微生物在污水处理中的应用

微生物在污水处理中的应用

摘要探讨了微生物对有机物的分解作用，详述了微生物絮凝剂的应用和微生物在污水处理中的指示作用，以为微生物在污水处理中的进一步应用提供参考。

关键词微生物；污水处理；絮凝剂；应用

人们日常生活产生的污水含有大量有机物和氮、磷等物质，用微生物去除污水中的有机物是一种比较经济的方法。目前，主要有活性污泥法和生物膜法，或制成微生物絮凝剂处理污水，其应用前景广泛。在水污染日益严重的今天，微生物将是人类净化自身生存空间的重要武器，尤其是在城市污水处理系统中，定向构建的基因工程菌将发挥巨大的潜力。特别是近年来，微生物在污水处理过程中发挥了巨大作用。

1我国城镇污水的性质

随着我国城镇化速度的加快，城市生活污水的比例高达70%以上。人们日常生活产生的污水主要污染成分是无毒有机物，如糖类、淀粉、油脂、蛋白质和尿素等，其中含氮、磷等植物营养元素较高。在一定的时间和空间范围内，这些污染物质大量排入天然水体并超过水体的自净能力，导致水体富营养化。因此，加强城市污水处理，对于保障城市的可持续发展具有重要意义[1]。

2微生物对有机物的分解作用

2.1微生物对不含氮有机物的分解作用

每种微生物只能分解特定的有机物，如自然界中大部分微生物能够分解葡萄糖，而只有一些特殊的微生物才能分解纤维素，对微生物的分解作用以霉菌和细菌研究较多。主要有纤维黏菌、生孢纤维黏菌、纤维杆菌、纤维弧菌、链霉菌、毛壳霉、芽枝霉、镰刀霉、青霉和木霉等。淀粉在微生物作用下先分解为葡萄糖，参与的微生物主要有曲霉、根霉等霉菌。葡萄糖的分解则可由另外一些微生物如细菌和酵母菌来完成[1]。

脂肪是比较稳定的有机物质，但也能被某些微生物分解，其中最活跃的有荧光杆菌、绿脓杆菌和灵杆菌等；此外，有些放线菌和分枝杆菌以及真菌中的青霉和乳霉等也有分解脂肪的能力，它们从中取得营养物质和能量。芳香族化合物都是六碳环（苯）的衍生物，其中酚类化合物是比较重要的一种，它们也可被微生物分解。酚类化合物存在于炼焦、石油、煤气等多种工业的生产废水中。酚对于微生物有一定的毒害作用，但在适当的条件下仍能被微生物分解破坏。目前，已经发现，在污水、粪便和土壤中存在着能分解酚类物质的细菌，它们在有氧情况下可氧化酚类，分解成二氧化碳和水。烃类物质也能被微生物氧化分解，如引起

甲烷氧化的有甲烷基毛杆菌[2]。

2.2微生物对含氮有机物的分解作用

生活污水中所含的氮主要是以氨离子或尿素的形式存在的。此外，在全部化合氮中约有10%是更为复杂的有机化合物，包括蛋白质和氨基酸[3]。

（1）蛋白质的分解。①第1步是氨化作用，蛋白质生物化学变化的第1步是水解。能产生蛋白酶的微生物，可以把蛋白质逐渐水解成简单的产物，最后形成氨基酸。参与氨化作用的细菌称为氨化细菌，在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌，兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。②第2步是硝化作用，氨和硫化氢的进一步转化都需要氧气。氨在硝化细菌的呼吸过程中先氧化成亚硝酸，再氧化成硝酸。在此过程中，硝化细菌获得了反应进程中所需的能量。这种由氨氧化成硝酸的过程称为硝化作用。亚硝酸细菌负责将氨氧化为亚硝酸，硝酸细菌则负责将亚硝酸氧化为硝酸。硝化作用的进行除必须有氧和氨的存在外，还要有细菌生活所需的营养，需要某些碱性物质来中和所产生的亚硝酸和硝酸。③第3步是反硝化作用，硝酸盐在缺氧的情况下可被厌氧菌还原成亚硝酸盐和氮气等，这一过程称为反硝化。参与反硝化作用的细菌叫反硝化细菌，它们的种类很多，多数是异养并兼性的，如反硝化杆菌、荧光假单胞菌等。它们在厌氧条件下利用硝酸中的氧来氧化有机物，以此获得能量。但反硝化细菌也有自养型的，如反硝化杆菌可以利用硝酸盐中的氧把硫氧化成硫酸，并将所得到的能量用来同化二氧化碳。

（2）尿素的分解。尿素的分解过程很简单，先由尿素酶把尿素水解成碳酸铵，后者很不稳定，易分解成氨、二氧化碳和水。引起尿素水解的细菌称尿素细菌，尿素细菌可分成球状与杆状两大类。一般来说，它们都是好氧型的，但对氧的需要量不大，并且有若干菌种即使在无氧条件下也能生长。

2.3无机元素的转化

（1）硫的转化。硫化作用主要是由硫磺细菌和硫化细菌引起的。硫磺细菌能氧化硫化氢，形成硫磺颗粒贮存于细胞内，当环境中缺乏硫化氢时，则细胞内的硫磺颗粒继续被氧化而成硫酸。硫磺细菌又可分为2种菌群：一种是无色硫磺细菌，如贝日阿托氏菌、发硫菌等； 另一种是紫色硫磺菌，如紫硫菌、八迭硫菌等。硫化细菌主要有排硫杆菌、氧化硫杆菌和脱氮硫杆菌，除脱氮硫杆菌外都是好氧性的。排硫杆菌能氧化硫化氢或硫代硫酸盐为硫酸，同时形成硫，积留于细胞体外，这同硫磺细菌具有显著的差别。氧化硫杆菌能氧化硫或硫代硫酸盐为硫酸；脱氮硫杆菌在缺氧情况下能利用还原硝酸时获得的氧化硫或硫代硫酸盐生成硫酸[4]。

（2）磷的转化。无机磷酸盐可借微生物分解有机物所产生的有机酸和二氧化碳，或由于硝化细菌及硫化细菌所形成的硝酸和硫酸的作用转化成可溶性磷盐。有机磷化物在有氧条件下也可被很多微生物，如解磷大芽孢杆菌、蜡质芽孢杆菌、霉状芽孢杆菌等分解形成磷酸盐。在缺氧的条件下，磷酸盐可以因微生物

的作用而被还原[5]。

（3）铁的转化。在碱性环境中溶于水中的铁量很少，而在酸性环境中则有较多游离铁。微生物对铁的转化方式有氧化、还原以及有机铁的溶解或铁的沉淀等方面的作用。

3微生物絮凝剂的应用

3.1微生物絮凝剂的特点

（1）高效性。与现在常用的各类絮凝剂，如铁盐、铝盐和聚丙酰胺等相比，在同等用量下，微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝速度最大，而且絮凝沉淀较容易用过滤法除去。

（2）无毒性。微生物絮凝剂的急毒试验结果表明，微生物絮凝剂安全、无毒，完全能用于食品、医药等行业。

（3）消除二次污染。微生物絮凝剂为微生物菌体或菌体分泌的生物高分子物质，属于天然有机高分子絮凝剂。因此，它不会危害其他生物，也不会影响生态环境，且絮凝后的残渣可被生物降解，不会造成二次污染。

（4）应用范围广泛。微生物絮凝剂能处理的对象较广，有活性污泥、粉煤灰、果汁、饮用水、河底沉积物、细菌、酵母菌和各种生产废水，而其他絮凝剂则由于各自的特性在具体应用领域受到一定限制[6]。

（5）成本较低。主要从两方面考虑：微生物絮凝剂为生物菌体或有机高分子，较化学絮凝剂便宜，微生物絮凝剂是生物发酵产生的，化学絮凝剂由人工合成，从生产所用原材料、生产工艺和能源消耗等方面考虑，微生物絮凝剂成本低，微生物絮凝剂处理技术总费用低于化学絮凝处理技术的处理费用，前者约为后者的2/3 [7]。

3.2微生物絮凝剂的技术优点

微生物絮凝剂具有絮凝范围广、絮凝活性高、安全无害无污染等特点，而且絮凝剂产生菌的种类多，生长快，絮凝剂价格较低，易于实现工业化[8]。

3.3微生物絮凝剂的应用现状

（1）畜产废水的处理。畜产废水的生化需氧量（BOD）高，处理困难，用高分子絮凝剂处理，虽处理效果较好，但存在二次污染。用微生物絮凝剂可以有效地去除畜产废水中的总有机碳（TOC）和总氮（TN），去除率分别在70%和40%左右，并且处理后的废水是无色澄清的[9]。