人工生物处理构筑物中生物的宏观生长状态分析

赵红梅　吕艳菲　李燕

（德州市环境保护科学研究所山东德州253000）

人工生物处理构筑物中生物的宏观生长状态分析

赵红梅吕艳菲李燕

（德州市环境保护科学研究所山东德州253000）

我国经济增长迅速，使得工业得到了巨大的发展，同时却带来了严重的环境污染，大量的污水、固体废物、废气等排入到我们的生活环境中，严重的污染了生态环境。而对废弃物的处理方法也在不断的改进。本文主要讨论了目前对污水处理的主要人工构筑生物处理系统，其主要依赖于微生物的降解功能，相比传统的污水处理方法，能够更多的降低废水有机物和有害物质。

生物法；净化；微生物；构筑物

1引言

我国是一个淡水资源严重缺乏的国家，同时随着我们经济的增长，物质方面的需求不断提高，对水资源的要求也越来越高。目前，我国的工业水平相对较低，资源利用的效率低，进而对环境的污染带来了巨大压力，主要表现在对水体的污染[1]。在这样的背景下，也给污水处理厂、自来水厂的水质要求增加了压力。水体中主要的污染物为有机物和氨氮，而主要采取的方法为生物处理工艺，其中生物处理效率与微生物的生长代谢密切相关，因此，通过研究微生物特性对提高污水处理效率及工艺的运行管理有着重要的指导作用。随着对污水处理工艺的不断发展，工艺流程正向着简洁化、操作灵活化的方向发展，一些新的工艺层出不穷[2]。

2研究内容

2.1生物滤池

生物滤池的处理废水是通过在构筑物反应器中的滤料或者转盘上生长的生物膜的作用，逐步降解污水中的污染物而达到净化的目的。目前生物滤池的主要构筑形式有高负荷生物滤池、生物转盘和塔式生物滤池等[3]。

生物滤池中所使用的填料主要有陶粒、活性炭等。是由于该材料表面结构相对粗糙、不规则、比表面积大等优点，使其更容易吸附有机物，而且为微生物的生长提供更多的空间。

通过大量的研究发现，生物滤池中生物量与有机物的去除率之间有着特殊的关联，当滤池中生物量达到一定浓度后，生物量的多少已经不再是有机物降解的主要因素。以曝气生物滤池（BAF）和生物活性炭滤池（BAC）为例。

对曝气生物滤池（BAF）和生物活性炭滤池（BAC）中氨化菌、亚硝化菌、硝化菌数量的测定，滤池中三种菌的数量存在一定的差异，其中氨化菌的数量最多，亚硝化菌次之，硝化菌的数量最少。而这三种菌数量的变化与污水中有机物的含量有着密切的关系[4]。氨化菌为异养菌，在生物膜生长初期增长快速，能够将大量的有机氮转化为氨氮，而氨氮是亚硝化菌生长所需的营养物质，在该条件下亚硝化菌进入对数生长期。

在这个阶段，污水中的亚硝酸盐含量较低，因此硝化细菌的数量为最低。进一步的对该滤池理化指标的统计研究，结果表明曝气生物滤池（BAF）对氨氮和亚盐酸的去除效果更佳，是生物活性炭滤池（BAC）的2.5倍。在池内异养菌数量大，其分解有机物之后产生的无机碳源可作为自养菌的碳源，因此在曝气生物滤池（BAF）中异养菌、亚硝化菌、硝化菌等的协同作用发挥的更好，更有利于污染物的降解。而正是由于微生物之间的互利共生关系，才有了微生物逐渐生长的过程，也使得微生物能够对污水中污染物逐步、完全的降解。

2.2生物氧化塘

生物氧化塘是利用人工处理技术与自然降解能力相结合的污水处理技术。氧化塘能够保证污水在其构筑物中较长的停水时间，使得微生物能够有充足的时间对污染物进行氧化分解，直至稳定。氧化塘的应用有着悠久的历史，也为人类在污水处理方法的改进中提供了重要的指导作用。

氧化塘是目前处理污水有效的方法之一，而在目前水体污染严重、淡水资源缺乏的条件下，氧化塘的运行基建造价低、费用低廉、操作简单，而且对有机物、氨氮去除率高，使得氧化塘的技术也在不断的改进[5]。生物氧化塘的净化过程是十分复杂的，可概括为4个方面[6]：

2.2.1稀释、沉淀作用：污水进入氧化塘后，污水被稀释，进水稳定后逐渐开始沉淀，一些污染物伴随着沉淀作用降低了污染物浓度。

2.2.2化学作用：污水中的有机物在水中溶解氧的作用下发生氧化反应，进而降低了污水中的有机物浓度；

2.2.3微生物作用：在氧化塘内，可以菌藻共生，菌类氧化分解污染物所产生的CO2和无机盐，为藻类的生长提供了碳源和营养物质，保证了藻类的光合作用；同时藻类的进行光合作用产生氧气为菌类提供了好氧的生活条件，保证了有机物的好氧分解作用的连续性。

2.2.4浮游生物作用：在氧化塘内生存着多种生物，使得在塘内构成了一个复杂的水生生态系统，其中有有机物的分解者细菌，还有浮游生物、浮游植物、食草动物、食肉动物等，各自发挥这自身的特点和优势，一些生物还能作为氧化塘污水净化程度的指示指标，因此，在塘内形成了一个完整的生物循环过程。

2.3生物接触氧化池

生物接触氧化池依靠构筑物内添加的微生物载体，保证微生物的生物量以及种类。研究表明：在生物接触氧化池内含有大量的菌胶团，其余还有较多的丝状菌、钟虫、纤毛虫、线虫等后生动物。研究还发现，载体上附着形成的生物膜中微生物与污水中BOD负荷有着直接的关系。在高负荷条件下，生物膜会呈现出灰色到黑色的颜色变化；在中负荷条件下生物膜的颜色会表现为灰褐色；在低负荷时生物膜会变为褐色[7]。

随着对生物接触氧化法的深入研究，从生物组分来考虑，它是介于生物膜法与活性污泥法之间的一种工艺。在构筑物内部水的流动方式呈现为推流式，而在水流方向不同高度中所含的微生物种类和数量也表现不同，其中表现最为明显的为异养菌和硝化细菌。在实际应用中发现，构筑物内进水的负荷变化时，也会带来原有特征层次的变化。

通过生物相观察，了解微生物生长状态，采取适当措施，比如生物膜大片发黑时，采取适当延长水力停留时间、暂缓进水水量、加大曝气量等措施，对于维持微生物活性，保证出水水质长期稳定具有较大的意义[8]。

3研究结果

污水连续处理中的细菌生长状态跟具体的生物处理方法有关，不同的生物反应构筑物，细菌的生长状态可能不同，甚至在同一个构筑物中，不同位置的细菌生长状态不同，但要以某种状态为主。微生物的生长分为四个阶段，即停滞期、静止期、对数期和衰亡期[9-11]。

停滞期的特点：该时期的微生物不进行细胞分裂、增值等，数量没有明显变化，细胞开始合成新的成分，且变大或者变成，对外界的环境变化比较敏感。

指数期的特点：该时期的微生物生长速度最快，呈指数增长，细胞代谢旺盛。对于不同的菌种该时期的差异比较大，此外，营养物质、构筑物温度都会显著影响微生物的生长变化。该时期是对微生物进行代谢、生理研究的最佳时机。

稳定期的特点：微生物活细胞数保持不变，在整个系统中新生的细胞等于死亡的细胞，菌体的总数达到最高点。但在整个微生物系统中代谢能力开始下降，细胞的合成也相对缓慢，系统中不能提供足够的营养物质，而且代谢废物已积累到一定程度开始对微生物的成长产生抑制作用。

衰亡期的特点：细胞以指数速率死亡，有时细胞死亡速率降低是由于抗性细胞的积累；细胞变形退化。影响衰亡期的因素：与菌种的遗传特性有关：有些细菌的培养经历所有的各个生长时期，几天以后死亡，有些细菌培养几个月乃至几年以后仍然有一些活的细胞。与营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源，以及中和环境毒性，可以减缓死亡期细胞的死亡速率，延长细菌培养物的存活时间。

4结语

微生物的生物活性对于污水处理、土壤修复等微生物作用的工艺有着直接的影响，因此对于微生物在宏观状态下的生长状况的研究十分有必要。目前，人工生物处理构筑物，包括生物滤池、生物转盘、生物氧化塘、生物接触氧化、深井曝气、纯氧曝气、生物氧化沟等，微生物在这些有限的构筑物环境中生长，当营养物质供应不足、生存空间受限、环境条件的改变、构筑物自身参数的变化对微生物宏观生长状况产生很大的影响，而微生物所需的营养物正是由构筑物所提供，因此在未来的研究中应多集中于这些因素对微生物生长状况的影响。

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[2]吴永锋,钟佐燊,王继堂,等.生活污水快速渗滤处理现场试验研究[J].境科学学报,1996,16(3):282-286.

[3]吴振斌,周巧红,贺锋,等.构建湿地中试系统基质剖面微生物活性的研究[J].中国环境科学,2003,23(4):422-426.

[4]吴振斌,梁威,邱东茹,等.复合垂直流构建湿地基质酶活性与污水净化效果[J].生态学报,2002,22(7):1012-1017.

[5]卢晓岩，梁莹．浅谈人工湿地技术在城镇污水资源化中的适用性[J]．甘肃科技，2003，19(9)：72-73．

[6]张志杰等.生物氧化塘的净化特性中国给水排水,1989,5(1):33

[7]陈建兰,庄延珍,崔延龄.制浆污水表曝处理运行分析[J].福建环境,1996,(02).

[8]崔延龄.应用活性污泥表面曝气法处理制浆污水[J].环境工程, 1996,(02).

[9]凌霄,胡勇有,马骥.曝气生物滤池铝盐化学强化与生物协同除磷[J].环境科学学报,2006,26(3)：409-415．

[10]邹伟国,李正明,李春森,等．BIOSMEDI生物滤池处理微污染原水[J].给水排水，2002，28(2)：5-8．

[11]凌霄,胡勇有，马骥．曝气生物滤池铝盐化学强化与生物协同除磷[J].环境科学学报，2006，26(3)：409-415.

赵红梅（1983—），女，山东平原人，本科学历，主要从事环境影响评价工作。