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如何處理污水中的微生物
處理污水的微生物篇一：微生物在污水處理中的應(yīng)用
微生物在廢水處理中的應(yīng)用
摘要
工業(yè)飛速的發(fā)展，廢水量也因此而與日俱增，尋找有效的污水處理方法十分緊要。應(yīng)用微生物菌群處理廢水，具有高效、低成本以及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點。本文主要介紹應(yīng)用微生物處理污水的過程、方法及其優(yōu)缺點。
關(guān)鍵詞：
生物菌群；厭氧微生物處理；好氧微生物處理；氧化塘
一、前言
隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，工業(yè)廢水量急劇增加。各種工業(yè)廢水如：造紙廢水、石油煉廠廢水、印染廢水、紡織工業(yè)廢水等源源不斷地排入江河湖海，嚴重污染水體，引起人類許多疾病，甚至造成群體中毒事件。嚴重影響了人類的健康生活，也是經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展受到制約。
微生物在地球生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程中作為分解者起著“天然環(huán)境衛(wèi)士”的作用，在污染物的降解轉(zhuǎn)化、資源的再生利用、無公害產(chǎn)品的生產(chǎn)開發(fā)、生態(tài)保護等方面，微生物都能發(fā)揮重要作用。當今人類所面臨的諸如環(huán)境污染、資源短缺、生態(tài)破壞、健康危害等重要問題，都有可能從微生物資源的開發(fā)研究中尋找到解決的辦法。而且微生物種類繁多，分布廣泛，資源豐富，是人類最寶貴、最具開發(fā)潛力的資源庫。
二、應(yīng)用微生物技術(shù)處理廢水簡介
水中的微生物在其活動過程中，能吸收和轉(zhuǎn)化某些污染物質(zhì)，并將大量的有機物分解成無機鹽類、二氧化碳和水，從而使水體得到自凈。污水生物處理主要是根據(jù)水體自凈原理，利用微生物的催化作用和代謝活性、好氧或厭氧分解和轉(zhuǎn)化污水中的污染物質(zhì)。
在現(xiàn)有的眾多廢水處理技術(shù)中,生物菌群處理污水技術(shù)以其高效、低成本以及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點受到各國環(huán)保專家的推崇，已在大多數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。
（一）、生物菌群處理污水的特點
1、處理條件溫和，處理過程高效。高溫、高壓以及昂貴的催化劑并不是必要條件。所以,其成本費用相對較低。
2、生物菌群來源廣，易培養(yǎng)、繁殖，易適應(yīng)環(huán)境條件，經(jīng)簡單馴化便可用于污水處理。
3、適用范圍廣：大多數(shù)有機物質(zhì)都可被相應(yīng)的微生物菌群降解。
4、無需添加化學(xué)催化劑，避免再次污染。
（二）、生物菌群處理污水的過程
在生物菌群處理污水的過程中,根據(jù)環(huán)境來區(qū)分可分為好氧處理以及厭氧處理二個過程。
1、好氧微生物處理：在有氧條件下，水體中有機污染物作為好氧微生物的營養(yǎng)基質(zhì)而被氧化分解，處理過程中，溶解性的有機物可直接被微生物吸收降解，而大分子的有機污染在微生物產(chǎn)生的各類胞外酶的作用下分解為小分子有機物，一部分通過合成途徑成為細胞結(jié)構(gòu)的一部分，以剩余污泥的形式從水體中去除；另一部分繼續(xù)氧化分解，通過不同途徑進入三羧酸循環(huán)，最終被徹底分解為二氧化碳、水，同時還形成硝酸鹽和硫酸鋇等簡單的有機物。在整個過程當中,溶解氧氣的消耗、微生物的增殖以及有機物的降解這三個過程是同時同步進行的。
2厭氧微生物處理：活性污泥法與生物膜法是在有氧條件，由好氧微生物降解污水中的有機物，最終產(chǎn)物是水和二氧化碳。高濃度有機廢水和污泥中的有機物一般采用厭氧生物處理，即在無氧的條件下，由兼性及專性厭氧細菌降解有機物，最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷。總的來說可分為四個階段，第一是水解階段。起先,復(fù)雜的有機物在發(fā)酵性細菌產(chǎn)生的胞外酶作用下緩慢地分解成為具有溶解性的有機分子;第二是酸化階段。在此過程當中,具有溶解性的小分子有機物進入酸化菌的細胞內(nèi)分解為VFA。需要注意的是,這一過程需要胞內(nèi)酶的催化;第三是產(chǎn)生乙酸的階段。在第二個步驟后形成的丙酸、丁酸、乙醇等產(chǎn)物會在這個階段轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2等物質(zhì)。最后一個部分是甲烷的產(chǎn)生階段。
三、應(yīng)用微生物處理廢水方法
目前,污水的微生物處理主要有好氧微生物處理（活性污泥法和生物膜法）、厭氧微生物處理和氧化塘法。
（一）、好氧微生物處理
1、活性污泥法
活性污泥法是利用河流自凈原理的人工強化污水處理工藝，利用某些微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌膠團來大量絮凝、吸附、降解廢水中污染物，并在氧的作用下，微生物通過自身的生命活動——氧化、還原、合成等過程，將這些物質(zhì)氧化為二氧化碳、水等物質(zhì)。從而達到降低水體中有機污染物濃度的目的。
活性污泥系統(tǒng)主要由活性污泥反應(yīng)器——曝氣池、曝氣系統(tǒng)、二沉池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排放系統(tǒng)組成。
活性污泥中固體物質(zhì)包括有機成分和無機成分，有機成分主要是有棲息在活性污泥上的微生物群體和污水帶入的有機固體物質(zhì)所組成，其中包括某些難為細菌攝取、利用的所謂“難降解有機物質(zhì)“�；钚晕勰嗟臒o機部分，則全部由污水帶入。
活性污泥中的微生物主要由各種細菌、原生動物及微型后生動物組成。它們在活性污泥中組成了一個小型的相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。
從1914年活性污泥法在英國首先得到應(yīng)用，至今已有100多年的歷史�；钚晕勰喾ㄔ谖鬯幚磉M程中一直發(fā)揮著巨大的作用，在當前的污水處理領(lǐng)域中，是應(yīng)用最廣泛的處理技術(shù)之一。
在實際運行中常用的活性污泥工藝有：氧化溝、間歇式活性污泥法、AB法等。
2、生物膜法
生物膜法是與活性污泥法并行的一種好氧型生物廢水處理方法，主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機污染物。其工藝是使含有營養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在濾料的表面流動，一定時間后，微生物會附著在濾料表面而增殖和生長，形成一層薄的生物膜。生成的生物膜上繁殖著大量的微生物，它們吸附和降解水中的有機污染物，能起到與活性污泥同樣的凈化污水作用。
生物膜具有高度的親水性，污水不斷流過其表面的過程中，在其外側(cè)總是存在著一層附著水層，生物膜在表面及一定深度生長繁殖著大量的各種類型的微生物，并形成有機污染物---細菌---原生動物的食物鏈。
生物膜形成與成熟后，微生物不斷增殖，生物膜的厚度不斷增加，增厚一定程度后，氧不能進入的膜內(nèi)部即轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，形成厭氧生物膜層，這樣，生物膜便由好氧和厭氧兩層構(gòu)成，有機物的降解主要是在好氧層內(nèi)進行的。
生物膜中的微生物主要包括細菌、真菌、原生動物及后生動物等，與活性污泥相比，生物膜中微生物的種類和數(shù)量更豐富。
在生物膜法廢水處理過程中,有以下幾個步驟:廢水首先通過布水裝置均勻灑到生物濾池表面,之后一部分廢水呈薄膜流動狀流過濾料,并由上層濾料往下層濾料進行逐層地滴流,最終由排水系統(tǒng)排出池外,而另一部分廢水則而呈薄膜狀被吸附于濾料周圍,成為附著水層。通常,生物膜法也被稱為生物過濾法。這種方法的優(yōu)勢在于上文所言的比活性污泥法產(chǎn)生的'剩余污泥相對較少，對廢水水質(zhì)、水量的變化也有較好的適應(yīng)性。
生物膜法因其具有抗負荷沖擊能力強、動力消耗低、不需污泥回流、不存在污泥膨脹、管理運轉(zhuǎn)容易等優(yōu)點，而在工業(yè)廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。常用的生物膜法工藝有：生物濾池（普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池）、生物轉(zhuǎn)盤等。
（二）、厭氧生物處理
厭氧處理法,也稱厭氧消化、厭氧發(fā)酵或厭氧穩(wěn)定技術(shù)。通常是在無氧的條件下,由專性厭氧菌和兼性厭氧菌去降解有機污染物的方法。一般用于不溶性有機物質(zhì),如高濃度的工業(yè)廢水、纖維素含量高的污水等。
參與厭氧消化的微生物類群總體上可分為兩大類，即不產(chǎn)甲烷微生物和產(chǎn)甲烷微生物。不產(chǎn)甲烷微生物有：發(fā)酵細菌（梭狀桿菌、擬桿菌、丙酸桿菌屬等）、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和同型產(chǎn)乙酸菌；產(chǎn)甲烷微生物與其他細菌相比，種類較少，但形態(tài)各異，有球形、桿型螺旋型等，常見的有甲烷桿菌屬、甲烷球菌屬等。
厭氧生物處理工藝，也可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法兩大類。厭氧生物膜法有：普通消化池、厭氧接觸池等，厭氧生物膜包括厭氧生物池、厭氧流化床、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。
厭氧生物生物處理反應(yīng)器今后處理能力會不斷提高，適用范圍會不斷擴大，出水水質(zhì)會不斷改善，所化時間會不斷減少。
（三）氧化塘法
又稱生物塘法或穩(wěn)定塘法,一般是指利用自然或人工的水塘中的微生物和藻類的共生作用去除廢水中有機污染物的一種需氧生物處理方法。在氧化塘中,廢水中的有機物主要是通過有機菌藻共生作用去除的。氧化塘中同時可以進行好氧和厭氧性分解作用和光合作用,三種作用互相影響。
四、應(yīng)用微生物處理廢水前景
19世紀末，污水生物處理的出現(xiàn)標志著人類將微生物應(yīng)用于環(huán)保工程的開始，經(jīng)過近百年的發(fā)展，微生物不僅在污水處理中得到廣泛應(yīng)用，在環(huán)境保護工程中已得到廣泛應(yīng)用。當前，微生物應(yīng)用在國際上已蓬勃發(fā)展，隨著全球內(nèi)對環(huán)境保護的高度重視和越來越嚴厲的環(huán)境法，應(yīng)用微生物處理廢水必將受到更多的重視。
五、結(jié)束語
隨著我國經(jīng)濟的高速增長，工業(yè)化和城市化的步伐加快，對水資源的需求也日益增加，進而產(chǎn)生了大量污水，加劇了對環(huán)境的污染，應(yīng)用微生物處理污水具有快速高效，費用較低，無二次污染等優(yōu)點，但已有的微生物處理污水的方法還存在著大規(guī)模處理效率低，效果不明顯等缺點，因此，將多種方法組合利用、研究新的處理方法及更好的反應(yīng)器十分重要。
處理污水的微生物篇二：微生物在污水處理中的應(yīng)用
《環(huán)境生物技術(shù)論文》
題目：微生物在污水處理中的應(yīng)用
摘要：本文主要闡述了各種微生物在不同種類污水中的應(yīng)用，以及它們不同的應(yīng)用機理。
關(guān)鍵詞：微生物生活污水工業(yè)污水農(nóng)業(yè)污水重金屬農(nóng)藥
1.世界水資源現(xiàn)狀
環(huán)境保護是我國的基本國策。世界經(jīng)濟發(fā)展的實踐證明，為實現(xiàn)經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須解決好發(fā)展與環(huán)境保護的矛盾。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴大；另一方面，日益嚴重的水污染蠶食大量可供消費的水資源。污水主要來源于生活污水和工業(yè)污水。生活污水如不經(jīng)過處理則會使水源不適應(yīng)生活需要,同時造成對水生生物的毒害作用,破壞水產(chǎn)資源,還可傳播腸道傳染病;工業(yè)污水中有的無機物和有機物,使動、植物生長條件惡化,魚類生產(chǎn)受損,人類的生活及健康受到不良影響。而微生物法處理這兩類廢水是最經(jīng)濟又簡便易行,且效果比較好的方法。微生物法是根據(jù)微生物在自然界中物質(zhì)循環(huán)中的作用,利用微生物對有毒物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化,從而化害為利、變廢為寶,保護和控制自然環(huán)境的一種方法。另外,微生物能將水體中的有機污染分解,從而使水體得到凈化。
2.原理
利用微生物處理污水實際就是通過微生物的新陳代謝活動,將污水中的有機物分解,從而達到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖，蛋白質(zhì)，脂肪，淀
粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.
3方法
3.1好氧凈化
氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦物化，在把有機物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置于一定的構(gòu)筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，高效率凈化污水的方法。
3.2厭氧凈化
微生物在嚴格厭氧條件下，有機物發(fā)酵或消化過程中，大部分有機物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細胞能量轉(zhuǎn)移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質(zhì)，再由產(chǎn)甲烷厭氧細菌和產(chǎn)氫細菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機酸類和類經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。
微生物處理優(yōu)點：微生物具有來源廣，易培養(yǎng)，繁殖快，對環(huán)境適應(yīng)性強，易變異的特征在生產(chǎn)上較容易的采集菌種進行培養(yǎng)繁殖，并在特定條件下進行馴化，使之適應(yīng)不同的水質(zhì)條件，從而通過微生物的新陳代謝使有機物無機化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化效率之高是任何天然的或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所不能比擬的。
4．水污染物的類型及處理
4.1.1活性污泥法
活性污泥法是以活性污泥為主體的廢水生物處理的主要方法。活性污泥法是向廢水中連續(xù)通入空氣，經(jīng)一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群，具有很強的吸附與氧化有機物的能力活性污泥法又稱曝氣法，是利用含有好氧微生物的活性污泥，在通氣條件下，使污水凈化的生物學(xué)方法。此法是現(xiàn)今處理有機廢水的最主要的方法。所謂活性污泥是指由菌膠團形成菌、原生動物、有機和無機膠體及懸浮物組成的絮狀體。在污水處理過程中，它具有很強的吸附、氧化分解有機物或毒物的能力。在靜止狀態(tài)時，又具有良好沉降性能�；钚晕勰嘀械奈⑸镏饕羌毦嘉⑸锟倲�(shù)的90％～95％。,并多以菌膠團的形式存在，具有很強的去除有機物的能力，原生動物起間接凈化作用�；钚晕勰嗍怯杉毦⒚咕�、酵母菌、原生動物、藻類等大量微生物和一些原生動物凝聚而成的絨絮狀泥粒,具有很強的吸附和氧化分解有機物的能力,活性污泥中的細菌多數(shù)以菌膠團的形式存在,只有少數(shù)以游離態(tài)存在,菌膠團是活性污泥的主體,具有粘性,能使水中的有機物粘附在顆粒上,然后加以分解利用,菌膠團原生物及絲狀細菌提供了棲息和生活場所,其中的細菌具有很強的分解有機物的能力,而且由于菌體細胞包埋在膠質(zhì)中,可避免被原生動物吞噬。活性污泥中的細菌類群隨不同污水而呈現(xiàn)不同的優(yōu)勢菌群,如菌膠團屬、假單孢菌屬、芽孢桿菌屬、八疊球菌屬、螺菌屬等。活性污泥中絲狀細菌有球衣細菌、白硫細菌屬,球衣細菌附著在菌膠團上或菌膠團交織在一起,成為活性污泥的骨架,球衣細菌在含有機物較紙的污水中出現(xiàn),對有機物有很強的分解能
力。因此,可以根據(jù)污水成分含量的不同,人為地增添一些優(yōu)勢菌種,加速廢水有機物的分解�；钚晕勰嗳U水中有機物可分為三個階段:微生物細胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收;活性污泥的增殖;微生物的氧化分解作用�；钚晕勰喾ǜ鶕�(jù)曝氣方式不同，分多種方法，目前最常用的是完全混合曝氣法。污水進入曝氣池后，活性污泥中的細菌等微生物大量繁殖，形成菌膠團絮狀體，構(gòu)成活性污泥骨架，原生動物附著其上，絲狀細菌和真菌交織在一起，形成一個個顆粒狀的活躍的微生物群體。曝氣池內(nèi)不斷充氣、攪拌，形成泥水混合液，當廢水與活性污泥接觸時，廢水中的有機物在很短時間內(nèi)被吸附到活性污泥上，可溶性物質(zhì)直接進入細胞內(nèi)。大分子有機物通過細胞產(chǎn)生的胞外酶將其降解成為小分子物質(zhì)后再滲入細胞內(nèi)。進入細胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)在細胞內(nèi)酶的作用下，經(jīng)一系列生化反應(yīng)，使有機物轉(zhuǎn)化為C02、H2O等簡單無機物，同時產(chǎn)生能量。微生物利用呼吸放出的能量和氧化過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物合成細胞物質(zhì)，使菌體大量繁殖。微生物不斷進行生物氧化，環(huán)境中有機物不斷減少，使污水得到凈化。當營養(yǎng)缺乏時，微生物氧化細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)，并產(chǎn)生能量，這種現(xiàn)象叫自身氧化或內(nèi)源呼吸。
活性污泥中微生物作用：
一提高出水水質(zhì)方面的作用
1通過某些原生動物的分泌物,在沉降過程中促進游離細菌的絮凝作用,提高細菌的沉降效率和去除率。
2原生動物捕食細菌,提高細菌活動能力,提高對可溶性有機物的攝取能力。
3原生動物和細菌一起,共同攝食病原微生物。
二在活性污泥系統(tǒng)中的指示作用
1當活性污泥性能良好時,活性污泥表現(xiàn)為絮凝體較大,沉降性好,鏡檢觀察出現(xiàn)的生物有鐘蟲屬、蓋蟲屬、有肋木盾纖蟲屬、獨縮蟲屬、聚縮蟲屬、各類吸管蟲屬、輪蟲類、累枝蟲屬、寡毛類等固著型種屬或匍匐型種屬。
2活性污泥惡化時,絮凝體較小,出現(xiàn)的'生物有豆形蟲屬、滴蟲屬和聚屋滴蟲屬等快速游泳型的生物。當污泥嚴重惡化時,微型動物大面積死亡或幾乎不出現(xiàn),污泥沉降性下降,處理水質(zhì)能力差。
3活性污泥從惡化恢復(fù)到正常,在這段過渡期內(nèi)出現(xiàn)的生物有漫游蟲屬、管葉蟲屬等慢速游泳型或匍匐型的生物。
4活性污泥膨脹時絲狀菌是導(dǎo)致污泥膨脹的主要生物,由于絲狀菌大量繁殖,活性污泥呈棉絮狀,顆粒細碎且顏色相對較淺。
4.1.2生物膜法
生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入?yún)挌鈱舆M行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復(fù)以達到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點：（1）對水量、水質(zhì)、水溫變動適應(yīng)性強；（2）處理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量�。s為活性污泥法的3／
4）且易于固液分離；（4）動力費用省。
該法是以生物膜為凈化主體的生物處理法。生物膜是附著在載體表面，以菌膠團為主體所形成的粘膜狀物。生物膜的功能和活性污泥法中的活性污泥相同，
其微生物的組成也類似。凈化污水的主要原理是附著在載體表面的生物膜對污水中有機物的吸附與氧化分解作用。生物膜法根據(jù)介質(zhì)與水接觸方式不同，有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤法、塔式生物濾池法等。
在生物濾池由于濾料間隙的空氣不斷地溶于水中，水層中保有比較充足的溶解氧而流過的廢水中所含的大量有機物質(zhì)，可作為微生物的營養(yǎng)源，因此水層中需氧微生物能夠大量生長繁殖。微生物的代謝作用使部分有機物質(zhì)被氧化分解為簡單的無機物，并釋放出能量。這些能量一部分供微生物自身生長活動的需要，另一部分被轉(zhuǎn)化合成為新的細胞物質(zhì)。另外，廢水通過濾池時，濾料截留了廢水中的懸浮物質(zhì)，并吸附了廢水中的膠體物質(zhì)，使大量繁殖的微生物有了棲息場所，從而在濾料表面逐漸生長起一層充滿微生物及原生動物的“生物膜”。膜的外側(cè)有附著水層，廢水不斷地從濾池上淋灑下來，就有一層廢水不斷沿生物膜上部表面流下，這部分廢水為流動水層。流動水層和附著水層相接觸，附著水層由于生物凈化作用，所含有機物質(zhì)濃度很低，流動水層通過傳質(zhì)作用把所含的有機物傳遞給附著水層，從而不斷地得到凈化。同時由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不斷增加，當達到一定厚度時，生物膜層內(nèi)由于得不到足夠的氧，由需氧分解轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬醴纸�，微生物逐漸衰亡、老化，使生物膜從濾料表面脫落，隨水流至。生物濾池的濾料上再生成新的生物膜，如此不斷更新。就部分濾料來說，處理廢水效能呈周期性變化。在生物膜形成的初期，微生物的代謝活動旺盛，凈化功能最好；隨著生物膜逐漸加厚,內(nèi)部出現(xiàn)厭氧分解現(xiàn)象,凈化的功能逐漸減退；到生物膜脫落時為最低。但就整個濾池來說,濾料上生物膜的脫落是參差交替的。因此,在正常情況下，整個濾池的處理效果是基本穩(wěn)定的。
需氧生物膜上的微生物種類很多,有細菌真菌、藻類原生動物和后生動物,以及肉眼可見的微型動物。生物濾池中上層、中層、下層構(gòu)成生物膜的微生物，種類也有區(qū)別。
4.2工業(yè)廢水
工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，印刷廢水，化工廢水等。隨著工業(yè)化的發(fā)展，含有重金屬離子的廢水產(chǎn)生量越來越多。重金屬離子已成為最重要、最常見的污染物之一。由于重金屬在生物體內(nèi)的富集、吸收與轉(zhuǎn)化，從而通過食物鏈危害人體健康。如致癌、致畸等，故而處理重金屬污染刻不容緩。
微生物處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟并且全面普及，但是在工業(yè)污水的處理中還存在著一定的技術(shù)問題。相對于生活污水來說，工業(yè)污水的成份要復(fù)雜的多，大多數(shù)工業(yè)污水的COD值都相當高，可生化性差，這就給微生物處理帶來了相當大的難度，有些工業(yè)污水甚至還有很高的氨氮指標，增加了微生物處理的難度。但是微生物技術(shù)的許多優(yōu)勢注定了它將是工業(yè)污水治理的一個方面，而且目前已經(jīng)有很多行業(yè)的工業(yè)污水開始采用微生物處理技術(shù)并且得到了穩(wěn)定的運行數(shù)據(jù)。
這里主要講述關(guān)于污水中重金屬的處理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸鹽還原菌凈化法和利用微生物的轉(zhuǎn)化作用去除重金屬。
4.2.1生物吸附法
生物吸附是利用生物量（如發(fā)酵工業(yè)的剩余菌體）通過物理化學(xué)機制，將金屬吸附或通過細胞吸收并濃縮環(huán)境中的重金屬離子，由于重金屬具有毒性，如果濃度太高，活的微生物細胞就會被殺死。所以，必須控制控制被處理水的重金屬濃度。
例如陳小霞等人用小球藻富集鉻離子，研究表明小球藻富集鉻離子的機制主要表現(xiàn)是表面吸附和主動運輸。在生長期和穩(wěn)定期小球藻富集的鉻以有機鉻存在，而在衰亡期，小球藻富集的鉻以無機鉻存在。
利用工業(yè)發(fā)酵后剩余的芽孢桿菌菌體或酵母菌吸附重金屬，具體做法是首先用堿處理菌體，以便增加其吸附重金屬的能力。然后通過化學(xué)交聯(lián)法固定這些細胞，固定化的芽孢桿菌對重金屬的吸附?jīng)]有選擇性（微生物在結(jié)合無機污染物上表現(xiàn)出選擇性，多于大多數(shù)合成的化學(xué)吸附劑，微生物對金屬的吸附和累積主要取決于不同配位體結(jié)合部位對對金屬的選擇性）�？梢匀コ龔U水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn去除率可達99%。吸附在細胞上的重金屬可以用硫酸洗脫，然后用化學(xué)方法回收重金屬，經(jīng)過堿處理后的固定化細胞還可以重新用于吸附重金屬。
4.2.2硫酸鹽還原菌凈化法
脫硫弧菌屬硫酸鹽還原菌是厭氧化能細菌，它最大的特征就是在無自由氧的條件下，在有機質(zhì)存在時通過還原硫酸根變成硫化氫，從中獲得生長能量而大量繁殖;它繁殖的結(jié)果是使溶解度很大的硫酸鹽變成了極難溶解的硫化物或硫化氫。這類細菌分布廣泛，海洋、湖泊、河流及陸地上都能存在。在沒有自由氧而有硫酸鹽及有機物存在的地方它就能生長繁殖，其生長溫度為25~35攝氏度，PH值為6.2~7.5.該細菌的作用可將廢水中的硫酸根變成硫化氫，使廢水中濃度較高的重金屬Cu、Pb、Zn等轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧锒恋�，從而使廢水中的重金屬離子得以去除。
4.2.3利用微生物的轉(zhuǎn)化作用去除重金屬
微生物可以通過氧化作用、還原作用、甲基化作用和去烷基化作用對重金屬和重金屬類化合物進行轉(zhuǎn)化。
細菌胞外的莢膜或粘膜層可產(chǎn)生多種胞外多聚體，胞外多聚體能夠吸附自然條件下或廢水處理設(shè)施中的重金屬。其主要成分是多糖、蛋白質(zhì)和核酸。
真菌的細胞壁內(nèi)含幾丁質(zhì)，這和N----乙酰葡糖胺多聚體是一種有效的金屬于放射性核素結(jié)合的生物吸附劑。經(jīng)過氫氧化物處理的各類真菌暴露出來的幾丁質(zhì)、脫乙酰殼多糖和其他金屬結(jié)合的配位體，形成菌絲層，可以有效的去除廢水中的重金屬。
六價鉻具有強烈的毒性，其毒性是三價鉻的100倍，而且能在人體內(nèi)沉淀。由于六價鉻很容易通過胞膜進入細胞，然后在細胞質(zhì)、線粒體和細胞核中被還原為三價鉻，三價格在細胞內(nèi)與蛋白質(zhì)結(jié)合為穩(wěn)定的物質(zhì)并且和核酸相作用，而細胞外的三價鉻是不能參透細胞的，細菌利用細胞中的NADH作為還原劑，在厭氧或好氧的狀態(tài)下，將六價鉻還原為三價鉻。如陰溝腸桿菌能抗10000μmol/l鉻酸鹽，在厭氧的條件下能使六價鉻還原為三價鉻，三價鉻可以通過沉淀反應(yīng)與水分離而被去除。
4.3農(nóng)業(yè)廢水
它面廣而量大且分散。農(nóng)田使用農(nóng)藥，化學(xué)農(nóng)藥主要是人工合成的生物外源性物質(zhì)，很多農(nóng)藥本身對人類及其他生物是有毒的，而且很多類型是不易生物降解的頑固性化合物。農(nóng)藥殘留很難降解，人們在使用農(nóng)藥防止病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農(nóng)藥殘留超標，污染嚴重，同時給非靶生物帶來傷害，每年造成的農(nóng)藥中毒事件及職業(yè)性中毒病例不斷增加。同時，農(nóng)藥廠排出的污水和施入農(nóng)田的農(nóng)藥等也對環(huán)境造成嚴重的污染，破壞了生態(tài)平衡，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的身心健康。農(nóng)藥不合理的大量使用給人類及生態(tài)環(huán)境
處理污水的微生物篇三：廢水的微生物處理
廢水的微生物處理
袁良兵丁鵬鵬姜鵬呂強朱文濤
摘要：根據(jù)廢水所含物質(zhì)不同，選用不同的微生物處理，各種微生物代謝的底物不同，利用微生物處理生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)廢水等，本文主要介紹一些處理廢水的微生物的處理有害物質(zhì)的簡單原理，并對廢水處理過程作簡單介紹。
關(guān)鍵詞：廢水微生物處理簡單原理
引言：
隨著工業(yè)的高速發(fā)展和人口的膨脹,水環(huán)境污染問題越來越嚴重地威脅著人類的生存環(huán)境,制約著社會和經(jīng)濟的進一步發(fā)展。因此,治理廢水,保護世界上水資源免受污染已成為全球性課題。在目前所發(fā)展的廢水處理技術(shù)中,廢水生物處理法已成為世界各國處理城市污水和工廢水,控制水污染的主要手段。廢水生物處理是除物理化學(xué)法外的另一類水處理方法,它利用微生物生命活動過程對廢水中污染物進行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化作用,使廢水得到凈化的處理方法。其主要特征是應(yīng)用微生物在為充分發(fā)揮微生物的作用而專門設(shè)計的生化反應(yīng)器中,將廢水中染物轉(zhuǎn)化為微生物細胞以及簡單形式的無機物與物理化學(xué)方法相比,生物處理法具有一系列特點。
由于污染物的生化轉(zhuǎn)化過程不需要高溫、高壓,在溫和的條件下經(jīng)過酶催化即可高效并相對徹底完成,因此,處理費用低廉;微生物具有來源廣,易培養(yǎng),繁殖快,對環(huán)境適應(yīng)性強和易實現(xiàn)變異等特性,適當?shù)貙ζ浼右耘囵B(yǎng)繁殖,特別是在一定特定條件下進行馴化,就能使之很好地適應(yīng)各種有毒的工業(yè)廢水環(huán)境;通過有針對性地對菌種進行篩選、培養(yǎng)和馴化,可以使大多數(shù)的有機物質(zhì)實現(xiàn)生物降解處理,因此對廢水水質(zhì)的使用面越來越寬;廢水生物處理法不加投藥劑,可以避免對水質(zhì)造成二次污染。另外,生物處理效果良好,不僅去除了有機物、病原體、有毒物質(zhì),還能去處臭味、提高透明度、降低色度等。所有這些優(yōu)點都使生物處理法處理廢水成為廢水處理方法的首要選擇[1]。
根據(jù)污水中的污染物不同，可將污水分為:含重金屬離子廢水的處理、含硫化物廢水的處理啤酒廢水的處理、染料廢水的處理、含油廢水的處理、核工業(yè)廢水中钚的處理、抗生素工業(yè)廢水的處理[]、醫(yī)院污水的處理[]、有不同的處理方法，但大致都需經(jīng)幾個相同的階段：一級處理、二級處理和三級處理。一級處理僅是物理分離，去除大塊物體，然后將這些水靜置處理數(shù)小時，使其懸浮固體顆粒沉淀下來。經(jīng)一級處理的污水含有高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)，這也是一些主要的污水處理廠進行二級處理的原因。二級處理過程主要與微生物過程緊密相連。同時由于污水的污染物不同，
其處理的方法也存在著一些差別。
污水的厭氧處理
厭氧處理是利用兼性好樣菌和專性厭氧菌分解有機物產(chǎn)甲烷的過程。經(jīng)過這一次處理既凈化了污水，又獲得了能量物質(zhì)。厭氧反應(yīng)器是第三代的厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）,反應(yīng)的溫度要保持約為35攝氏度，所以要有供熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，有攪拌裝置，收集產(chǎn)生甲烷的儲存罐。參與厭氧的微生物有4類；a.產(chǎn)胞外酶的微生物，主要為梭狀芽孢桿菌，是不容性的有機物變?yōu)榭扇苄缘挠袡C物；b.產(chǎn)酸細菌，主要為厭氧異養(yǎng)細菌，如梭狀芽孢桿菌、鏈球菌、大腸桿菌、病狀桿菌，它們利用第一類細菌產(chǎn)生的物質(zhì)產(chǎn)乙酸、甲酸、二氧化碳、乙醇、甲醇、甘油、丙酸等，其中80%為乙酸；c.腸桿菌科細菌和一些產(chǎn)芽孢的細菌，它們利用丙酸、丁酸等產(chǎn)乙酸、氫氣、二氧化碳；d.產(chǎn)甲烷細菌，如甲烷桿菌屬、甲烷八疊球菌屬、甲烷球菌屬，這些菌利用乙酸、甲酸、氫氣、二氧化碳合成甲烷。
在厭氧處理過程中式許多細菌協(xié)同完成的，其中有產(chǎn)甲烷細菌。產(chǎn)甲烷細菌是是嚴格厭氧的生物，已經(jīng)知道產(chǎn)甲烷細菌的底物有三個等級，并且它們都能釋放出適合ATP合成的自由能。
第一等級的底物包括用于CO2型底物。CO2+4H2→CH4+2H2O
4COO-+4H+→CH4+3CO+2H2O
4CO+2H2O→CH4+CO2
第二等級的反應(yīng)包括將含有甲基的化合物還原成甲烷的甲基集團。還原作用在甲醇或甲基胺作為底物的情況下，各種還原成甲烷的反應(yīng)按下列進行：
4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O
4CH3NH3Cl+2H2O→3CH4+CO2+4NH4Cl
CO2型底物有CO2、HCOOH、HCOO-、CO;
甲基類底物有甲醇、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、巰甲基、二甲基巰；乙酸型底物有乙酸。[2]
含有汞等重金屬的污水處理
現(xiàn)在汞廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)并且是許多農(nóng)藥的活性組成成分，由此汞被帶到環(huán)境中。由于汞在生物組織中有獨特的濃縮作用，同時它本身的巨毒性，所以汞在環(huán)境中有相當大的重要性。汞的主要來源是汞礦的開采和化石燃料的燃燒，人為來源包括電池和電線生產(chǎn)、化學(xué)工業(yè)和城市廢物的燃燒。
汞的毒害機理：汞經(jīng)過甲基化作用，產(chǎn)生甲基汞。甲基汞是可溶性的，而且可以在水生食物鏈特別是魚中濃縮，或者由微生物進一步甲基化產(chǎn)生稱為二甲基汞CH3-Hg-CH3得到揮發(fā)性復(fù)合物。在代謝過程中，汞的甲基化是由CH3-Br12提供甲基的。甲基汞和
二甲基汞與蛋白質(zhì)結(jié)合，積累在動物組織中，特別是肌肉中，是一種強烈的神經(jīng)毒素，最終導(dǎo)致魚的死亡。
甲基汞是一種主要的環(huán)境毒素，它的積累是淡水湖中非常問題，從人類所食用的魚中可以發(fā)現(xiàn)甲基汞濃度的增加，汞可以引起人或動物肝臟和腎臟的損傷。
處理方法：美國田納西大學(xué)的`研究人員發(fā)布公報說，他們在研究中發(fā)現(xiàn)，汞對靠近食物鏈底端的生物，如魚及水生貝類的污染相當嚴重，并通過它們最終對人類健康造成影響，但有些細菌具有破壞這一“污染鏈”的作用。
研究發(fā)現(xiàn)，一種細菌所合成的MerB酶可以降低甲基汞的毒性，從而減小汞對環(huán)境的污染。這種酶的三維結(jié)構(gòu)能首先擊破甲基汞中汞原子與碳原子的關(guān)鍵鏈接，然后在甲基汞電子四周制造靜電場，對甲基汞的毒素進行分解。
有一種微生物與NADPH相連的酶稱為汞還原酶轉(zhuǎn)移2個電子到Hg2+，使它還原成Hg0，Hg2是揮發(fā)性的，但它對人和微生物是無毒的，細菌轉(zhuǎn)化Hg2+為Hg0，然后使更多的CH3Hg+轉(zhuǎn)化為Hg2+。
汞抗性在革蘭氏陰性菌銅綠假單胞菌進行了深入地研究，汞的抗性基因位于質(zhì)粒上，這些基因稱為mer基因，排列在一個操縱子上，有調(diào)節(jié)蛋白MerR(merR產(chǎn)物)控制，MerR具有阻礙蛋白和激活蛋白的功能，在無Hg2+時，MerR與mer操縱子的操縱基因結(jié)合，使merTPCAD發(fā)生轉(zhuǎn)錄，但當Hg2+存在時，它與MerR形成一個復(fù)合體，具有mer操縱子轉(zhuǎn)錄激活蛋白的功能。汞還原酶是mer基因的產(chǎn)物，MerD是merD的產(chǎn)物，也具有調(diào)節(jié)作用，而merP編碼周質(zhì)Hg2+結(jié)合蛋白，這個MerP蛋白結(jié)合Hg2+，把Hg2+轉(zhuǎn)移到一個膜蛋白MerT(MerT的產(chǎn)物)上，該蛋白可把Hg2+轉(zhuǎn)移懂啊細胞內(nèi)，在汞還原酶的作用下進行還原反應(yīng)，最終使Hg2+還原為Hg0,Hg0是揮發(fā)的，可從細胞中釋放出來。
異生素的生物降解
異生素是指自然界中不存在的，有化學(xué)合成的化合物。因此，在自然界中，能利用它們的生物不存在，但許多異生素化合物易受微生物侵襲。
最廣泛發(fā)布的異生素是農(nóng)藥，它通常是有害廢物的組成，農(nóng)藥有不同的化學(xué)類型，如氯苯氧烷基羧酸、替代脲、硝基酚、有機氮，有機磷等等，其中一部分物質(zhì)可以作為某些微生物的碳源和電子供體，二另一些則不能。
含氯農(nóng)藥的有效降解發(fā)生在無氧環(huán)境中，在這些反應(yīng)中，無氧生物降解與分子還原脫氯有關(guān)，脫氯的衍生物要比最初含氯分子毒性小得多，如一種硫酸鹽還原細菌脫硫念珠菌屬還原3-氯苯甲酸酯為苯甲酸酯和Cl-;這個還原反應(yīng)的電子來自于乙酸鹽、甲酸鹽或H2，還原反應(yīng)與穿過細胞質(zhì)膜質(zhì)子梯度的建立有關(guān)，脫硫念珠菌屬用于驅(qū)動ATP的合成，因此，3-氯苯甲酸酯為苯甲酸酯的還原脫氯作用是一個典型的厭氧呼吸[2]。硝基酚的代謝途徑及其機理研究硝基酚是重要的化工原料,常作為醫(yī)藥、染料農(nóng)
藥等合成的前體。這類化合物能在環(huán)境中長期殘留,已經(jīng)對土壤、水體和大氣造成了嚴重的污染。苯環(huán)結(jié)構(gòu)的對稱性和穩(wěn)定性使硝基芳烴化合物不易發(fā)生化學(xué)應(yīng),而環(huán)境中的許多微生物卻能夠利用這些污染物作為碳源、氮源和能源來生長,能把這些污染物完全降解。
a.42硝基酚代謝途徑研究。微生物通過氧化代謝途徑完成對42硝基酚的代謝,根據(jù)中間產(chǎn)物的不同,可以分為對苯二酚途徑和苯三酚途徑。從2004年開始,日本、美國和中國學(xué)者相繼闡明了RhodococcusopacusSAO101、Arthrobactersp.JS443和Pseudomonassp.WBC23菌株中的42硝酚代謝的分子機理。其中前兩株菌均為革蘭氏陽性菌,都是經(jīng)1,2,42苯三酚途徑降解42硝基酚,而WBC23菌株通過對苯二酚途徑降解42硝基酚。與苯三酚代謝途徑相比,WBC23菌株中無論是代謝途徑、酶和基因,還是代謝操縱子的結(jié)構(gòu)特點都與之完全不同。其中的42硝基酚單加氧酶(PnpA)催化42硝基酚氧化為對苯二醌,其與數(shù)據(jù)庫中最為相似的是來自PseudomonasputidaU菌株的32羥基苯乙酸單加氧酶,但其氨基酸水平一致性僅為25%。對苯二醌還原酶(PnpB)也是參與42硝基酚代謝途徑的關(guān)鍵酶,催化對苯二醌還原為對苯二酚。參與42硝基酚下游代謝途徑的酶包括:PnpC和PnpD是對苯二酚雙加氧酶的兩個亞基,催化對苯二酚開環(huán)生成γ2羥基粘康酸半醛(γ2HMSA);而PnpE和PnpF分別是γ2HMSA脫氫酶和馬來酰乙酸還原酶,催化γ2HMSA經(jīng)馬來酰乙酸生成β2酮己二酸酯,繼而進入TCA循環(huán)。b.22硝基酚的代謝途徑研究。目前報道的22硝基酚的代謝途徑以氧化代謝途徑為主,2007年Xiao等從活性污泥中新篩選到一株能夠利用鄰硝基酚作為唯一碳源、氮源和能源生長的Alcaligenenssp.NyZ215菌種,并克隆了長約10kb的鄰硝基酚降解基因簇,其中包括鄰硝基酚22單加氧酶、鄰苯二醌還原酶和鄰苯二酚1,22雙加氧酶的基因,這3個基因與鄰硝基酚代謝的起始反應(yīng)相關(guān)。在蛋白質(zhì)序列水平上,鄰硝基酚22單加氧酶(OnpA)與PseudomonasstutzeriAN10中功能已知的水楊酸羥化酶有26%的一致性。體外實驗表明,OnpA在NADPH存在的條件下能將鄰硝基酚轉(zhuǎn)化為鄰苯二酚,同時釋放亞硝酸根離子。鄰苯二酚1,22雙加氧酶(OnpC)能催化鄰苯二酚生成順式2順式粘康酸。鄰苯二醌還原酶OnpB在鄰硝基酚代謝中扮演了重要的角色,很可能是鄰苯二醌還原酶在體內(nèi)將由OnpA產(chǎn)生的中間產(chǎn)物鄰苯二醌催化轉(zhuǎn)化為鄰苯二酚。
(1)氯代硝基苯類化合物的微生物降解途徑和機理研究
氯代硝基芳香類化合物的代表42氯硝基苯(42chloronitrobenzene,4CNB)常用于有機化合物合成中間體、染料和農(nóng)藥等,是一種誘變劑和致癌劑,近年來倍受環(huán)境學(xué)家關(guān)注。4CNB分子中氯離子和硝中國基礎(chǔ)科學(xué)·工業(yè)生物技術(shù)�？�2009·5·ChinaBasicScience80基的易得電子特性和其立體結(jié)構(gòu)特征,使它們?nèi)魏我粋�單獨存在都增加了苯環(huán)裂解的難度。當二者共同存在時,苯環(huán)裂解難度會更大,因而在環(huán)境中更加難以降解。
我國學(xué)者分離獲得了多株氯代硝基苯降解菌株,并首次在分子水平上系統(tǒng)報道了氯代硝基苯代謝途徑中的酶及其基因。研究結(jié)果表明,這些菌株采用還原途徑代謝氯代硝基苯,代謝途徑包括了部分還原硝基、雙加氧酶催化開環(huán)、脫氫、脫羧、脫氨等步驟。目前已經(jīng)完成了該菌中4CNB關(guān)鍵降解基因的鑒定,包括對氯硝基苯還原酶(CnbA)和變位酶(CnbB)(可催化4CNB轉(zhuǎn)化成開環(huán)底物22氨基52氯酚)、22氨基52氯酚開環(huán)酶(CnbCa和CnbCb,能將22氨基52氯酚開環(huán)氧化為22氨基52氯酚粘康酸半醛)以及一個全新的脫氨酶。
(2)氯代硝基苯類化合物的微生物修復(fù)研究
在對4CNB微生物代謝機理深入研究的基礎(chǔ)上,我國學(xué)者已經(jīng)開始利用降解菌進行污染土壤的微生物修復(fù)嘗試。Liu等證明4CNB降解菌Comamonassp.CNB21能夠直接或者通過與植物耦聯(lián)進行污染土壤的生物修復(fù),該菌株能夠在污染土壤中定植和存活,并在2天內(nèi)完全消除2g(4CNB)/Kg(土壤)土壤中的4CNB,而加入菌種CNB21對土壤本身的微生物群體影響不大。Niu等同時開展了PseudomonasZWL73菌對4CNB的生物修復(fù)研究,發(fā)現(xiàn)ZWL73菌培養(yǎng)物加入到含有1g(4CNB)/kg(土壤)的土壤環(huán)境中,在8天后4CNB的濃度下降99%,降解效果顯著。分子生態(tài)學(xué)分析證明在其生物修復(fù)過程中微生物生態(tài)整體結(jié)構(gòu)變化不顯著,而Acidobacteria和氨氧化菌群明顯受到影響。Zhao等將ZWL73菌應(yīng)用于硝基苯污染土壤的微生物修復(fù),減毒效果顯著,并對生物修復(fù)過程中的硝化細菌和氨氧化菌群進行了生態(tài)學(xué)分析。
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