污水处理中的微生物原理

污水处理中的微生物原理

编辑说明：此章在很多书上都有涉及，但深层次讲解的少，编写此章的目

标是，使入门者真正理解各类微生物特点和会用生物相分析系统环境，使本章

作为中控室、化验室观测生物相的必要知识。编写时要注意多涉猎专业书籍，

结合微生物学和一些论文，力图达到不仅知道结论，还要深究原因。

我们在第三章已经说过 : 生物处理方法的核心（或者说城镇污水处理厂的运

行核心）是，使用设施、设备，控制曝气量、水量、污泥量、营养物质等，创造出

适宜微生物存活和生长的环境，并有意的引导微生物的生长向我们需要去除的污

染物性质方向发展，最终达到污水处理的目的。所以，凡是采用了微生物处理方

法的城镇污水处理厂，微生物原理是污水处理的核心知识，一个好的运营师，

可以通过微生物的状态和变化就可判断外部环境、内部环境的各种变化，并提前

采取措施将出现的问题苗头消灭。

在活性污泥法中，微生物生活于活性污泥中，在生物膜法中，微生物生活于生物

膜中，存在地方虽不一样，但生物种群是基本一致的。另：微生物种群非常多，按

世代期（可理解为生长周期）分，从几个小时长一代到几十天长一代不等，活性污

泥是由人为控制泥龄的，一般在 10～25 天之间，不会超过 30 天，所以种群是人

为遴选优化过的，具有去除污染物针对性更强，但难以降解的污染物去除效果不

好的特点；而生物膜法的污泥变化是由生物自行生长脱落决定的，所以各种世代

期不同的种群在理论上均有存在，具有去除污染物更彻底，但处理量有限制的特

点。

在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理

工程领域内，则将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

菌胶团块也称为菌胶团，这是广义的菌胶团。如上所述，菌胶团是活性污泥（绒

粒）的结构和功能的中心，表现在数量上占绝对优势（丝状膨胀的活性污泥除外），是活性污泥的基本组分。它的作用表现在：

1、有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。一旦菌胶团受到各

种因素的影响和破坏，则对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。

2、菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良

好的生存环境，例如去除毒物、提供食料、溶解氧升高。

3、为原生动物、微型后生动物提供附着场所。

4、具有指示作用：通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的

松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。老化的菌胶团，

颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。

第一节活性污泥中的微生物（要求化验室强记，中控室熟悉）在污水处理中，活性污泥中的微生物形成了一个类似于社会的环境，各个种

群的微生物均在生长，并在污水处理的过程中各自发挥着作用，这是一个奇妙的

属于微物的世界。有偏好，有的喜欢氮、有的喜欢磷；有特点，有的对污水处理发

挥巨大作用，有的反起到了破坏作用；有等级，根据食物链的规律形成了食物链

的金字塔。了解这些特点、规律，能为技术人员的工艺控制起到举足轻重的作用。

一、微生物类别

非细胞形态的微生物——病毒

水细菌（处理水体的主要微生物）

中

原核生物放线菌

微

蓝藻

生

酵母菌

物细胞形态的微生物真菌

霉菌

藻类肉足类

真核生物原生动物鞭毛类

纤毛类

后生动物轮虫线虫

图 4-1水中微生物分类

活性污泥是城市污水在活性污泥处理系统的反应主体，是由细菌、微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所组成的絮状体颗粒，是微生物生存和展开生命活动的基地。良好的活性污泥具有很强的吸附分解有机物的能力和良好的沉降性

能，絮体的大小约为 0.02 ～0.2mm，茶褐色，微具土壤味，密度 1.005kg/m 3，含水率 99％。活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的生物相。在多数情况

下，活性污泥中的主要微生物是细菌、原生动物构成其基本营养层次，然后是以细菌为食的掠食性后生动物。

营养级Ⅲ

二次捕食者

（后生动物）

营养级Ⅱ

一次捕食者（原生动物）

营养级Ⅰ分解者（细菌、真菌）

图 4-2微生物的级别

二、具有指示作用的微生物

具有指示作用的微生物（后生动物）属于高级食物链层级，也是我们所说的生物相重点观察的目标。我们知道，在污水处理中，微生物中起到污染物处理的最大作用的是细菌，但细菌的数量繁多、个头太小，观测起来存在很多难度。但

细菌的生活状态直接影响了上层食物链的微生物，通过观测后生动物，即可判断细菌的生活状态，生物相观测即是这项的工作。

1、变形虫（肉足类）图4-3

顾名思义，变形虫是能变形的，不过这种变形

也是有限度的。一些种类的变形虫能向四外伸出假

足，以探查水中的化学成分，决定移动方向。而有

些种类根本没有假足。他们猎食时覆盖它的猎

物，把猎物裹起来，这样就产生了一个食物泡，食

物泡可以消化吸收猎物。

变形虫食性广，单细胞藻类、细菌、小原生

动物、真菌、有机碎片等皆是它们的食物 .

变形虫生命力强，在条件不好时，可以形成

一个包囊 ( 休眠体 ) 度过难关。

2、太阳虫（肉足类）图4-4

太阳虫身体圆球状，原生质包在一个光滑的、膜

状的外包中。外质有许多空泡，内质较少。内质常

有共生绿藻。 1 个细胞核，位于中央。 1 个伸缩泡，

位于一侧。伪足内有硬的轴丝，故而伪足十分挺直。

轴丝自细胞核辐射伸出，伪足长而细，常为身体直

径的 1～2 倍。以纤毛虫和小的轮虫为食。

3、草履虫（纤毛类）图4-5

草履虫属体大，履状，有十分发达的口沟，口

沟引入口腔。口腔内右边有1 片口侧膜、2 片波动咽

膜和1 片四分膜。体纤毛均匀，外质有刺丝泡。大核

1 个，伸缩泡通常

2 个，其周围有辐射管。

在一般高负荷的活性污泥系统中，草履虫将占

优势，此时活性污泥发育正常，沉降性能及生物活

性良好，出水水质较好，处理效果较好。

4、栉毛虫（纤毛类）图4-6

栉毛虫体桶形，前端中央有一短的圆锥形“吻”

突。胞口在“吻”突的顶端。胞咽有长的刺杆支撑。

体纤毛退化，仅有 1 圈或数圈由排列整齐的梳状纤毛

栉形成的纤毛环围绕。大核 1 个，肾形或马蹄形。

伸缩泡 1 个，在后端中央，常有辅助泡。摄食草履

虫等其他纤毛虫。