微生物在水处理中的应用_王丽阳

收稿日期：2009-11-19

作者简介：王丽阳（1982-），女，2005年毕业于黑龙江大学，现从事无

氯漂白剂研发工作，同时于黑龙江大学生命科学学院攻读硕士研究生。

通讯作者:蔡柏岩(1968-),男,黑龙江通河县人,副教授,博士后,从事

生态学研究。

文章编号：1002-1124（2010）03-0045-03

Sum 174No.3

化学工程师

Chemical

Engineer

2010年第3

期

研究污水的微生物处理就是研究微生物对废

水中的有机物、

营养盐类及重金属等物质去处的微生物学原理及其规律，并加以实际应用的一门科学[1]。目前，常用于污水治理的方法可归纳为物理法、化学法、生物法。物理法常作为一种预处理的手段应用于废水处理；化学处理法是指向废水中加入化学药剂如明矾等，使其与污染物发生化学反应而生成无害物的过程，这种方法也常常作为预处理方法使用；而生物处理法则作为末端处理装置广泛应用于各行业的废水处理中。与物理法、化学法相比，微生物处理法具有经济、高效的优点，并可实现无害化、资源化，所以长期以来始终占重要位置。

1微生物法除磷

早在二十世纪60年代，Shapiro 和Levin 等人就

观察到了污水中微生物的除磷作用。经过进一步研究，认为污水生物除磷是通过微生物对磷的过量摄取作用完成的，这是一种完全的生物摄取过程。其反应原理是，除磷菌在厌氧条件下能分解细胞内的聚磷酸盐同时产生ATP ，并利用ATP 将废水中的脂肪酸等有机物摄入细胞，以PHB （聚-β-羟基丁酸盐）及糖原等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排除胞外；这时细胞内还会诱导产生相当量的聚磷酸盐激酶。聚磷酸盐分解后的无机磷盐释放至积磷菌体外，此即观察到的积磷细菌厌氧放磷现象。一旦进入好氧环境，这类除磷菌又可利用聚-β-羟基丁酸盐氧化分解所释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐而贮存于细胞内。一般来说，微生物增殖过程中，在耗氧环境下所摄取的磷比在厌氧环境中所释放的磷多，污水生物除磷正是利用了微生物的这一过程。

应用于污水处理厂的除磷细菌主要有：不动杆菌属、气单胞菌属、假单胞菌属和肠杆菌属、枯草芽

微生物在水处理中的应用

王丽阳1，2，蔡柏岩2，3

，齐

麟1

（1.黑龙江省化工研究院，黑龙江哈尔滨150078；2.黑龙江大学生命科学学院微生物学重点实验室，黑龙江哈尔滨150086；

3.黑龙江东方学院，黑龙江哈尔滨150086）

摘要：污水的微生物处理是利用微生物的代谢反应进行的一种水处理方法。由于微生物具有多样性，能够分解多种污染物，所以其在水处理领域发挥重要作用。目前,微生物与水处理工程的研究方向就是充分利用微生物控制、

消除水体的有机物、营养盐类、重金属污染物及利用微生物进行水处理使水资源再生。本文旨在介绍微生物在污水处理方面的主要用途以及作用机理。

关键词：微生物；水处理；污染物中图分类号：X703.1

文献标识码：A

Application of microorganism in water treatment

WANG Li-yang 1，2，CAI Bo-yan 2，3，QI Lin 1

(1.Heilongjiang Institute of Chemical Engineering,Harbin 150078,China ；2.Key Laboratory of Microorganism,Heilongjiang

University,Harbin 150086,China ；

3.Heilongjiang East College,Harbin 150086,China)Abstract ：The microbial treatment of polluted water is a water treatment method which using metabolic reac －tion of microbe.Because of the diversity of the microbe and having ability to decompose variety kinds of pollutants,it plays an important role in water treatment.The research directions of the microbe and water treatment is making full use of microbe to control and clear up the organic matter,nutrient salts and heavy metal pollutants.The re －search directions also involve the using of microbe to treat the water and regenerate the water resources.This paper aims to introduce the main application and mechanism of the microbial treatment of polluted water.

Key words ：microbe ；water treatment ；pollutant

胞杆菌等等[2]。

2微生物法除氮

由于氮化合物是营养物质，因而它的存在会引

起藻类的过度增殖，造成水体的富营养化现象；大量藻类死亡时会耗去水中的氧，造成鱼类的死亡，而一些藻类的蛋白类毒素可能富集在水产生物体内，并通过食物链使人中毒，因此，除去水中的氮在污水处理过程中尤为重要。

生物脱氮是污水中的含氮有机物（如蛋白质、氨

基酸、尿素、脂类、硝基化合物等）[3]

，在生物处理过

程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮；然后由自养型硝化细菌将其转化为NO 3-

；最后再由反硝化细菌将NO 3-还原转化为N 2，从而达到脱氮的目的。生物脱氮过程见图1：

图1生物脱氮过程示意图

3微生物法除臭

微生物除臭技术是二十世纪50年代发展起来

的新兴除臭技术，是利用微生物的生理代谢活动降

解恶臭物质，将其氧化成无臭、

无害的最终产物，达到除臭的目的。目前，已知的恶臭气体种类有上万种，研究人员按气体的化学组分不同，将其分成5类：（1）含S 的化合物，如H 2S 、SO 2、硫醇类、硫醚类；（2）含N 的化合物，如胺类、酰胺、吲哚类；（3）卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；（4）烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；（5）含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等[4]。

微生物除臭可分为5个阶段：第一阶段为初步调整阶段，由于污染物中吸收与夹带了空气，在短时间内污染物处于好氧分解阶段，随着分解过程的推进，含氧量逐步下降；第二阶段为分解过程转移阶段，当内部空气耗尽，分解过程从好氧转入厌氧，此过程产生H 2S 、NH 3、N 2等；第三阶段为酸性阶段，产生有机挥发酸、CO 2、H 2等；第四阶段为产甲烷阶段，产生CH 4、CO ；第五阶段为稳定阶段。

微生物除臭的主要方法有生物过滤法和生物

吸收法。生物过滤法的原理是臭气从反应器的底部

进入，通过附着在填料上的微生物，将O 3中的污染物氧化分解为CO 2、H 2O 、NO -3和SO 2-

4，达到O 3净化的目的。生物吸收法（也可称为生物洗涤法）多采用活性污泥的方法，先将恶臭成分转移到水中，然后，再将受污染的水进行微生物处理。按气液接触方式分为两种形式：曝气式和洗涤式。生物除臭技术可以应用于很多方面：污水处理、畜禽粪便的处理、城市生活垃圾的处理等方面[5]。

4微生物法去除重金属

对于重金属的去除，物理、化学和微生物学原

理的新型废水处理工艺不断涌现，其中微生物处理

技术的应用尤为广泛。近年来，

随着研究不断深人，由海藻、真菌和细菌等微生物组成的生物吸附剂由于具有原料来源丰富、品种多、成本低，在低浓度下

处理效果好、

吸附容量大、速度快、选择性强，吸附设备简单、易操作等优点成为去除工业废水中重金

属元素有效的净化方法[6]。无论是海藻、真菌或是细菌去除重金属污染物的原理都是吸附原理，它们在实际工作中各有其特点。

藻类的吸附特点是：受细胞壁结构、细胞代谢及环境中的物理或化学因素的影响。具体来说，藻类生物吸附受pH 值、温度、竞争离子、藻种及培养时间、

与金属离子的接触时间、离子浓度、培养基等多种条件影响[7]。

菌类生物也有其独特的吸附特点：细菌是地球上最丰富的微生物，发酵工业产生的大量废菌体（如啤酒酵母、面包醉母、根霉属菌、枯草杆菌等）都是良好的生物吸附剂。真菌类微生物菌丝体粗大且具有吸附后易于分离、吸附量大等特点也是良好的生物吸附剂。菌类生物膜吸附重金属的特点是：受较多因素的影响，包括pH 值、温度、金属离子浓度、摇速、生物膜的培养条件、共存重金属等。实验表明，自然水体生物膜对镉、钴、铅、镍和铜吸附时，金属两两之间相互干扰，使生物膜对重金属的吸附量有所降低，所以菌类生物膜吸附时应针对一种金属离子，并在其最佳条件下做吸附效果最佳。

5微生物法处理含聚废水

随着工业的发展，石油的开采量也逐年增加，

然而由于石油采出液含水率高达60%以上，由此引

有机氮→氨氮→NO -2→NO -3→N 2O →N 2

氨化菌

亚硝酸细菌

硝酸细菌

反酸化菌

（异养）（异养）（自养）（自养）（厌氧或好氧，需有机物，碱增加）氨化作用

（好氧，不需有机物，碱减少）硝化作用

（缺氧，需有机物，碱增加）反硝化作用

46王丽阳等：微生物在水处理中的应用2010年第3期