污水處理中的微生物
一、在污水處理中的微生物分類
污水處理的微生物種類較多,主要是真菌、藻類和動物。
1.細(xì)菌
細(xì)菌適應(yīng)性強,生長速度快。根據(jù)對營養(yǎng)物質(zhì)要求的不同,細(xì)菌可分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大類。自養(yǎng)細(xì)菌利用各種無機物(CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等。)作為營養(yǎng)物質(zhì),并將其轉(zhuǎn)化為另一種無機物,釋放能量,合成細(xì)胞物質(zhì)。它們的碳源、氮源和磷源都是無機物。異養(yǎng)細(xì)菌以有機碳為碳源,以有機或無機氮為氮源,將其轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等無機物。,并釋放能量合成細(xì)胞物質(zhì)。污水處理設(shè)施中的微生物以異養(yǎng)菌為主。
2.真菌
包括真菌、霉菌和酵母。它是一種以有機物為碳源的好氧真菌,生長pH為29,最好為5.6。真菌的需氧量更少,只有細(xì)菌的一半。真菌常出現(xiàn)在pH值低、分子氧少的環(huán)境中。
菌絲體在活性污泥的混凝過程中起著骨架作用,但是過多絲狀菌的出現(xiàn)會影響污泥的沉降性能,造成污泥膨脹。真菌在污水處理中的作用不容忽視。
3.海藻
藻類是單細(xì)胞和多細(xì)胞植物微生物。它含有葉綠素,利用光合作用同化二氧化碳和水釋放氧氣,吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成自身細(xì)胞。
4.原生動物
原生動物是可以分裂和增殖的低等單細(xì)胞動物。污水中的原生動物既是凈水器,又是水質(zhì)指示器。大多數(shù)原生動物屬于好氧異養(yǎng)型。在污水處理中,原生動物的作用不如細(xì)菌重要,但由于大部分原生動物可以吞食固體有機物和游離細(xì)菌,所以可以凈化水質(zhì)。原生動物對環(huán)境變化比較敏感,不同的水質(zhì)環(huán)境中出現(xiàn)不同的原生動物,所以是水質(zhì)指標(biāo)。例如,溶解氧充足的鐘形蟲大量出現(xiàn),當(dāng)溶解氧低于1㎎/L時,它們出現(xiàn)較少,并且不活躍。
5.后生動物
后生動物是多細(xì)胞動物。污水處理設(shè)施和穩(wěn)定化池塘中常見的后生動物包括輪蟲、線蟲和甲殼類動物。
后生動物是好氧微生物,生活在良好的水質(zhì)環(huán)境中。后生動物以細(xì)菌、原生動物、藻類和有機固體為食。它們的出現(xiàn)說明處理有很好的效果,是污水處理的指示生物。
二、微生物的新陳代謝
微生物的生命過程是不斷利用營養(yǎng)物質(zhì),不斷合成和消耗細(xì)胞物質(zhì)的過程。這個過程伴隨著新生命的誕生,舊生命的死亡和營養(yǎng)物質(zhì)(基質(zhì))的轉(zhuǎn)化。污水生物處理是通過微生物對污染物(營養(yǎng)物質(zhì))的代謝轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。
1.微生物的營養(yǎng)關(guān)系
細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物和后生動物共存于水體中。而細(xì)菌和真菌以水中的有機物、氮、磷為營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行有氧和無氧呼吸來合成自己的細(xì)胞。藻類利用水中的二氧化碳、氮和磷來合成自己的細(xì)胞,并向水中提供氧氣。藻類的細(xì)胞死亡后,成為真菌的營養(yǎng)。原生動物吞噬水中的固體有機物、真菌和藻類。后生動物捕食水中的固體有機物、真菌、藻類和原生動物。
2.微生物代謝
微生物從污水?dāng)z取營養(yǎng)物質(zhì),合成自己的細(xì)胞,通過復(fù)雜的生化反應(yīng)排出廢物。這種維持生命活動和生長繁殖的生化反應(yīng)過程稱為新陳代謝,簡稱新陳代謝。根據(jù)能量傳遞和生化反應(yīng)的類型,代謝可分為分解代謝和合成代謝。將微生物營養(yǎng)物質(zhì)分解成簡單化合物并釋放能量的過程稱為分解代謝或能力代謝;將微生物營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)并吸收分解代謝釋放的能量的過程稱為合成代謝。當(dāng)營養(yǎng)缺乏時,微生物氧化分解自身的細(xì)胞物質(zhì)以獲取能量。這個過程叫內(nèi)源性代謝,也叫內(nèi)源性呼吸。營養(yǎng)物質(zhì)豐富時,內(nèi)源呼吸作用不明顯,而營養(yǎng)物質(zhì)缺乏時,內(nèi)源呼吸是主要的能量來源。
沒有新陳代謝就沒有生命。微生物通過新陳代謝不斷增殖和死亡。微生物分解代謝為合成代謝提供能量和物質(zhì),合成代謝為分解代謝提供催化劑和反應(yīng)器。兩種代謝相互依存,相互促進(jìn),密不可分。
微生物消耗的營養(yǎng)物質(zhì)一部分分解成簡單物質(zhì)排放到環(huán)境中,另一部分合成為細(xì)胞物質(zhì)。不同微生物的代謝速率不同,用于分解和合成的營養(yǎng)物質(zhì)比例也不同。厭氧微生物分解營養(yǎng)不完全,釋放能量少,新陳代謝慢。營養(yǎng)物質(zhì)用于分解的比例大,用于合成的比例小,細(xì)胞增殖慢。好氧微生物徹底分解營養(yǎng)物質(zhì),營養(yǎng)物質(zhì)比最終產(chǎn)物(CO2、H2O、NO3-、PO43-等)更穩(wěn)定。)且含有較少的能量。因此,好氧微生物在代謝過程中釋放的能量較多,代謝速度較快。營養(yǎng)物質(zhì)用于分解的比例小,用于合成的比例大,細(xì)胞增殖快。
第三,微生物的生長環(huán)境
廢水處理的主體是微生物,只有為微生物繁殖創(chuàng)造良好的環(huán)境條件,才能獲得滿意的處理效果。影響微生物生長的主要因素是營養(yǎng)、溫度、pH值、溶解氧和有毒物質(zhì)。
1.營養(yǎng)
營養(yǎng)是微生物生長的物質(zhì)基礎(chǔ),生命活動所需的能量和物質(zhì)都來自營養(yǎng)。微生物的組成(不包括H2O和無機物)可用化學(xué)式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同的微生物細(xì)胞有不同的組成,對碳、氮、磷的比例有不同的要求。好氧微生物要求碳、氮、磷與BOD5:N:P=100:5:1的比例[或COD:N:P=(200~300):5:1]。厭氧微生物需要碳、氮和磷與BOD5:N:P=100:6:1的比例。其中N以NH3-N計算,p以po43-p計算..微生物種類繁多,所需的C、N、P的化學(xué)形態(tài)也各不相同。比如異養(yǎng)細(xì)菌需要有機物作為碳源,自養(yǎng)細(xì)菌利用CO2和HCO3-作為碳源。
幾乎所有的有機物都是微生物的營養(yǎng)來源。為了達(dá)到預(yù)期的凈化效果,控制合適的C:N:P比例非常重要。微生物除了需要C、H、O、N、P外,還需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素和Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、b等微量元素。
2.溫度
不同種類的微生物生長溫度不同,各種微生物的整體溫度范圍為0~80℃。根據(jù)適應(yīng)的溫度范圍,微生物可分為三類:低溫(好冷)、中溫、高溫(好熱)。低溫微生物的生長溫度在20℃以下,中溫微生物的生長溫度在20℃~ 45℃之間,高溫微生物的生長溫度在45℃以上。好氧生物處理以中溫為主,微生物最適生長溫度為20 ~ 37。當(dāng)使用厭氧生物處理時,中溫微生物的最適生長溫度為25~40℃,嗜熱微生物的最適生長溫度為50~60℃。因此,厭氧微生物處理常常利用33~38℃和52~57℃兩個溫區(qū),分別稱為中溫消化(發(fā)酵)和高溫消化(發(fā)酵)。隨著科技的發(fā)展,厭氧反應(yīng)可以在20~25℃的室溫下進(jìn)行,大大降低了運行成本。
在適宜的溫度范圍內(nèi),溫度每升高10℃,生化反應(yīng)速度會提高1~2倍。所以在更高更合適的溫度下生物處理效果更好。人為改變污水的溫度會增加處理的成本,所以好氧生物處理一般都是在自然溫度下,也就是室溫下進(jìn)行。有氧處理效果受氣候影響較小。厭氧生物處理受溫度影響較大,需要保持較高的溫度。但考慮到運行成本,應(yīng)盡量在室溫(20~25℃)下運行。如果原始污水溫度較高,應(yīng)采用中溫發(fā)酵(33~38℃)或高溫發(fā)酵(52~57℃)。如果發(fā)酵過程中有足夠的余熱或產(chǎn)生足夠的沼氣(高濃度有機物污水和污泥消化),可以利用余熱或沼氣的熱能實現(xiàn)中高溫發(fā)酵。一般來說,一天內(nèi)的溫度波動不應(yīng)超過100℃。所以在生活處理時需要控制合適的水溫并保持穩(wěn)定。
3.ph值
酶是兩性電解質(zhì),pH值的變化影響酶的電離形式,進(jìn)而影響酶的催化性能,所以pH值是影響酶活性的重要因素之一。不同的微生物有不同的酶系統(tǒng),所以它們有不同的pH適應(yīng)范圍。細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動物的適宜pH范圍為4~10。酵母和霉菌的最適pH值為3.0~6.0。大多數(shù)細(xì)菌適合pH=6.5~8.5的中性和堿性環(huán)境。好氧生物處理的適宜pH為6.5~8.5,厭氧生物處理的適宜pH為6.7~7.4(最好為6.7~7.2)。在生物處理過程中保持適當(dāng)?shù)膒H范圍是非常重要的。否則微生物酶的活性會降低或喪失,微生物生長緩慢甚至死亡,導(dǎo)致處理的失敗。
進(jìn)水pH值的突然變化會對生物處理產(chǎn)生很大的影響,是不可逆的。因此保持pH值穩(wěn)定非常重要。
4.溶解氧
好氧微生物的代謝過程以分子氧為受體,參與某些物質(zhì)的合成。沒有分子氧,好氧微生物就無法生長繁殖。因此,在進(jìn)行有氧生物處理時,應(yīng)保持一定的溶解氧(DO)濃度。供氧不足,適合低溶解氧生長的微生物(微量好氧產(chǎn)硫菌)和兼性微生物的大規(guī)模繁殖。它們對有機物的分解不徹底,處理的效果下降。在低溶解氧狀態(tài)下,絲狀菌占優(yōu)勢并引起污泥膨脹。如果溶氧濃度過高,不僅浪費能量,還會因營養(yǎng)相對不足而導(dǎo)致細(xì)胞氧化死亡。為了達(dá)到良好的處理效果,好氧生物處理時溶解氧應(yīng)控制在2~3mg/L(二沉池出水0.5~1mg/L)。
厭氧微生物在有氧條件下產(chǎn)生H2O2,但沒有酶分解H2O2,被H2O2殺死。因此,厭氧生物處理反應(yīng)器中必須沒有分子氧。其他氧化物質(zhì)如SO42-、NO3-、PO43-和Fe3+也會對厭氧生物處理產(chǎn)生不利影響,其濃度也應(yīng)加以控制。
5.有毒物質(zhì)
抑制和毒害微生物的化學(xué)物質(zhì)稱為有毒物質(zhì)。它可以破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu),使酶變性并失去活性。例如,重金屬可以與酶的-SH基團結(jié)合,或與蛋白質(zhì)結(jié)合使其變性或沉淀。有毒物質(zhì)在低濃度時對微生物無害,但超過一定數(shù)值時就有毒性。一些有毒物質(zhì)在低濃度下就能成為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。有毒物質(zhì)的毒性受pH值、溫度以及是否存在其他有毒物質(zhì)等因素的影響。不同條件下毒性差異很大,不同微生物對同一種毒性物質(zhì)的耐受力也不同。具體情況要根據(jù)實驗來確定。
在廢水生物處理工藝中,應(yīng)嚴(yán)格控制有毒物質(zhì)的濃度,但有毒物質(zhì)濃度的允許范圍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
以下數(shù)據(jù)僅供參考。
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