異常情況,及時(shí)采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策,保證運(yùn)行穩(wěn)定,提高處理效果。對(duì)污水處理系統(tǒng)的活性污泥生物相觀察著重從如下幾個(gè)方面觀察。5.1生物活動(dòng)的狀態(tài)活性污泥中經(jīng)常出現(xiàn)的絲狀硫細(xì)菌,如發(fā)硫細(xì)菌，貝氏硫細(xì)菌等,對(duì)溶氧水平反應(yīng)非常敏感。當(dāng)水中溶解氧不足時(shí)能將水中的Ｈ2Ｓ氧化為硫,并以硫粒的形式積存于體內(nèi),而當(dāng)溶解氧大于1ｍｇ/ｌ時(shí),體內(nèi)硫?？杀贿M(jìn)一步氧化而消失。因此,可通過(guò)對(duì)硫細(xì)菌體內(nèi)的硫粒的觀察,間接地推測(cè)水中溶解氧的狀況。在處理系統(tǒng)的環(huán)境不利于污泥中原生動(dòng)物生存時(shí),一般都會(huì)形成胞囊,這時(shí)原生質(zhì)濃縮,蟲體變圓收縮,體外圍以很厚的被囊,以利度過(guò)不良條件。如在進(jìn)水ＰＨ突變時(shí),可見(jiàn)鐘蟲呈不活躍狀態(tài),纖毛環(huán)停止擺動(dòng),輪蟲縮入被甲內(nèi)；在進(jìn)水中難以分解或抑制性物質(zhì)過(guò)多以及水溫過(guò)低時(shí),可見(jiàn)鐘蟲體內(nèi)積累有未消化顆粒并呈不活躍狀態(tài),長(zhǎng)期下去會(huì)引起蟲體死亡；5.2、同一種生物數(shù)量增減

對(duì)于運(yùn)行正常的污水處理系統(tǒng)的活性污泥中的微生物種類、數(shù)量以及它們之間的數(shù)量比均保持相對(duì)恒定,在處理系統(tǒng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí),污泥中的微生物種類、數(shù)量以及它們之間的數(shù)量比會(huì)進(jìn)行相應(yīng)變化,以達(dá)到新的生態(tài)平衡,由此,我們可通過(guò)對(duì)污泥中的某種生物數(shù)量的變化來(lái)了解處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

污泥中出現(xiàn)球衣菌屬、發(fā)硫菌屬、諾卡氏菌屬、各種霉菌等絲狀微生物異常增長(zhǎng)的生物相時(shí),表明污泥將發(fā)生膨脹現(xiàn)象。絲狀菌導(dǎo)致的污泥膨脹是因?yàn)榻z狀菌具有

①耐低營(yíng)養(yǎng)

②耐低氧

③適合于高Ｎ/Ｃ污水的特性，在污水進(jìn)水的ＢＯＤ:Ｎ或ＢＯＤ:Ｐ比例過(guò)高、ＰＨ值偏低，ＢＯＤ負(fù)荷高、小分子碳水化合物多、水溫偏低、流入重金屬等有毒物質(zhì)時(shí)可引起絲狀菌過(guò)量繁殖。出現(xiàn)絮體結(jié)構(gòu)松散解絮時(shí),細(xì)小的絮粒成為輪蟲的充足食物,使輪蟲惡性繁殖,數(shù)量急劇上升的生物相時(shí),表明污泥老化,此時(shí)應(yīng)采取增加排泥的措施。在生產(chǎn)實(shí)踐中我們可觀察污泥中的絲狀細(xì)菌的數(shù)量和生長(zhǎng)趨勢(shì),若有繼續(xù)增多的趨勢(shì),應(yīng)及時(shí)采取措施控制絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)、調(diào)整運(yùn)行過(guò)程中的影響因素。

原生動(dòng)物及輪蟲類微型動(dòng)物受有毒物質(zhì)的影響比細(xì)菌更為敏感。因此,在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中可采用觀察微型動(dòng)物的生物相判斷有毒物質(zhì)對(duì)活性污