“吃”污染物的泥

隨著工業的發展和人們生活水平的提高，每天都有大量污水產生。這些污水含有許多污染物質，如果直接排入水體則勢必對這些水體造成嚴重污染，引起水體富營養化，如湖泊水體發黑發臭、海洋赤潮等各種環境問題。因此我們必須對這些污水進行凈化處理。污水的處理工藝流程中最重要的一步就是將污水通過一種特殊的泥，讓泥吃掉污水中大部分污染物。我們稱這種泥為“活性污泥”。

長相獨特

活性污泥去除污染物的能力主要決定于它的性質結構。那么活性污泥究竟是怎樣的別具一格呢?活性污泥的組成因污水性質而異。以城市污水為例，正常的處理城市污水的活性污泥在外觀上是呈黃褐色的絨絮狀顆粒，又稱為“生物絮凝體”。它的顆粒尺寸取決于微生物的組成、數量，污染物的特性及某些外部環境因素。活性污泥含水率在99％左右，密度為1．002～1．006，顆粒的直徑一般為0．02～0．2微米，比表面積在20～100cm²／ml。活性污泥具有沉降性和生物活性。所謂生物活性是指其具有自我繁殖、吸附、氧化有機物的能力。

何來食欲

為什么活性污泥能吃掉這些污染物呢?原來在活性污泥上棲息著具有強大生命力的微生物群體。當它與污水在一個被稱為曝氣池的池中混合并充分接觸時，其微生物便會把污水中的有機污染物降解去除，使污水凈化。這個過程的實質是有機污染物作為營養物質被微生物攝取、代謝與利用，微生物群體繁衍增殖，活性污泥本身也得到增長。之后，活性污泥在另一個稱為沉淀池的池中沉淀分離，澄清后的上清液排出系統，經沉淀濃縮后的活性污泥再回流利用，這樣保持了活性污泥中微生物的穩定，也就相應保持了污染物質去除的穩定；其余的從池底排出，維持系統中污泥量的穩定。

食客眾多

我們已經知道活性污泥的活性來自于它的微生物，那么這一顆顆小小的污泥上究竟濃縮了一個怎樣豐富多彩的微生物世界呢?活性污泥上的微生物世界是由一個個龐大的微生物家族構成的，有細菌類、真菌類、原生動物、微型后生動物等，污水中污染物質的不斷補充是維持各家族穩定的重要條件之一。

每毫升活性污泥上的細菌數量大致有10⁷～10⁸個，它們是污泥的核心成分。經過大量檢測，可能在活性污泥上形成優勢的細菌主要有：產堿桿菌、芽孢桿菌、黃桿菌、動物桿菌、假單胞菌、叢毛單胞菌等。至于具體它們中哪一個數量多，占據優勢，則由它們的生活環境(污水性質)而定了。這些細菌都具有較高的增殖速率和環境適應性，世代時間為20～30分鐘，能迅速穩定污水中的有機污染物，并具備良好的自我絮凝和沉降性能。在活性污泥形成之前，這些細菌迅速增長，隨之，由細菌體組成菌膠團，即由一種細菌分泌的粘膠液組成，這種粘液體在細菌旺盛生長期分泌特別多，又具有很強的凝聚作用，使更多細菌進一步凝聚在一起，因此，它們還對活性污泥的形成有重要作用。

在活性污泥上的真菌主要是微小的腐生或寄生絲狀菌，它們包括曲霉、毛霉、根霉、鐮刀霉、芽枝霉、狀苞霉、木霉等。這些真菌有分解碳水化合物、脂肪、蛋白質及其他含氮化合物的能力。但真菌種類和數量的突然增加會使活性污泥與水在沉降時難以分離，導致水體渾濁，影響處理效果。

活性污泥上的原生動物有進一步凈化水質的作用。原生動物主要攝食細菌，因此它們的種類和數量是由活性污泥上的細菌決定的。開始，水質欠佳，出現肉足蟲。隨著水質的變化，細菌種類數量變化，依次出現纖毛蟲、草履蟲、鐘蟲。原生動物在顯微鏡下易于觀測到，科學家通過觀測各種水質下對應的原生動物的情況并記錄下來，從而通過觀測水中的原生動物來判斷水質優劣，這也叫原生動物的指示作用。除此，一些具有固著能力或有固著構造物(如吸盤)的原生動物能附著在活性污泥絮凝體上，而這些原生動物能分泌粘液，使污泥絮凝體具有更好凝聚作用，沉淀性能更好。

后生動物包括輪蟲、線蟲或一些小型的水生昆蟲，它們會攝食原生動物。后生動物在活性污泥中一般極少，僅在水質優異的條件下出現，因此它的出現標志著水質非常穩定良好。

除以上微生物種外，活性污泥生態系統中可能還含有病毒、立克次氏體、衣原體、支原體、螺旋體及其他病原微生物。因此，處理水應經過消毒后才能排放。

我們看到，活性污泥中的微生物形成如下的生態系統：細菌降解環境中的有機物，而它又會成為某些原生動物或后生動物的食餌，原生動物之間還有互相捕食的，不同的后生動物也可能處在不同的營養層次上，形成一個復雜的食物鏈或食物網。

前途無量

有關活性污泥法的研究最早可以追溯到19世紀末。1882年，安格斯和史密斯進行了向污水中鼓入空氣的實驗，開始了污水曝氣處理的最初嘗試。1912年，克拉克在美國馬薩諸塞州的勞倫斯實驗站進行了以微生物、曝氣凈化污水的間歇式研究。1914年，英國曼切斯特達雷姆污水廠的安登和洛凱托將絮狀污泥再生并回流到曝氣區，獲得了高效的凈化效果，并進行了大型的試驗，同年4月在英國化學工業協會上發表了題為《無需濾池的污水氧化試驗》論文。這標志著活性污泥法的正式誕生。1917年，英國曼切斯特污水廠建立了第一座生產性活性污泥曝氣池，處理能力為946m³／天。接著，美國休斯頓建造了處理量為3800m³／天的生產性活性污泥法處理廠。1923年，我國在上海也建成了第一座活性污泥法處理廠——北區污水處理廠。

與物理化學處理方法相比，活性污泥這種生物處理方法具有出水水質好、經濟節約、污染少等優點，因此自該工藝誕生以來一直被世界各國廣泛采用。現在，全世界絕大多數污水處理采用的活性污泥法都已經過改進并且改名換姓，但其實質仍然是以生物處理為核心的活性污泥法。在處理中遇到不少是極端條件下的污水。如北方的寒冷，南方的炎熱，稠油廢水、焦化廢水和在70～80℃的化肥廢水，pH值為2～3、溫度只有2～4℃、鹽度也高的味精廢水，還有其他酸性廢水，堿性廢水和高鹽有機廢水等。處理它們的活性污泥中的微生物要有足夠強的環境適應能力。因此，自20世紀70年代后，許多在極端環境生活的微生物引起了人們的極大關注和興趣。迄今為止，人們已經研究發現可在極端環境條件下生活的微生物有專性厭氧的產甲烷菌、極端嗜熱菌、極端嗜酸菌、極端嗜堿菌和極端嗜鹽菌等。

但是，這些還不足以完全滿足廢水處理工藝的需要，除了不斷地發現，我們還需要利用基因工程等高新技術研究開發能夠在各種極端環境生活的微生物，并使它們的效率提高上百倍甚至更多。這是個任重道遠但有著廣闊前景的領域，它的發展必將會帶來活性污泥法甚至整個生物技術領域的巨大進步。