污水微生物基础

微生物基础知识

去除废水中的BOD直接有用的微生物的代表是细菌。细菌是最微小的微生物，在形态学上是最简单的。虽然用光学显微镜能确认其存在，但是，一般如果不进行生理学试验就不能鉴定。在处理生活废水的活性污泥中存在着大量的原生动物和部分微型后生动物，其重量可占总生物量的5％－10％，由于他们的形体较细菌大的多，借助显微镜可将他们容易区别开来。根据这些动物的种类，他们的营养物性与净化成都之间的一定关系可来判断系统的运行状况，－就是在处理中起着指标的作用。变形虫草履虫固着型纤毛虫寡毛虫轮虫漫游虫亚硝化单胞菌游泳型纤毛虫钟虫一细菌一细菌的形态和构造细菌是最小的微生物，形态学上最简单，最低等的单细胞生物。

球衣菌发硫细菌2细菌细胞的构造细胞质膜：内外界物质交换的半透膜。细胞膜（壁）荚膜3菌胶团荚膜物质相融合成一团块，内含许多细菌时，就形成菌胶团。菌胶团的功能①对动物的吞噬起保护作用，同时也增强了微生物对环境的抵抗能力。②时活性污泥的重要组成部分，它有较强的吸附和氧化有机物的能力。菌胶团的效果活性污泥的处理性能的好坏，可以从菌胶团的含量的多少，大小及结构的紧密程度来判断。新生的菌胶团：颜色浅，氧化能力强老化的菌胶团：颜色深，氧化能力弱二细菌的生理特性

营养

呼吸

影响因素营养成分：细菌种类繁多，各种细菌要求的营养物质不尽相同，但是自然界中的所有物质几乎都可以被这种或者那种细菌所利用，甚至对一般机体有害的某些物质也可以被某些细菌所利用。因此，细菌的营养物质时多种多样的，但是对某一微生物来说，它对营养物质也是有一定要求的。内源呼吸产物+能量(CO2、H2O、NH3、SO42-…)污水中的可降解有机物新细胞物质（C5H7NO2）代谢产物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)分解代谢合成代谢+好氧微生物O2＋能量净增细胞物质内源呼吸～80%～20%内源呼吸残留物O2无机代谢产物少量能量2呼吸作用1）呼吸的本质吸收氧气－氧化体内有机物－释放能量整个呼吸作用包括：氧化反应和还原反应，是氧化与还原的统一。2）细菌的呼吸好氧细菌兼性细菌厌氧细菌氧在大于0.2－0.3mg/l时进行好氧代谢小于0.2－0.3mg/l时进行厌氧代谢3）影响因素

温度pH值其他因素等

温度：p50表4－1这点与微生物构成组份有关。细菌细胞的基本组成：蛋白质生物催化剂－酶：蛋白质污水处理厂的处理效果主要取决于水中的微生物。在污水处理过程中,微生物和它所处的处理系统的环境条件(如温度、酸碱度、营养物质、毒物浓度和溶解氧等)是相适应的,在处理系统环境条件发生变化时,微生物的种类、数量及其活性也会随之发生相应的变化。

生物相的变化在一定程度上能反映污水处理系统的处理质量及运行状况。***原生动物能用来改善水质、评价和指示污水厂的运行和处理效果。根据原生动物的生物特征及其在不同环境条件下的种属、数量、活性等表现，通过其组成和数量的分析，可以迅速为活性污泥工艺提供有益的指示信息，从而指导污水厂的生产运行。原生动物本门动物也简称原虫。除本门动物外的其它所有动物全部统称为后生动物。原生动物门是动物界最原始的一门，由单细胞所组成，故有时也称它们为单细胞动物。原生动物个体一般微小，绝大多数仅在2-5mm之间。原生动物生活领域十分广阔，可生活于海水及淡水内，底栖或浮游，但也有不少生活在土壤中或寄生在其它动物体内。原生动物一般以有性和无性两种世代相互交替的方法进行生殖。鞭毛虫纲

肉足虫纲

孢子虫纲

鞭毛虫纲

夜光虫：用肉眼可看到它们，如果在海边，你有时可在黑暗的晚上看到海面上一条光带，那便是它们的杰作，它们的光是受波涛振荡而激发出的荧光。

角鞭毛虫：也是种在动植物之间有争议的原生物，它们多数是淡水品种（海水中也有），通常可用为鱼的饵料。

锥体虫：的鞭毛演化为膜状，种类很多。这是类讨厌的原虫，多寄生于人、畜体内而引起严重病疫。

利什曼虫：很像锥体虫，由昆虫叮咬传播。进入人和其它动物体内后，细胞变成球状且胞核很大，鞭毛萎缩，称利杜体。利杜体会大量分裂繁殖，这会引起严重病症。人毛滴虫：一般寄生于人的肠道里，它不会引起疾病。

肉足虫纲

这类原虫体液可在体内流动，从而实现其向前运动，那些运动支点被称为伪足。有些伪足能捕食用，对象全是有机质。也有些是寄生虫，通常能引起疾病。变形虫：多生活在水中，你在水中找到的通常是大变形虫（A.peoteus）。

痢疾内变形虫：除痢疾阿米巴除能引起痢疾外，还会造成肝脓肿。当药物进入肠道时，它们会形成孢子而随粪便排出体外，经人、畜饮水后再进入寄主体内。

结肠内变形虫：生活史与痢疾内变形虫相似，寄生于结肠。由于它们以细菌和酵母为食，不侵入组织内，故不会引起疾病。砂壳虫：类似变形虫，但体外被有一角质壳，壳上常胶粘着许多砂粒，伪足从壳中伸出。淡水生。太阳虫伪足为辐射状，仅用来捕食。差不多全生活在淡水中。放射虫：大致上与有孔虫相同，是浮游生物的主力军，多生活在热带海洋。骨骼结构很美精巧。分裂、出芽生殖兼而有之。孢子虫纲

以寄主体液或组织为养料，可引起疾病。成体无伪足、纤毛或鞭毛，故不能活动。一般是有性生殖（配子）和无性生殖（裂体）交替进行。

疟原虫：主要破坏寄主红血球，由按蚊传播。人类死于它造成有疟疾的人数比其它各种原因造成的非正常死亡人数的总和还要多，堪称人类的第一杀手！巴倍虫：由壁虱传播，生活史与疟原虫近。能引起兽疫。它们是世界上最小的动物。后生动物

除原生动物外所有其他动物的总称(后生动物亚界)。动物界除原生动物门以外的所有多细胞动物门类的总称。其特征是体躯由大量形态有分化、机能有分工的细胞构成；与群体原生动物的兼有营养和生殖功能的细胞不同，其生殖细胞和营养细胞有明显的分化。生物相的检测1原生动物的基本特征1.1形态原生动物门属真核原生生物界，是单细胞的微型动物，由原生质和一个或多个细胞核组成。原生动物和多细胞动物相同，具有新陈代谢、运动、繁殖、对外界刺激的感应性和对环境的适应性等生理功能。原生动物个体很小，长度一般在100～300μm之间。它们都具有细胞膜。多数种属的细胞膜结实而富有弹性，从而使原生动物本体保持一定的体形。但也有一些种属。例如变形虫，只有一层极薄的原生质膜，不能保持固定的体形。原生动物一般具有一个或两个以上的细胞核，其形状多种多样，它们在其细胞内产生形态的分化，形成了能够执行各项生命活动和生理功能的胞器。在运动胞器方面有鞭毛、伪足和纤毛；在营养胞器方面有胞口、胞咽和食物泡；用以排出废料和调节渗透压的胞器有伸缩泡等。1.2营养方式原生动物的营养方式分为以下四类：①动物性营养，以吞食细菌、真菌、藻类或有机颗粒为生，绝大多数原生动物为动物性营养，有些具有胞口、胞咽等摄食器；②植物性营养，在有阳光的条件下，一些含色素的原生动物可利用二氧化碳和水进行光合作用合成碳水化合物，如植物性鞭毛虫，但种类和数量都很少；③腐生性营养，以死的机体或无生命的可溶性有机物质为生；④寄生性营养，以其它生物的机体(即寄主)作为生存的场所，并获得营养和能量。2原生动物与细菌的关系2.1活性污泥的基本特征活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作主体，是由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒。

活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的微生物相。在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细菌，伴之以营腐生的原生动物构成基本营养层次，然后是以细菌为食的掠食性原生动物占优势。2.2原生动物与细菌的功能关系在废水生物处理系统中将污染物质降解的主要是细菌。原生动物与细菌的关系主要为：①掠食关系，原生动物在食物链中处于捕食细菌的作用。②絮凝作用，细菌生长到一定程度后就凝集成絮状物。这种絮状物为原生动物提供了着生的环境，反过来絮状物上的原生动物能加速絮凝过程。原生动物分泌的粘液对悬浮颗粒和细菌均有吸附能力。这就促进了菌胶团的形成和处理能力的提高。3.研究活性污泥中原生动物的目的

要了解污水处理过程的变化或处理水的好坏，最好直接研究分析细菌的生长情况。但是对于细菌的观察、分类鉴定的时间很长，不能及时起指导生产的指示和预报作用。

①原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系；②原生动物个体大，便于观察；③对于环境变化比细菌更敏感，更早更容易反映环境的变化。直接观察原生动物的种类组成、数量、生长和变化状况，也能反映出细菌的生长和变化情况，即间接地评价污水。3.1原生动物的指示作用3.1.1指示活性污泥性质

1)污泥恶化。活性污泥絮凝体较小，往往在0.1～0.2mm以下。主要出现以下优势原生动物：豆形虫属、肾形虫属、草履虫属、瞬目虫属、波豆虫属、尾滴虫属、滴虫属等。这些都属于快速游泳型的种属。污泥严重恶化时，微型动物几乎不出现，细菌大量分散，活性污泥的凝聚、沉降能力下降，处理能力差。

(2)污泥解体。絮凝体细小，有些似针状分散。主要的优势原生动物有：变形虫属、简便虫属等肉足类。(3)污泥膨胀。活性污泥沉降性能差，SVI值高。由于丝状菌的大量生长，出现能摄食丝状菌的裸口目旋毛科、全毛类原生动物及拟轮毛虫等。

(4)污泥从恶化恢复到正常。通过反应参数和环境的改变，活性污泥从恶化状态恢复到正常的过渡期常常有下列原生动物出现：漫游虫属、斜叶虫属、管叶虫属等，这些都属于慢速游泳或匍匐行进的生物。(5)污泥良好。易成絮体，活性高，沉降性能好。出现的优势原生动物为：钟虫属、累枝虫属、盖虫属、有肋盾纤虫属、独缩虫属、各种吸管虫类、轮虫类、寡毛类等这些均属于固着性种属或者匍匐性种属。3.1.2指示反应操作环境

(1)优势种属。①高负荷、曝气量相对不足时，小鞭毛虫占优势；②过短的水力停留时间，造成小的游泳型纤毛虫占优势；③非常高的负荷或存在难降解的物质时，出现小的裸变形虫和鞭毛虫；④大量出现匍匐性和固着性纤毛虫或有壳变形虫时，表明运行环境良好，处理效果好。⑤另外有研究证明，溶解氧不足易出现阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属等；⑥而过分曝气则出现肉足类及轮虫类；⑦有机负荷很低，出现硝化作用时，能观察到游仆虫属、旋口虫属、表壳虫属、鳞壳虫属及轮虫等；⑧在除氮污水厂，低负荷，长水力停留时间及高溶解氧的场合，有壳变形虫是最好的指示生物。

(2)形态变化在一定条件下，原生动物能分泌胶质并形成膜将虫体包围起来，形成孢囊。大多数孢囊用以保护虫体免受不利的环境因素(如温度不适，pH值变化，食料短缺等)的影响。待环境转好时，虫体能恢复活力，脱孢而出。同样，鞭毛虫的鞭毛在条件不利时，鞭毛消失，条件适宜时，又重新生出。当曝气池中溶解氧降低到1mg／L以下时，钟虫生活不正常，体内伸缩泡会胀得很大，顶端突进一个气泡，虫体很快会死亡；当pH值突然发生变化超过正常范围，钟虫表现为不活跃，纤毛环停止摆动，虫体收缩成团。所以虽然观察到钟虫数量较大，但虫体萎靡或变形时，则反映出细菌的活力在衰退，污水处理效果有变差的趋势。(3)生殖方式原生动物的生殖方式有无性生殖和有性生殖。

无性生殖即简单的细胞分裂，细胞核和原生质一分为二。在营养、温度、氧等环境条件良好的场合，原生动物就进行连续的无性生殖。当出现有性生殖(接合生殖)时，往往预示环境条件变差或种群已处于衰老期。4生物相观察与控制

在污水处理系统运行过程中,我们除了利用物理、化学手段来测定活性污泥性质外,还可以通过观察污泥的生物相来监视污水处理的运行状态,以便及早发现异常情况,及时采取适当的对策,保证运行稳定,提高处理效果。对污水处理系统的活性污泥生物相观察着重从如下几个方面观察。5.1生物活动的状态活性污泥中经常出现的丝状硫细菌,如发硫细菌，贝氏硫细菌等,对溶氧水平反应非常敏感。当水中溶解氧不足时能将水中的Ｈ2Ｓ氧化为硫,并以硫粒的形式积存于体内,而当溶解氧大于1ｍｇ/ｌ时,体内硫粒可被进一步氧化而消失。因此,可通过对硫细菌体内的硫粒的观察,间接地推测水中溶解氧的状况。在处理系统的环境不利于污泥中原生动物生存时,一般都会形成胞囊,这时原生质浓缩,虫体变圆收缩,体外围以很厚的被囊,以利度过不良条件。如在进水ＰＨ突变时,可见钟虫呈不活跃状态,纤毛环停止摆动,轮虫缩入被甲内；在进水中难以分解或抑制性物质过多以及水温过低时,可见钟虫体内积累有未消化颗粒并呈不活跃状态,长期下去会引起虫体死亡；5.2、同一种生物数量增减

对于运行正常的污水处理系统的活性污泥中的微生物种类、数量以及它们之间的数量比均保持相对恒定,在处理系统环境发生变化时,污泥中的微生物种类、数量以及它们之间的数量比会进行相应变化,以达到新的生态平衡,由此,我们可通过对污泥中的某种生物数量的变化来了解处理系统的运行状态。

污泥中出现球衣菌属、发硫菌属、诺卡氏菌属、各种霉菌等丝状微生物异常增长的生物相时,表明污泥将发生膨胀现象。丝状菌导致的污泥膨胀是因为丝状菌具有

①耐低营养

②耐低氧

③适合于高Ｎ/Ｃ污水的特性，在污水进水的ＢＯＤ:Ｎ或ＢＯＤ:Ｐ比例过高、ＰＨ值偏低，ＢＯＤ负荷高、小分子碳水化合物多、水温偏低、流入重金属等有毒物质时可引起丝状菌过量繁殖。出现絮体结构松散解絮时,细小的絮粒成为轮虫的充足食物,使轮虫恶性繁殖,数量急剧上升的生物相时,表明污泥老化,此时应采取增加排泥的措施。在生产实践中我们可观察污泥中的丝状细菌的数量和生长趋势,若有继续增多的趋势,应及时采取措施控制丝状细菌的生长、调整运行过程中的影响因素。

原生动物及轮虫类微型动物受有毒物质的影响比细菌更为敏感。因此,在生产运行过程中可采用观察微型动物的生物相判断有毒物质对活性污