利用微生物技术处理废水
摘要 随着工业的发展,污水成分已愈来愈复杂。 某些难降解的有机物质和有毒物质,需要运用微 生物的方法进行处理,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。废水生物处理是利用微生物的生命活动,对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用,从 而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处 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。
关键词 污水生物处理 好氧生物处理 厌氧生物处理 水质
1. 污水生物处理的特征
1.1 污水与污水生物处理
污水中的污染物质成分极其复杂，一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣，工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。
1.2 生化需氧量及生物处理的应用
在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。
只有BOD高的废水才适宜采用生物处理，COD很高但BOD不高的废水不宜采用生物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化
微生物。
1.3 污水生物处理的效果
污水经过生物处理后，其中的杂质和污染物质能以某种形式（如生物絮凝作用）被分离除去，或被转为无害的物质。例如，城市生活污水经生物处理后，活性污泥法的BOD和SS（悬浮性固体）去除率都在90%左右；生物滤池法BOD去除率在80%、SS去除率在90%左右。
生物处理还能减少城市污水中的病原微生物和病毒，但浓度仍然较高，因此，出水和剩余污泥都要消毒。
2. 污水生物处理方法
根据微生物对O2的需求不同，污水生物处理可分为好氧处理和厌氧处理两大类。
2.1 好氧生物处理
生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为C H O N S。好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下，借好氧和兼性厌氧微生物（其中主要是好氧菌）的作用来进行的。在处理过程中，绝大多数的有机物都能被相应的微生物氧化分解。整个好氧分解过程可分为两个阶段。第一阶段，主要是有机物被转化为CO2、H2O、NH3等；第二阶段，主要是NH3转化为NO2-和NO3-。 在废水需氧生物处理中全部反应可用以下两式表示：
微生物细胞
硝化细菌
2.1.1 有机物的氧化降解
在需氧生物处理过程中，污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分3个阶段：第1阶段，大的有机物分子降解成为构成单元——单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸；在第2阶段中，第1阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种：二氧化碳、水、乙酰基辅酶A， 酮戊二酸和草醋酸；第3阶段（即三羧酸循环）是乙酰基辅酶A、 酮较多的细胞
较多的硝化细菌 戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段，都释放出一定的能量。
在有机物降解的同时，还发生微生物原生质的合成反应。在第1阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，再进一步合成细胞原生质。合成能量是
微生物在有机物的氧化过程中获得的。
3. 厌氧生物处理
厌氧生物处理主要用于处理污水中的沉淀污泥，又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池（农村）就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水，所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。
城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为3个阶段（图1），在
第1阶段，污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第2阶段是在产酸菌的作用下将第1阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等；同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。
图1 有机废水的完全厌氧消化过程
为了使厌氧消化过程正常进行，必须将温度、pH值、氧化还原电势等保持在一定的范围内，以维持甲烷菌的正常活动，保证及时地和完全地将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷。
进行厌氧消化的微生物有两类：中温消化酶和高温消化菌。前者的适应温度范围为17～43℃最佳温度为32～35℃；后者则在50～55℃具有最佳反应速度。
4. 污水处理对水质要求
4.1 污水生物处理对水质的要求
污水生物处理是利用微生物的作用来完成的，因此要给微生物的生长繁殖创造适宜的环境条件。在污水生物处理中，水质条件极重要。
1、pH值 好氧生物处理，pH应保持在6～9范围内。厌氧生物处理，pH应保持在
6.5～8之间。PH过低、过高的污水在进入处理装置时应先行调整pH值。在运行期间，pH不能突然变化太大，以防微生物生长繁殖受到抑制或死亡，影响处理效果。
2、温度 一般好氧生物处理要求水温在20～40℃之间。污泥的厌氧消化需利用高温微生物进行厌氧发酵，温度应提高至50～60℃之间。
3、营养 微生物的生长繁殖需要各种营养。好氧微生物群体要求BOD5（C）：N：P=100：5：1，厌氧微生物群体要求BOD5（C）：N：P=100：6：1。城市生活污水能满足活性污泥的营养要求，但工业废水除有机物外一般缺乏某些养料，特别是N和P，故这类污水进行生物处理时，需要投加生活污水、粪尿、或氮、磷化合物。但如果工业废水不缺营养，切勿添加上述物质，否则会导致反驯化。
4、有毒物质 工业废水中往往含有许多有毒物质，如重金属、H2S、氰、酚等。虽然所有初次接种到某种废水中的微生物群体（活性污泥或生物膜）在培养驯化中都已经历了自然筛选过程，剩下的细菌中绝大部分都是以该种废水中污染物质为主要营养的降解菌，但当污水中的有毒物质超过一定浓度时，仍能破坏微生物的正常代谢，影响污水生物处理效果。因此，对某种污水进行生物处理是，必须根据具体情况确定处理方法，必要时通过试验，以确定生物处理中毒物的容许浓度。
5、溶解氧 好氧生物处理要保证供应充足的氧气。否则会使处理效果明显下降，甚至造成局部厌氧分解，使曝气池污泥上浮，生物滤池或生物转盘上的生物膜大量脱落。但溶解氧过多，也不利于生物处理。
5.前景
厌氧生物处理主要应用于有机污泥和高浓度有机污水的处理。由于是密闭发酵，所以在处理过程中不影响周围环境；同时隔绝空气又加以高温发酵，可以钉死寄生虫卵和致病菌；并且可以产生生物能源甲烷。因此厌氧消化法近年来渐渐受到重视，但由于所需时间长，对设备要求严格，因而影响其迅速推广。
近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。
利用微生物技术处理废水
摘要 随着工业的发展,污水成分已愈来愈复杂。 某些难降解的有机物质和有毒物质,需要运用微 生物的方法进行处理,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。废水生物处理是利用微生物的生命活动,对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用,从 而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处 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。
关键词 污水生物处理 好氧生物处理 厌氧生物处理 水质
1. 污水生物处理的特征
1.1 污水与污水生物处理
污水中的污染物质成分极其复杂，一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣，工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。
1.2 生化需氧量及生物处理的应用
在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。
只有BOD高的废水才适宜采用生物处理，COD很高但BOD不高的废水不宜采用生物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化
微生物。
1.3 污水生物处理的效果
污水经过生物处理后，其中的杂质和污染物质能以某种形式（如生物絮凝作用）被分离除去，或被转为无害的物质。例如，城市生活污水经生物处理后，活性污泥法的BOD和SS（悬浮性固体）去除率都在90%左右；生物滤池法BOD去除率在80%、SS去除率在90%左右。
生物处理还能减少城市污水中的病原微生物和病毒，但浓度仍然较高，因此，出水和剩余污泥都要消毒。
2. 污水生物处理方法
根据微生物对O2的需求不同，污水生物处理可分为好氧处理和厌氧处理两大类。
2.1 好氧生物处理
生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为C H O N S。好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下，借好氧和兼性厌氧微生物（其中主要是好氧菌）的作用来进行的。在处理过程中，绝大多数的有机物都能被相应的微生物氧化分解。整个好氧分解过程可分为两个阶段。第一阶段，主要是有机物被转化为CO2、H2O、NH3等；第二阶段，主要是NH3转化为NO2-和NO3-。 在废水需氧生物处理中全部反应可用以下两式表示：
微生物细胞
硝化细菌
2.1.1 有机物的氧化降解
在需氧生物处理过程中，污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分3个阶段：第1阶段，大的有机物分子降解成为构成单元——单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸；在第2阶段中，第1阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种：二氧化碳、水、乙酰基辅酶A， 酮戊二酸和草醋酸；第3阶段（即三羧酸循环）是乙酰基辅酶A、 酮较多的细胞
较多的硝化细菌 戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段，都释放出一定的能量。
在有机物降解的同时，还发生微生物原生质的合成反应。在第1阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，再进一步合成细胞原生质。合成能量是
微生物在有机物的氧化过程中获得的。
3. 厌氧生物处理
厌氧生物处理主要用于处理污水中的沉淀污泥，又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池（农村）就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水，所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。
城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为3个阶段（图1），在
第1阶段，污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第2阶段是在产酸菌的作用下将第1阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等；同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。
图1 有机废水的完全厌氧消化过程
为了使厌氧消化过程正常进行，必须将温度、pH值、氧化还原电势等保持在一定的范围内，以维持甲烷菌的正常活动，保证及时地和完全地将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷。
进行厌氧消化的微生物有两类：中温消化酶和高温消化菌。前者的适应温度范围为17～43℃最佳温度为32～35℃；后者则在50～55℃具有最佳反应速度。
4. 污水处理对水质要求
4.1 污水生物处理对水质的要求
污水生物处理是利用微生物的作用来完成的，因此要给微生物的生长繁殖创造适宜的环境条件。在污水生物处理中，水质条件极重要。
1、pH值 好氧生物处理，pH应保持在6～9范围内。厌氧生物处理，pH应保持在
6.5～8之间。PH过低、过高的污水在进入处理装置时应先行调整pH值。在运行期间，pH不能突然变化太大，以防微生物生长繁殖受到抑制或死亡，影响处理效果。
2、温度 一般好氧生物处理要求水温在20～40℃之间。污泥的厌氧消化需利用高温微生物进行厌氧发酵，温度应提高至50～60℃之间。
3、营养 微生物的生长繁殖需要各种营养。好氧微生物群体要求BOD5（C）：N：P=100：5：1，厌氧微生物群体要求BOD5（C）：N：P=100：6：1。城市生活污水能满足活性污泥的营养要求，但工业废水除有机物外一般缺乏某些养料，特别是N和P，故这类污水进行生物处理时，需要投加生活污水、粪尿、或氮、磷化合物。但如果工业废水不缺营养，切勿添加上述物质，否则会导致反驯化。
4、有毒物质 工业废水中往往含有许多有毒物质，如重金属、H2S、氰、酚等。虽然所有初次接种到某种废水中的微生物群体（活性污泥或生物膜）在培养驯化中都已经历了自然筛选过程，剩下的细菌中绝大部分都是以该种废水中污染物质为主要营养的降解菌，但当污水中的有毒物质超过一定浓度时，仍能破坏微生物的正常代谢，影响污水生物处理效果。因此，对某种污水进行生物处理是，必须根据具体情况确定处理方法，必要时通过试验，以确定生物处理中毒物的容许浓度。
5、溶解氧 好氧生物处理要保证供应充足的氧气。否则会使处理效果明显下降，甚至造成局部厌氧分解，使曝气池污泥上浮，生物滤池或生物转盘上的生物膜大量脱落。但溶解氧过多，也不利于生物处理。
5.前景
厌氧生物处理主要应用于有机污泥和高浓度有机污水的处理。由于是密闭发酵，所以在处理过程中不影响周围环境；同时隔绝空气又加以高温发酵，可以钉死寄生虫卵和致病菌；并且可以产生生物能源甲烷。因此厌氧消化法近年来渐渐受到重视，但由于所需时间长，对设备要求严格，因而影响其迅速推广。
近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。