1.世界水資源現(xiàn)狀

環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的基本國(guó)策。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐證明，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須解決好發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾。

水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日趨嚴(yán)重。據(jù)水文地理學(xué)家的估算，地球上的水資源總量約為１３．８億立方公里，其中９７．５％是海水（１３．４５億立方公里）。淡水只占２．５％，其中絕大部分為極地冰雪冰川和地下水，適宜人類享用的僅為０．０１％．

20世紀(jì)５０年代以后，人口急劇增長(zhǎng)，工業(yè)發(fā)展迅速。一方面，人類對(duì)水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。本屆世界水論壇提供的水資源世界評(píng)估報(bào)告顯示，*每天約有２００噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會(huì)污染８升淡水；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國(guó)４０％的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲５５條河流中僅有５條水質(zhì)差強(qiáng)人意。

20世紀(jì)，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了５倍。世界上許多國(guó)家正面臨水資源危機(jī)：１２億人用水短缺，３０億人缺乏用水衛(wèi)生設(shè)施，每年有３００萬(wàn)到４００萬(wàn)人死于和水有關(guān)的疾病。到２０２５年，水危機(jī)將蔓延到４８?jìng)€(gè)國(guó)家，３５億人為水所困。水資源危機(jī)帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)惡化和生物多樣性破壞，也將嚴(yán)重威脅人類生存。

水資源危機(jī)既阻礙世界可持續(xù)發(fā)展，也威脅著世界和平。過(guò)去５０年中，由水引發(fā)的沖突共５０７起，其中３７起有暴力性質(zhì)，２１起演變?yōu)檐娛聸_突。專家警告說(shuō)，隨著水資源日益緊缺，水的爭(zhēng)奪戰(zhàn)將愈演愈烈。

2.污水處理方法分類

2.1物理法

利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)。主要有沉淀法，過(guò)濾法，離心分離法，吸附法等。

2.2化學(xué)法

利用化學(xué)反應(yīng)原理及方法來(lái)分離，回收廢水中的污染物，或改變污染物的性質(zhì)，使它從有害變?yōu)闊o(wú)害的處理法。主要有化學(xué)凝聚法，中和法，氧化還原法，離子交換法。

2.3生物法

主要利用微生物的生命活動(dòng)過(guò)程，對(duì)廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的作用，從而是污水得到凈化的方法。WSZ-AO武漢市醫(yī)院污水處理設(shè)備

2.4.微生物簡(jiǎn)介

微生物是肉眼看不見(jiàn)或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細(xì)菌，放線菌和藍(lán)細(xì)菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細(xì)胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點(diǎn)，能不斷與周圍環(huán)境快速進(jìn)行物質(zhì)交換。污水具備微生物生長(zhǎng)繁殖的條件，因而微生物能從污水中獲取養(yǎng)分，同時(shí)降解和利用有害物質(zhì)，從而使污水得到凈化。因此微生物可在污水凈化和治理中得到廣泛應(yīng)用，造福人類。

微生物能降解和轉(zhuǎn)化污染物主要是因?yàn)槲⑸锞哂幸韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：個(gè)體微小，比表面積大，代謝速率快；種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；具有多種降解酶；繁殖快，易變異，適應(yīng)性強(qiáng)；共代謝作用等。WSZ-AO武漢市醫(yī)院污水處理設(shè)備

3.原理 
　　利用微生物處理污水實(shí)際就是通過(guò)微生物的新陳代謝活動(dòng),將污水中的有機(jī)物分解,從而達(dá)到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖，蛋白質(zhì)，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.
3.1.好氧凈化

氧存在條件下，許多好氧微生物通過(guò)分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦物化，在把有機(jī)物氧化分解成CO2和H2O等過(guò)程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置于一定的構(gòu)筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，高效率凈化污水的方法。 
3.2厭氧凈化

微生物在嚴(yán)格厭氧條件下，有機(jī)物發(fā)酵或消化過(guò)程中，大部分有機(jī)物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細(xì)胞能量轉(zhuǎn)移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機(jī)物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機(jī)污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質(zhì)，再由產(chǎn)甲烷厭氧細(xì)菌和產(chǎn)氫細(xì)菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機(jī)酸類和類經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。 
微生物凈化過(guò)程： 
Ⅰ.有機(jī)污染物的濃度由高變低 
Ⅱ.異養(yǎng)細(xì)菌迅速氧化分解有機(jī)污染物而大量繁殖，然后是以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物出現(xiàn)數(shù)量高峰，再后是由于有機(jī)物礦化，利于藻類的生長(zhǎng)，而出現(xiàn)藻類的生長(zhǎng)高峰。 
Ⅲ.溶解氧濃度隨著有機(jī)物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到低點(diǎn)，隨后，由于有機(jī)物的無(wú)機(jī)化和藻類的光合作用及其他好氧微生物數(shù)量的下降，溶解氧又恢復(fù)到原來(lái)水平。 
這樣，在離開(kāi)污染源相當(dāng)?shù)木嚯x之后，水中的微生物數(shù)量，有機(jī)物，無(wú)機(jī)物的含量，也都下降到低點(diǎn)。于是，水體恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。 
　　微生物處理優(yōu)點(diǎn)：微生物具有來(lái)源廣，易培養(yǎng)，繁殖快，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，易變異的特征在生產(chǎn)上較容易的采集菌種進(jìn)行培養(yǎng)繁殖，并在特定條件下進(jìn)行馴化，使之適應(yīng)不同的水質(zhì)條件，從而通過(guò)微生物的新陳代謝使有機(jī)物無(wú)機(jī)化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時(shí)不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化效率之高是任何天然的或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所不能比擬的。

4.污水處理中重要的微生物種群

4．1 絲狀細(xì)菌

絲狀細(xì)菌(Filamentous bacteria)能顯著影響絮狀活性污泥的沉降性(污泥膨脹)或引起生物量變化和泡沫形成(污泥發(fā)泡)，從而嚴(yán)重影響活性污泥的處理效率．傳統(tǒng)上，絲狀細(xì)菌是通過(guò)光學(xué)顯微鏡學(xué)進(jìn)行分析鑒定的，如革蘭氏和Neisser染色反應(yīng)、典型的形態(tài)學(xué)特征等．但應(yīng)用full—cycle rRNA技術(shù)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定方法不能發(fā)現(xiàn)污水廠活性污泥中的許多絲狀細(xì)菌 。

系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)部分提供了絲狀菌的系統(tǒng)發(fā)生親緣關(guān)系，但有些絲狀類型如Eikelboom 1863或Nostocoidalimicola等則是放置在*無(wú)關(guān)的類群中．現(xiàn)在利用rRNA目標(biāo)寡聚核苷酸探針能迅速地鑒定大多數(shù)絲狀菌，證明在活性污泥中有些絲狀菌呈現(xiàn)多態(tài)性現(xiàn)象．Kanagawa等(2000)從活性污泥中分離出15種絲狀菌，

利用絲狀菌的FISH探針，Mircothrix parvicella被發(fā)現(xiàn)有特殊的脂消費(fèi)，在厭氧情況下專門吸收長(zhǎng)鏈脂肪酸(而不是短鏈脂肪酸和葡萄糖)，隨后當(dāng)硝酸鹽或氧可用作電子受體時(shí)它們則使用貯存完成生長(zhǎng)．不過(guò)，在厭氧情況下，M.parvicella不能吸收磷，不適合那些有除磷要求的生物反應(yīng)器．利用FISH技術(shù)對(duì)絲狀菌進(jìn)行系統(tǒng)分類發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)未描述的絲狀菌屬于綠色非硫細(xì)菌(Chloroflexi)，也可能是污水生物處理系統(tǒng)中豐度高的絲狀菌。Liao等(2004)發(fā)展一種定量FISH，對(duì)實(shí)驗(yàn)室和污水廠反應(yīng)器中的絲狀菌進(jìn)行了研究，以增加Sphaerotilusnatans的方式來(lái)刺激污泥膨脹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是Eikelboom 1851菌叢(而不是試驗(yàn)的S．natans菌)同活性污泥容積指數(shù)(volume index)極度相關(guān)，其可延伸的菌絲長(zhǎng)度約為6×10。la,m／mL。

4．2 生物除磷的重要細(xì)菌

積磷小月菌(Microlunatus phosphovorus)是一個(gè)高G+C含量的革蘭氏陽(yáng)性菌，被認(rèn)為是專性好氧菌，可以通過(guò)EMP途徑發(fā)酵葡萄糖為乙酸，而不能夠在厭氧情況下生長(zhǎng)．有明顯吸收葡萄糖、分泌乙酸的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致胞內(nèi)乙酸積累；產(chǎn)生的乙酸在隨后的好氧階段消耗掉．phosphovorus表現(xiàn)出的吸收和釋放磷的能力，磷釋放率和吸收率可分別高達(dá)3．34 mmol g／cell·h和1．56 mmol g／cell·h，比Lampropedia spp．和Acinetobacterspp．要高1個(gè)數(shù)量級(jí)，特異探針證明其在EB—PR工廠里可占總細(xì)菌的2．7％。

俊片菌屬(Lampropedia)也擁有聚磷菌的基本代謝特征，但比EBPR模型預(yù)言的吸收乙酸鹽釋放磷酸鹽的比率要低很多．那些被建議名為“Candidatus Ac—cumulibacter phosphates”已被證實(shí)顯著存在于EBPR系統(tǒng)中．Saunders等(2003) 在對(duì)6個(gè)運(yùn)行污水廠進(jìn)行了檢測(cè)后認(rèn)為，很可能“無(wú)關(guān)緊要”的“CandidatusAccumulibacter phosphates”正是重要的PAO．另外還有顯微鏡原位觀察顯示，酵母菌很可能涉及在生物除磷中，許多“聚磷菌”很可能是酵母菌的孢子，但其作用機(jī)理顯然還需要進(jìn)一步探討．

4．3 硝化細(xì)菌

氮循環(huán)是高度依賴微生物活性和轉(zhuǎn)化的一個(gè)過(guò)程．這類微生物在污水處理、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有極其重要的作用，因此成為近年來(lái)世界研究的熱點(diǎn)，變形桿菌的β亞綱幾乎已經(jīng)成為微生物生態(tài)學(xué)的模式系統(tǒng) ．Kindaichi等(2004)對(duì)自養(yǎng)硝化生物膜進(jìn)行了FISH分析表明，膜上有50％屬于硝化細(xì)菌，其余50％為異養(yǎng)細(xì)菌，分布為變形桿菌α亞綱23％ ，г亞綱13％ ，綠色非硫細(xì)菌9％ ，CFB群2％，未定類群3％．該結(jié)果表明，硝化細(xì)菌通過(guò)可溶性產(chǎn)物的產(chǎn)生支持了異養(yǎng)菌，異養(yǎng)菌也從代謝多樣性等方面確保了生物膜的生態(tài)穩(wěn)定性 ．從培養(yǎng)角度來(lái)說(shuō)，硝化細(xì)菌生長(zhǎng)極慢；由于硝化細(xì)菌的分布同pH、溫度等敏感，所以污水廠的硝化作用常有崩潰的情況發(fā)生．

4．3．1 氨氧化茵

基于16S rDNA序列分析，已經(jīng)分離和描述過(guò)的氨氧化細(xì)菌都分屬于變形桿菌綱的2個(gè)單系群中．Ni-trosococcusoceanus和N．halophilus屬于Proteobacteria的β亞綱，包括亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)和亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus)，后3個(gè)屬關(guān)系密切；而Nitrosococcus mobilis(實(shí)際是Nitrosomonas的一個(gè)成員)則在β亞綱組成緊密相關(guān)的集合．

4．3．2 亞硝酸氧化茵

基于超微特性，已培養(yǎng)出的亞硝酸氧化菌(Nitrite．oxidizing bacteria，NOB)被分為4個(gè)已知屬，硝化桿菌屬(Nitrobacter)，硝化刺菌屬(Nitrospina)，硝化球菌屬(Nitrococcus)和硝化螺菌屬(Nhrospira)．16S rDNA序列比較分析表明，硝化桿菌屬及其3個(gè)種都屬于變形桿菌的α一亞綱；Nitrospina和Nitrococcus各有一個(gè)種，分屬于變形桿菌的δ和г一亞綱；Nitrospira屬包含有moscoviensis和Ⅳ．rrtarin．在傳統(tǒng)上，Nitrobacter一直被認(rèn)為是重要的亞硝酸鹽氧化菌．然而，在硝化污水廠內(nèi)用目的探針的FISH法和定量斑點(diǎn)雜交(Quantitative dot blot)等發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)不到Nitrobacter或者數(shù)目很低，因此凸現(xiàn)了非Nitrobacter的NOB在硝化過(guò)程中的重要性．Egli等(2003)用不同污泥接種反應(yīng)器，利用定量FISH和RFLP(Restriction fragment length polymorphism)方法對(duì)穩(wěn)定的硝化作用反應(yīng)器進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有活性的都屬于Nitrospira屬 J．以Nitrospira序列發(fā)展的特定16S rRNA探針，對(duì)活性污泥進(jìn)行FISH查后表明，未培養(yǎng)的類硝化螺菌(Nitrospira—like)以顯著性數(shù)目(總菌數(shù)的9％)存在，其對(duì)亞硝酸鹽氧化的重要性已由反應(yīng)器富集研究所證實(shí)．Nhrospira能固定CO：，也能利用丙酮酸混合營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而不利用乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽。

4．4 反硝化細(xì)菌

反硝化細(xì)菌(Denitrifying bacteria)的大多數(shù)鑒定和計(jì)數(shù)都是依賴培養(yǎng)法．很多屬的成員，如產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、甲基桿菌屬(Methylobacteriurn)，副球菌屬(Paracoccus)和生絲微菌屬(Hyphornicrobiurrt)等，都從污水廠中作為脫氮微生物群分離出來(lái)過(guò)，但這些細(xì)菌屬在污水廠中是否具有原位脫氮的活性卻很少被知道．在一個(gè)補(bǔ)充以甲醇作為還原碳化物的脫氮沙濾中，使用特異FISH探針監(jiān)測(cè)到有大量數(shù)目的P．spp和H．spp；而在沒(méi)有附加甲醇的非脫氮沙濾中，兩屬存在的數(shù)目都低于總細(xì)胞0．1％ ，這間接證明了在脫氮過(guò)程中有兩屬的活性參與。