人工生物處理構筑物中生物的宏觀生長狀態分析

趙紅梅　呂艷菲　李燕

（德州市環境保護科學研究所山東德州253000）

人工生物處理構筑物中生物的宏觀生長狀態分析

趙紅梅呂艷菲李燕

（德州市環境保護科學研究所山東德州253000）

我國經濟增長迅速，使得工業得到了巨大的發展，同時卻帶來了嚴重的環境污染，大量的污水、固體廢物、廢氣等排入到我們的生活環境中，嚴重的污染了生態環境。而對廢棄物的處理方法也在不斷的改進。本文主要討論了目前對污水處理的主要人工構筑生物處理系統，其主要依賴于微生物的降解功能，相比傳統的污水處理方法，能夠更多的降低廢水有機物和有害物質。

生物法；凈化；微生物；構筑物

1引言

我國是一個淡水資源嚴重缺乏的國家，同時隨著我們經濟的增長，物質方面的需求不斷提高，對水資源的要求也越來越高。目前，我國的工業水平相對較低，資源利用的效率低，進而對環境的污染帶來了巨大壓力，主要表現在對水體的污染[1]。在這樣的背景下，也給污水處理廠、自來水廠的水質要求增加了壓力。水體中主要的污染物為有機物和氨氮，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，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行管理有著重要的指導作用。隨著對污水處理工藝的不斷發展，工藝流程正向著簡潔化、操作靈活化的方向發展，一些新的工藝層出不窮[2]。

2研究內容

2.1生物濾池

生物濾池的處理廢水是通過在構筑物反應器中的濾料或者轉盤上生長的生物膜的作用，逐步降解污水中的污染物而達到凈化的目的。目前生物濾池的主要構筑形式有高負荷生物濾池、生物轉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構相對粗糙、不規則、比表面積大等優點，使其更容易吸附有機物，而且為微生物的生長提供更多的空間。

通過大量的研究發現，生物濾池中生物量與有機物的去除率之間有著特殊的關聯，當濾池中生物量達到一定濃度后，生物量的多少已經不再是有機物降解的主要因素。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、硝化菌數量的測定，濾池中三種菌的數量存在一定的差異，其中氨化菌的數量最多，亞硝化菌次之，硝化菌的數量最少。而這三種菌數量的變化與污水中有機物的含量有著密切的關系[4]。氨化菌為異養菌，在生物膜生長初期增長快速，能夠將大量的有機氮轉化為氨氮，而氨氮是亞硝化菌生長所需的營養物質，在該條件下亞硝化菌進入對數生長期。

在這個階段，污水中的亞硝酸鹽含量較低，因此硝化細菌的數量為最低。進一步的對該濾池理化指標的統計研究，結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。在池內異養菌數量大，其分解有機物之后產生的無機碳源可作為自養菌的碳源，因此在曝氣生物濾池（BAF）中異養菌、亞硝化菌、硝化菌等的協同作用發揮的更好，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系，才有了微生物逐漸生長的過程，也使得微生物能夠對污水中污染物逐步、完全的降解。

2.2生物氧化塘

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

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重、淡水資源缺乏的條件下，氧化塘的運行基建造價低、費用低廉、操作簡單，而且對有機物、氨氮去除率高，使得氧化塘的技術也在不斷的改進[5]。生物氧化塘的凈化過程是十分復雜的，可概括為4個方面[6]：

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

2.2.2化學作用：污水中的有機物在水中溶解氧的作用下發生氧化反應，進而降低了污水中的有機物濃度；

2.2.3微生物作用：在氧化塘內，可以菌藻共生，菌類氧化分解污染物所產生的CO2和無機鹽，為藻類的生長提供了碳源和營養物質，保證了藻類的光合作用；同時藻類的進行光合作用產生氧氣為菌類提供了好氧的生活條件，保證了有機物的好氧分解作用的連續性。

2.2.4浮游生物作用：在氧化塘內生存著多種生物，使得在塘內構成了一個復雜的水生生態系統，其中有有機物的分解者細菌，還有浮游生物、浮游植物、食草動物、食肉動物等，各自發揮這自身的特點和優勢，一些生物還能作為氧化塘污水凈化程度的指示指標，因此，在塘內形成了一個完整的生物循環過程。

2.3生物接觸氧化池

生物接觸氧化池依靠構筑物內添加的微生物載體，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含有大量的菌膠團，其余還有較多的絲狀菌、鐘蟲、纖毛蟲、線蟲等后生動物。研究還發現，載體上附著形成的生物膜中微生物與污水中BOD負荷有著直接的關系。在高負荷條件下，生物膜會呈現出灰色到黑色的顏色變化；在中負荷條件下生物膜的顏色會表現為灰褐色；在低負荷時生物膜會變為褐色[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。在構筑物內部水的流動方式呈現為推流式，而在水流方向不同高度中所含的微生物種類和數量也表現不同，其中表現最為明顯的為異養菌和硝化細菌。在實際應用中發現，構筑物內進水的負荷變化時，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，采取適當措施，比如生物膜大片發黑時，采取適當延長水力停留時間、暫緩進水水量、加大曝氣量等措施，對于維持微生物活性，保證出水水質長期穩定具有較大的意義[8]。

3研究結果

污水連續處理中的細菌生長狀態跟具體的生物處理方法有關，不同的生物反應構筑物，細菌的生長狀態可能不同，甚至在同一個構筑物中，不同位置的細菌生長狀態不同，但要以某種狀態為主。微生物的生長分為四個階段，即停滯期、靜止期、對數期和衰亡期[9-11]。

停滯期的特點：該時期的微生物不進行細胞分裂、增值等，數量沒有明顯變化，細胞開始合成新的成分，且變大或者變成，對外界的環境變化比較敏感。

指數期的特點：該時期的微生物生長速度最快，呈指數增長，細胞代謝旺盛。對于不同的菌種該時期的差異比較大，此外，營養物質、構筑物溫度都會顯著影響微生物的生長變化。該時期是對微生物進行代謝、生理研究的最佳時機。

穩定期的特點：微生物活細胞數保持不變，在整個系統中新生的細胞等于死亡的細胞，菌體的總數達到最高點。但在整個微生物系統中代謝能力開始下降，細胞的合成也相對緩慢，系統中不能提供足夠的營養物質，而且代謝廢物已積累到一定程度開始對微生物的成長產生抑制作用。

衰亡期的特點：細胞以指數速率死亡，有時細胞死亡速率降低是由于抗性細胞的積累；細胞變形退化。影響衰亡期的因素：與菌種的遺傳特性有關：有些細菌的培養經歷所有的各個生長時期，幾天以后死亡，有些細菌培養幾個月乃至幾年以后仍然有一些活的細胞。與營養物質和有毒物質有關：補充營養和能源，以及中和環境毒性，可以減緩死亡期細胞的死亡速率，延長細菌培養物的存活時間。

4結語

微生物的生物活性對于污水處理、土壤修復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下的生長狀況的研究十分有必要。目前，人工生物處理構筑物，包括生物濾池、生物轉盤、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筑物環境中生長，當營養物質供應不足、生存空間受限、環境條件的改變、構筑物自身參數的變化對微生物宏觀生長狀況產生很大的影響，而微生物所需的營養物正是由構筑物所提供，因此在未來的研究中應多集中于這些因素對微生物生長狀況的影響。

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[11]凌霄,胡勇有，馬驥．曝氣生物濾池鋁鹽化學強化與生物協同除磷[J].環境科學學報，2006，26(3)：409-415.

趙紅梅（1983—），女，山東平原人，本科學歷，主要從事環境影響評價工作。