污水處理中常見(jiàn)的微生物生長(cháng)條件

一、污水處理中的微生物分類(lèi)

污水處理中的微生物種類(lèi)很多，主要有菌類(lèi)，藻類(lèi)以及動(dòng)物類(lèi)。

1、細菌

細菌的適應性強，增長(cháng)速度快。根據對營(yíng)養物需求的不同，可將細菌分為自養菌和異養菌兩大類(lèi)。自養菌利用各種無(wú)機物(CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等)為營(yíng)養將其轉化為另一種無(wú)機物，釋放出能量，合成細胞物質(zhì)，其碳源、氮源和磷源皆為無(wú)機物。

異養菌以有機碳作碳源，有機或無(wú)機氮為氮源，將其轉化為CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等無(wú)機物，釋放出能量，合成細胞物質(zhì)。污水處理設施中的微生物主要是異養菌。

2、真菌

真菌包括霉菌和酵母菌。真菌是好氧菌，以有機物為碳源，生長(cháng)pH為2?9，最佳pH為5.6。真菌需氧量少，只有細菌的一半。真菌常出現于低pH值、分子氧較少的環(huán)境中。

真菌絲體對活性污泥的凝聚起到骨架作用，但過(guò)多絲狀菌的出現會(huì )影響污泥的沉淀性能，而引起污泥膨脹。真菌在污水處理的作用是不可忽視的。

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3、藻類(lèi)

藻類(lèi)是單細胞和多細胞的植物性微生物。它含有葉綠素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧氣，吸收水中的氮、磷等營(yíng)養元素合成自身細胞。

4、原生動(dòng)物

原生動(dòng)物是最低等的能進(jìn)行分裂增殖的單細胞動(dòng)物。污水中的原生動(dòng)物既是水質(zhì)凈化者又是水質(zhì)指示物。絕大多數原生動(dòng)物屬于好氧異養型。在污水處理中，原生動(dòng)物的作用沒(méi)有細菌重要，但由于大多數原生動(dòng)物能吞食固態(tài)有機物和游離細菌，所以有凈化水質(zhì)的作用。

原生動(dòng)物對環(huán)境的變化比較敏感，在不同的水質(zhì)環(huán)境中出現不同的原生動(dòng)物，所以是水質(zhì)指示物。例如，溶解氧充足時(shí)鐘蟲(chóng)大量出現，溶解氧低于1/L時(shí)出現較少，也不活躍。

5、后生動(dòng)物

后生動(dòng)物是多細胞動(dòng)物。在污水處理設施和穩定塘中常見(jiàn)的后生動(dòng)物有輪蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)和甲殼類(lèi)的動(dòng)物。

后生動(dòng)物皆為好氧微生物，生活在較好的水質(zhì)環(huán)境中。后生動(dòng)物以細菌、原生動(dòng)物、藻類(lèi)和有機固體為食，它們的出現表明處理效果較好，是污水處理的指示性生物。

二、微生物的代謝‍

微生物的生命過(guò)程是營(yíng)養不斷被利用，細胞物質(zhì)不斷合成又不斷消耗的過(guò)程。在這一過(guò)程中伴隨著(zhù)新生命的誕生，舊生命的死亡和營(yíng)養物(基質(zhì))的轉化。污水的生物處理就是利用微生物對污染物(營(yíng)養物)的代謝轉化作用實(shí)現的。

1、微生物的營(yíng)養關(guān)系

細菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物共生于水體中。細菌和真菌以水中的有機物、氮和磷等為營(yíng)養進(jìn)行有氧和無(wú)氧呼吸合成自身細胞。藻類(lèi)是利用二氧化碳和水中的氮、磷進(jìn)行光合作用合成自身細胞并向水體提供氧氣。藻類(lèi)的細胞死亡后成為菌類(lèi)繁殖的營(yíng)養。

原生動(dòng)物吞食水中固態(tài)有機物、菌類(lèi)和藻類(lèi)。后生動(dòng)物捕食水中固體有機物、菌類(lèi)、藻類(lèi)和原生動(dòng)物。

2、微生物的代謝

微生物從污水中攝取營(yíng)養物質(zhì)，通過(guò)復雜的生物化學(xué)反應合成自身細胞和排出廢物。這種為維持生命活動(dòng)和生長(cháng)繁殖而進(jìn)行的生化反應過(guò)程叫新陳代謝，簡(jiǎn)稱(chēng)代謝。

根據能量的轉移和生化反應的類(lèi)型可將代謝分為分解代謝和合成代謝。微生物將營(yíng)養物分解轉化為簡(jiǎn)單的化合物并釋放出能量，這一過(guò)程叫做分解代謝或產(chǎn)能代謝;微生物將營(yíng)養物轉化為細胞物質(zhì)并吸收分解代謝釋放的能量，這一過(guò)程叫做合成代謝。

當營(yíng)養缺乏時(shí)，微生物對自身細胞物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，以獲得能量，這以過(guò)程叫做內源代謝，也叫內源呼吸。當營(yíng)養物充足的時(shí)，內源呼吸并不明顯，但營(yíng)養物缺乏時(shí)，內源呼吸是能量的主要來(lái)源。

沒(méi)有新陳代謝就沒(méi)有生命。微生物通過(guò)新陳代謝不斷地增殖和死亡。微生物的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器。兩種代謝相互依賴(lài)、相互促進(jìn)、不可分割。

微生物代謝消耗的營(yíng)養物一部分分解成簡(jiǎn)單的物質(zhì)排入環(huán)境，另一部分合成為細胞物質(zhì)。不同的微生物代謝速度不同，營(yíng)養物用于分解和合成的比例也不相同。

厭氧微生物分解營(yíng)養物不徹底，釋放的能量少，代謝速度慢，將營(yíng)養物用于分解的比例大，用于合成的比例小，細胞增殖慢。好氧微生物分解營(yíng)養物徹底，最終產(chǎn)物(CO2、H2O 、NO3- 、PO43-等)穩定，含有的能量最少，所以好氧微生物代謝中釋放的能量多，代謝速度快，將營(yíng)養物用于分解的比例小，用于合成的比例大，細胞增殖快。

三、微生物的生長(cháng)環(huán)境

廢水生物處理的主體是微生物，只有創(chuàng )造良好的環(huán)境條件讓微生物大量繁殖才能獲得令人滿(mǎn)意的處理效果。影響微生物生長(cháng)的的條件主要有營(yíng)養、溫度、pH值、溶解氧及有毒物質(zhì)等。

1、營(yíng)養

營(yíng)養是微生物生長(cháng)的物質(zhì)基礎，生命活動(dòng)所需的能量和物質(zhì)來(lái)自于營(yíng)養。微生物細胞的組成(不包括H2O和無(wú)機物)，可用化學(xué)式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同微生物細胞的組成不盡相同，對碳氮磷比的要求也不完全相同。好氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:5:1[或COD:N:P=(200~300):5:1]。

厭氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:6:1。其中N以NH3 - N計，P以PO43--P計。微生物種類(lèi)繁多，所需C、N、P的化學(xué)形式也不相同。如異養菌需要有機物為碳源，而自養菌以CO2和HCO3-為碳源。

幾乎所有的有機物都是微生物的營(yíng)養源，為達到預期的凈化效果，控制合適的C:N:P比顯得十分重要。微生物除需要C、H、O、N、P外，還需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素，以及Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、B等微量元素。

2、溫度

微生物的種類(lèi)不同生長(cháng)溫度不同，各種微生物的總體溫度范圍是0~80。根據適應的溫度范圍，微生物可分為低溫性(好冷性)、中溫性和高溫性(好熱性)三類(lèi)。低溫性微生物的生長(cháng)溫度為20以下，中溫性微生物的生長(cháng)溫度為20~45，高溫性微生物的生長(cháng)溫度為45以上。

好氧生物處理以中溫為主，微生物的最適生長(cháng)溫度為20～37。厭氧生物處理時(shí)，中溫微生物的最適生長(cháng)溫度為25~40，高溫微生物的最適生長(cháng)溫度為50~60。所以厭氧微生物處理常利用33~38和52~57兩個(gè)溫度段，分別叫做中溫消化(發(fā)酵)和高溫消化(發(fā)酵)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，厭氧反應已能在20~25的常溫下進(jìn)行，這就大大降低了運行費用。

在適宜的溫度范圍內，每升高10，生化反應速度就提高1~2倍。所以，在較高最適溫度條件下生物處理效果較好。人為改變污水溫度將增大處理成本，所以好氧生物處理一般在自然溫度下進(jìn)行，即在常溫下進(jìn)行。好氧生物處理效果受氣候的影響較小。

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，應盡量采用常溫下運行(20~25)。如果原污水的溫度較高，應采用中溫發(fā)酵(33~38)或高溫發(fā)酵(52~57)。如果有足夠的余熱或發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生足夠的沼氣(高濃度有機污水和污泥消化)，則可以利用余熱或沼氣的熱能實(shí)現中溫和高溫發(fā)酵。一般情況下，一日內溫度的波動(dòng)不宜超過(guò)。所以，在生物處理時(shí)要控制適宜的水溫并保持穩定。

3、pH值

酶是一種兩性電解質(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。不同的微生物具有不同的酶系統，就有不同的pH值適應范圍。細菌、放線(xiàn)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的pH值適應范圍是4~10。

酵母菌和霉菌的最適pH為3.0~6.0。大多數細菌適宜pH=6.5~8.5的中性和偏堿性環(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(最佳pH為6.7~7.2)。在生物處理過(guò)程中保持最適pH值范圍非常重要。否則，微生物酶的活性降低或喪失，微生物生長(cháng)緩慢甚至死亡，導致處理失敗。

進(jìn)水pH值的突然變化會(huì )對生物處理產(chǎn)生很大的影響，這種影響不可逆轉。所以保持pH值的穩定非常重要。

4、溶解氧

好氧微生物的代謝過(guò)程以分子氧為受體，并參與部分物質(zhì)的合成。沒(méi)有分子氧，好氧微生物就不能生長(cháng)繁殖，所以，進(jìn)行好氧生物處理時(shí)，要保持一定濃度的溶解氧(DO)。供氧不足，適合低溶解氧生長(cháng)的微生物(微量好氧的發(fā)硫菌)和兼性微生物大量繁殖。

它們分解有機物不徹底，處理效果下降，且低溶解氧狀態(tài)下絲狀菌優(yōu)勢生長(cháng)，引起污泥膨脹。溶解氧濃度過(guò)高，不僅浪費能量，而且會(huì )因營(yíng)養相對缺乏而使細胞氧化和死亡。為取得良好的處理效果，好氧生物處理時(shí)應控制溶解氧在2~3mg/L(二沉池出水0.5~1mg/L)為宜。

厭氧微生物在有氧的條件下生成H2O2，但沒(méi)有分解H2O2的酶而被H2O2殺死。所以，在厭氧生物處理反應器中決不能有分子氧存在。其他氧化態(tài)物質(zhì)如SO42-、NO3-、PO43-和Fe3+等也會(huì )對厭氧生物處理產(chǎn)生不良影響，也應控制它們的濃度。

5、有毒物質(zhì)

對微生物有抑制和毒害作用的化學(xué)物質(zhì)叫有毒物質(zhì)。它能破壞細胞的結構，使酶變性而失去活性。如重金屬能與酶的-SH基團結和，或與蛋白質(zhì)結合使之變性或沉淀。

有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)對微生物無(wú)害，超過(guò)某一數值則發(fā)生毒害。某些有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)可以成為微生物的營(yíng)養。有毒物質(zhì)的毒性受pH值、溫度和有無(wú)其他有毒物質(zhì)存在等因素的影響，在不同條件下毒性相差很大，不同的微生物對同一毒物的耐受能力也不同，具體情況應根據實(shí)驗而定。