微生物与污水处理

微生物与污水处理一.概述1.世界水资源现状环境保护是我国的基本国策。世界经济发展的实践证明，为实现经济的持续稳定的发展，必须解决好发展与环境保护的矛盾。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。据水文地理学家的估算，地球上的水资源总量约为１３．８亿立方公里，其中９７．５％是海水（１３．４５亿立方公里）。淡水只占２．５％，其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类享用的仅为０．０１％．２０世纪５０年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。本届世界水论坛提供的联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有２００吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染８升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国４０％的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲５５条河流中仅有５条水质差强人意。２０世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了５倍。世界上许多国家正面临水资源危机：１２亿人用水短缺，３０亿人缺乏用水卫生设施，每年有３００万到４００万人死于和水有关的疾病。到２０２５年，水危机将蔓延到４８个国家，３５亿人为水所困。水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。水资源危机既阻碍世界可持续发展，也威胁着世界和平。过去５０年中，由水引发的冲突共５０７起，其中３７起有暴力性质，２１起演变为军事冲突。专家警告说，随着水资源日益紧缺，水的争夺战将愈演愈烈。2.水污染物的类型及来源①生活污水生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的无机物，有机物。无机物如氯化物，硫酸盐，磷酸盐和钠，钾，钙，铁等碳酸盐，有机物有纤维素，淀粉，脂肪，蛋白质和尿素等。排放入环境中促使浮游植物生长和大量繁殖，形成赤潮和水华。②工业废水工业废水是水体污染的主要污染源。包括钢铁工业废水，食品工业废水，印刷废水，化工废水等。③农业废水它面广而量大且分散。农田使用农药，化肥，进入水体造成水体富营养化。3.污水处理方法分类①物理法利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质。主要有沉淀法，过滤法，离心分离法，吸附法等。②化学法利用化学反应原理及方法来分离，回收废水中的污染物，或改变污染物的性质，使它从有害变为无害的处理法。主要有化学凝聚法，中和法，氧化还原法，离子交换法。③生物法主要利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物质进行转移和转化的作用，从而是污水得到净化的方法。4.微生物简介微生物是肉眼看不见或看不清的生物的总称。包括原核生物（细菌，放线菌和蓝细菌），真核生物（真菌和微型藻类），非细胞生物（病毒类）。微生物具有体积小、表面积大、繁殖力惊人等特点，能不断与周围环境快速进行物质交换。污水具备微生物生长繁殖的条件，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。因此微生物可在污水净化和治理中得到广泛应用，造福人类。微生物能降解和转化污染物主要是因为微生物具有以下几个特点：个体微小，比表面积大，代谢速率快；种类繁多，分布广泛，代谢类型多样；具有多种降解酶；繁殖快，易变异，适应性强；共代谢作用等。二.原理利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动,将污水中的有机物分解,从而达到净化污水的目的.微生物能从污水中摄取糖，蛋白质，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种,因此,净化方法分为好氧净化和厌氧净化.1、好氧净化氧存在条件下，许多好氧微生物通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化，在把有机物氧化分解成CO2和H2O等过程中，获寻C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧净化就是模拟上述原理，把微生物置于一定的构筑物内通气培养，高效率净化污水的方法。2、厌氧净化微生物在严格厌氧条件下，有机物发酵或消化过程中，大部分有机物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等气体。污水的生物厌氧净化就是根据污水经厌氧发酵后既到净化，又获得了生物能源CH4的原理。微物细胞能量转移的电子受体，由好氧条件下分子氧改变为厌氧条件下的有机物。在厌氧件下，不溶于水而难分解的大分子有机污物，被微生物的胞外酶降解为可溶性物质，再由产甲烷厌氧细菌和产氢细菌降解成低分子有酸类和醇类、并放出H2和CO2；有机酸类和类经产甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌还可利用H2还原CO2，形成CH4。微生物净化过程：Ⅰ.有机污染物的浓度由高变低Ⅱ.异养细菌迅速氧化分解有机污染物而大量繁殖，然后是以细菌为食料的原生动物出现数量高峰，再后是由于有机物矿化，利于藻类的生长，而出现藻类的生长高峰。Ⅲ.溶解氧浓度随着有机物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低点，随后，由于有机物的无机化和藻类的光合作用及其他好氧微生物数量的下降，溶解氧又恢复到原来水平。这样，在离开污染源相当的距离之后，水中的微生物数量，有机物，无机物的含量，也都下降到最低点。于是，水体恢复到原来的状态。微生物处理优点：微生物具有来源广，易培养，繁殖快，对环境适应性强，易变异的特征在生产上较容易的采集菌种进行培养繁殖，并在特定条件下进行驯化，使之适应不同的水质条件，从而通过微生物的新陈代谢使有机物无机化。加之微生物的生存条件温和，新陈代谢时不需要高温高压，它是不需要投加催化剂的.生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物处理的人工生态系统中，物质的迁移转化效率之高是任何天然的或农业生态系统所不能比拟的。三.污水中微生物种类变化与净化的关系污水性质和污染程度不同，微生物种类和数量就会有很大差别。在处理系统中，好氧微生物的优势种群组成和数量也相应的发生变化。例如，当含纤维素较多的废水进入反应系统，则纤维素分解菌就会大量繁殖，当蛋白质大量进入该系统，就会使微生物群落中的氨化菌种群占优势。原生动物中有的种类及数量对水质因素(如氧溶量、pH值等)的变化较敏感，故可以作为鉴定污水污染程度的指示生物。如草履虫、小口钟虫、肾状豆形虫、板壳虫等大量出现于受重污染和有机物很多的水中。在中度污染和有机污物较多的水中，原生动物种类及数量最多。水清澈有机污物又很少的则种类也少。污水中原生动物的种类和数量与净化处理的效果有着密切关系，因此原生动物可以作为净化情况的指示生物，可由它们对净化处理效果作出预报。一般说来：游动鞭毛虫类或自由生活的纤毛虫类占较大优势时，往往说明净化效果较差，或废水处于培育活性污泥初期。当发现有固着纤毛虫类时，活性污泥已经形成。轮虫有自净作用。如活性污泥中有大量轮虫和多种纤毛虫出现，说明有机污物含量很少，净化度较高，污水处理效果好。水蚯蚓对污水也有自净作用，其种类与数量随污染的减轻而减少。在净化效果较好的污水中，还会出现线虫、颤蚯蚓等后生动物。污水处理与环境微生物分类名录ClassificationofWater/WastewaterTreatmentMicroorganisms污水处理微生物包含在微生物，所以并无特别的分类专门用于环境微生物。但是微生物命名可以按照阶元法（域界门纲目科属种亚种）以下为其中从界到种的英文等级划分：Kingdom界Phylum门Class纲Order目Family科Genus属Species种一般上一个微生物英文中我们使用双名法（binomialsystemofnomenclature），这个名称就是一个有两个单词组成的科学名称，分别是属和种。当然有些微生物还有它们的常用名。举个例子Escherichiacoli（通常简写成E.coli）为一种大肠杆菌，属细菌。一般水体和废水以及污水处理中常见的微生物有：细菌Bacteria，真菌Fungi，藻类Aglae，原生动物Protozoa，轮虫Rotifers,甲壳纲动物Crustaceans，虫类Worms(线虫Nematodes与扁虫Flatworms)。细菌Bacteria单细胞，原核生物，二元分裂繁殖。生活污水中通常含有大量的微生物如细菌、病毒、原生动物与虫类，而污水处理工程师的责任就包括控制病原细菌以保证公共安全。细菌有3种形状：棒形bacilli，圆形cocci，螺旋形spirilla。一个常见的棒形大肠杆菌可能长2微米宽0.7微米。按照对氧气的依存度，可以分为好氧、厌氧、兼性。也有其他的分类方法。丝状细菌Filamentousbacteria问题是活性污泥处理法中常见的，而这其中actinomycetes则是一个主要的问题制造者。其实丝状细菌也有它重要的作用比如协助絮凝物的形成。而一些丝状菌比如Microthrixparvicella与Nocardiaspp.则导致污泥泡沫与膨胀。Fungi（ploffungus）真菌真菌可以分为以下五类：1．Myxomycetes,orslimefungi2．Phycomycetes,oraquaticfungi（algae）3．Ascomycetes,orsacfungi4．Basidiomycetes,orrusts,smuts,andmushrooms5．Fungiimperfecti,ormiscellanueousfungiAlgae藻类根据Whittaker的五界法，藻类可以属于其中的两界，分为七类。不过污水处理专家的主要兴趣只是其中5类：Chlorophyta–greenalgae绿藻门Englenophyta–euglenoids裸藻，眼藻门Chrysophyta–golden-brownalgae,diatoms金藻门，硅藻Phaeophyta–brownalgae褐藻门Pyrrophyta–dinoflagellates甲藻门，涡鞭藻Protozoa原生动物单细胞，真核生物。包括可以单独存在的柄纤毛虫比如钟虫Vorticella，或者群体存在的Carchesiumsp.其中病原性的原生动物包括Entamoebahistolytica,Giardialamblia,以及Cryptosporidium.Protozoa可以根据它们的运动方式分为4类：Mastigophora通过一条或者几条鞭毛移动；Ciliophora通过短的称为cilia的鞭毛移动；Sarcodina通过变形移动；Sporozoa则是不能动的。Group类CommonName常用称法MeansofMovement能动方式MethodofReproduction繁殖方式MastigophoraFlagellatesFlagellaAsexualCiliophoraCiliatesCiliaAsexualbytransversefission;sexualbyconjugationSarcodinaAmoebaPseudopodiaAsexualandsexualSporozoaSporozoansNonmotileAsexualandsexualMastigophora可以再分为Phytomastigophrea，其中包括Euglenasp.,通常与处理过程中氮与磷的增加相联系。Ciliophora又可分为3组：（1）freeswimmers自由游动的；（2）crawlers；（3）stalked有柄的。Euplotes是一种自由游动的纤毛虫，Stentor是一种柄纤毛虫。Sarcodina即变形虫与Ciliates和Flagellates相比，有较少的细胞器官，结构上更简单。活性污泥系统中的原生动物的指示作用要注意以下一些因素：·健康的污泥中含有大量的Crawlers和Stalkedciliates，这暗示出水质量高，BOD可能在1-10mg/L.·中等污泥中三种纤毛虫都以优势存在。这暗示出水质量满意，可能BOD在11-30mg/L.·差的污泥中自由游动纤毛虫和鞭毛虫占主要。此时的出水通常浑浊，质量低，BOD在30mg/L以上。Rotifers轮虫最小、最简单的多细胞生物。轮虫吃食藻类、细菌、原生动物、以及死掉的生物，所以可以从废水中去除大量的食物。在活性污泥、滴滤、以及氧化池系统中扮演重要