陳燕飛

（太原師范學院生物系，山西 太原 030012）

0 引言

污水生物學處理具體來說是通過微生物所產(chǎn)生的酶，氧化分解有機物，從而使水得到凈化。其中起主要作用的是細菌，污水中可溶性的有機物直接被菌體吸收，固體和膠體等不溶性有機物先附著在菌體外，由菌細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，把一部分有機物轉(zhuǎn)化成微生物自身組成物質(zhì)，另一部分有機物被氧化分解為二氧化碳、水等簡單的無機物，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]。

污水進入曝氣池后，用機械或人工的方法連續(xù)鼓入空氣，經(jīng)過一段時間，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，對污水中的有機物具有很強的吸附和氧化分解能力，并以有機物為養(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?，其余的回流到曝氣池，如此循環(huán)運行?；钚晕勰喾ǖ膬艋屎芨?，它對生活污水中有機物和懸浮物的去除率均達95%左右，但所產(chǎn)生的污泥量較大，有待進一步處理，運行中還容易出現(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物；第二步是活性污泥絨粒中的水解性細菌水解大分子有機物為小分子有機物，同時，微生物合成自身細胞。廢水中的溶解性有機物直接被細菌吸收，在細菌體內(nèi)氧化分解，其中間代謝物被另一群細菌吸收，進而無機化；第三步是其他微生物吞食未分解徹底的有機物[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污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無機物的活力，在有氧的條件下，將廢水中的有機物氧化分解為無機物，從而達到廢水凈化的目的。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

活性污泥是由細菌、微型動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菌組成，細菌主要有菌膠團細菌和絲狀菌，數(shù)量可占污泥中微生物總量的90%～95%，細菌在有機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物和后生動物等微型動物[3]。

1）細菌。細菌是單細胞生物，如球菌、桿菌和螺旋菌等。它們在活性污泥中種類多、數(shù)量大、體積微小，具有強的吸附和分解有機物的能力，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、絲狀菌等。菌膠團是細菌及其分泌的膠質(zhì)物質(zhì)組成的細小顆粒，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有關(guān)。菌膠團有球形、分枝狀、蘑菇形、垂絲形等。球衣細菌碳素營養(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，故分解有機物的能力強；白硫細菌能分解含硫化合物；硫絲細菌是一種常見絲狀細菌，大量繁殖時可使污泥松散，甚至引起污泥膨脹。

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

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

4）后生動物。又稱多細胞動物。主要有輪蟲，線蟲等。

5）藻類。是一種單細胞或多細胞的植物，富含蛋白質(zhì)，脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)。藻類細胞內(nèi)有葉綠素，能進行光合作用，利用二氧化碳合成細胞質(zhì)，放出氧氣，這樣，活性污泥在不同營養(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生態(tài)系。

3 微生物的作用及達到的效果

3.1 細菌

細菌又分為菌膠團細菌和絲狀細菌。

3.1.1 菌膠團細菌的作用

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

2）保護作用，細菌形成菌膠團后可防止被微型后生動物所吞噬。

3）有很強的吸附，氧化分解有機物的能力，并為原生動物和微型后生動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）為原生動物，微型后生動物提供附著場所。

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。新生菌膠團的顏色淺，無色透明，結(jié)構(gòu)緊密，說明其生命力旺盛，吸附和氧化能力強。老化的菌膠團顏色深，結(jié)構(gòu)松散，活性不強，吸附和氧化能力差。

3.1.2 絲狀菌的作用

絲狀菌同菌膠團細菌一樣，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之間，或附著生長于絮凝體表面，少數(shù)種類可游離于污泥絮絨粒之間。絲狀細菌具有很強的氧化分解有機物的能力，起著一定的凈化作用，某些情況下，它在數(shù)量上可超過菌膠團細菌，使污泥絮凝體沉降性能變差，嚴重時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，但是在細菌受到抑制環(huán)境中，真菌代替細菌而繁殖。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，則活性污泥的沉降性能惡化，引起污泥膨脹。

3.3 原生動物

3.3.1 原生動物在提高水質(zhì)方面的作用

促進細菌的絮凝作用，提高細菌的沉淀效率。原生動物特別是固著型原生動物迅速沉降，在沉淀過程中會把細菌裹起來或粘附在其分泌物上，從而提高了細菌的去除效率。原生動物捕食細菌，游離的細菌幾乎都被去除。由于原生動物捕食使細菌密度大為下降，不僅提高了細菌的活動能力，而且還提高了對可溶性有機物的攝取能力。原生動物的分泌物使細菌活化，原生動物本身也攝取可溶性有機物，原生動物和一般細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

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

3.3.3 促進絮凝和沉淀作用

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

3.4 后生動物

后生動物主要有輪蟲和線蟲等。輪蟲以吞食有機物顆粒、細菌、藻類以及小的原生動物為主，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，原生動物和后生動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)原生動物和微型后生動物的演替及活動規(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)原生動物遇惡劣環(huán)境改變個體形態(tài)及其變化過程判斷進水水質(zhì)和運行中出現(xiàn)的問題。

3.5 微型藻類

在污水處理中可采用適當?shù)姆椒ú墒赵孱?，以達到去除氮、磷的目的，藻類光合作用釋放的氧又可供細菌氧化分解有機物。

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，有時會發(fā)生泥水分離困難，池面飄泥嚴重，出水水質(zhì)極差的現(xiàn)象。經(jīng)研究認為活性污泥的膨脹是由絲狀細菌和非絲狀細菌引起的污泥膨脹。

4.1 絲狀菌污泥膨脹

正常的活性污泥結(jié)構(gòu)較稠密，菌膠團生長良好，沉降和濃縮性能良好。從污泥的結(jié)構(gòu)來看，活性污泥絮狀體是由菌膠團和絲狀菌組合而成。絲狀菌猶如絮狀體的骨架，菌膠團粘結(jié)在骨架上，微型動物也附生其上。正常的污泥它們兩者之間有一個適當?shù)谋壤P(guān)系。如果絲狀菌生長繁殖過多，菌膠團的生長繁殖將受到抑制，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的環(huán)境因子。可增加污泥比重或殺死過量的絲狀菌；改變曝氣池結(jié)構(gòu)；控制曝氣池的溶解率；控制有機負荷；避免污泥的早期消化；調(diào)整廢水的營養(yǎng)配比等。

［1］楊頤康等.微生物學［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：化學工業(yè)出版社，1999：55-87.

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

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

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