活性污泥法中的生物作用

陈燕飞

（太原师范学院生物系，山西 太原 030012）

0 引言

污水生物学处理具体来说是通过微生物所产生的酶，氧化分解有机物，从而使水得到净化。其中起主要作用的是细菌，污水中可溶性的有机物直接被菌体吸收，固体和胶体等不溶性有机物先附着在菌体外，由菌细胞分泌的胞外酶分解成可溶性物质，再被菌体吸收，通过微生物体内的氧化、还原、分解、合成等生化作用，把一部分有机物转化成微生物自身组成物质，另一部分有机物被氧化分解为二氧化碳、水等简单的无机物，从而使污染物质得到降解。目前常用且效果较好的污水处理方法是好氧活性污泥法[1]。

污水进入曝气池后，用机械或人工的方法连续鼓入空气，经过一段时间，水中形成一些褐色絮状泥粒，即所谓活性污泥。其主体部分是一些好气性微生物，对污水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力，并以有机物为养料不断增殖。活性污泥和污水的混合液离开曝气池以后，在沉淀池中沉淀，分离出来的水即为净化的水，排放出去。活性污泥除因增殖需排放出一部分多余的以外，其余的回流到曝气池，如此循环运行。活性污泥法的净化效率很高，它对生活污水中有机物和悬浮物的去除率均达95%左右，但所产生的污泥量较大，有待进一步处理，运行中还容易出现污泥膨胀现象。

1 好氧活性污泥净化废水的作用机理

好氧活性污泥的净化作用类似于水处理工程中混凝剂的作用同时能吸收水中的溶解性污染物。它是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，有生物“活性”，可以连续反复作用。

活性污泥绒粒中微生物之间的关系是食物链的关系。好氧活性污泥绒粒吸附和生物降解有机物的过程像接力赛，其过程分三步：第一步在有氧的条件下，活性污泥溶粒中的絮凝性微生物吸附水中的有机物；第二步是活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时，微生物合成自身细胞。废水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间代谢物被另一群细菌吸收，进而无机化；第三步是其他微生物吞食未分解彻底的有机物[2]。

活性污泥是活性污泥处理系统中的主体作用物质，在废水生物处理中，不论采用何种方法处理构筑物及何种工艺流程，都是通过处理系统中活性污泥或生物膜微生物的新陈代谢作用，使活性污泥具有将有机污染物转化为稳定无机物的活力，在有氧的条件下，将废水中的有机物氧化分解为无机物，从而达到废水净化的目的。处理后出水水质的好坏同组成活性污泥的微生物的种类、数量及其活性有关。

2 好氧活性污泥中的微生物

活性污泥是由细菌、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茶褐色的絮凝体。其中的微生物主要由细菌组成，细菌主要有菌胶团细菌和丝状菌，数量可占污泥中微生物总量的90%～95%，细菌在有机废水的处理中起着最重要的作用。此外，活性污泥中还有原生动物和后生动物等微型动物[3]。

1）细菌。细菌是单细胞生物，如球菌、杆菌和螺旋菌等。它们在活性污泥中种类多、数量大、体积微小，具有强的吸附和分解有机物的能力，在污水处理中起着关键作用。在活性污泥培养的初期，细菌大量游离在污水中，但随着污泥的逐步形成，逐渐集合成较大的群体，如菌胶团、丝状菌等。菌胶团是细菌及其分泌的胶质物质组成的细小颗粒，是活性污泥的主体，污泥的吸附性能、氧化分解能力及凝聚沉降等性能均与菌胶团有关。菌胶团有球形、分枝状、蘑菇形、垂丝形等。球衣细菌碳素营养需求量较大，常因有大量碳水化合物的存在，使它们过快地繁殖引起污泥膨胀，故分解有机物的能力强；白硫细菌能分解含硫化合物；硫丝细菌是一种常见丝状细菌，大量繁殖时可使污泥松散，甚至引起污泥膨胀。

2）真菌。真菌具有单细胞和多细胞两种形态。单细胞真菌多呈圆形或椭圆形，常见的有酵母菌，多细胞真菌呈丝状，统称霉菌。

3）原生动物。生物处理中，主要的原生动物有肉足虫类，鞭毛虫类，纤毛虫类等。其中的纤毛虫类原生动物与废水处理的关系最为密切。

4）后生动物。又称多细胞动物。主要有轮虫，线虫等。

5）藻类。是一种单细胞或多细胞的植物，富含蛋白质，脂肪等营养物质。藻类细胞内有叶绿素，能进行光合作用，利用二氧化碳合成细胞质，放出氧气，这样，活性污泥在不同营养，供氧，温度及pH等条件下，形成由最适宜增殖的絮凝菌为中心，与多种多样其他微生物集居所组成的一个生态系。

3 微生物的作用及达到的效果

3.1 细菌

细菌又分为菌胶团细菌和丝状细菌。

3.1.1 菌胶团细菌的作用

1）菌胶团细菌是构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则使有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。

2）保护作用，细菌形成菌胶团后可防止被微型后生动物所吞噬。

3）有很强的吸附，氧化分解有机物的能力，并为原生动物和微型后生动物提供良好的生存环境。

4）有很好的沉降性能，使混合液迅速完成泥水分离。

5）为原生动物，微型后生动物提供附着场所。

6）具指示作用，通过颜色，透明度，数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。新生菌胶团的颜色浅，无色透明，结构紧密，说明其生命力旺盛，吸附和氧化能力强。老化的菌胶团颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。

3.1.2 丝状菌的作用

丝状菌同菌胶团细菌一样，是活性污泥中重要的组成部分。丝状菌在活性污泥中可交叉穿织在菌胶团之间，或附着生长于絮凝体表面，少数种类可游离于污泥絮绒粒之间。丝状细菌具有很强的氧化分解有机物的能力，起着一定的净化作用，某些情况下，它在数量上可超过菌胶团细菌，使污泥絮凝体沉降性能变差，严重时即引起活性污泥膨胀，造成出水质量下降。

3.2 真菌

真菌在正常的活性污泥中不占优势，但是在细菌受到抑制环境中，真菌代替细菌而繁殖。某些含碳较高或pH值较低的工业废水处理系统中，或者大量接受工业废水的城市污水的活性污泥中产生真菌类的情况较多。活性污泥中的真菌多为丝状真菌，若丝状真菌显著增长，则活性污泥的沉降性能恶化，引起污泥膨胀。

3.3 原生动物

3.3.1 原生动物在提高水质方面的作用

促进细菌的絮凝作用，提高细菌的沉淀效率。原生动物特别是固着型原生动物迅速沉降，在沉淀过程中会把细菌裹起来或粘附在其分泌物上，从而提高了细菌的去除效率。原生动物捕食细菌，游离的细菌几乎都被去除。由于原生动物捕食使细菌密度大为下降，不仅提高了细菌的活动能力，而且还提高了对可溶性有机物的摄取能力。原生动物的分泌物使细菌活化，原生动物本身也摄取可溶性有机物，原生动物和一般细菌一起共同摄取病原微生物。

3.3.2 在降低剩余污泥方面的作用

原生动物可以使污水中的可溶性有机物减少，也就是说这些原生动物对降低BOD值（生化需氧量，单位体积水中耗氧有机物生化分解过程所消耗的氧量）或COD值（化学需氧量，在一定条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量）起着有利的作用，而且由于原生动物的捕食作用使细菌数量减少很多。所以，原生动物直接或间接地对可溶性有机物的降解起了作用。

3.3.3 促进絮凝和沉淀作用

污废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用，然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在，由原生动物分泌一定的粘液协同和促使细菌发生絮凝作用。原生动物能促进细菌发生絮凝作用。固着型纤毛虫本身有沉降性能，加上和细菌形成絮体，更完善泥水分离作用。

3.4 后生动物

后生动物主要有轮虫和线虫等。轮虫以吞食有机物颗粒、细菌、藻类以及小的原生动物为主，要求较高的溶解率。线虫的出现表示污泥已培养成熟。另外，原生动物和后生动物在污水生物处理和水体污染及自净中起到指示作用。

1）根据原生动物和微型后生动物的演替及活动规律判断水质和污水处理程度及活性污泥培育成熟程度。

2）根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。

3）根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质和运行中出现的问题。

3.5 微型藻类

在污水处理中可采用适当的方法采收藻类，以达到去除氮、磷的目的，藻类光合作用释放的氧又可供细菌氧化分解有机物。

4 好氧活性法存在的问题

用活性污泥法处理废水的过程中，有时会发生泥水分离困难，池面飘泥严重，出水水质极差的现象。经研究认为活性污泥的膨胀是由丝状细菌和非丝状细菌引起的污泥膨胀。

4.1 丝状菌污泥膨胀

正常的活性污泥结构较稠密，菌胶团生长良好，沉降和浓缩性能良好。从污泥的结构来看，活性污泥絮状体是由菌胶团和丝状菌组合而成。丝状菌犹如絮状体的骨架，菌胶团粘结在骨架上，微型动物也附生其上。正常的污泥它们两者之间有一个适当的比例关系。如果丝状菌生长繁殖过多，菌胶团的生长繁殖将受到抑制，众多的丝状菌伸出污泥表面，使絮体松散，沉淀性能恶化，污泥体积膨胀，污泥沉降体积及污泥体积指数均很高，发生丝状菌性污泥膨胀[4]。这种情况占发生污泥膨胀的大多数，通常所说的污泥膨胀就是指这种丝状膨胀。

4.2 非丝状菌污泥膨胀

这种膨胀的活性污泥中没有大量的丝状菌，但含过量的结合水，正常的污泥结合水为90%左右，而这种类型的污泥结合水可达380%，因含有大量的水分，体积膨胀，而使污泥比重减轻，压缩性能恶化。这种膨胀是由于在活性污泥体积外积蓄高粘性多糖物质而形成的，这种膨胀外观体积显著增大，丝状菌很少甚至看不到[5]。

5 控制活性污泥膨胀的对策

解决活性污泥丝状膨胀的问题，根本的是要控制引起丝状微生物过度生长的环境因子。可增加污泥比重或杀死过量的丝状菌；改变曝气池结构；控制曝气池的溶解率；控制有机负荷；避免污泥的早期消化；调整废水的营养配比等。

［1］杨颐康等.微生物学［M］.北京：高等教育出版社，1997：18-24.

［2］李军，杨秀山等.微生物与水处理工程［M］.北京：化学工业出版社，1999：55-87.

［3］黄修理等.微生物学［M］.北京：高等教育出版社，2002：123-168.

［4］杨跃平，徐新华等.废水处理工程纪实分析［M］.北京：化学工业出版社，2001：231-245.

［5］周群英，高廷耀.环境微生物学［M］.北京：高等教育出版社，1998：188～196.