第十章 微生物与环境污染控制与治理

2、好氧生物膜净化废水的作用机理
生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生 物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固 着型纤毛虫、游动性纤毛虫）及微型后生动物吸附废 水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同 时生物膜生物吸收溶解性有机物和经水解的小分子有 机物进入体内，并进行氧化分解，微生物利用吸收的 营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下 层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为 CO2和H2O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物 （轮虫、线虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞食 作用，废水得到净化。
①组成： 微生物（好氧、兼性及少量厌 氧） + 固体杂质（有机和无机） ②性质：絮状，大小为 0.02 ～ 0.2mm ，比 表面积在20 ～ 100cm2/ml；含水率在99%， 比重 1.002 ～ 1.006 ，具有沉降性能； pH 在 6 ～ 7 ，弱酸性，具一定的缓冲能 力；处理生活污水的活性污泥一般为黄 褐色，工业污水则与水质有关；具有生 物活性，能吸附氧化有机物。
③ 可根据原生动物遇恶劣环境改变个 体形态及其变化过程判断进水水质变化 和运行中出现的问题。 以钟虫为例，当溶解氧不足或其他环 境条件恶劣时，则出现由正常虫体向胞 囊演变的一系列变态变化。
（2）净化作用 1ml正常好氧活性污泥的混合液中有500020000个原生动物，70-80%是纤毛虫，尤 其是小口钟虫、沟钟虫、有肋楯纤虫、漫游虫 出现频率高，起重要作用，轮虫则有100-200 个，有旋轮虫属、轮虫属、椎轮虫属等。 原生动物营养类型多样，腐生性营养的鞭毛虫 通过渗透作用吸收污、废水中的有机物。动物 性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌 和其他微小生物，对净化水质起积极作用。
（2）控制活性污泥丝状膨胀的对策 ①控制溶解氧 在2mg/L以上 ②控制有机负荷 BOD污泥负荷在0.2～0.3kg/kg MLSS·d为宜。 ③改革工艺 将活性污泥改为生物膜法，如在曝气池中加填料改 为生物接触氧化法。 工艺：A-B法（吸附-生物降解工艺）、A/O系统、 A2/O系统、A2/O2系统、及SBR（序批式间歇曝气反 应器）法等。
②溶解氧 菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解 氧的需要量差别很大。菌胶团细菌是严 格的好氧菌，浮游球衣菌是好氧菌，但 在微好氧条件下仍能正常生长。贝日阿 托氏菌、发硫菌是微好氧菌。温度适宜 而有机废水中溶解氧匮乏时，丝状细菌 优势生长，易引起活性污泥丝状膨胀。
③可溶性有机物及其种类 当废水中可溶性有机物，尤其是低分子 的糖类和有机酸较多时，丝状细菌呈优 势生长。
3.好氧生物膜的结构
生物滤池不同层次的生物膜所得到的营养不同，致 使微生物的种群和数量不同。 生物滤池分上、中、下三层，上层营养物浓度高， 生长的多为细菌及少量鞭毛虫。中层营养物质减少， 微生物种类增加，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、 变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低， 低分子有机物较多，微生物种类更多，除有菌胶团、 浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少 数游泳型纤毛虫，还有轮虫等。
在挂膜过程中，用泵慢速将污水或混合 液通入滤池内，循环运行3-7d，滤料上 会逐渐形成一层生物膜。当进水流量达 到设计值时，滤池自上而下形成正常的 分层微生物相，滤池出水的生化指标接 近排放标准，即完成生物膜的培养工作， 进入正式运行。
三、氧化塘
氧化塘是一种利用天然或人工修整的池塘处理 废水的构筑物。 1、氧化塘的微生物群落 藻类、细菌共存于氧化塘中，保持互生关系。 还有霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、 浮游甲壳动物、寡毛类、软体动物、水生植物。
（3）促进絮凝和沉淀作用
污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用 和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的 原生动物存在，由于原生动物分泌一定的粘 液协同和促使细菌发生絮凝作用。 如弯豆形虫量低时，细菌不起絮凝作用， 4mg/L时细菌产生絮凝作用， 10mg/L时形成 很大的细菌絮凝体。
6、好氧活性污泥的培养和驯化
3、好氧生物膜的培养 好氧生物膜的培养有自然挂膜法、活性污泥挂膜法和 优势菌种挂膜法。 自然挂膜法用的是带有自然菌种的废水； 活性污泥挂膜法用的是活性污泥，与本厂废水混合后 进入生物滤池； 优势菌种挂膜法的优势菌种为从自然环境或废水处理 中筛选获得的菌株，或通过遗传育种获得的优良菌种， 甚至是通过基因工程构建的超级菌，它们对某种废水 有强降解能力。
5、原生动物及微型后生动物的作用
（1）指示作用
有机废水净化过程中微生物的演变： 细菌→植物性鞭毛虫→肉足虫→动物性鞭毛虫→ 游泳型纤毛虫、吸管虫→固着型纤毛虫→轮虫
原生动物及微型后生动物的指示作用 表现为以下三个方面：
① 可根据上述原生动物和微型后生动 物的演替，根据它们的活动规律判水 质和污、废水处理程度，还可判断活 性污泥培养成熟程度。
①温度
构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在 30℃左右。菌胶团细菌如动胶菌属的最适生 长温度在28～30℃。浮游球衣菌最适温度在 25 ～ 30℃。两者最适温度尽管差别不大， 但浮游球衣菌是好氧和微好氧菌，由于温度 影响氧的溶解度，因此，在低溶解氧的条件 下，浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团 细菌而优势生长。
2、氧化塘处理废水的机理
有机废水流入氧化塘，其中的细菌吸收水中溶解氧， 将有机物氧化分解为H2O、CO2、NH3等无机物。细 菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营 养物质合成细胞物质。在光照条件下，藻类利用H2O 和CO2进行光合作用合成糖类和产生氧气，再吸收 NH3和SO42-合成蛋白质、吸收PO43-合成核酸，并繁 殖新藻体。废水中的可沉固体和塘中生物的尸体沉积 于塘底，构成污泥，它们在产酸细菌作用下分解成低 分子有机酸和醇等，其中一部分进入好氧层被氧化分 解，另一部分则被污泥中的产甲烷细菌分解成甲烷。
菌种来源：生活污水、粪便污水、污水处理厂的活 性污泥；本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，本厂污 水长期流经的河流淤泥经扩大培养后也可备用。 活性污泥的驯化和培养有间歇式曝气培养和连续曝 气培养。一般可先在较低废水浓度下曝气，以后逐 渐提高废水浓度，一直到原废水浓度。同时应对活 性污泥的生物相进行镜检，并进行化学测定分析， 以确定活性污泥的成熟程度。
第十章 微生物与环境污染控制与治理
第一节 污（废）水生物处理中的微生物生态系统
废水的生物处理的方法很多，根据微生物与氧的关系可 分为好氧处理和厌氧处理。根据微生物在构筑物中处于 悬浮状态或固着状态，可分为活性污泥法和生物膜法。 活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。
一、好氧活性污泥法 1、好氧活性污泥中的微生物 （1）好氧活性污泥的组成和性质 好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生 物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微 生物）与污（废）水中的有机和无机固 体物混凝交织在一起所形成的絮状体。
④有机物浓度 浮游球衣菌在低浓度培养基中呈丝状生长。 在生活污水和食品类等有机废水中， BOD5在100-200mg/L，浮游球衣菌数 量超过菌胶团细菌时，可导致活性污泥丝 状膨胀。水中C/N和C/P失调时也可出现 污泥膨胀。
⑤ pH 曝气池的pH保持在6.5～8.0范围内，活 性污泥正常发育。 如pH低于6.0，有利于丝状细菌生长，菌 胶团细菌生长受到抑制；如pH低于4.0， 真菌占优势，原生动物大部分消失；若 pH超过11，活性污泥被破坏。
二、好氧生物膜法
好氧生物膜法构筑物有普通生物滤池、高负 荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、 接触氧化法等。
1、好氧生物膜中的微生物
好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼 性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附 在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的 微生物混合群体。 它是生物膜净化污（废）水工作的主体。成 熟的生物膜厚度可达2～3mm。 微生物量通常以每m2滤料上干燥生物膜的重 量表示，或以每m3滤料上的生物膜重量表示。
显微镜下的活性污泥
2、 好氧活性污泥净化废水的作用机理 好氧活性污泥吸附和降解有机物的过程： （ 1）在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性 微生物吸附废水中的有机物； （ 2）活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有 机物为小分子有机物，同时微生物合成自身细胞。 污（废）水中的溶解性有机物直接被细菌吸收， 在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群 细菌吸收，进而无机化。 （ 3）原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解 彻底的有机物和游离细菌。
7、活性污泥丝状膨胀及其控制
用活性污泥法处理废水，曝气池中的活 性污泥，正常情况下是由许多具有絮凝 作用的絮凝细菌——菌胶团细菌占优势， 辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固 着型纤毛虫、旋转虫等组成。
某些环境条件的变化使污泥会发生膨胀现象
活性污泥的沉降可用污泥体积指数 SVI （ Sludge Volume Index）表示。 SVI 在 200mL/g 以下为正常活性污泥 ，一般在 50-150mL/g，最好在100mL/g左右 当 SVI 在 200mL/g 以上时说明出现了污泥的膨胀。 可分为由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝 状细菌引起的菌胶团膨胀污泥，而又以丝状膨胀 污泥较为普遍。
（1）活性污泥丝状膨胀的原因
由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀 称活性污泥丝状膨胀。 致因微生物：经常出现的有诺卡氏菌属、 浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日 阿托氏菌属、亮发菌属、纤发菌属等。
丝源自文库菌生长占优势的活性污泥
活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微 生物因素。主导因素是丝状微生物过度生 长，环境因素促进丝状微生物过度生长。
活性污泥培养初期：鞭毛虫、变形虫 活性污泥培养中期：游泳型纤毛虫、鞭毛虫 活性污泥培养成熟期：钟虫等固着型纤毛虫、 楯纤虫、轮虫
② 根据原生动物种类判断活性污泥和处 理水质的好与坏。 如固着型纤毛虫中的钟虫属、累枝虫属、 盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、楯纤 虫属、吸管虫属、漫游虫属内管虫属及 轮虫等出现，说明活性污泥正常，出水 水质好。 当豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、屋 滴虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥 结构松散，出水水质差。
3、好氧活性污泥法的几种处理工艺流程
4、菌胶团的作用 菌胶团：所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互 相絮凝聚集成的细菌团块。 （1）具有有机物强烈的生物吸附能力和氧化分解的能力。 （2）为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。 （3）为原生动物和微型后生动物提供附着场所。 （4）具有指示作用：菌胶团的颜色、透明度、数量、颗 粒大小及结构的松紧程度可反映好氧活性污泥的性能。
（4）好氧活性污泥中微生物的浓度和数量 常用MLSS（混合液悬浮固体）或MLVSS（混合液 挥发性悬浮固体）来表示活性污泥中微生物的 浓度，即 1L 活性污泥混合液中所含的固体或挥 发性固体物质的量。 一般城市污水处理中， MLSS 在 2000-3000mg/L ， 工业废水在 3000 mg/L 左右，高浓度工业废水在 3000-5000 mg/L。 1ml好氧活性污泥中的细菌数在107-108个。
生物滤池内生物膜的微生物群落及其功能：
生物膜生物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球 衣菌、藻类等，它们起净化和稳定污、废水水质 的功能。 生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫， 它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体处理效 率的功能。 滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等， 它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞 的功能。
（2）好氧活性污泥的存在状态 悬浮状态 （3）好氧活性污泥的微生物群落 好氧活性污泥的结构和功能的中心是 菌胶团。在其上面生长有其他微生物， 如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原 生动物及微型后生动物等。
活性污泥的主体细菌（优势菌）来源于土壤、 水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如动胶 菌属和丛毛单胞菌属，还有其他的革兰氏阴性 菌和革兰氏阳性菌。好氧活性污泥的细菌能迅 速稳定废水中有机污染物，有良好的自我絮凝 能力和沉降性能。 构成活性污泥的微生物种群相对稳定，但当营 养条件、温度、供氧、pH等环境条件改变，会 导致优势种群的改变。