污水處理中的微生物分類(lèi)

污水處理中的微生物種類(lèi)很多厢卖，主要有菌類(lèi)，藻類(lèi)以及動(dòng)物類(lèi)金拒。

細(xì)菌的適應(yīng)性強(qiáng)瞭剧，增長(zhǎng)速度快天俺。根據(jù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物需求的不同，可將細(xì)菌分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大類(lèi)。

自養(yǎng)菌利用各種無(wú)機(jī)物（CO₂昆颇、HCO₃^-、NO₃^-忠帝、PO₄^3-等）為營(yíng)養(yǎng)將其轉(zhuǎn)化為另一種無(wú)機(jī)物侣赘，釋放出能量，合成細(xì)胞物質(zhì)涝猩，其碳源频澜、氮源和磷源皆為無(wú)機(jī)物。

異養(yǎng)菌以有機(jī)碳作碳源吊任，有機(jī)或無(wú)機(jī)氮為氮源蛙府，將其轉(zhuǎn)化為CO₂、H₂O揣交、NO₃^-树聪、CH₄、NH₃等無(wú)機(jī)物殷靖，釋放出能量胡电，合成細(xì)胞物質(zhì)。污水處理設(shè)施中的微生物主要是異養(yǎng)菌介劫。

真菌包括霉菌和酵母菌徽惋。真菌是好氧菌，以有機(jī)物為碳源座韵，生長(zhǎng)pH為2-9险绘，***佳pH為5.6。真菌需氧量少誉碴，只有細(xì)菌的一半宦棺。真菌常出現(xiàn)于低pH值、分子氧較少的環(huán)境中。

真菌絲體對(duì)活性污泥的凝聚起到骨架作用代咸，但過(guò)多絲狀菌的出現(xiàn)會(huì)影響污泥的沉淀性能蹈丸，而引起污泥膨脹。真菌在污水處理的作用是不可忽視的呐芥。

藻類(lèi)是單細(xì)胞和多細(xì)胞的植物性微生物逻杖。它含有葉綠素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧氣思瘟，吸收水中的氮荸百、磷等營(yíng)養(yǎng)元素合成自身細(xì)胞。

原生動(dòng)物是***低等的能進(jìn)行***增殖的單細(xì)胞動(dòng)物春佑。污水中的原生動(dòng)物既是水質(zhì)凈化者又是水質(zhì)指示物婚咱。絕大多數(shù)原生動(dòng)物屬于好氧異養(yǎng)型。在污水處理中栽不，原生動(dòng)物的作用沒(méi)有細(xì)菌重要挣徽，但由于大多數(shù)原生動(dòng)物能吞食固態(tài)有機(jī)物和游離細(xì)菌，所以有凈化水質(zhì)的作用哲童。原生動(dòng)物對(duì)環(huán)境的變化比較敏感咙借，在不同的水質(zhì)環(huán)境中出現(xiàn)不同的原生動(dòng)物，所以是水質(zhì)指示物堡酗。例如脖投，溶解氧充足時(shí)鐘蟲(chóng)大量出現(xiàn)，溶解氧低于1㎎/L時(shí)出現(xiàn)較少斜兽，也不活躍防苗。

后生動(dòng)物是多細(xì)胞動(dòng)物。在污水處理設(shè)施和穩(wěn)定塘中常見(jiàn)的后生動(dòng)物有輪蟲(chóng)帕恩、線(xiàn)蟲(chóng)和甲殼類(lèi)的動(dòng)物谋旦。

后生動(dòng)物皆為好氧微生物，生活在較好的水質(zhì)環(huán)境中屈尼。后生動(dòng)物以細(xì)菌册着、原生動(dòng)物、藻類(lèi)和有機(jī)固體為食脾歧，它們的出現(xiàn)表明處理效果較好甲捏，是污水處理的指示性生物。

微生物的代謝

微生物的生命過(guò)程是營(yíng)養(yǎng)不斷被利用鞭执，細(xì)胞物質(zhì)不斷合成又不斷消耗的過(guò)程司顿。在這一過(guò)程中伴隨著新生命的誕生，舊生命的死亡和營(yíng)養(yǎng)物（基質(zhì)）的轉(zhuǎn)化兄纺。污水的生物處理就是利用微生物對(duì)污染物（營(yíng)養(yǎng)物）的代謝轉(zhuǎn)化作用實(shí)現(xiàn)的免猾。

細(xì)菌是辕、真菌、藻類(lèi)猎提、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物共生于水體中旁蔼。細(xì)菌和真菌以水中的有機(jī)物锨苏、氮和磷等為營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行有氧和無(wú)氧呼吸合成自身細(xì)胞。藻類(lèi)是利用二氧化碳和水中的氮容厦、磷進(jìn)行光合作用合成自身細(xì)胞并向水體提供氧氣旺民。藻類(lèi)的細(xì)胞死亡后成為菌類(lèi)繁殖的營(yíng)養(yǎng)。原生動(dòng)物吞食水中固態(tài)有機(jī)物牙茅、菌類(lèi)和藻類(lèi)阵拜。后生動(dòng)物捕食水中固體有機(jī)物、菌類(lèi)指锉、藻類(lèi)和原生動(dòng)物稍呛。

微生物從污水中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)合成自身細(xì)胞和排出廢物吹对。

這種為維持生命活動(dòng)和生長(zhǎng)繁殖而進(jìn)行的生化反應(yīng)過(guò)程叫新陳代謝邀曲，簡(jiǎn)稱(chēng)代謝。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)移和生化反應(yīng)的類(lèi)型可將代謝分為分解代謝和合成代謝暮戏。

微生物將營(yíng)養(yǎng)物分解轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物并釋放出能量撕拇，這一過(guò)程叫做分解代謝或產(chǎn)能代謝；微生物將營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)并吸收分解代謝釋放的能量垃散，這一過(guò)程叫做合成代謝豌熄。

當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，微生物對(duì)自身細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)行氧化分解物咳，以獲得能量锣险，這一過(guò)程叫做內(nèi)源代謝，也叫內(nèi)源呼吸所森。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物充足的時(shí)囱持，內(nèi)源呼吸并不明顯，但營(yíng)養(yǎng)物缺乏時(shí)焕济，內(nèi)源呼吸是能量的主要來(lái)源纷妆。

沒(méi)有新陳代謝就沒(méi)有生命。微生物通過(guò)新陳代謝不斷地增殖和死亡晴弃。微生物的分解代謝為合成代謝提供能量和物質(zhì)掩幢，合成代謝為分解代謝提供催化劑和反應(yīng)器。兩種代謝相互依賴(lài)上鞠、相互促進(jìn)际邻、不可分割芯丧。

微生物代謝消耗的營(yíng)養(yǎng)物一部分分解成簡(jiǎn)單的物質(zhì)排入環(huán)境，另一部分合成為細(xì)胞物質(zhì)世曾。不同的微生物代謝速度不同懊霹，營(yíng)養(yǎng)物用于分解和合成的比例也不相同。

厭氧微生物分解營(yíng)養(yǎng)物不徹底踏旷，釋放的能量少凹田，代謝速度慢，將營(yíng)養(yǎng)物用于分解的比例大糜谒，用于合成的比例小链坝，細(xì)胞增殖慢。

好氧微生物分解營(yíng)養(yǎng)物徹底狸岁，***終產(chǎn)物（CO₂饿婴、H₂O、NO₃^-泛滔、PO₄^3-等）穩(wěn)定腌馒，含有的能量***少，所以好氧微生物代謝中釋放的能量多削仲，代謝速度快娘瞻，將營(yíng)養(yǎng)物用于分解的比例小，用于合成的比例大不恭，細(xì)胞增殖快叶雹。

微生物的生長(zhǎng)環(huán)境

廢水生物處理的主體是微生物，只有創(chuàng)造良好的環(huán)境條件讓微生物大量繁殖才能獲得令人滿(mǎn)意的處理效果换吧。影響微生物生長(zhǎng)的的條件主要有營(yíng)養(yǎng)折晦、溫度、pH值沾瓦、溶解氧及有毒物質(zhì)等满着。

營(yíng)養(yǎng)是微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命活動(dòng)所需的能量和物質(zhì)來(lái)自于營(yíng)養(yǎng)贯莺。微生物細(xì)胞的組成（不包括H₂O和無(wú)機(jī)物）风喇，可用化學(xué)式C₅H₇O₂N或C₆₀H₈₇O₂₃N₁₂P表示。

不同微生物細(xì)胞的組成不盡相同缕探，對(duì)碳氮磷比的要求也不完全相同魂莫。好氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:5:1[或COD:N:P=(200~300):5:1]。

厭氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:6:1爹耗。其中N以NH₃-N計(jì)耙考，P以PO₄^3－-P計(jì)。微生物種類(lèi)繁多劣秦，所需C王菲、N巨陌、P的化學(xué)形式也不相同。如異養(yǎng)菌需要有機(jī)物為碳源羽矮，而自養(yǎng)菌以CO₂和HCO₃^－為碳源巡抛。

幾乎所有的有機(jī)物都是微生物的營(yíng)養(yǎng)源，為達(dá)到預(yù)期的凈化效果痪蚤，控制合適的C:N:P比顯得十分重要寒焚。微生物除需要C、H百郊、O、N啰林、P外捉为，還需要S、Mg鸡焰、Fe焚趴、Ca、K等元素舱污，以及Mn呀舔、Zn、Co扩灯、Ni媚赖、Cu、Mo珠插、V惧磺、I、Br捻撑、B等微量元素磨隘。

微生物的種類(lèi)不同生長(zhǎng)溫度不同，各種微生物的總體溫度范圍是0~80℃顾患。根據(jù)適應(yīng)的溫度范圍番捂，微生物可分為低溫性（好冷性）、中溫性和高溫性（好熱性）三類(lèi)江解。

低溫性微生物的生長(zhǎng)溫度為20℃以下设预，中溫性微生物的生長(zhǎng)溫度為20~45℃，高溫性微生物的生長(zhǎng)溫度為45℃以上帘染。好氧生物處理以中溫為主嘀吨，微生物的***適生長(zhǎng)溫度為20～37。

厭氧生物處理時(shí)耕疟，中溫微生物的***適生長(zhǎng)溫度為25~40℃淮晓，高溫微生物的***適生長(zhǎng)溫度為50~60℃拆鹉。所以厭氧微生物處理常利用33~38℃和52~57℃兩個(gè)溫度段，分別叫做中溫消化（發(fā)酵）和高溫消化（發(fā)酵）睹揍。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展舷翰，厭氧反應(yīng)已能在20~25℃的常溫下進(jìn)行，這就大大降低了運(yùn)行費(fèi)用责某。

在適宜的溫度范圍內(nèi)坐蓉，每升高10℃，生化反應(yīng)速度就提高1~2倍喘茵。所以浩淹，在較高***適溫度條件下生物處理效果較好。人為改變污水溫度將增大處理成本丈轻，所以好氧生物處理一般在自然溫度下進(jìn)行井辜，即在常溫下進(jìn)行。

好氧生物處理效果受氣候的影響較小管闷。厭氧生物處理受溫度影響較大粥脚，需要保持較高的溫度，但考慮到運(yùn)行成本包个，應(yīng)盡量采用常溫下運(yùn)行（20~25℃）刷允。

如果原污水的溫度較高，應(yīng)采用中溫發(fā)酵（33~38℃）或高溫發(fā)酵（52~57℃）碧囊。如果有足夠的余熱或發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生足夠的沼氣（高濃度有機(jī)污水和污泥消化）树灶，則可以利用余熱或沼氣的熱能實(shí)現(xiàn)中溫和高溫發(fā)酵。

酶是一種兩性電解質(zhì)呕臂，pH值的變化影響酶的電離形式破托，進(jìn)而影響酶的催化性能，所以pH值是影響酶活性的重要因素之一歧蒋。不同的微生物具有不同的酶系統(tǒng)土砂，就有不同的pH值適應(yīng)范圍。細(xì)菌谜洽、放線(xiàn)菌糕加、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的pH值適應(yīng)范圍是4~10。

酵母菌和霉菌的***適pH為3.0~6.0囱叼。大多數(shù)細(xì)菌適宜pH=6.5~8.5的中性和偏堿性環(huán)境烂多。好氧生物處理的適宜pH為6.5~8.5，厭氧生物處理的適宜pH為6.7~7.4（***佳pH為6.7~7.2）沟乘。

在生物處理過(guò)程中保持***適pH值范圍非常重要盒酷。否則，微生物酶的活性降低或喪失伟铸，微生物生長(zhǎng)緩慢甚至死亡迟书，導(dǎo)致處理失敗覆首。

進(jìn)水pH值的突然變化會(huì)對(duì)生物處理產(chǎn)生很大的影響，這種影響不可逆轉(zhuǎn)伴罢。所以保持pH值的穩(wěn)定非常重要亦蟋。

好氧微生物的代謝過(guò)程以分子氧為受體，并參與部分物質(zhì)的合成挚性。沒(méi)有分子氧纲盟，好氧微生物就不能生長(zhǎng)繁殖，所以烫扼，進(jìn)行好氧生物處理時(shí)曙求，要保持一定濃度的溶解氧（DO）。

供氧不足映企，適合低溶解氧生長(zhǎng)的微生物（微量好氧的發(fā)硫菌）和兼性微生物大量繁殖圆到。它們分解有機(jī)物不徹底，處理效果下降卑吭，且低溶解氧狀態(tài)下絲狀菌優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，引起污泥膨脹马绝。

溶解氧濃度過(guò)高豆赏，不僅浪費(fèi)能量，而且會(huì)因營(yíng)養(yǎng)相對(duì)缺乏而使細(xì)胞氧化和死亡富稻。為取得良好的處理效果掷邦，好氧生物處理時(shí)應(yīng)控制溶解氧在2~3mg/L（二沉池出水0.5~1mg/L）為宜。

厭氧微生物在有氧的條件下生成H₂O₂椭赋，但沒(méi)有分解H₂O₂的酶而被H₂O₂殺死抚岗。所以，在厭氧生物處理反應(yīng)器中絕對(duì)不能有分子氧存在哪怔。其他氧化態(tài)物質(zhì)如SO₄^2－研矗、NO₃^－、PO₄^3－和Fe³⁺等也會(huì)對(duì)厭氧生物處理產(chǎn)生不良影響夷硅，也應(yīng)控制它們的濃度芒浪。

對(duì)微生物有抑制和毒害作用的化學(xué)物質(zhì)叫有毒物質(zhì)。它能破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)氢滋，使酶變性而失去活性谦牛。如重金屬能與酶的-SH基團(tuán)結(jié)合，或與蛋白質(zhì)結(jié)合使之變性或沉淀价忙。有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)對(duì)微生物無(wú)害住建，超過(guò)某一數(shù)值則發(fā)生毒害。

某些有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)可以成為微生物的營(yíng)養(yǎng)皮围。有毒物質(zhì)的毒性受pH值逆辐、溫度和有無(wú)其他有毒物質(zhì)存在等因素的影響达快，在不同條件下毒性相差很大，不同的微生物對(duì)同一毒物的耐受能力也不同种慕，具體情況應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)而定热品。

在廢水生物處理過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制有毒物質(zhì)濃度啸驯，但有毒物質(zhì)濃度的允許范圍尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)客扎，表1的數(shù)據(jù)僅供參考。

脫氮除磷功能微生物***新研究進(jìn)展：

（一）Bioproc Biosyst Eng綜述：污水中氨氧化微生物研究進(jìn)展——代謝機(jī)理罚斗、種群結(jié)構(gòu)徙鱼、影響因素和工藝應(yīng)用

Research advances of ammonia oxidation microorganisms in wastewater: metabolic characteristics, microbial community, influencing factors and process applications

***作者/通訊作者：趙偉華

作者排序：趙偉華，畢學(xué)軍针姿，白萌袱吆，王艷艷

通訊單位：青島理工大學(xué)

論文DOI：https://doi.org/10.1007/s00449-023-02866-5

上線(xiàn)日期：2023年3月29日

發(fā)表期刊：Bioprocess and Biosystems Engineering

論文分區(qū)：JCR二區(qū)

圖文摘要

圖 1 基于好氧氨氧化和厭氧氨氧化過(guò)程驅(qū)動(dòng)的氮循環(huán)簡(jiǎn)圖

研究背景

主要內(nèi)容

AOB在屬水平上主要包括隸屬于Betaproteobacteria菌門(mén)的Nitrosospira, Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus 和 Nitrosovibrio等菌屬，以及隸屬于Gammaproteobacteria菌門(mén)的Nitrosococcus菌屬幢妄。

AOA在屬水平上包括Nitrosopumilus maritimus, Nitrosopumilus maritimus SCM1, Nitrososphaera gargensis, Cenarchaeum symbiosum, Nitrososphaera gargensis, Cenarchaeum symbiosum 和Nitrosocaldus yellowstonii 等菌屬兔仰。

Comammox 主要包括 Candidatus Nitrospira nitrosa 和 Candidatus Nitrospira nitrificans等。

AnAOB在屬水平上主要包括Candidatus kuenenia, Candidatus scalindua, Candidatus brocadia, Candidatus jettenia, anammoxoglobus, Brasilis anammoximicrobium 等蕉鸳。

    不同的氨氧化微生物具有不同的生理代謝特性乎赴，代謝活性受到不同生態(tài)因子的影響作用，在不同的工藝配置中具有不同的群落結(jié)構(gòu)潮尝，本論文總結(jié)了氨氧化微生物的生理代謝特性及影響因素榕吼，在污水處理系統(tǒng)中的氨氮去除性能及種群結(jié)構(gòu)。

 

圖 1 好氧氨氧化和厭氧氨氧化過(guò)程涉及的功能微生物及酶示意圖

表 1  氨氧化微生物的棲息地及豐度