人工生物處理構(gòu)筑物中生物的宏觀生長狀態(tài)分析

趙紅梅　呂艷菲　李燕

（德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所山東德州253000）

人工生物處理構(gòu)筑物中生物的宏觀生長狀態(tài)分析

趙紅梅呂艷菲李燕

（德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所山東德州253000）

我國經(jīng)濟(jì)增長迅速，使得工業(yè)得到了巨大的發(fā)展，同時(shí)卻帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，大量的污水、固體廢物、廢氣等排入到我們的生活環(huán)境中，嚴(yán)重的污染了生態(tài)環(huán)境。而對廢棄物的處理方法也在不斷的改進(jìn)。本文主要討論了目前對污水處理的主要人工構(gòu)筑生物處理系統(tǒng)，其主要依賴于微生物的降解功能，相比傳統(tǒng)的污水處理方法，能夠更多的降低廢水有機(jī)物和有害物質(zhì)。

生物法；凈化；微生物；構(gòu)筑物

1引言

我國是一個(gè)淡水資源嚴(yán)重缺乏的國家，同時(shí)隨著我們經(jīng)濟(jì)的增長，物質(zhì)方面的需求不斷提高，對水資源的要求也越來越高。目前，我國的工業(yè)水平相對較低，資源利用的效率低，進(jìn)而對環(huán)境的污染帶來了巨大壓力，主要表現(xiàn)在對水體的污染[1]。在這樣的背景下，也給污水處理廠、自來水廠的水質(zhì)要求增加了壓力。水體中主要的污染物為有機(jī)物和氨氮，而主要采取的方法為生物處理工藝，其中生物處理效率與微生物的生長代謝密切相關(guān)，因此，通過研究微生物特性對提高污水處理效率及工藝的運(yùn)行管理有著重要的指導(dǎo)作用。隨著對污水處理工藝的不斷發(fā)展，工藝流程正向著簡潔化、操作靈活化的方向發(fā)展，一些新的工藝層出不窮[2]。

2研究內(nèi)容

2.1生物濾池

生物濾池的處理廢水是通過在構(gòu)筑物反應(yīng)器中的濾料或者轉(zhuǎn)盤上生長的生物膜的作用，逐步降解污水中的污染物而達(dá)到凈化的目的。目前生物濾池的主要構(gòu)筑形式有高負(fù)荷生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤和塔式生物濾池等[3]。

生物濾池中所使用的填料主要有陶粒、活性炭等。是由于該材料表面結(jié)構(gòu)相對粗糙、不規(guī)則、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，使其更容易吸附有機(jī)物，而且為微生物的生長提供更多的空間。

通過大量的研究發(fā)現(xiàn)，生物濾池中生物量與有機(jī)物的去除率之間有著特殊的關(guān)聯(lián)，當(dāng)濾池中生物量達(dá)到一定濃度后，生物量的多少已經(jīng)不再是有機(jī)物降解的主要因素。以曝氣生物濾池（BAF）和生物活性炭濾池（BAC）為例。

對曝氣生物濾池（BAF）和生物活性炭濾池（BAC）中氨化菌、亞硝化菌、硝化菌數(shù)量的測定，濾池中三種菌的數(shù)量存在一定的差異，其中氨化菌的數(shù)量最多，亞硝化菌次之，硝化菌的數(shù)量最少。而這三種菌數(shù)量的變化與污水中有機(jī)物的含量有著密切的關(guān)系[4]。氨化菌為異養(yǎng)菌，在生物膜生長初期增長快速，能夠?qū)⒋罅康挠袡C(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，而氨氮是亞硝化菌生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，在該條件下亞硝化菌進(jìn)入對數(shù)生長期。

在這個(gè)階段，污水中的亞硝酸鹽含量較低，因此硝化細(xì)菌的數(shù)量為最低。進(jìn)一步的對該濾池理化指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)研究，結(jié)果表明曝氣生物濾池（BAF）對氨氮和亞鹽酸的去除效果更佳，是生物活性炭濾池（BAC）的2.5倍。在池內(nèi)異養(yǎng)菌數(shù)量大，其分解有機(jī)物之后產(chǎn)生的無機(jī)碳源可作為自養(yǎng)菌的碳源，因此在曝氣生物濾池（BAF）中異養(yǎng)菌、亞硝化菌、硝化菌等的協(xié)同作用發(fā)揮的更好，更有利于污染物的降解。而正是由于微生物之間的互利共生關(guān)系，才有了微生物逐漸生長的過程，也使得微生物能夠?qū)ξ鬯形廴疚镏鸩?、完全的降解?/p>

2.2生物氧化塘

生物氧化塘是利用人工處理技術(shù)與自然降解能力相結(jié)合的污水處理技術(shù)。氧化塘能夠保證污水在其構(gòu)筑物中較長的停水時(shí)間，使得微生物能夠有充足的時(shí)間對污染物進(jìn)行氧化分解，直至穩(wěn)定。氧化塘的應(yīng)用有著悠久的歷史，也為人類在污水處理方法的改進(jìn)中提供了重要的指導(dǎo)作用。

氧化塘是目前處理污水有效的方法之一，而在目前水體污染嚴(yán)重、淡水資源缺乏的條件下，氧化塘的運(yùn)行基建造價(jià)低、費(fèi)用低廉、操作簡單，而且對有機(jī)物、氨氮去除率高，使得氧化塘的技術(shù)也在不斷的改進(jìn)[5]。生物氧化塘的凈化過程是十分復(fù)雜的，可概括為4個(gè)方面[6]：

2.2.1稀釋、沉淀作用：污水進(jìn)入氧化塘后，污水被稀釋，進(jìn)水穩(wěn)定后逐漸開始沉淀，一些污染物伴隨著沉淀作用降低了污染物濃度。

2.2.2化學(xué)作用：污水中的有機(jī)物在水中溶解氧的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而降低了污水中的有機(jī)物濃度；

2.2.3微生物作用：在氧化塘內(nèi)，可以菌藻共生，菌類氧化分解污染物所產(chǎn)生的CO2和無機(jī)鹽，為藻類的生長提供了碳源和營養(yǎng)物質(zhì)，保證了藻類的光合作用；同時(shí)藻類的進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣為菌類提供了好氧的生活條件，保證了有機(jī)物的好氧分解作用的連續(xù)性。

2.2.4浮游生物作用：在氧化塘內(nèi)生存著多種生物，使得在塘內(nèi)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的水生生態(tài)系統(tǒng)，其中有有機(jī)物的分解者細(xì)菌，還有浮游生物、浮游植物、食草動物、食肉動物等，各自發(fā)揮這自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，一些生物還能作為氧化塘污水凈化程度的指示指標(biāo)，因此，在塘內(nèi)形成了一個(gè)完整的生物循環(huán)過程。

2.3生物接觸氧化池

生物接觸氧化池依靠構(gòu)筑物內(nèi)添加的微生物載體，保證微生物的生物量以及種類。研究表明：在生物接觸氧化池內(nèi)含有大量的菌膠團(tuán)，其余還有較多的絲狀菌、鐘蟲、纖毛蟲、線蟲等后生動物。研究還發(fā)現(xiàn)，載體上附著形成的生物膜中微生物與污水中BOD負(fù)荷有著直接的關(guān)系。在高負(fù)荷條件下，生物膜會呈現(xiàn)出灰色到黑色的顏色變化；在中負(fù)荷條件下生物膜的顏色會表現(xiàn)為灰褐色；在低負(fù)荷時(shí)生物膜會變?yōu)楹稚玔7]。

隨著對生物接觸氧化法的深入研究，從生物組分來考慮，它是介于生物膜法與活性污泥法之間的一種工藝。在構(gòu)筑物內(nèi)部水的流動方式呈現(xiàn)為推流式，而在水流方向不同高度中所含的微生物種類和數(shù)量也表現(xiàn)不同，其中表現(xiàn)最為明顯的為異養(yǎng)菌和硝化細(xì)菌。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)水的負(fù)荷變化時(shí)，也會帶來原有特征層次的變化。

通過生物相觀察，了解微生物生長狀態(tài)，采取適當(dāng)措施，比如生物膜大片發(fā)黑時(shí)，采取適當(dāng)延長水力停留時(shí)間、暫緩進(jìn)水水量、加大曝氣量等措施，對于維持微生物活性，保證出水水質(zhì)長期穩(wěn)定具有較大的意義[8]。

3研究結(jié)果

污水連續(xù)處理中的細(xì)菌生長狀態(tài)跟具體的生物處理方法有關(guān)，不同的生物反應(yīng)構(gòu)筑物，細(xì)菌的生長狀態(tài)可能不同，甚至在同一個(gè)構(gòu)筑物中，不同位置的細(xì)菌生長狀態(tài)不同，但要以某種狀態(tài)為主。微生物的生長分為四個(gè)階段，即停滯期、靜止期、對數(shù)期和衰亡期[9-11]。

停滯期的特點(diǎn)：該時(shí)期的微生物不進(jìn)行細(xì)胞分裂、增值等，數(shù)量沒有明顯變化，細(xì)胞開始合成新的成分，且變大或者變成，對外界的環(huán)境變化比較敏感。

指數(shù)期的特點(diǎn)：該時(shí)期的微生物生長速度最快，呈指數(shù)增長，細(xì)胞代謝旺盛。對于不同的菌種該時(shí)期的差異比較大，此外，營養(yǎng)物質(zhì)、構(gòu)筑物溫度都會顯著影響微生物的生長變化。該時(shí)期是對微生物進(jìn)行代謝、生理研究的最佳時(shí)機(jī)。

穩(wěn)定期的特點(diǎn)：微生物活細(xì)胞數(shù)保持不變，在整個(gè)系統(tǒng)中新生的細(xì)胞等于死亡的細(xì)胞，菌體的總數(shù)達(dá)到最高點(diǎn)。但在整個(gè)微生物系統(tǒng)中代謝能力開始下降，細(xì)胞的合成也相對緩慢，系統(tǒng)中不能提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，而且代謝廢物已積累到一定程度開始對微生物的成長產(chǎn)生抑制作用。

衰亡期的特點(diǎn)：細(xì)胞以指數(shù)速率死亡，有時(shí)細(xì)胞死亡速率降低是由于抗性細(xì)胞的積累；細(xì)胞變形退化。影響衰亡期的因素：與菌種的遺傳特性有關(guān)：有些細(xì)菌的培養(yǎng)經(jīng)歷所有的各個(gè)生長時(shí)期，幾天以后死亡，有些細(xì)菌培養(yǎng)幾個(gè)月乃至幾年以后仍然有一些活的細(xì)胞。與營養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)有關(guān)：補(bǔ)充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期細(xì)胞的死亡速率，延長細(xì)菌培養(yǎng)物的存活時(shí)間。

4結(jié)語

微生物的生物活性對于污水處理、土壤修復(fù)等微生物作用的工藝有著直接的影響，因此對于微生物在宏觀狀態(tài)下的生長狀況的研究十分有必要。目前，人工生物處理構(gòu)筑物，包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物氧化塘、生物接觸氧化、深井曝氣、純氧曝氣、生物氧化溝等，微生物在這些有限的構(gòu)筑物環(huán)境中生長，當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足、生存空間受限、環(huán)境條件的改變、構(gòu)筑物自身參數(shù)的變化對微生物宏觀生長狀況產(chǎn)生很大的影響，而微生物所需的營養(yǎng)物正是由構(gòu)筑物所提供，因此在未來的研究中應(yīng)多集中于這些因素對微生物生長狀況的影響。

[1]何江濤,鐘佐燊,湯鳴皋.解決污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)占地突出的新方法[J].現(xiàn)代地質(zhì),2001,15(3).

[2]吳永鋒,鐘佐燊,王繼堂,等.生活污水快速滲濾處理現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].境科學(xué)學(xué)報(bào),1996,16(3):282-286.

[3]吳振斌,周巧紅,賀鋒,等.構(gòu)建濕地中試系統(tǒng)基質(zhì)剖面微生物活性的研究[J].中國環(huán)境科學(xué),2003,23(4):422-426.

[4]吳振斌,梁威,邱東茹,等.復(fù)合垂直流構(gòu)建濕地基質(zhì)酶活性與污水凈化效果[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2002,22(7):1012-1017.

[5]盧曉巖，梁瑩．淺談人工濕地技術(shù)在城鎮(zhèn)污水資源化中的適用性[J]．甘肅科技，2003，19(9)：72-73．

[6]張志杰等.生物氧化塘的凈化特性中國給水排水,1989,5(1):33

[7]陳建蘭,莊延珍,崔延齡.制漿污水表曝處理運(yùn)行分析[J].福建環(huán)境,1996,(02).

[8]崔延齡.應(yīng)用活性污泥表面曝氣法處理制漿污水[J].環(huán)境工程, 1996,(02).

[9]凌霄,胡勇有,馬驥.曝氣生物濾池鋁鹽化學(xué)強(qiáng)化與生物協(xié)同除磷[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(3)：409-415．

[10]鄒偉國,李正明,李春森,等．BIOSMEDI生物濾池處理微污染原水[J].給水排水，2002，28(2)：5-8．

[11]凌霄,胡勇有，馬驥．曝氣生物濾池鋁鹽化學(xué)強(qiáng)化與生物協(xié)同除磷[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(3)：409-415.

趙紅梅（1983—），女，山東平原人，本科學(xué)歷，主要從事環(huán)境影響評價(jià)工作。