污水中的微生物呼吸方式

【專家解說】：3.1 污水處理與微生物 生物處理根據(jù)其處理過程中氧的狀況，可分為好氧處理系統(tǒng)與厭氧處理系統(tǒng)。 3.1.1好氧處理系統(tǒng) 微生物在有氧條件下，吸附環(huán)境中的有機物，并將其氧化分解成無機物，使污水得到凈化，同時合成細胞物質。微生物在污水凈化過程，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 又稱曝氣法，是利用含有好氧微生物的活性污泥，在通氣條件下，使污水凈化的生物學方法。此法是現(xiàn)今處理有機廢水的最主要的方法。它是利用某些微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌膠團來大量絮凝和吸附污水中的有機物，并在氧的作用下，將這些物質同化為菌體的成分，或將其分解為CO2、水等物質，從而達到降低污水中有機污染物的目的。其中的細菌有Zoogloea ramigera (生枝動膠菌)、Sphaerotilus natans (浮游球衣菌)和Pseudomonas spp.等;原生動物則以Carchesium spp.(一些獨縮蟲)、Opercularia spp.(一些蓋纖蟲)和Vorlicella spp.(一些鐘蟲)為主。 所謂活性污泥是指由菌膠團形成菌、原生動物、有機和無機膠體及懸浮物組成的絮狀體。在污水處理過程中，它具有很強的吸附、氧化分解有機物或毒物的能力。在靜止狀態(tài)時，又具有良好沉降性能?；钚晕勰嘀械奈⑸镏饕羌毦嘉⑸锟倲?shù)的90%~95%。,并多以菌膠團的形式存在，具有很強的去除有機物的能力，原生動物起間接凈化作用。 活性污泥法根據(jù)曝氣方式不同，分多種方法，目前最常用的是完全混合曝氣法。污水進入曝氣池后，活性污泥中的細菌等微生物大量繁殖，形成菌膠團絮狀體，構成活性污泥骨架，原生動物附著其上，絲狀細菌和真菌交織在一起，形成一個個顆粒狀的活躍的微生物群體。曝氣池內(nèi)不斷充氣、攪拌，形成泥水混合液，當廢水與活性污泥接觸時，廢水中的有機物在很短時間內(nèi)被吸附到活性污泥上，可溶性物質直接進入細胞內(nèi)。大分子有機物通過細胞產(chǎn)生的胞外酶將其降解成為小分子物質后再滲入細胞內(nèi)。進入細胞內(nèi)的營養(yǎng)物質在細胞內(nèi)酶的作用下，經(jīng)一系列生化反應，使有機物轉化為CO2、H2O等簡單無機物，同時產(chǎn)生能量。微生物利用呼吸放出的能量和氧化過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物合成細胞物質，使菌體大量繁殖。微生物不斷進行生物氧化，環(huán)境中有機物不斷減少，使污水得到凈化。當營養(yǎng)缺乏時，微生物氧化細胞內(nèi)貯藏物質，并產(chǎn)生能量，這種現(xiàn)象叫自身氧化或內(nèi)源呼吸。 曝氣池中混合物以低BOD值流入沉淀池。活性污泥通過靜止、凝集、沉淀和分離，上清液是處理好的水，排放到系統(tǒng)外。沉淀的活性污泥一部分回流曝氣池與未處理的廢水混合，重復上述過程，回流污泥可增加曝氣池內(nèi)微生物含量，加速生化反應過程。剩余污泥排放出去或進行其他處理后繼續(xù)應用。 (2)生物膜法 生物膜法是模擬自然界中土壤自凈的一種污水處理法，它是利用微生物群體附著在固體填料表面而形成的生物膜來處理污水的一種方法。因此，生物膜法又稱為固定膜法。生物膜一般呈蓬松的絮狀結構，微孔較多，表面積很大，有很強的吸附作用。廢水中的有機物流入時，被膜上的微生物吸附，進行生物降解，從而使廢水得到凈化。生物膜隨著微生物群體的生長增加而逐漸增厚，到一定程度時，它會由于受到水力的沖刷而不斷剝落，同時又會不斷地形成新的生物膜，而達到動態(tài)平衡。 成熟的生物膜一般分為3層，從水體到載體表面依次為外表層、中間層和內(nèi)層。外表層為好氧層，中間層為微好氧層，而內(nèi)層為兼性厭氧或厭氧層。由于自然選擇的結果，不同的層面生長著不同類型的微生物。在外表層生長的微生物一般為好氧微生物，兼性厭氧和厭氧微生物一般生活在缺氧的內(nèi)層。 和活性污泥相比，生物膜中微生物的種類和數(shù)量更豐富，通常包括細菌、病毒、真菌和原生動物等。細菌以化能異養(yǎng)型為主，包括好氧細菌、厭氧和兼性厭氧細菌。較為常見的細菌種類有:動膠菌屬、芽孢桿菌屬、脫硫弧菌屬、假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬、黃桿菌屬和球衣菌屬等。真菌在pH偏低的污水中容易生長，主要種類有青霉屬、曲霉屬、毛霉屬等。原生動物主要有纖毛蟲，如鐘蟲等。 生物膜的功能是分解水中的有機污染物，達到凈化污水的目的。能分解糖被的好氧微生物首先在新的載體表面附著，并生長繁殖。然后絲狀細菌也附著生長。這時原生動物也開始出現(xiàn)。隨著細菌生物量的不斷增加，生物膜逐漸增厚，水體中的溶解氧不能擴散到生物膜的內(nèi)層，這時兼性厭氧和厭氧微生物在內(nèi)層開始生長繁殖，分解水體擴散進來的有機物和好氧微生物的代謝產(chǎn)物。逐漸增厚的生物膜，隨著糖被中多糖類物質的被分解和水力攪拌的作用，會產(chǎn)生脫落。在脫落的地方，又有新的生物膜形成。如此循環(huán)，不斷進行有機污染物的分解，使污水得到凈化。 3.1.2厭氧處理系統(tǒng) 在缺氧條件下，利用厭氧菌(包括兼性厭氧菌)分解污水中有機污染物的方法，又稱厭氧消化或厭氧發(fā)酵法。因為發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)生甲烷，又稱甲烷發(fā)酵。此法既能消除環(huán)境污染，又能開發(fā)生物能源，所以倍受人們重視。污水厭氧發(fā)酵是一個極為復雜的生態(tài)系統(tǒng)，它涉及多種交替作用的菌群，各要求不同的基質和條件，形成復雜的生態(tài)體系。甲烷發(fā)酵包括3個階段:液化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。 在厭氧微生物處理污水過程中，不同的階段生活著不同優(yōu)勢的微生物。在水解發(fā)酵階段中，主要微生物有梭狀芽孢桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬和假單胞菌屬等。在產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段中，主要的微生物有互營單胞菌屬、互營桿菌屬、暗桿菌屬和梭菌屬等。在產(chǎn)生甲烷階段中，主要的微生物有甲烷桿菌屬、甲烷球菌屬和甲烷八疊球菌屬等。