黑龍江省大慶市啤酒廠污水處理設(shè)備

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活性污泥的微生物及其生態(tài)學(xué)

活性污泥中的微生物體主要由各種細(xì)菌和原生動物組成，同時(shí)還存在著真菌和以輪蟲為主的后生動物。原生動物以細(xì)菌為食物，后生動物以細(xì)菌和原生動物為食物。在活性污泥中的有機(jī)物、細(xì)菌、原生動物和后生動物構(gòu)成了一個(gè)相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈。

1.活性污泥的食物鏈

活性污泥中的微生物可分為幾類：形成活性污泥絮體的微生物、腐生生物、捕食者及有害生物。

腐生生物是降解有機(jī)物的生物，以細(xì)菌為主。顯然，這些細(xì)菌中包括被看作形成絮體的大多數(shù)細(xì)菌，也可能包括不絮凝的細(xì)菌，但它們被包裹在由*類細(xì)菌形成的絮體顆粒中。腐生生物可分為初級和二級腐生生物，前者用于降解原始基質(zhì)，而二級腐生生物則以初級腐生生物的代謝產(chǎn)物為食，這充分表明在群落中具有高度的偏利共生性。

在活性污泥的群落中主要的捕食者是以細(xì)菌為食的原生動物及后生動物，在數(shù)量上，大約為103個(gè)/mL。在活性污泥中大約發(fā)現(xiàn)230多種原生動物，它們在系統(tǒng)中可能占生物固體量的5%。其中，纖毛蟲幾乎都捕食細(xì)菌，通常為占優(yōu)勢的原生動物。由于原生動物及后生動物的數(shù)量會隨著污水處理的運(yùn)行條件及處理水質(zhì)的變化而變化，所以，可以通過顯微鏡觀察活性污泥中的原生動物及后生動物的種類來判斷處理水質(zhì)的好壞。因此，一般將原、后生動物稱為活性污泥系統(tǒng)中的指示性生物。

所謂的有害生物是指那些達(dá)到一定數(shù)目時(shí)就會干擾活性污泥處理系統(tǒng)正常運(yùn)行的生物。通常認(rèn)為，絲狀菌及真菌對污泥沉淀效果有影響。即使當(dāng)絲狀生物的數(shù)量在整個(gè)生物群落中所占的百分比很小時(shí)，污泥絮體的實(shí)際密度也會降低很多，以致于污泥很難用重力沉淀法來有效地進(jìn)行分離，從而終影響出水水質(zhì)，這種情況通常叫做絲狀菌污泥膨脹（簡稱污泥膨脹）。目前人們已知有近30種不同類型的絲狀菌會引起污泥膨脹。

2.活性污泥的結(jié)構(gòu)

在活性污泥工藝中，將千萬個(gè)細(xì)菌結(jié)合在一起形成絮凝體狀的細(xì)菌稱為菌膠團(tuán)細(xì)菌。菌膠團(tuán)細(xì)菌在活性污泥中具有十分重要的作用，只有在菌膠團(tuán)發(fā)育良好的條件下，活性污泥的絮凝、吸附及沉降等功能才能正常發(fā)揮。形成絮體的細(xì)菌在處理過程中起著非常重要的作用，它們有助于從處理過的廢水中分離污泥。

通過對活性污泥中種群動態(tài)學(xué)的研究，人們認(rèn)識到，活性污泥中的菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌形成一個(gè)共生的微生物體系。當(dāng)活性污泥中的菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌處于平衡狀態(tài)時(shí)，絲狀菌作為污泥絮體的骨架，菌膠團(tuán)細(xì)菌附著在其表面，形成結(jié)構(gòu)緊密、沉降性能良好的污泥絮體。隨著絮體尺寸增大到某一臨界值后，絮體內(nèi)部條件不利于菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌的繁殖，絲狀菌伸展出來，沉降性能開始變差。后來，污泥絮體開始解體，污泥的沉降性能更差。破碎后的小指狀污泥又利于菌膠團(tuán)細(xì)菌的生長，此時(shí)擴(kuò)散能力改善，菌膠團(tuán)細(xì)菌又可直接從溶液中吸取營養(yǎng)和基質(zhì)，故又可出現(xiàn)菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌的生長平衡狀態(tài)，如此完成絮體形態(tài)上的一個(gè)循環(huán)。

由此可見，菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌的共生體系是一種接近于自然界的混合培養(yǎng)體系，存在著這兩類微生物之間在時(shí)間和空間上的動態(tài)生態(tài)學(xué)的相互作用。在該體系中，絲狀菌的重要作用有：

(1)保持污泥絮體的結(jié)構(gòu)，形成沉淀性能良好的污泥從Seagin等人關(guān)于絮體結(jié)構(gòu)的學(xué)說中可知，由絲狀菌形成污泥絮體的骨架，這對于保證污泥絮體的強(qiáng)度有很大作用；若缺少絲狀菌,則污泥絮體強(qiáng)度降低，抗剪力變差，往往會造成出水的混濁。

(2)高的凈化效率，低的出水濃度從動力學(xué)參數(shù)方面比較，絲狀菌的Ks及μmax均比菌膠團(tuán)的低，而按莫諾德(Monod)方程，由于菌膠團(tuán)的Ks,、μmin大于絲狀菌的，因而菌膠團(tuán)的Smin值也高于絲狀菌的；可見在絲狀菌存在（但不是大量存在）的條件下可以獲得高質(zhì)量、低濃度的出水，從而保證了凈化效果。

(3)保持絲狀菌和菌膠團(tuán)菌的共生關(guān)系從大量的實(shí)際工程運(yùn)轉(zhuǎn)資料可以得出，活性污泥中絲狀菌含量太高或太低均不適宜。前者雖能使出水濃度低，但沉淀性能差；后者沉降性能好，但出水中含有較多的細(xì)小懸浮物。但如果采用一定的方法，使曝氣中的生態(tài)環(huán)境有利于選擇性地發(fā)展菌膠團(tuán)細(xì)菌，應(yīng)用生物競爭的機(jī)制抑制絲狀菌的過度生長和繁殖，從而利于控制污泥膨脹的發(fā)生發(fā)展，稱之為環(huán)境調(diào)控。總之，廢水處理的終目標(biāo)是出水清澈、沉降性能好，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)合理地控制絲狀菌，使其在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)。

3. 活性污泥的功能

活性污泥中存在大量的腐生生物，其主要功能是降解有機(jī)物。細(xì)菌是有機(jī)物的凈化功能中心。同時(shí)，活性污泥中還存在硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌。其在生物脫氮中起著非常重要的作用。尤其在廢水中氮的去除日益受到重視的形勢下，這兩類菌及它們之間的關(guān)系就顯得更重要了。

進(jìn)行硝化作用的微生物有：

(1)亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌，它們均為化能自養(yǎng)菌，專性好氧，分別從氧化NH3和N02-的過程中獲得能量，以C02為碳源，產(chǎn)物分別為NO2-及N03-；它們要求中性或弱堿性環(huán)境（pH=6.5~8.0），在pH<6時(shí)，作用顯著下降。

(2)好氧的異養(yǎng)細(xì)菌和真菌，如節(jié)桿菌、芽孢桿菌、銅綠假單胞菌、姆拉克漢遜酵母、黃曲霉、青霉等能將NH4+氧化為N02-及NO3-，但它們并不依靠這個(gè)氧化過程作為能量來源的途徑，它們相對于自然界的硝化作用而言并不重要。

硝化菌對環(huán)境的變化很敏感，DO≥1mg/L，pH=8.0~8.4，BOD5≤15~20mg/L，適宜溫度=20~30℃；硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間即生物固體平均停留時(shí)間，必須大于其小的世代時(shí)間。