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(dòng)物組成，同時(shí)還存在著真菌和以輪蟲為主的后生動(dòng)物。原生動(dòng)物以細(xì)菌為食物，后生動(dòng)物以細(xì)菌和原生動(dòng)物為食物。在活性污泥中的有機(jī)物、細(xì)菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)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(jí)和二級(jí)腐生生物，前者用于降解原始基質(zhì)，而二級(jí)腐生生物則以初級(jí)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(dòng)物及后生動(dòng)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(dòng)物，它們?cè)谙到y(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(shì)的原生動(dòng)物。由于原生動(dòng)物及后生動(dòng)物的數(shù)量會(huì)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(dòng)物及后生動(dòng)物的種類來判斷處理水質(zhì)的好壞。因此，一般將原、后生動(dòng)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(huì)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(duì)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(huì)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(jiǎn)稱污泥膨脹）。目前人們已知有近30種不同類型的絲狀菌會(huì)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(duì)活性污泥中種群動(dòng)態(tài)學(xué)的研究，人們認(rèn)識(shí)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(zhǎng)，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(yíng)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(zhǎng)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(dòng)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(duì)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(huì)造成出水的混濁。

(2)高的凈化效率，低的出水濃度從動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制抑制絲狀菌的過度生長(zhǎng)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(shì)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(duì)于自然界的硝化作用而言并不重要。

硝化菌對(duì)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。