生活污水生物处理技术的研究及探讨

-1-生活污水生物处理技术的研究及探讨作者：黄晞晔指导老师曾国寿摘要人生活离不开水，但人生活产生的污水已经成为环境污染的一大问题。本项实验从1999年6月至2000年11月。作者曾到污水处理厂实习，回校后进行了一系列科学小实验。本项实验设计了不同曝气组，结合显微观察、显微摄像等，研究了污水中微生物及藻类的种类出现、分布和变化情况，及其与有机质的相互关系，从而研究了提高生活污水处理效率的途径。实验结果与分析如下：（1）污水中的有机质是藻类和微生物的生存基础，而藻类和微生物的生命过程也消耗分解有机质。（2）水中先出现细菌，而后光合自养的藻类，以细菌、藻类等为食的原生动物、后生动物相继出现。整个混合型生物群落及其复杂的食物链关系，是生物方法处理生活污水的基础。（3）曝气是活性污泥法处理生活污水的必要条件。它为污水中生物的生长提供了充足的氧气，大大加速了有机质的分解。通过活性污泥法处理的水，可回流应用于城市绿化、道路冲洗等方面，即将变为现实。生活污水的有效处理，既保护了环境，又节约了水资源，有利于水资源的充分合理化利用。关键词：生活污水微生物曝氧我们都知道，人的生活离不开水，由此产生的生活污水，也逐渐成为环境污染的一大问题。如今的污水处理，大多采用的是物理、化学的方法，尽管也能起到处理污水的效果，但是在处理过程中也难免会产生一些无用的废物，例如污水处理后残留在其中的化学药品等等，它们不仅无用，还有可能对环境造成新的污染。因此，笔者认为利用生物自身的能力来分解污水中的有机质，进而达到以生物方式处理污水，把处理过程中造成的二次污染尽可能降低的目的.应该成为污水处理技术的发展方向。今年暑假，我们参加了厦门市中学生生物夏令营，听取了污水处理厂章老师做的关于用生物方法处理污水的报告，并到污水处理厂进行了为期三天的参观学习。在这一过程中，我们对生活污水的生物处理法有了进一步的了解，并在这一方面进行了一些调查、研究和一系列的科学小实验。一.实习在为期三天的进厂学习过程中，我们参观了解了污水处理的流程，进入实验室初步了解了污水成分的分析方法，并学习观察、计算活性污泥中微生物的种类和数量的方法。二.实验材料和过程1.材料：A直接取自污水处理厂初沉池的水（全市的生活污水在这里汇集后只经过初步沉淀，保留了绝大部分原有成分）、B某个家庭的洗澡水、C金鱼缸里含有金鱼粪便的水2.器具：气石、空气压缩机、定时器、微量吸液管、自制的2cm2生物计数框（框内20行，每行1mm）以及显微镜。三.实验设计实验分为两阶段，第一阶段以A为实验对象，重复实验三次：第二阶段以B、C为实验对象，实验一次。分别进行观察记录。每个阶段过程如下：-2-1.取水样2.分组我们把上面取得的水样分成a、b、c、d四组，以便实验过程中的研究与对照。3.曝氧以气石和空气压缩机为充氧设备，分别对已被分成四组的污水曝氧。具体情况如下表：组别曝氧时间长度（小时/天）备注a24b12c6d0该组作为对照用4.观察与记录每隔2~3天观察一次各组污水中微生物的种类和数量情况，并记录下来。观察时先停止曝氧2~3分钟，待水中物质稍沉淀后从每个实验组中取水样1滴（约为0.01ml），制成临时装片。以样框为单位进行观察。并记录下观察结果。包括微生物的种类、数量以及分布情况等。四.结果和分析下面以A水样为例进行讨论.1.水中的悬浮物和沉积物在曝氧过程中，比较a、b、c、d四组可以发现，b组的水始终保持较为澄清的状态，但瓶底有少量褐色沉淀，a、c、d三组的水色明显变绿，经观察发现有大量藻类存在其中。由肉眼观察，在d组的水中混有的绿色藻类最为突出，它们呈絮状分布。水中有絮状物在曝氧过程中逐渐长大，直至变大或聚集而沉淀。a组的绿色藻类多呈点状附着在容器壁和容器底，絮状物则较不明显，但容器底有明显的绿色沉淀。2.藻类和微生物显微镜观察发现，在各组的实验过程中，均是先出现小型藻类，后出现大型藻类，包括栅藻、舟型藻、颤藻、丝藻和毛枝藻等（见表1）而不同的曝气时间产生的藻类数量也有所不同，如a组舟型藻较多，到后期出现大量颤藻、丝藻；b组只有少量的舟形藻、颤藻；c组舟形藻、栅藻、毛枝藻等均有出现。d组各种藻类均有出现,大型藻类少.在出现藻类的同时，还伴有微生物的产生。本次实验过程中共有36种微生物产生(见表2)。原生动物（如鞭变形虫，草履虫等）最早出现。随后出现了钟虫、累枝虫、漫游虫、榴弹虫、游仆虫、表壳虫等和轮虫等微生物微生物出现以后，逐步建立了复杂的食物链，进行繁衍，种类和数量发生了变化，出现了各种种类的高峰期，时间也有所不同，例如，草履虫以单细胞藻类和细菌为主食。在藻类和细菌数量最多的时候，草履虫的数量也比较多。在本次的实验中的各实验组中，草履虫均有出现且有2—5个高峰期。（见图2、图3和表3）又如，轮虫大量产生，在各组的实验组中，情况有所不同，它的数量高峰期出现在24小时组的第19天，12小时组的第10天，6小时组的第-3-21天，0小时组的第25天。而且该高峰期在前50天内均只出现一次，曝氧12小时的出现最早，0小时的出现得最晚。这与污水中絮状物大部分聚集和沉淀的时间基本吻合，说明轮虫是非常稳定的生物处理系统的指标。它的高峰期的出现是曝气处理污水的效果的体现。3.有机质有机质的分解与利用，是污水处理的标志之一。本次实验中，我们观察到一些有趣的现象(见所附的光盘)。(1)大型藻类基部大多着生在有机质上，大部分微生物喜欢附着在大团有机质和藻类上生活。(2)在有机质及藻类相对集中的地方，分布着广泛的微生物种类。例如，在出现的微生物中，漫游虫比较活跃，多数时候在水中游动，但在藻类中更为频繁；又如，轮虫在水中和有机质中广泛分布，尤其附着在有机质的通常会于有机质相连的尾部为中心活动点。此外，线虫，蠕虫在大团有机质和藻类的混合物中活动，还有许多更小的微生物诸如变形虫，草履虫，游仆虫等，大量聚集在大团藻和有机质的边缘活动。(3)在已死的蛲足类、表壳虫上，着生有大量线虫、腹柱虫、鞭变形虫、唇滴虫等其他生物。同时可见大型草履虫在有机质附近游动觅食。上述现象说明，污水中的有机质是藻类和微生物生存的基础，为它们的生存和繁衍提供营养物质。同时，藻类和微生物的生命过程，也消耗分解有机物。4.曝气效果12小时微生物出现情况统计表012345605101520（天）（种）b12微生物初出现种数b12微生物高峰期种数24小时微生物出现情况统计表0123456705101520（天）（种）a24微生物初出现种数a24微生物高峰期种数-4-0小时微生物出现情况统计表01234505101520（天）（种）d0微生物初出现种数d0微生物高峰期种数图1各实验组中微生物出现情况统计表由上图及表4统计可得：在前15天中，24小时组出现微生物16种，占总出现种数的94.1%；高峰期出现15种，占总出现量的68.2%，种类和高峰期几乎同时出现，说明净化效果优良。12小时组出现微生物13种，占总出现种数的92.9%；高峰期出现8种，占总出现量的61.5%;种类出现较少，但种类和高峰期同时出现，处理效果好。6小时组出现微生物11种，占总出现种类的78.6%；高峰期出现9种，占出现总量的45%,有一定的净化效果。0小时组出现微生物12种，占总出现种数的66.7%；高峰期出现10种，占总出现量的43.5%，种类出现较多，但高峰期出现缓慢（根据表4，在30天以后还有10个高峰期出现）。综上所述，d、c、b、a四个实验组，按曝氧时间由短到长，生物净化处理的效果也逐渐提高。但a组由于曝气充足，产生了很多颤藻，处理出来的水反而没有b组澄清。五.讨论1.曝氧污水中生物之间的关系在活性污泥这一污水生理处理中，通过曝气这一环节中，促进了有机物的消耗，产生的是混合型的生物群落，建立了复杂的生物链。在有氧的条件下，微生物以污水中的各种有机物为营养，首先产生细菌。藻类在有光的条件下，以污水中的有机物为基本养料，进行光合作用，从而在水中生长，并为微生物提供了有机物。微生物中的一部分直接以细菌或藻类为食,如草履虫等。微生物之间存在互相捕食的关系，例如榉毛虫以草履虫为食等。有机物也存在一定的往复性。如蛲足类死亡之后，其尸体又成为线虫的等其他生物的衍生地，成为供其生长利用的有机营养。整个生物群中，存在着复杂的食物链关系因此，上述的混合型的生物群落及其复杂的食物链为基础的活性污泥处理法,是现代污水处理技术的重要组成部分。2..活性污泥处理与曝气曝气是利用活性污泥处理生活污水的必要条件,污泥中微生物从污水中除去有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成，有机物的氧化分解和氧的消耗所组成。当氧气供应充足时，活性污泥的增长与有机物的去除是并行的。活性污泥增长的旺盛期，也是有机物分解的6小时微生物出现情况统计表01234567805101520（天）（种）c6微生物初出现种数c6微生物高峰期种数-5-快速期。因此掌握好曝气时间的控制充氧量对污水处理至关重要。本次实验表明，净化过程中不一定要全天24小时连续不断曝氧，12小时的处理比较理想。3.活性污泥曝氧处理法的应用目前，厦门市污水处理厂利用活性污泥处理法净化污水，已经取得显著的成效。净化后的水达到国家二级排放标准，不仅可以直接排入大海，还可以回流使用，做城市绿化建设用水，浇灌花木。同时，在经过一系列的后期工艺处理后，作为净化附产品物的活性污泥和沼气可以充分利用，均是不对环境造成污染的绿色资源，对城市的建设和环境的保护都做出了巨大贡献。随着社会的发展，人们越来越重视合理的生态资源。本次的实验我们仅从一个小小的方面研究了生活污水的活性污泥处理法，究竟如何才能更高效地处理生活污水，也是我们今后生活将继续关心和探研的问题。i*本次实验的藻类及微生物种类由王重刚副教授鉴定参考文献1刘雨、赵庆良、郑兴灿编著《生物膜法污水处理技术》中国建筑工业出版社2000年3月第1版2国家环境保护局、国家技术监督局《海水水质标准》1997年12月3日发布1998年7月1日实施3沈韫芬主编《原生动物学》科学出版社1999年1月第1版4中国标准出版社第二编辑室编《水质分析方法国家标准汇编》水质、微生物群落监测PFV法P289-435附录A：原生动物镜检标准图谱CBT123990-91中国标准出版社1996年12月第1版5韩茂森等编《淡水浮游生物图谱》农业出版社1990年4月第1版6美国公共卫生协会等《水和废水标准检验法》（第15版）中国建设工业出版社1985年4月第1版P962-1107水生生物的鉴定7厦门市污水处理厂《污泥区教材》1990年10月