活性污泥法中的生物作用

陳燕飛

（太原師范學(xué)院生物系，山西 太原 030012）

0 引言

污水生物學(xué)處理具體來(lái)說(shuō)是通過微生物所產(chǎn)生的酶，氧化分解有機(jī)物，從而使水得到凈化。其中起主要作用的是細(xì)菌，污水中可溶性的有機(jī)物直接被菌體吸收，固體和膠體等不溶性有機(jī)物先附著在菌體外，由菌細(xì)胞分泌的胞外酶分解成可溶性物質(zhì)，再被菌體吸收，通過微生物體內(nèi)的氧化、還原、分解、合成等生化作用，把一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成微生物自身組成物質(zhì)，另一部分有機(jī)物被氧化分解為二氧化碳、水等簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，從而使污染物質(zhì)得到降解。目前常用且效果較好的污水處理方法是好氧活性污泥法[1]。

污水進(jìn)入曝氣池后，用機(jī)械或人工的方法連續(xù)鼓入空氣，經(jīng)過一段時(shí)間，水中形成一些褐色絮狀泥粒，即所謂活性污泥。其主體部分是一些好氣性微生物，對(duì)污水中的有機(jī)物具有很強(qiáng)的吸附和氧化分解能力，并以有機(jī)物為養(yǎng)料不斷增殖?；钚晕勰嗪臀鬯幕旌弦弘x開曝氣池以后，在沉淀池中沉淀，分離出來(lái)的水即為凈化的水，排放出去?；钚晕勰喑蛟鲋承枧欧懦鲆徊糠侄嘤嗟囊酝猓溆嗟幕亓鞯狡貧獬?，如此循環(huán)運(yùn)行?；钚晕勰喾ǖ膬艋屎芨?，它對(duì)生活污水中有機(jī)物和懸浮物的去除率均達(dá)95%左右，但所產(chǎn)生的污泥量較大，有待進(jìn)一步處理，運(yùn)行中還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。

1 好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理

好氧活性污泥的凈化作用類似于水處理工程中混凝劑的作用同時(shí)能吸收水中的溶解性污染物。它是由有生命的微生物組成，能自我繁殖，有生物“活性”，可以連續(xù)反復(fù)作用。

活性污泥絨粒中微生物之間的關(guān)系是食物鏈的關(guān)系。好氧活性污泥絨粒吸附和生物降解有機(jī)物的過程像接力賽，其過程分三步：第一步在有氧的條件下，活性污泥溶粒中的絮凝性微生物吸附水中的有機(jī)物；第二步是活性污泥絨粒中的水解性細(xì)菌水解大分子有機(jī)物為小分子有機(jī)物，同時(shí)，微生物合成自身細(xì)胞。廢水中的溶解性有機(jī)物直接被細(xì)菌吸收，在細(xì)菌體內(nèi)氧化分解，其中間代謝物被另一群細(xì)菌吸收，進(jìn)而無(wú)機(jī)化；第三步是其他微生物吞食未分解徹底的有機(jī)物[2]。

活性污泥是活性污泥處理系統(tǒng)中的主體作用物質(zhì)，在廢水生物處理中，不論采用何種方法處理構(gòu)筑物及何種工藝流程，都是通過處理系統(tǒng)中活性污泥或生物膜微生物的新陳代謝作用，使活性污泥具有將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無(wú)機(jī)物的活力，在有氧的條件下，將廢水中的有機(jī)物氧化分解為無(wú)機(jī)物，從而達(dá)到廢水凈化的目的。處理后出水水質(zhì)的好壞同組成活性污泥的微生物的種類、數(shù)量及其活性有關(guān)。

2 好氧活性污泥中的微生物

活性污泥是由細(xì)菌、微型動(dòng)物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的茶褐色的絮凝體。其中的微生物主要由細(xì)菌組成，細(xì)菌主要有菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌，數(shù)量可占污泥中微生物總量的90%～95%，細(xì)菌在有機(jī)廢水的處理中起著最重要的作用。此外，活性污泥中還有原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等微型動(dòng)物[3]。

1）細(xì)菌。細(xì)菌是單細(xì)胞生物，如球菌、桿菌和螺旋菌等。它們?cè)诨钚晕勰嘀蟹N類多、數(shù)量大、體積微小，具有強(qiáng)的吸附和分解有機(jī)物的能力，在污水處理中起著關(guān)鍵作用。在活性污泥培養(yǎng)的初期，細(xì)菌大量游離在污水中，但隨著污泥的逐步形成，逐漸集合成較大的群體，如菌膠團(tuán)、絲狀菌等。菌膠團(tuán)是細(xì)菌及其分泌的膠質(zhì)物質(zhì)組成的細(xì)小顆粒，是活性污泥的主體，污泥的吸附性能、氧化分解能力及凝聚沉降等性能均與菌膠團(tuán)有關(guān)。菌膠團(tuán)有球形、分枝狀、蘑菇形、垂絲形等。球衣細(xì)菌碳素營(yíng)養(yǎng)需求量較大，常因有大量碳水化合物的存在，使它們過快地繁殖引起污泥膨脹，故分解有機(jī)物的能力強(qiáng)；白硫細(xì)菌能分解含硫化合物；硫絲細(xì)菌是一種常見絲狀細(xì)菌，大量繁殖時(shí)可使污泥松散，甚至引起污泥膨脹。

2）真菌。真菌具有單細(xì)胞和多細(xì)胞兩種形態(tài)。單細(xì)胞真菌多呈圓形或橢圓形，常見的有酵母菌，多細(xì)胞真菌呈絲狀，統(tǒng)稱霉菌。

3）原生動(dòng)物。生物處理中，主要的原生動(dòng)物有肉足蟲類，鞭毛蟲類，纖毛蟲類等。其中的纖毛蟲類原生動(dòng)物與廢水處理的關(guān)系最為密切。

4）后生動(dòng)物。又稱多細(xì)胞動(dòng)物。主要有輪蟲，線蟲等。

5）藻類。是一種單細(xì)胞或多細(xì)胞的植物，富含蛋白質(zhì)，脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。藻類細(xì)胞內(nèi)有葉綠素，能進(jìn)行光合作用，利用二氧化碳合成細(xì)胞質(zhì)，放出氧氣，這樣，活性污泥在不同營(yíng)養(yǎng)，供氧，溫度及pH等條件下，形成由最適宜增殖的絮凝菌為中心，與多種多樣其他微生物集居所組成的一個(gè)生態(tài)系。

3 微生物的作用及達(dá)到的效果

3.1 細(xì)菌

細(xì)菌又分為菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀細(xì)菌。

3.1.1 菌膠團(tuán)細(xì)菌的作用

1）菌膠團(tuán)細(xì)菌是構(gòu)成活性污泥絮凝體的主要成分，有很強(qiáng)的生物吸附能力和氧化分解有機(jī)物的能力。一旦菌膠團(tuán)受到各種因素的影響和破壞，則使有機(jī)物去除率明顯下降，甚至無(wú)去除能力。

2）保護(hù)作用，細(xì)菌形成菌膠團(tuán)后可防止被微型后生動(dòng)物所吞噬。

3）有很強(qiáng)的吸附，氧化分解有機(jī)物的能力，并為原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物提供良好的生存環(huán)境。

4）有很好的沉降性能，使混合液迅速完成泥水分離。

5）為原生動(dòng)物，微型后生動(dòng)物提供附著場(chǎng)所。

6）具指示作用，通過顏色，透明度，數(shù)量、顆粒大小及結(jié)構(gòu)的松緊程度可衡量好氧活性污泥的性能。新生菌膠團(tuán)的顏色淺，無(wú)色透明，結(jié)構(gòu)緊密，說(shuō)明其生命力旺盛，吸附和氧化能力強(qiáng)。老化的菌膠團(tuán)顏色深，結(jié)構(gòu)松散，活性不強(qiáng)，吸附和氧化能力差。

3.1.2 絲狀菌的作用

絲狀菌同菌膠團(tuán)細(xì)菌一樣，是活性污泥中重要的組成部分。絲狀菌在活性污泥中可交叉穿織在菌膠團(tuán)之間，或附著生長(zhǎng)于絮凝體表面，少數(shù)種類可游離于污泥絮絨粒之間。絲狀細(xì)菌具有很強(qiáng)的氧化分解有機(jī)物的能力，起著一定的凈化作用，某些情況下，它在數(shù)量上可超過菌膠團(tuán)細(xì)菌，使污泥絮凝體沉降性能變差，嚴(yán)重時(shí)即引起活性污泥膨脹，造成出水質(zhì)量下降。

3.2 真菌

真菌在正常的活性污泥中不占優(yōu)勢(shì)，但是在細(xì)菌受到抑制環(huán)境中，真菌代替細(xì)菌而繁殖。某些含碳較高或pH值較低的工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中，或者大量接受工業(yè)廢水的城市污水的活性污泥中產(chǎn)生真菌類的情況較多?；钚晕勰嘀械恼婢酁榻z狀真菌，若絲狀真菌顯著增長(zhǎng)，則活性污泥的沉降性能惡化，引起污泥膨脹。

3.3 原生動(dòng)物

3.3.1 原生動(dòng)物在提高水質(zhì)方面的作用

促進(jìn)細(xì)菌的絮凝作用，提高細(xì)菌的沉淀效率。原生動(dòng)物特別是固著型原生動(dòng)物迅速沉降，在沉淀過程中會(huì)把細(xì)菌裹起來(lái)或粘附在其分泌物上，從而提高了細(xì)菌的去除效率。原生動(dòng)物捕食細(xì)菌，游離的細(xì)菌幾乎都被去除。由于原生動(dòng)物捕食使細(xì)菌密度大為下降，不僅提高了細(xì)菌的活動(dòng)能力，而且還提高了對(duì)可溶性有機(jī)物的攝取能力。原生動(dòng)物的分泌物使細(xì)菌活化，原生動(dòng)物本身也攝取可溶性有機(jī)物，原生動(dòng)物和一般細(xì)菌一起共同攝取病原微生物。

3.3.2 在降低剩余污泥方面的作用

原生動(dòng)物可以使污水中的可溶性有機(jī)物減少，也就是說(shuō)這些原生動(dòng)物對(duì)降低BOD值（生化需氧量，單位體積水中耗氧有機(jī)物生化分解過程所消耗的氧量）或COD值（化學(xué)需氧量，在一定條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，所消耗的氧化劑量）起著有利的作用，而且由于原生動(dòng)物的捕食作用使細(xì)菌數(shù)量減少很多。所以，原生動(dòng)物直接或間接地對(duì)可溶性有機(jī)物的降解起了作用。

3.3.3 促進(jìn)絮凝和沉淀作用

污廢水生物處理中主要靠細(xì)菌起凈化作用和絮凝作用，然而有的細(xì)菌需要一定濃度的原生動(dòng)物存在，由原生動(dòng)物分泌一定的粘液協(xié)同和促使細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。原生動(dòng)物能促進(jìn)細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。固著型纖毛蟲本身有沉降性能，加上和細(xì)菌形成絮體，更完善泥水分離作用。

3.4 后生動(dòng)物

后生動(dòng)物主要有輪蟲和線蟲等。輪蟲以吞食有機(jī)物顆粒、細(xì)菌、藻類以及小的原生動(dòng)物為主，要求較高的溶解率。線蟲的出現(xiàn)表示污泥已培養(yǎng)成熟。另外，原生動(dòng)物和后生動(dòng)物在污水生物處理和水體污染及自凈中起到指示作用。

1）根據(jù)原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物的演替及活動(dòng)規(guī)律判斷水質(zhì)和污水處理程度及活性污泥培育成熟程度。

2）根據(jù)原生動(dòng)物種類判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好與壞。

3）根據(jù)原生動(dòng)物遇惡劣環(huán)境改變個(gè)體形態(tài)及其變化過程判斷進(jìn)水水質(zhì)和運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。

3.5 微型藻類

在污水處理中可采用適當(dāng)?shù)姆椒ú墒赵孱悾赃_(dá)到去除氮、磷的目的，藻類光合作用釋放的氧又可供細(xì)菌氧化分解有機(jī)物。

4 好氧活性法存在的問題

用活性污泥法處理廢水的過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生泥水分離困難，池面飄泥嚴(yán)重，出水水質(zhì)極差的現(xiàn)象。經(jīng)研究認(rèn)為活性污泥的膨脹是由絲狀細(xì)菌和非絲狀細(xì)菌引起的污泥膨脹。

4.1 絲狀菌污泥膨脹

正常的活性污泥結(jié)構(gòu)較稠密，菌膠團(tuán)生長(zhǎng)良好，沉降和濃縮性能良好。從污泥的結(jié)構(gòu)來(lái)看，活性污泥絮狀體是由菌膠團(tuán)和絲狀菌組合而成。絲狀菌猶如絮狀體的骨架，菌膠團(tuán)粘結(jié)在骨架上，微型動(dòng)物也附生其上。正常的污泥它們兩者之間有一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系。如果絲狀菌生長(zhǎng)繁殖過多，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)繁殖將受到抑制，眾多的絲狀菌伸出污泥表面，使絮體松散，沉淀性能惡化，污泥體積膨脹，污泥沉降體積及污泥體積指數(shù)均很高，發(fā)生絲狀菌性污泥膨脹[4]。這種情況占發(fā)生污泥膨脹的大多數(shù)，通常所說(shuō)的污泥膨脹就是指這種絲狀膨脹。

4.2 非絲狀菌污泥膨脹

這種膨脹的活性污泥中沒有大量的絲狀菌，但含過量的結(jié)合水，正常的污泥結(jié)合水為90%左右，而這種類型的污泥結(jié)合水可達(dá)380%，因含有大量的水分，體積膨脹，而使污泥比重減輕，壓縮性能惡化。這種膨脹是由于在活性污泥體積外積蓄高粘性多糖物質(zhì)而形成的，這種膨脹外觀體積顯著增大，絲狀菌很少甚至看不到[5]。

5 控制活性污泥膨脹的對(duì)策

解決活性污泥絲狀膨脹的問題，根本的是要控制引起絲狀微生物過度生長(zhǎng)的環(huán)境因子?？稍黾游勰啾戎鼗驓⑺肋^量的絲狀菌；改變曝氣池結(jié)構(gòu)；控制曝氣池的溶解率；控制有機(jī)負(fù)荷；避免污泥的早期消化；調(diào)整廢水的營(yíng)養(yǎng)配比等。

［1］楊頤康等.微生物學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1997：18-24.

［2］李軍，楊秀山等.微生物與水處理工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：55-87.

［3］黃修理等.微生物學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2002：123-168.

［4］楊躍平，徐新華等.廢水處理工程紀(jì)實(shí)分析［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：231-245.

［5］周群英，高廷耀.環(huán)境微生物學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1998：188～196.