活性污泥微生物學實際經(jīng)驗總結(jié)絕對實用

1、活性污泥微生物學卓祥和 編寫二。八年九月活性污泥微生物學工業(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，而溶解氧則可在流動的河流表面從大氣中得到補充。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，一部分以懸浮狀態(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)行國家標準規(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行硝化反應(yīng) (又稱碳化和硝化)；0.2 0.5mg/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應(yīng)； 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

3、余污泥排出而起到除磷功能。水中溶解氧在 0.5 2mg/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清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

4、大量絮狀的泥粒產(chǎn)生，這就是活性污泥。它是由大量的細菌、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。、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菌和原生動物，還有其它一些生物（一）細菌在活性污泥中細菌數(shù)量最多，由于其體積微小、表面積很大，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，細菌起著主要的作用。理甫材常錦旗前圖1*1細雨的

5、外形細菌是單細胞微 生物，整個菌體只是 一個細胞。細菌從外 形上看有球形的（球 菌）、桿形的（桿菌）和 螺旋形的（螺旋菌）。 這三種形狀的細菌在 活性污泥中都可以看到，其中以桿菌為主（圖1-1）圖12細菌細胞的構(gòu)造（模式圖）去液層細菌的體積微小，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。細菌的體 積雖然很小，但具有一定的構(gòu)造（圖1-2）。在細菌細胞的最外層有細胞壁。細胞 壁無色透明，堅硬而有彈性。細胞壁使細 菌具有一定的形狀，并對細菌具有保護作細胞質(zhì)膜緊貼于細胞壁內(nèi)層，這是一種半滲透性膜，在調(diào)節(jié)物質(zhì)出入細胞方 面起著重要的作用。在細胞質(zhì)膜里面的是

6、細胞質(zhì)。細胞質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)和核酸組成，在細胞質(zhì) 里含有核糖體和貯藏物質(zhì)，主要的貯藏物質(zhì)有聚B羥基丁酸、 糖元或淀粉以及異 染粒、硫等。在細菌體內(nèi)還有細胞核。細菌的細胞核構(gòu)造比較原始、無核膜。細胞壁、細胞質(zhì)膜。細胞質(zhì)和細胞核是每一個細菌都有的，是細菌的基本構(gòu) 造。細菌除了基本構(gòu)造外，還有莢膜、鞭毛、芽抱等特殊構(gòu)造。每個細菌在細胞壁外面都有一層粘液層。有些細菌粘液層增厚就形成莢膜。莢膜對細菌具有保護作用。有些細菌有鞭毛。鞭毛是細菌的運動器官，細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

7、孢由細胞質(zhì)和細胞核失水凝聚形成。每個細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（ 一般細菌含水量約為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，例如一般細菌在60下，經(jīng)半小時就要死亡，而有些芽抱要在 100c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

8、細菌有菌膠團屬、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、八迭球菌屬、螺菌屬、諾卡氏菌屬等等。這些細菌中的大多數(shù)具有形成菌膠團的能力?；钚晕勰嘀械募毦ǔＲ跃z團的形式存在。只有少數(shù)以游離狀態(tài)存在。所謂菌膠團，是由細菌以及細菌分泌的膠質(zhì)組成的細小顆粒。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菌棲息和附著生長的場所

9、，它也是活性污泥絮狀化的基本成分。菌膠團細菌具有較強的分解有機物質(zhì)的能力。菌膠團細菌由于菌體都包埋在膠質(zhì)中，就不致被原生動物所吞噬，并有利于沉降。菌膠團細菌除了在營養(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） 。度陛狀分支狀薜菇狀圖1-3南膠團基本形狀球衣加南白俺細南俄州.細菌圖14球衣細菌、白硫細菌、硫紇細菌在活性污泥 中，有些種類的細 菌還以絲狀的形式 存在，這就是一些 絲狀細菌。常見的 絲狀細菌有球衣細 菌、白硫細菌和硫 絲細菌（圖1-4）。球衣細菌的細胞圓柱形，排列成鏈狀，外面有一

10、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。球衣細菌一般在有機物含量較低的污水中出現(xiàn)。球衣細菌對有機物的分解、氧化能力很強，但是當球衣細菌繁殖過多時，往 往引起污泥膨脹，使污水處理效果下降。白硫細菌又名貝氏硫細菌。這類細菌也是由許多圓柱形細胞組成， 菌體的大 小和長短相差較大。白硫細菌與球衣細菌不同， 外面沒有衣鞘，并且能在水中自 由游動。游動時，有時前進，有時后退；有時伸直，有時彎曲。硫絲細菌的基部具有固著器，附著在菌膠團上，但是

11、沒有假分枝。白硫細菌和硫絲細菌都是屬于硫磺細菌。 這類細菌在夏季，在生活污水處理 廠的普通曝氣池里，在充氧不足時， 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），而當溶解氧較高（大于1毫克/升）時，體 內(nèi)的硫粒，因被氧化而消失。因此通過對硫磺細菌體內(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。原生動物是單細胞動物，體積根小，但在構(gòu)造上卻較復(fù)雜。除了有細胞質(zhì)膜、 細胞質(zhì)、細胞

12、核等構(gòu)造外，還有在細胞里執(zhí)行一定機能的構(gòu)一細胞器。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）。纖毛環(huán)等枝蟲（累枝蟲）有長柄和短柄的熱蟲有蓋蟲（無肌,鋒）褶皺祟枝蟲獨縮出（尾柄內(nèi)行肌慈;但不相連）鐘把放大蓋纖蟲小口蠱纖蟲圖1-5纖毛蟲類原生動物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，鐘蟲的種類很多，現(xiàn)以大口鐘蟲為例進行說明（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，因此當纖毛活動

13、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菌就會作為食物,圖大口鐘蟲毛帶2-伸縮泡：A食物劑4-肌原纖琲5-尾柄，內(nèi)有肌地通過口而進入蟲體，并在蟲體內(nèi)形成食物泡。食 物泡隨著細胞質(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。因為鐘蟲生活在水中， 體內(nèi)外的滲壓不同，水分不斷地滲透進入體內(nèi)。鐘蟲體外沒有細胞壁，這些水分如果不及時排除，到一定時

14、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，但是當污水中的溶圖1*7小門鐘蟲利無柄鐘解氧降低（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問 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。因此是一種游泳型纖毛蟲草肥型豆形蟲 裂口蟲圖其他纖毛蟲上述這三種鐘蟲 都是以個

15、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)。或在塔式濾池下層的生物膜 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， 酵母菌也是單細胞微生物， 一般

16、為橢圓形，體積較細菌大，一般 15微米，長810微米，因此容易與細 菌區(qū)別。多內(nèi)酵母菌的菌落與細菌相似，但較大較厚，早白包少數(shù)Q%1總呈紅色。根據(jù)報導(dǎo)，有些酵母菌具有脫酚或脫鼠作用。與酵 飛母菌同類的白地霉有時也可以在活性污泥中看到(圖1-9)。 圖1*9醉母菌W1-10門地而C鐮刀枇(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 細胞的鐮刀形大型抱子。鐮刀霉中的茄 病鐮刀霉己被證明具有較強的脫氟能 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)，而被細菌作 為食料

17、，因此不易生長，并且又是一種植物病原菌。因此這種霉菌是否適合人工 接種方法來處理含氟污水，需要進一步試驗。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。CO 2 十 2HO光一 (H2O)+HA Q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，進行污水的并可以從中收獲深度凈化處理，使污水出水中的無機鹽含量減少，溶解氧增加, 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

18、藻。此外還可以看到衣藻和眼蟲藻（在動物學上分別稱為衣滴蟲和眼 蟲）。在活性污泥中還可以看到顫藻等（圖 1-11）。（四）輪蟲和線蟲小球球棚列演圖111生物處理中常見的藻類在活性污泥和生物膜中除了有單細胞的原生動物外，還有多細胞的后生動 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。M1-12輪蟲和線蟲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)，往往表明 污水處

19、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)，并把細小的污泥顆粒吞食下去，因此輪蟲過多，往往是污 泥老化的反映。線蟲一般也在污水處理運轉(zhuǎn)正常期間出現(xiàn)。二、細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菌對有機物的吸咐、分解、氧化作用。細菌 具有根強的吸附能力，能在較短時間內(nèi)吸附污水中的大部分有機物。被吸附在細菌表面的分子量小、溶于水的有機物能直接被細菌吸收，而一些 分于量大、不溶于水的有機物需經(jīng)細菌分泌的酶（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

20、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，因此能被細菌所吸收。葡萄糖在進入細菌的菌體后，除了一部分用于合成細胞物質(zhì)外，大部分被用于產(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應(yīng)式表示：C6H2Q+ 6Q-6CO+ 6HA 能量葡萄糖十氧二氧化碳+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)生的能量除了一小部分是熱能外，大部分是化學能，且在能量釋放的同

21、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，而被細菌吸收。進入細菌體內(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)，而是細菌特有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是細菌細胞物質(zhì)的重要組成部分。根據(jù)分析，細菌體內(nèi)

22、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)。隨著細菌體內(nèi)蛋白質(zhì)的增多，細菌就生長繁殖，在數(shù)量上不斷增多。進入細菌體內(nèi)的另一些氨基酸能分解氧化生成有機酸、二氧化碳和氨。RCHNH2COO H Qf RCOOHCO+ NH氨基酸十氧-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，參與氨化作用的細菌稱為氨化細菌。氨化作用產(chǎn)生的氨除了一部分被用于合成細胞質(zhì)外，也就是與細菌體內(nèi)的有機酸結(jié)合生成氨基酸外，還有一部分被亞硝酸細菌氧化為亞硝酸：亞硝酸再進一步被硝酸細菌氧化為硝酸。2NH 3+3O- 2HNO+ 2Ho2HNO 2 + Q- 2HNO由氨轉(zhuǎn)化為硝酸的

23、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還原為亞硝酸，由亞硝酸進一步還原為氨、氮。參與反硝化作用的細菌稱為反硝化細菌。存在碳源的情況下，在反硝化細菌作用后將發(fā)生反硝化反應(yīng)。例如葡萄糖或乙酸與硝酸根作用：CdHi2Q+12NO-6H2O+6CO+12NO-+能量CHCOOH+8N8 6H2O+10CO+4M+8OH+能量污水中的有機物有些能被細菌分解、氧化，有些則不能。污水中能被細菌分解、氧化的有機物含量，可用生物需氧量(BOD)表示。生化需氧量高，表示污水中能被細菌分解、氧化的有機物含量多。細菌對污水中有機物的分解、氧化是在細菌的酶參與下進行的，所謂酶就是

24、生物催化劑。有許多化學反應(yīng)，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反應(yīng)起催化作用。不同生物含有不同種類的酶。有些細菌具有脫氰、脫酚能力是和這些細菌體內(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

25、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。(3) 有些化學物質(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

26、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菌，有著較大的影響(圖3-1)。不同細菌對水溫的反應(yīng)不同。根據(jù) 細菌對溫度的反應(yīng)，一般把細菌分為中 溫性、好熱性和好冷性三種類型，在污水生物處理中，以中溫性細菌比較重。1020 種%溫度(V)要。中溫性細菌的最適生長溫度為20圖31溫度與球衣菌生K的關(guān)系45C,所謂最適生長溫度指的是細菌生長繁殖最快的溫度。 中溫性細菌中有寄生 的和腐生的。前者最適生長溫度較高，約為 3545C；后者約為2035Co活 性污泥中的細菌以后者較為重要。根據(jù)上述原理和污水生物處理實際經(jīng)驗， 一般認為在污水生物處理時，水溫 以保持2040c較為合適。各種細菌除

27、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菌的生長就停止；最高生長溫度就是高于這個溫度，細菌生長停止。一般說來，水溫在細菌最低生長溫度和最適生長溫度范圍內(nèi)，污水生物處理 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(C)池溫(C)耗氧量(COD法除率(%)色度去除率(%)降溫前降溫后降溫前降溫后12 /108.611.06154715112 /146.57.86753764612 /2811.

28、09.068557147水溫低于最低生長溫度會對細菌起抑制作用，而高于最高生長溫度會導(dǎo)致細 菌的死亡。當水溫超過 50c時就有可能使細菌體內(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，從而引起細菌的死亡。水溫超過 60C,細菌就會在 半小時內(nèi)死亡。水溫超過 70c細菌的死亡就更快些。因此在污水生物處理過程 中，要防止高溫污水進入污水處理構(gòu)筑物。止匕外，水溫的波動太大也會影響處理 效果。（ 二）酸堿度1慎0圖pH與建衣菌生長的關(guān)系0go O 我 的 MM 33工工晝麥由圖3-1可見，當水溫低于15C,球衣菌幾乎停止生長，筆者在水溫 12c 時，就無法培養(yǎng)活性污泥。污水的酸堿度對活性污泥和生

29、 物膜中細菌也有較大的影響（圖 3-2）。不同生物對酸堿度的要求也 很不相同。驗,一般認為pH在69之間較為適宜，因此細菌對酸堿度的適應(yīng)范根據(jù)污水生物處理的實際經(jīng)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菌的細胞質(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，而細菌菌體環(huán)境中的酸堿度仍能保持中性或中性 偏堿、偏酸。此外，活性污泥和生物膜中的細菌經(jīng)馴化后， 對酸堿度適應(yīng)范圍能進一步提 高，例如某棉紡廠污水進水的酸堿度一般在 911之間，而處理效果仍舊十分良 好。但是這決不是說，對于污水進水的酸堿度可以不加控制。 根據(jù)某棉紡廠的經(jīng) 驗，進水的酸堿度如果超過12,活性

30、污泥就會被破壞，處理效果顯著下降（參閱表 3-2）。污水進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高鎰酸鉀耗氧量COD色度去除率（%）進水出水進水出水去除率（%）4/2310.77.4722368764/2412.58.5854646194/259.06.799306983（三）營養(yǎng)物質(zhì)在污水生物處理過程中，活性污泥中的細菌所需的主要營養(yǎng)物質(zhì)有水、碳源、 氮源、無機鹽類等。下面分別進行說明。（1） 水：水是組成細菌的主要成分。細菌體內(nèi)約含有 80%的水，細菌體內(nèi) 的化學反應(yīng)都是在水里進行的。由于活性污泥中的細菌生活在水中，因此在

31、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， 如果停止進水或者轉(zhuǎn) 盤停止轉(zhuǎn)動，則生物膜中的細菌就會停止生長或死亡。（2） 碳源：碳是構(gòu)成細菌體的重要元素。細菌體里的各種有機物含有碳的 成分，含碳的有機物也是細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、爛類 （包括芳香燒）等都含 有碳元素，凡在污水中能被活性污泥中細菌利用的都能成為細菌的碳源。我們把那些以有機物作為碳源的細菌稱為異養(yǎng)細菌，在污水生物處理中這類 細菌較為重要。在細菌中除了異養(yǎng)細菌外，還有自養(yǎng)細菌。自養(yǎng)細菌以無機碳源、主要是二 氧化碳作為唯一碳源，并從二氧化碳、 硫化氫

32、或硫合成有機物。自養(yǎng)細菌又分為 光能自養(yǎng)細菌和化能自養(yǎng)細菌。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菌對碳源的需要較大 （以BOD#算不 應(yīng)少于100）,因此對于有些含碳量不足的工業(yè)廢水，在進行生物處理時，應(yīng)投加一定量的碳源，以進行補充，例如可以投加生活污水，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。細菌比較容易利用的是氨態(tài)

33、氮，這是由于氨態(tài)氮容易與細菌體內(nèi)的有機酸（ 代謝中間產(chǎn)物） 結(jié)合生成細菌所需的氨基酸。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，氮源不足會引起球衣細菌大量繁殖，容易造成污泥膨脹，而碳源不足，氮源過多，會造成污泥松散，粘性不足。（4） 無機鹽類：在細菌體內(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部分。因此活性污泥和生物膜中的細菌對硫和磷也

34、有一定的要求?；钚晕勰嘀械募毦饕峭ㄟ^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，有些是酶的組成部分。此外，細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部分。污泥中細菌對無機鹽類的需要量是不多的，污水中無機鹽的含量基本上可以滿足細菌的需要。但是細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

35、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菌具有抑制和殺害作用的化學物質(zhì)都是毒物。有些化學物質(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。毒物對細菌的影響是破壞細菌的結(jié)構(gòu)，其中主要破壞的是細菌的細胞質(zhì)膜和細菌體內(nèi)的酶，這樣細菌體外的代謝產(chǎn)物容易進入細菌體內(nèi)，而細菌體內(nèi)的物質(zhì)也容易流出。污水中的毒物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。因此在污水的進水中對重金屬離子 的濃度應(yīng)嚴格控制。止匕外，污水中的有機物酚、鼠等對細菌也有較強的毒害作用。酚對細菌的毒害，首先是對

36、細菌的細胞質(zhì)膜有損傷作用， 進一步可以使細菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)變性 或沉淀并抑制某些酶的活性。鼠對細菌的毒害是抑制體內(nèi)的呼吸酶。細菌經(jīng)馴化后，對酚和鼠的忍受能力大大提高，例如一般細菌對酚和鼠的忍 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。止匕外，細菌對鼠的忍受力還因構(gòu)筑物的不同而不同。例如根據(jù)某焦化廠的試 驗，曝氣池中的細菌對鼠的忍受力約為 30毫克/升，超過這一濃度，處理效果 顯著下降。而塔式濾池在進水氟濃度接近 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水酚（量克/升）

37、富（量克/升）生化需氧量BOD氨氮力去去去日期負進出除進出除進出除進出荷水水率%水水率%水水率%水水12/18.527.0.99.35.1.097.120.199.718.40164238712/18.535.2.94.40.2.294.50110512/210.19.0.98.26.0.897.728.088.5. 315.45140208712/2510.526.5010035.81.197.06.418.712/210.25.035.1.396.1516.96.6.420.65010023641712/210.19.034.1.097.3. 917.75110082912/210.30.

38、1.95.34.2.991.1119.82.1.98.685521855403但是塔式濾池中的細菌對酚和鼠的忍受力也有一定的限度，因此當酚、鼠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日水酚（量克/升）富（量克/升）生化需氧量氨氮期力BOD負進出去進水出去進出去進出荷水水除水除水水除水水率%率%率%1/10.97.34.65.204.42.21.65.7500000881/10.43.14.66.71.816.77.27015243.8557205.0.851/10.70.29.57.107.38.63.11.36.95580

39、00857（五）溶解氧不同細菌對氧有不同的反應(yīng)。根據(jù)細菌與氧的關(guān)系我們可以把細菌分為好氣 性細菌（好氧菌）、嫌氣性細菌（厭氧菌）和兼性嫌氣性細菌（兼氧菌）三大類。在污水生物處理中，以好氣性細菌較為重要。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不足，污水生物處理的效果就明顯下降， 甚至會導(dǎo)致活性污泥的腐化和上浮。但是溶解氧又不宜過高，否則會引起污水中的有機物分解，消耗過快，從而 使細菌缺乏營養(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/升較為合適。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

40、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)在原生動物吞食細菌外， 還表現(xiàn)在細菌與 細菌間的互生和拮抗的關(guān)系上。所謂互生就是一種細菌由于另一種細菌的存在而 存在，例如活性污泥和生物膜中的某些細菌由于分泌不同的維生素而互相存在。所謂拮抗關(guān)系就是有些細菌能分泌抗菌素抑制或甚至殺死其他細菌。 細菌間的互 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 侍于進一步認識。四、細菌的生長曲線及其在污水生物處理中的應(yīng)用細菌在環(huán)境條件適宜時，生長繁殖的

41、速度是十分驚人的。一般細菌每隔，20 30分鐘就能分裂一次。如果把少量細菌接種到適宜的液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)， 每隔一定時間取樣進行細菌數(shù)目的測定， 以細菌數(shù)目的對數(shù)為縱坐標，以培養(yǎng)時 間為橫坐標，就何以得到如圖 4-1所示的細菌生長曲線。（1） 停滯期：這是細菌適應(yīng)新的環(huán)境時期，在這個圖41細曲生長曲線k 2一件湘期3.4-就數(shù)期5-凈止期6-有老期從細菌生長曲線可以 看出，隨著時間的不同，細 菌的繁殖速度亦不同，可以 區(qū)分以下四個時期：時期細菌數(shù)目基本上沒有增加。（2） 對數(shù)期：在這個時期，細菌的分裂速度很快，細菌的數(shù)目以幾何級數(shù)增加著，細菌的新陳代偷也十分旺盛。（3） 靜止期：隨著培養(yǎng)基中

42、營養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗，代謝產(chǎn)物逐漸累積，并對細菌產(chǎn)生一定的毒害，有些細菌死亡。因此在這個時期，雖然有新的細菌產(chǎn)生，細菌總數(shù)基本仍保持不變。（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，對細菌的毒害也越來越大，大量細菌死亡或產(chǎn)生自身氧化（ 或稱內(nèi)源呼吸） 。根據(jù)細菌生長繁殖的規(guī)律，如果在細菌的生長對數(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（ 包括細菌本身和代謝產(chǎn)物） ， 就能使細菌穩(wěn)定在對數(shù)期。污水的表面曝氣池就是根據(jù)這一原理設(shè)計的。在這個時期，細菌的代謝旺盛，用于處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

43、為要維持細菌的對數(shù)期，必然要提供細菌較多的營養(yǎng)物質(zhì)，進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，使細菌穩(wěn)定在靜止期，由于細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。在利用細菌靜止期處理污水時，如果營養(yǎng)不足而供氧仍較充足，就有可能使細菌由靜止期進入衰老期，這時污泥粒子細碎，不呈絮狀。這時如果有較高濃度的污水進入，處理效果就很差。但是在這種情況下，如果有較長的時期進入較高濃度的污水，提供細菌較多的營養(yǎng)，情況將會好轉(zhuǎn)，也就是說細菌將由衰老期恢復(fù)到靜止期。在利用細菌對數(shù)期處理污水時，如果營養(yǎng)不足也會出現(xiàn)同樣情況。此外， 在利

44、用細菌對數(shù)期處理污水時，由于細菌在這一時期，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，并用生活污水進行稀釋，必要時還可加入一定量的米泔水，以補充碳源，使BODfe到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

45、的基本營養(yǎng)物質(zhì)，并且也是形成活 性污泥的生物基礎(chǔ)。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)量的細菌和其他微生物外，還含有動物的抱囊和卵，動物的抱囊 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

46、菌種。在活性污泥培養(yǎng)過程中,業(yè)出生纖七蟲同行里纖毛蟲如果不斷地用顯微鏡對活性污泥進行觀察，就可以看到這個過程基本上是一個游離細菌逐 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 細菌等絲狀細菌也開始出現(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）活性污泥的馴化新禹細良培養(yǎng)初期污混形成期培養(yǎng)時間圖51污泥培養(yǎng)階段件類微生物演替示意圖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 的馴化過程基本上是營養(yǎng)物質(zhì)投加量逐漸減少， 污水投加量逐漸增加，最后全部 進入污水的過程。

47、在污泥馴化過程中，不適應(yīng)污水的生物逐漸淘汰死亡，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)酶呢細菌在某種化學物質(zhì)的誘發(fā)下，能產(chǎn)生一定數(shù)量的對這種化學物質(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行馴化，當然，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

48、 ） 活性污泥的鏡檢污水生物處理起主要作用的是活性污泥中的細菌，即微生物。這些細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?；钴S的原生動物說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躍，需要保持一定的溶解氧。為控制處理操作條件，調(diào)試期