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废水的微生物处理——微生物及其生化特性

废水生物处理是19世纪末出现的治理污水的技术,发展至今已成为世界各国处理城市生活污水和工业废水的主要手段。目前,国内己有近万座污水生物处理厂(站)投入运行。
生物化学处理法简称生化法,是利用自然环境中的微生物,并通过微生物体内的生物化学作用来分解废水中的有机物和某些无机毒物(如氰化物、硫化物),使之转化为稳定、无害物质的一种水处理方法。
1916年在英国出现了第一座人工处理的曝气池,利用人工培养的微生物来处理城市生活污水,开始了生化处理的新时代。由于生化法处理废水效率高、成本低、投资省、操作简单,因此在城市污水和工业废水的处理中都得到广泛的应用。生化法的缺点是有时会产生污泥膨胀和上浮,影响处理效果;该法对要处理水的水质也有一定要求,如废水成份、pH值、水温等,因而限制了它的使用范围,另外,生化法占地面积也较大。
属于生化处理法的有活性污泥法、生物过滤法、生物膜法、生物塘法和厌氧生物法等。
一、微生物及其生化特性
迄今为止,已知的环境污染物达数十万种之多,其中大量的是有机物。所有的有机污染物,可根据微生物对它们的降解性,分成可生物降解、难生物降解和不可生物降解三大类。
废水的生物处理就是利用微生物的新陈代谢作用处理废水的一种方法。微生物与其它生物一样,为了进行自身的生理活动,必须从周围环境中摄取营养物质并加以利用。这些营养物质在微生物体内,通过一系列的生物化学反应,使微生物获得需要的能量,同时微生物本身也得到繁殖、数量得到增加。在废水中存在着各种有机物和无机物。这些物质大部分都可以被微生物作为营养物质而加以利用。废水的生物处理实质就是将废水中含有的污染物质作为微生物生长的营养物质被微生物代谢、利用、转化,将原有的高分子有机物转化为简单有机物或无机物,使得废水得到净化。
作为一个整体,微生物分解有机物的能力是惊人的。可以说,凡自然界存在的有机物,几乎都能被微生物所分解。有些种类,如葱头假单胞菌甚至能降解90种以上的有机物,它能利用其中任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。有毒的氰(腈)化物、酚类化合物等,也能被不少微生物作为营养物质利用、分解。
半个多世纪以来,人工合成的有机物大量问世,如杀虫剂、除草剂、洗涤剂、增塑剂等,它们都是地球化学物质家族中的新成员。尤其是不少合成有机物的研制开发时的目的之一,就是要求它们具有化学稳定性。因此,微生物一接触这些陌生的物质,开始时难以降解也是不足为怪的。但由于微生物具有极其多样的代谢类型和很强的变异性,近年来的研究,已发现许多微生物能降解人工合成的有机物,甚至原以为不可生物降解的合成有机物,也找到了能降解它们的微生物。因此,通过研究,有可能使不可降解的或难降解的污染物转变为能降解的,甚至能使它们迅速、高效地去除。
化学结构与生物降解的相关性归纳起来主要有以下几点:
(1)烃类化合物
一般是链烃比环烃易分解,直链烃比支链烃易分解,不饱和烃比饱和烃易分解。
(2)主要分子链
主要分子链上的C被其他元素取代时,对生物氧化的阻抗就会增强,也就是说,主链上的其他原子常比碳原子的生物利用度低,其中氧的影响最显著(如醚类化合物较难生物降解),其次是s和N。
(3)碳氢键
每个C原子上至少保持一个氢碳键的有机化合物,对生物氧化的阻抗较小,而当C原子上的H都被烷基或芳基所取代时,就会形成生物氧化的阻抗物质。
(4)官能团的性质及数量
官能团的性质及数量对有机物的可生化性影响很大。例如,苯环上的氢被羟基或氨基取代,形成苯酚或苯胺时,它们的生物降解性将比原来的苯提高。卤代作用则使生物降解性降低,尤其是间位取代的苯环,其抗生物降解更明显。
(5)分子量大小对生物降解性的影响很大
高分子化合物,由于微生物及其酶难以扩散到化合物内部,袭击其中最敏感的反应键,因此使生物可降解性降低。
由于废水中污染物的种类繁多,相互间的影响错综复杂,所以一般应通过实验来评价废水的可生化性,判断采用生化处理的可能性和合理性。

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