微生物在污水處理中的應(yīng)用

摘 要 隨著水污染問題的日益嚴(yán)峻，微生物將在污水處理中發(fā)揮越來越重要的作用。本文從微生物在污水處理中的指示作用、微生物對(duì)含氮有機(jī)物的分解作用、微生物對(duì)不含氮有機(jī)物質(zhì)的分解作用、微生物對(duì)磷元素的轉(zhuǎn)化、基因工程菌處理污水等幾方面來探討微生物在污水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 微生物；污水處理；轉(zhuǎn)化；分解

中圖分類號(hào) X505 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)052-0178-02

近幾年，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口的不斷增加，城市污水的排放量越來越大，生活污水與工業(yè)廢水是污水的主要來源。城市生活污水的主要成分是一些沒有毒素的有機(jī)物，如糖類、淀粉、油脂、蛋白質(zhì)和尿素等，其中，氮、磷等植物營養(yǎng)元素含量較高。而工業(yè)廢水則由于不同的行業(yè)產(chǎn)生的污染物不同，但是大致包含化學(xué)有毒物質(zhì)、有機(jī)物、重金屬污染物以及病原體等。但是無論是生活污水還是工業(yè)廢水，都超出了自然水體的自凈能力，一方面，水體中的需氧菌利用有機(jī)物等進(jìn)行無限繁殖；另一方面，水體中的藻類在營養(yǎng)物質(zhì)的輔助下迅速擴(kuò)散范圍，使水體中的含氧量降低至極限，加速水質(zhì)的惡化，不僅會(huì)危及人們的飲水健康問題，而且會(huì)產(chǎn)生一連串的連鎖效應(yīng)，影響大自然穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境。因此，加強(qiáng)城市污水處理，對(duì)于保障城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

微生物在污水處理中發(fā)揮著巨大的作用，本文從微生物在污水處理中的指示作用、微生物對(duì)含氮有機(jī)物的分解作用、微生物對(duì)不含氮有機(jī)物質(zhì)的分解作用、微生物對(duì)磷元素的轉(zhuǎn)化、基因工程菌處理污水等幾方面來探討微生物在污水處理中的應(yīng)用。

1 微生物在污水處理中的指示作用

活性污泥法在污水處理中發(fā)揮著重要的作用，活性污泥法利用微生物的代謝原理，把生活污水中富營養(yǎng)態(tài)的有機(jī)物質(zhì)分解為較為穩(wěn)定且無害的物質(zhì)，以便為后續(xù)的沉淀反應(yīng)做基礎(chǔ)，最終達(dá)到凈化水體的目的。微生物在活性污泥法污水處理的調(diào)試過程中擔(dān)當(dāng)著指示的作用?；钚晕勰喾ㄌ幚砦鬯饕苫钚晕勰鄟砦讲⒎纸馑w中的有機(jī)物質(zhì)，而構(gòu)成活性污泥的成分主要包括細(xì)菌、原生動(dòng)物、懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)等。高性能的活性污泥是保證污水處理正常進(jìn)行的前提，而判斷活性污泥的優(yōu)劣主要是依據(jù)鏡檢觀察顯示的活性污泥中的微生物狀態(tài)來進(jìn)行評(píng)判的，只有控制微生物的生長狀態(tài)方能控制污水處理的運(yùn)行和管理。

鏡檢觀察是以活性污泥中主要成分微生物作為重要觀察對(duì)象，依據(jù)其的生長狀態(tài)、數(shù)量和種類等資料來反應(yīng)污水處理運(yùn)行的優(yōu)劣情況，進(jìn)一步指示污水處理的運(yùn)行與管理?；钚晕勰嘀械奈⑸锶后w主要由細(xì)菌和原生動(dòng)物組成，正是利用他們之間的相互制約、相互依存的關(guān)系，來發(fā)揮微生物在污水處理調(diào)試過程中的指示作用?；钚晕勰嘀械募?xì)菌是分解污水中有機(jī)物質(zhì)的主力軍，隨著細(xì)菌的大量繁殖，原生動(dòng)物的數(shù)量持續(xù)增多，原生動(dòng)物吞噬細(xì)菌，維持活性污泥上的生態(tài)平衡，提高細(xì)菌活性，原生動(dòng)物也有助于進(jìn)一步分解、吸收水體中的有機(jī)物質(zhì)。反過來，細(xì)菌的絮凝作用有助于原生動(dòng)物的生長繁殖，而原生動(dòng)物自己也能促進(jìn)絮凝進(jìn)行。原生動(dòng)物新陳代謝所分泌的粘液有助于活性污泥更好的吸附細(xì)菌和懸浮顆粒。而在鏡檢觀測(cè)過程中，細(xì)菌體積小不便于觀察，而原生動(dòng)物體積相對(duì)較大，且當(dāng)原生動(dòng)物所處環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，能更為靈敏的發(fā)出指示作用，及時(shí)、快速地顯示出污水處理的最新運(yùn)行狀態(tài)。

2 微生物對(duì)含氮有機(jī)物的分解作用

生活污水中含有大量的含氮有機(jī)物，如尿素、蛋白質(zhì)、氨基酸，且大多以氨離子、尿素或化合物的形式存在。這些含氮有機(jī)物是使水體富營養(yǎng)化的重要元素之一，為細(xì)菌的大量繁殖提供氮源。利用微生物分解這些含氮有機(jī)物，主要包括兩類，轉(zhuǎn)化水體中的蛋白質(zhì)和尿素。

2.1 轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)

大分子量的蛋白質(zhì)難以被硝化細(xì)菌利用，必須先把蛋白質(zhì)分解成小分子的氨基酸，所以，在轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)的過程中，首先利用分泌蛋白酶的微生物來把蛋白質(zhì)水解成小分子物質(zhì)氨基酸，然后，再讓硝化細(xì)菌進(jìn)行下一步分解。能發(fā)生氨化作用的細(xì)菌有很多，不僅有好氧菌，還有兼性好氧菌和厭氧菌，如熒光假單胞菌、變形桿菌、腐敗梭菌等。利用硝化細(xì)菌的硝化作用，亞硝酸細(xì)菌先將氨基酸轉(zhuǎn)化為亞硝酸而硝酸細(xì)菌則進(jìn)一步將亞硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸，硝化作用的進(jìn)行必須在有氧的環(huán)境下，而作為回報(bào)，硝化細(xì)菌能從該過程中獲得其生長繁殖所需的能量。最后，硝化細(xì)菌分解產(chǎn)生的硝酸鹽在氧氣不足的情況下，可被反硝化桿菌作用，從而被還原再次生成亞硝酸鹽和氮?dú)?，能發(fā)生反硝化作用的細(xì)菌還有熒光假單胞菌等異養(yǎng)細(xì)菌，這些細(xì)菌通過利用硝酸中的氧來氧化有機(jī)物，借以獲得能量。

2.2 轉(zhuǎn)化尿素

相比較于蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，尿素的轉(zhuǎn)化則較為簡(jiǎn)單，尿素在尿素細(xì)菌分泌尿素酶的作用下，將尿素水解為碳酸銨，而生成的碳酸銨極不穩(wěn)定，在常態(tài)下能迅速分解轉(zhuǎn)化為氨、水和二氧化碳三種物質(zhì)。大多數(shù)尿素細(xì)菌是好氧型，但也有些尿素細(xì)菌能適應(yīng)在無氧情況下的生長。

3 微生物對(duì)不含氮有機(jī)物質(zhì)的分解作用

污水中不含氮的有機(jī)物質(zhì)主要有纖維素、淀粉、脂肪。其中纖維素的含量在不含氮有機(jī)物質(zhì)中所占比例最大，接近一半。

3.1 微生物對(duì)纖維素的分解

纖維素是由C、H、O三種元素組成的碳水化合物，是由葡萄糖組成的大分子多糖，也是自然界中分布最為廣泛，且含量也最多的一種多糖。造紙企業(yè)、紡織企業(yè)和食品企業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)廢水中含有大量的纖維素。而在自然界中，大多數(shù)微生物只能以葡萄糖為糖源，只有很少部分的特定微生物才能以纖維素為糖源，而這些特殊的微生物以霉菌和細(xì)菌居多，如纖維黏菌、生孢纖維黏菌、纖維桿菌、纖維弧菌、鏈霉菌、毛殼霉、芽枝霉、鐮刀霉、青霉和木霉等。在污水處理的過程中，適當(dāng)?shù)募尤脒@些霉菌，有助于加速分解工業(yè)廢水中的纖維素，霉菌先把纖維素分解為葡萄糖，細(xì)菌和酵母菌則可以進(jìn)一步分解纖維素所產(chǎn)生的葡萄糖，最終達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

3.2 微生物對(duì)淀粉的分解

淀粉除了是人類生活中的主要食物組成成分之外，在工業(yè)中也有較為廣泛的應(yīng)用。食品企業(yè)常用淀粉來制作酒精、麥芽糖，而紡織企業(yè)則用淀粉上漿、印染來調(diào)制印花漿料，醫(yī)藥企業(yè)則用淀粉作為藥物片劑的原材料。所以，在這些食品、紡織、醫(yī)藥企業(yè)所排放的工業(yè)廢水中，含有大量的淀粉。曲霉、根霉等霉菌在常溫下，能把這些淀粉分解為葡萄糖，細(xì)菌和酵母菌則可以進(jìn)一步分解淀粉所產(chǎn)生的葡萄糖。

3.3 微生物對(duì)脂肪的分解

脂肪主要由C、H和O三種元素組成，是一類較為穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)。一般根據(jù)脂肪的來源，分為動(dòng)物性的脂肪和植物性的油脂。無論是工業(yè)廢水還是生活污水都含有大量的脂肪。雖然脂肪比較穩(wěn)定，但也可被各種桿菌、分支桿菌、放線菌等分解，甚至真菌中的青霉和乳霉也能在常溫下分解脂肪，這些微生物在分解脂肪的同時(shí)，從中獲得自己所需的能量。在污水處理中，尤其是含油脂較多的餐廳污水，加入這些能分解脂肪的微生物，不但凈化水質(zhì)，而且不會(huì)帶來新的污染，是污水處理的最佳選擇。

4 微生物對(duì)磷元素的轉(zhuǎn)化

生活污水中含有大量的無機(jī)磷元素，尤其是洗衣粉所產(chǎn)生的污水，富含磷的營養(yǎng)水體通常會(huì)產(chǎn)生大量的藻類，危害水質(zhì)健康，青島的滸苔泛濫就是最典型的例子。微生物可將無機(jī)磷酸鹽分解產(chǎn)生有機(jī)酸和二氧化碳，此外某些細(xì)菌如：硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌可將分解產(chǎn)生的硝酸和硫酸轉(zhuǎn)化成可溶性磷鹽。有機(jī)磷化物在有氧條件下也可被很多微生物，如解磷大芽孢桿菌、蠟質(zhì)芽孢桿菌、霉?fàn)钛挎邨U菌等分解產(chǎn)生磷酸，從而形成磷酸鹽。在缺氧的條件下，磷酸鹽可以因梭狀芽孢桿菌、大腸桿菌等微生物的作用而被還原。

5 利用基因工程菌處理污水

相比較于傳統(tǒng)的利用微生物處理污水的方法，利用基因工程菌處理污水是當(dāng)前用微生物處理污水的重要發(fā)展方向，它具有定向性和高效性的特點(diǎn)。

鑒于污染物來源的復(fù)雜性，單一的微生物所分解的污染物種類有限，且微生物在污水處理的時(shí)候要經(jīng)歷復(fù)雜的代謝過程，很難針對(duì)某種細(xì)菌去提高其能量利用率，微生物相互之間甚至存在拮抗作用，降低污染物的降解效率。近些年，基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得構(gòu)建能控制多種污染物分解的雜種微生物成為現(xiàn)實(shí)。構(gòu)建的基因工程菌，不僅能在污水處理過程中快速繁殖、絮凝，滿足數(shù)量需求，而且在高毒環(huán)境的水體中，也具有高效的分解、轉(zhuǎn)化性能，甚至可以針對(duì)特異的污染物進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，基因工程菌也可以廣泛的分解污染物。隨著基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，基因工程菌對(duì)凈化環(huán)境、保護(hù)人類健康將發(fā)揮越來越重要的作用，基因工程菌在污水處理中的應(yīng)用也將越來越廣泛。

6 結(jié)束語

合理利用自然界中無處不在的微生物來進(jìn)行污水處理具有重要意義。相比較于化學(xué)處理法，微生物處理法去污能力達(dá)90%以上，處理后的水質(zhì)好，可以直接排到大自然中。最重要的一點(diǎn)是，微生物法處理污水成本較低，可以得到廣泛應(yīng)用。隨著基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，構(gòu)建定向、高效分解污染物的微生物已成為現(xiàn)實(shí)，為人類喝上真正干凈純凈的水鋪平道路。

參考文獻(xiàn)

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[2]尚華.微生物在污水處理中的指示作用[J].新疆化工，2010，01:31-34.

作者簡(jiǎn)介

吳淑平，女，廣東廣州人，本科，研究方向：環(huán)境工程。