1、 Wastewater treatment; Application1 概述在当今环境问题中，水环境污染的问题相当难避免，水体污染治理已成为人们头疼的一大难题。尤其是近期全球科技和工农业生产的发展还带来了一些无法预料的新污染物质，如农药、增塑剂、洗涤剂等。众所周知，用物理的方法（如打捞）虽可清除部分污染物，但对氨氮、亚硝酸盐等化学污染物以及禽畜粪便等的处理难以奏效，用化学的方法则易造成二次污染1。随着科学技术的发展，与物理、化学等处理方法不同，能够“吃”污的微生物控制污染技术近年来逐渐受到重视，并在污水处理等领域得到广泛应用。据了解，美国、日本和欧洲许多国家十分重视水质处理问题。污水的微生物处
2、理在污水处理领域中占有重要地位。微生物具有体积小、表面积大、繁殖力强等特点,能不断与周围环境快速进行物质交换2。污水具备微生物生长和繁殖的条件, 因而微生物能从污水中获取养分, 同时降解和利用有害物质, 从而使污水得到净化。污水生物处理是利用微生物的生命活动, 对污水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用, 从而使污水得到净化的一种处理方法。污水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。3-5水中的微生物多数为腐生型细菌和原生动物, 能够在天然水体的自净和污水处理中发挥作用。2 污水生物处理技术的特点污水生物处理是利用微生物的生命活动
3、过程对污水中的污染物进行转移和转化作用, 从而使污水得到净化的处理方法。其主要特征是应用微生物特别是细菌, 并在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中, 将污水中的污染物转化为微生物细胞以及简单的无机物。与物理化学方法相比, 污水生物处理技术具有一系列的特点: 由于污染物的生化转化过程不需要高温高压,在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成, 因此, 处理费用低廉; 对污水水质的适用面宽; 污水生物处理法不加投药剂, 可以避免对水质造成二次污染。另外, 生物处理效果良好, 不仅去除了有机物、病原体、有毒物质, 还能去除臭味,提高透明度, 降低色度等6-7。3 微生物处理污水的机
4、理利用微生物处理污水的主要原理可概括如下:8用微生物净化污水的过程, 实质上就是在污水处理装置这一小型生态系统内, 利用各种生理生化性能的微生物类群间的相互配合而进行的一种物质循环过程。当高BOD5（五日生化需氧量） 的污水进入污水处理装置后, 其中的自然微生物区系在好氧条件下, 根据其中营养物质或有毒物质的情况, 在客观上造成了一个选择性的培养条件, 并随着时间的推移, 发生了微生物区系的有规律的更迭, 从而使水中的有机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降, 进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。自然去除废气后的低BOD5清水, 可流入河道。经好氧性微生物处理后的废渣活性污泥或生物
5、膜的残余物, 是比原来污水的BOD 5更高的有机物, 它们可通过厌氧处理（又称污泥消化或沼气发酵） 而生产出有用的沼气和有机肥料。4 微生物净化水质的方式微生物用于污水处理一般主要对污水有害化合物中的有机物质起降解、转化的作用。其净水方式有:（l） 降解作用：细菌、真菌和藻类都可以降解有机污染物，如好氧革兰氏阴性杆菌和球菌可以降解石油烃、有机磷农药、氯苯等; 霉菌可以降解石油烃、敌百虫、扑草净等; 藻类可以降解多种酚类化合物。例如, 19 89 年, 美国阿拉斯加州最早大规模应用微生物降解油轮搁浅后泄露的3.8t 原油, 在投入特殊的氮、磷营养盐后, 促进了当地石油降解菌的生长和繁殖, 加速了
6、油污的分解9（2） 共代谢：微生物的共代谢是指微生物能够分解有机物基质, 但是却不能利用这种基质作为能源和组成元素的现象。这类微生物有假单胞菌属、不动杆菌属、诺卡氏菌属、芽抱杆菌属等。（3）去毒作用：微生物通过转化、降解、矿化、聚合等反应, 改变污染物的分子结构, 从而降低或去除其毒性。如有机磷农药马拉硫磷可以在微生物的水解作用下,被分解为含有一酸或二酸的物质。但是, 微生物的作用是复杂的, 有些微生物在进行净化作用的同时, 也有毒化作用。从而产生新的污染。如三氯乙烯能够在微生物作用下转化为氯乙烯, 这是强致癌物质。因此, 在利用微生物进行净化的同时, 要密切监视系统中有机物分解的中间产物和最
7、终产物及其毒性。5 微生物处理污水的方法9目前, 按微生物降解的过程和产物的不同, 微生物的处理方法主要有好氧处理法、厌氧处理法和氧化塘法5.1 好氧微生物处理法好氧条件下, 好氧微生物通过有氧呼吸作用将有机物分解, 生物的有氧呼吸从理论上讲包括: 水中有机物的完全氧化; 细胞物质的合成; 细胞物质的氧化（自身分解）。目前, 好氧微生物处理法主要有以下几种:5.1.1 活性污泥法是一种应用最广、工艺比较成熟的废水生物处理技术。其处理装置是由曝气池和沉淀池两个部分组成。曝气池高度充气，污水在其中和活性泥不断混合，水中的有机质被污泥吸附，部分被氧化分解，部分随污泥进入沉淀池。污泥在沉淀池内沉淀，清
8、水流出。沉淀污泥部分回流再生，部分为剩余污泥被排除。此法最大弱点是产生大量的剩余污泥，剩余污泥已成为令人头疼的难以解决的疑难问题，研究开发从源头上不产生污泥的污水处理技术成为热点课题。5.1.2 生物膜法生物膜法是利用生物滤池处理污水，最初是从酒滴池开始的，并不断得到改进，出现了塔式滤池，生物转盘，浸没法滤池等多种形式，其处理原理基本相同，都是依靠着生于固体介质表面的微生物来净化有机物的，因此，又称生物过滤法。处理过程中的物质转移:空气中的氧 废水 生物膜此法比活性污泥法产生的剩余污泥少。5.2 厌氧处理法:厌氧处理法，是在无氧条件下由兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机污染物的处理方法。通常用于
9、不溶性有机物质，如纤维素含量高的污水，或高浓度的工业废水，也经常用于处理剩余污泥。厌氧生物处理一般分为四个阶段: 水解，发酵，产乙酸，产甲烷。这些无机物质主要是大量的生物气体即沼气。沼气的主要成分是CH4 和CO2。其过程大致如下所叙:1降解阶段复杂有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶作用下分解为溶解性的有机分子。通常缓慢，是限速阶段。（2）发酵（酸化）阶段溶解性小分子有机物进入发酵菌（酸化菌）细胞内，在胞内酶作用下分解为VFA，同时合成细胞物质。（3）产乙酸阶段发酵酸化阶段的产物丙酸、丁酸、乙醇等，在此阶段经产氢产乙酸菌作用下转化为乙酸、H2 、CO2。（4）产甲烷阶段产甲烷菌产生甲烷: CO
10、2 + 4H2 CH4 + 2H2O CH3COOH CH4 + CO2高浓度有机废水较好的处理方法是采用厌氧- 好氧联合处理工艺。5.3 氧化塘法:又称生物塘法或稳定塘法，是利用一个天然的或人工修整的池塘，由于污水在塘内停留的时间较长，通过水中的微生物代谢活动可以将有机物降解。在氧化塘中，废水中的有机物主要是通过有机菌藻共生作用去除的。氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用，三种作用互相影响。污水中的污染物质是多种多样的，所以一般一种污水的处理需要联合使用几种方法。6 微生物在污水处理中的降解作用工业废水所含物质成分、温度、pH 值等差异大，有的有毒物质可被微生物降解，有的则不易
11、被分解。自然界中能降解烃类的微生物有几百种，多数为细菌和酵母菌等真菌。降解作用是由它们所产生的酶或酶系完成，最终将烃类氧化分解成CO2 和H2O。氰（腈）是剧毒物，人们发现约有50 余种微生物对氰具有不同程度的降解能力。如珊瑚色诺卡菌对腈纶废水中的丙烯腈降解的速度快、效果好。多环芳烃和硝基化合物等污染物对人体有致癌性，许多细菌能降解多种多环芳烃，如产碱杆菌、棒状杆菌、诺卡氏菌、假单胞菌属的某些种就能降解蒽和菲。活性污泥中的许多细菌对多环芳烃有较缓慢的降解作用。我国应用肠杆菌、克氏杆菌和假单胞菌等属的细菌，降解制造三硝基甲苯炸药过程中的污水，效果很好。生活污水中的洗涤剂、表面活性剂等，都难以利用
12、普通活性污泥中的微生物进行降解和去除。有人培育出一种体内具有两种酶的假单胞菌O 3 号细菌，该菌可利用聚乙烯醇作碳源并对其进行降解，大大提高净化含聚乙烯醇污水的效率。自然界中的微生物对人工合成的有机物几乎不能降解，因为它们缺乏分解人工合成的有机化合物的酶系。但人们通过对自然微生物驯化和诱导，培育出了一些能降解人工合成的化合物的高级微生物，一方面可用于提高现有污水处理厂的处理水平，另一方面还能用于污水现场如污水塘、氧化塘的直接处理，具有成本低廉，操作简单，处理效果好等特点。2，4 D、DDT 等一些化学农药可以用这样的微生物降解，从而消除农药污染。为提高污水的生物净化效率，生物学家应用生物技术，
13、对现有微生物进行基因改造，培育出了具有新的特殊功能的“超级微生物”。比如在利用细菌治理石油污染方面，由于石油中的不同组成成分往往要不同的细菌分解，科学家就将不同细菌的基因分离出来，都集中转移到一种细菌体内，从而创造出了降解石油的“超级菌”。它不仅能降解石油中60% 的烃，而且只在几小时内可达自然菌要用一年多时间的净化效果。因此“超级菌”降解石油的速度和效率大大提高。7 微生物在污水处理中的优势利用微生物治理污水是今后环保产业的主攻方向，其应用前景广阔，具体作用表现在以下几个方面:1节约水资源，降低能耗和成本;2利用有益菌群原液比一般净化槽处理污水，大大缩短曝气时间，提高工效;3治污效果显著，如
14、有机氮、金属离子、混浊度、COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、SS（浮游生物）等均下降至国标以下标准，而DO（ 溶解氧） 上升，水质得到改善;4处理污水中的重金属等，消除毒害;5抑制病原菌，消除异味，改善空气质量;6可以清除粪尿恶臭，净化生态环境，最大限度地减少畜禽的臭味，明显地抑制了蚊蝇滋生。用微生物对环境治理尤其是对污水进行处理在国内已得到广泛使用，但由于所用的微生物是天然微生物，处理效果不好。通过辐射诱变和化学诱变方法筛选出对污水有极高净化能力的高效微生物，是微生物处理方法的发展方向，在我国将有很大的发展前景。参考文献l景佳佳. 微生物技术在污水处理中的应用J.重庆工商大学学报,
15、 2005一02 （2） : 1172孙琪娟. 浅谈微生物在污水处理中的应用J.科学咨询（决策管理） , 2006一10（19 ） : 49 -513于忠民. 污水生物处理应用微生物研究与进展J. 污染防治技术, 1998, 11（4）: 246 - 249.4 罗娅君, 赵仕林, 朱明, 等. 微生物在环境污染治理中的应用J. 四川环境, 2001, 20（3）: 41-44.5 汪勤, 杨平. 有机废水生物处理技术研究进展J. 能源研究与信息, 2000, 16 （2）: 25 - 33.6刘芳, 顾国维. 废水生物处理技术新进展J. 煤矿环境保护, 2002, 16 （3）: 17- 20.7邓洪权, 杨平, 潘永亮. 废水生物处理技术研究进展J.重庆环境科学, 2000, 22 （6）: 46 - 49.8陈秀莉，张伟.微生物在污水处理中的应用J.中国西部科技，2007，16（3）：22 26.9孙琪娟. 浅谈微生物在污水处理中的应用J .科学咨询（决策管理） , 2006 一10（19）: 49一51.
