重要的微生物在污水细菌和真菌

细菌是最重要和最大的组件的所有生物废水处理过程中微生物群落。根据生物过程和pH值,细菌的数量浓度是不同的,与活性污泥(骨料的健康需氧细菌生活在殖民结构称为絮体)的最大浓度的细菌数量。细菌的大小范围从大约0.5到5 ^ m和四大之一的形状:球体(球菌),直棒,弯曲的杆(弧菌)和螺旋(螺旋状菌)。他们单独出现,成对,包,或链。细菌分为两大类:异养生物(利用有机物作为能源和碳源合成)和自养生物(使用无机事项能源和二氧化碳的碳源)。异养生物可以进一步细分为三类:有氧(使用免费氧分解有机物),厌氧分解有机物(使用没有免费的氧气),和兼性(繁荣的在有氧和无氧环境)。

需氧细菌需要免费溶解氧分解有机物质方程(2.2):

需氧菌

有机物+ O2 b需氧菌+二氧化碳+水+能量

微生物反应是催化,这意味着细菌作为催化剂也产生的反应。需氧细菌等生物废水处理过程中主要活性污泥和滴过滤器和其他生物过程,利用自由氧的生物化学。生物化学需氧有机物的生物转化是一个有效的和快速的过程,生产最终产品高度氧化的化合物如二氧化碳和水。

好氧细菌的新陈代谢远远高于厌氧细菌。这增加意味着减少90%生物体有氧代谢的需要相比厌氧过程,或者治疗更少的时间完成90%。这提供了许多优点,包括更高比例的有机去除。需氧细菌生活在絮体在悬架的机械作用用于氧气引入到污水。这机械作用使有机物在生物处理的絮状物。消化后,重力澄清器分离和落定絮状物。

厌氧细菌生存和繁殖在缺乏自由氧。他们利用硫酸盐和硝酸盐等物质能量,和它们的新陈代谢就会大大降低。为了删除一个给定的有机物在厌氧环境中,有机物必须暴露于更高数量的细菌和/或更长一段时间。代表用于厌氧细菌的化粪池。废水厌氧细菌的新陈代谢较慢,要求举行数天甚至为了实现名义有机物减少50%。使用厌氧过程的优点是,不需要机械设备。厌氧细菌释放硫化氢和甲烷气体,这两个可以创造危险的条件。下面的反应代表了在污水处理厌氧转换由厌氧菌常见(方程2.3和2.4):

厌氧生物

有机物+ 3号b厌氧菌+ CO2 + N2 +硝酸盐、能源利用有限的氧气或厌氧菌

有机物+ b共同厌氧菌+ CO2 + H2S +硫酸能源利用有限的氧气。厌氧细菌活动主要是成立于消化污泥和污水处理池。厌氧过程通常是低效和生化反应通常缓慢而产生复杂终端产品其中一些发出一个令人讨厌的气味。在食品和农业污水处理,蛋白质通常退化的厌氧转化为氨基酸和二氧化碳(如有氧降解)、H2、醇、有机酸、甲烷、硫化氢、酚、吲哚。

大部分的细菌吸收有机物在废水处理系统在本质上是兼性。个人的本质兼性细菌取决于他们生活的环境。通常,兼性细菌如大肠杆菌将厌氧除非有某种类型的机械或生化过程用于添加氧气废水。当细菌在转移的过程中从一个环境到另一端,厌氧好氧状态的变形(反之亦然)在几小时内发生。常见细菌生物废水处理过程中发现的列在表2.1中。

使用葡萄糖作为有机物质和公式C5H7O2N代表微生物的组成、基本有机生物转化带来的需氧菌在生物污水处理厂可能由以下方程(2.5):

C6H12O6 3.5 + 0.5 nh + 4 b C5H7O2N + co2 + 5 h +水+ 0.5

许多细胞成分的研究表明,细菌是由80%的水和20%的干物质;大约90%的干物质在细菌中是有机的。C5H7O2N常用的近似公式表达了生化反应;然而,制定C60H87O23N12P磷被认为是时也可以使用。的无机化合物硫磷细胞约50%,15%,11%的钠、钙9%,铁8%镁、钾、6%和1%。所有这些无机元素所需微生物的增长,因为它们都来自于环境,缺少的吗

表2.1。常见的生物在生物废水处理(不含飞)。

物种	类型	过程
无色菌	细菌	生物膜和活性污泥
不动杆菌	细菌	生物除磷
产碱杆菌属	细菌	生物过滤器、活性污泥和污泥
		消化池
红蚯蚓	后生动物	污泥生物过滤器和治疗
摇蚊属	后生动物	稳定的池塘和污泥
甲壳纲动物	后生动物	稳定的池塘和活性污泥
水蚤	后生动物	活性污泥和池塘
脱磷孤菌属	细菌	污泥消化器
黄杆菌属	细菌	活性污泥生物过滤器,污泥消化池
高	细菌	生物除磷
地丝菌属	真菌	活性污泥和生物膜
Gordonia	细菌	活性污泥
微球菌	细菌	活性污泥和生物膜
Microtrix	细菌	活性污泥
硝化菌属	细菌	硝化作用
亚硝化单胞菌	细菌	硝化作用
PAO	细菌	生物除磷
假单胞菌	细菌	反硝化作用
轮虫纲	后生动物	活性污泥
球衣细胞属	细菌	活性污泥
•
水丝蚓	后生动物	生物过滤器
钟形虫	原生动物	所有需氧过程和池塘
菌胶团	细菌	活性污泥和生物膜
ramigera

这些元素会导致发育不良或改变增长道路。pH值的环境也很重要微生物的活动。大多数细菌不能容忍pH值高于9.5或低于4.0。的最佳pH值值范围的最佳生长细菌位于6.5和7.5之间。

真菌是一群微小的中非光合植物包括酵母和霉菌。酵母广泛应用于食品行业酝酿和烘焙和模具是丝状真菌,高等植物有相似之处与分支结构,fractallike增生。与细菌真菌往往竞争不利地营养,所以它们的数量很低,除了当pH值较低,因为酸性条件有利于真菌的生长。模具等真菌骚扰行为在许多生物废水过程中,因为他们的丝状自然,干扰絮状物沉淀在絮凝和沉积盆地。

大多数的丝状微生物是细菌,尽管其中一些被归类为藻类,真菌或其他生命形式。有许多类型的丝状细菌的增殖在活性污泥法。丝状微生物执行多个不同的角色在这个过程中,有些是有益的,有些是有害的。当丝状微生物在低浓度在这个过程中,他们加强絮状物粒子。这种效应降低了剪切量的机械作用增加曝气池,并允许絮状物粒子的大小。较大的絮状物粒子在澄清器更容易解决。较大的絮状物粒子沉降澄清器也倾向于积累小颗粒(表面吸附)结算,生产高质量的废水。相反,如果丝状微生物达到浓度过高,他们可以从絮状物粒子大大扩展和领带絮状物粒子间(in-terfloc桥接),甚至形成超大规模的丝状垫。由于表面积增加质量没有相应的增加,活性污泥不会解决。这将导致更少的固体分离的固体材料,可能会导致全军覆没的系统。此外,气泡可以被困在垫子上,导致浮动,导致一个浮动的泡沫垫。由于高表面积的丝状细菌,一旦达成过度集中,他们可以吸收更高比例的有机物和抑制更理想的生物的生长。

藻类

栖息在所有水体藻类进行光合作用的真核生物。只有两种情况下,藻类参与废水:滴过滤器和稳定债券。只有稳定池塘利用藻类处理废水。藻类的独特的特征是他们利用光合作用产生能量通过叶绿素(导致绿色植物绿色)。藻类的主要群体是绿藻中发现水生环境。蓝藻是原核生物。

42食品和农业废水利用率和处理原生动物和后生动物

在污水处理系统中,下一个更高的生命形式高于细菌原生动物。这些单细胞动物执行活性污泥过程中三个重要角色:絮凝,裁剪的细菌,去除悬浮物质。原生动物也是生物健康和水质指标。因为原生动物比单个细菌规模更大,识别和特征很容易执行。四个主要的原生动物已确定:Mastigo-phora,肉足纲,Sporazoz, Ciliata。Ciliatae是最大和最重要的原生动物在生物废水处理,他们以细菌和援助bioflocculation和澄清。后生动物非常类似于原生动物除外,他们通常是多细胞动物。Macro-invertebrates如线虫和轮虫通常发现,只有在一个成熟的生物质。原生动物和meta-zoans和某些物种的相对多度可以预测污水处理厂内操作更改。这样,污水处理厂操作员能够做出调整是基于观测的原生动物和后生动物人口的变化以减少操作的负面效应。

微生物在生物废水处理中的作用

的作用微生物在废水治疗随特定生物过程和环境微生物。活性污泥法的操作通常BOD减速器,絮体的活性污泥法的本质特征包括微生物、有机物、无机胶体材料,和更大的颗粒。絮体的结构提供一定的优势,因为他们不仅作为殖民地BOD去除代理细菌还陷阱等可溶性和不可溶性BOD之前,他们很容易被胞外水解酶被微生物吸收和代谢。另一个重要功能活性污泥是其重要的角色在促进良好的二次结算沉积坦克或盆地。

在滴过滤器,微生物在废水处理的作用是在黏液层(称为生物膜),坚持支持媒体的表面也被称为过滤介质。滴滤池是一种生物废水处理系统,由一个政治circu床粗糙的石头和塑料,不断受到流出的废水流从一个开销,旋转分配器。污水中的细菌附着于有机物分解的铺垫材料。Slime-producing细菌,如z ramigera,经常发起的形成和生物膜的增厚。然而,许多其他生物造成进一步的殖民的立体型结构的生物膜的外层,通常,真菌和去除BOD的废水。这是,至少在生物膜生物量的组成方面,相比之下的活性污泥,藻类和真菌的存在和作用是微不足道的。滴过滤器的设计也使氧气的质量传递过程的限制,可溶性有机物和代谢物质。这是一个更严重的问题时,生物膜的厚度是相当大的足以影响有机物生物降解的。

厌氧消化是一个较慢的降解过程有机物的厌氧和兼性细菌,通常是在不断进行搅拌釜反应器(装运箱)以暂停不溶性有机物质。反应堆通常有几天的停留时间,美联储浆的固体。反应堆的终端产品通常是固体(金额低于提要),二氧化碳和甲烷。两组细菌;nonmethanogenic组成的一组细菌把有机物转化为简单的化合物,如有机酸、二氧化碳和氢气,和第二组,名叫meth-anogenic细菌,将代谢产物转化为甲烷。这两组之间的相互依存的细菌培养一个微妙的关系,可以很容易地与一些变化同步一般环境参数如博士脆弱的联盟的细菌在这些系统中导致厌氧消化器的操作困难。

废水稳定塘的角色,一个浓缩的自然生态系统,另一方面,更为复杂,尽管它简单的外观和操作物流。它有不同物种的生物区,包含几个完整的养分回收:碳、氮和硫。根据池塘的主要目的,他们可以分为三个基本组:厌氧、兼性和成熟。微生物居住在这些社区相差很大的优势种的池塘。一般来说,越高生化需氧量是在这些池塘,物种多样性越低。

44食品和农业废水利用微生物代谢和治疗

微生物能源发电

微生物消耗能源的增长,繁殖和维护(任务,如运动性、运输材料的细胞,和合成新的细胞材料)。的能量是来自物理源(光)或化学源(基质的分解)。它是由微生物代谢转化成生物可利用的能量和存储在微生物化学形式的化合物称为腺苷5 '三磷酸腺苷(ATP)。它由腺苷分子与三个无机磷酸盐分子通过磷酰债券。这些债券的能量来源是微生物活动因为这些债券的形成需要大量的能量和键的水解释放能量,可以利用微生物。ATP生产之间的反应是通过腺苷5 '磷酸氢盐(ADP)和无机磷酸盐导致新的磷酰键ATP。ATP一旦形成,它可以存储在细胞和用作水解所需的磷酰键。两种类型的ATP磷酸化反应形式:作用物水平和oxida-tive。某些细菌的作用物水平磷酸化是特别重要的增长,缺乏自由氧。厌氧微生物合成ATP专门用一个6无机磷酸盐化合物的酶反应(基质)。 The other source of the microbial energy generation can be viewed as a biological redox half-reaction of NAD(P)H and NADH with nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) and its phosphorylated product of NADP+ as acceptors for electrons. The oxidation of NADH and NAD(P)H releases energy to synthesize ATP. For example, oxidation of one mole of NAD(P)H helps yield three mole of ATP.

吸收基质微生物细胞

微生物生长需要将废水中的基质细胞内的利用率。并不是所有的有机颗粒或可溶性固体可以穿透刚性,疏水性细菌的细胞壁。只有小疏水分子能渗透细胞膜无助的。一些种类的微生物能分泌细胞外酶,水解更大的分子分解成更小的溶胶支持分子可以进入细胞。任何形式的基质和细胞之间的密切接触提高酶分解,如滴过滤器和的情况下活性污泥工艺。

如果底物分子的浓度高于浓度在细胞壁和细胞内,小疏水性底物分子能渗透通过微生物的细胞壁分子扩散机制。这种扩散传质机制类似于合成膜分子的传质。然而,大多数的衬底运输依赖于一个更积极的形式的质量传输,需要能量。如前所述,ATP包含能源丰富的磷酰债券可以被水解,释放大量的能量。因此,ATP水解是一个放能反应。然而,从水解释放的能量以热的形式。而是用于驱动耦合生物反应需要能量来完成(这些反应称为吸能反应)。ATP能量的一部分用于基板的主动运输。这种类型的活性基质的大规模运输需要一群载体酶称为通透酶(一个词结合渗透和后缀作为酶)。substrate-selective透性酶,因此吸收的基质在废水往往透性酶的数量限制。 The permease-assisted substrate transport overcomes the limit associated with the requirement of concentration gradient across the cell wall of molecular diffusion. It is not unusual to have internal substrate concentration inside the bacterial cell up to a thousandfold higher than the level in the wastewater. This is also the reason why the microorganisms can live in low-BOD environments such as rivers and oceans.

氧化的有机和无机基质

有机物在废水不直接氧化成二氧化碳和水,因为没有节能机制适应释放大量的能量产生的氧化反应与CO2和H2O作为终端产品。相反,它们是氧化在小步骤。这通常涉及转移衬底的一个电子被氧化一些受体分子,将减少。主要的电子受体(有时也称为氢受体由于每除电子有一个同时失去质子和最终的结果是失去一个氢原子)在微生物细胞两个载体分子称为吡啶核苷酸:NAD和辅酶ii。当他们进行氧化还原反应,释放的能量从氧化的NAD和辅酶ii帮助合成ATP。微生物获得他们所需减少等价物从氧化的有机物被称为能源有机营养菌(包括photoorganotrophs在内的能量来自阳光进行光合作用和化能有机营养物,从有机化合物氧化生成能量)。

许多微生物也能氧化无机材料。这些微生物被称为无机生物。细菌获得能量从无机化合物的氧化耦合的能量释放ATP合成通过电子传递链称为化能无机营养物。这些无机生物获得能量直接从阳光也被称为photolithotrophs。有许多潜在的无机能源,包括H2、NH3、金属离子(如价),和硫废水的生化反应。

继续阅读:硝化作用

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