去除廢水中的BOD直接有用的微生物的代表是細(xì)菌。細(xì)菌是最微小的微生物，在形態(tài)學(xué)上是最簡(jiǎn)單的。雖然用光學(xué)顯微鏡能確認(rèn)其存在，但是，一般如果不進(jìn)行生理學(xué)試驗(yàn)就不能鑒定。
在處理污水的活性污泥中存在著大量的原生動(dòng)物和部分微型后生動(dòng)物，其重量可占總生物量的5%-10%，由于他們的形體較細(xì)菌大的多，借助顯微鏡可將他們?nèi)菀讌^(qū)別開(kāi)來(lái)。
一、污水處理中的微生物分類(lèi)
污水處理中的微生物種類(lèi)很多，主要有菌類(lèi)，藻類(lèi)以及動(dòng)物類(lèi)。
1、細(xì)菌
細(xì)菌的適應(yīng)性強(qiáng)，增長(zhǎng)速度快。根據(jù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物需求的不同，可將細(xì)菌分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大類(lèi)。自養(yǎng)菌利用各種無(wú)機(jī)物(CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等)為營(yíng)養(yǎng)將其轉(zhuǎn)化為另一種無(wú)機(jī)物，釋放出能量，合成細(xì)胞物質(zhì)，其碳源、氮源和磷源皆為無(wú)機(jī)物。
異養(yǎng)菌以有機(jī)碳作碳源，有機(jī)或無(wú)機(jī)氮為氮源，將其轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、NO3-、CH4、NH3等無(wú)機(jī)物，釋放出能量，合成細(xì)胞物質(zhì)。污水處理設(shè)施中的微生物主要是異養(yǎng)菌。
2、真菌
真菌包括霉菌和酵母菌。真菌是好氧菌，以有機(jī)物為碳源，生長(zhǎng)pH為2?9，最佳pH為5.6。真菌需氧量少，只有細(xì)菌的一半。真菌常出現(xiàn)于低pH值、分子氧較少的環(huán)境中。
真菌絲體對(duì)活性污泥的凝聚起到骨架作用，但過(guò)多絲狀菌的出現(xiàn)會(huì)影響污泥的沉淀性能，而引起污泥膨脹。真菌在污水處理的作用是不可忽視的。
3、藻類(lèi)
藻類(lèi)是單細(xì)胞和多細(xì)胞的植物性微生物。它含有葉綠素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧氣，吸收水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素合成自身細(xì)胞。
4、原生動(dòng)物
原生動(dòng)物是最低等的能進(jìn)行分裂增殖的單細(xì)胞動(dòng)物。污水中的原生動(dòng)物既是水質(zhì)凈化者又是水質(zhì)指示物。絕大多數(shù)原生動(dòng)物屬于好氧異養(yǎng)型。在污水處理中，原生動(dòng)物的作用沒(méi)有細(xì)菌重要，但由于大多數(shù)原生動(dòng)物能吞食固態(tài)有機(jī)物和游離細(xì)菌，所以有凈化水質(zhì)的作用。
原生動(dòng)物對(duì)環(huán)境的變化比較敏感，在不同的水質(zhì)環(huán)境中出現(xiàn)不同的原生動(dòng)物，所以是水質(zhì)指示物。例如，溶解氧充足時(shí)鐘蟲(chóng)大量出現(xiàn)，溶解氧低于1/L時(shí)出現(xiàn)較少，也不活躍。
5、后生動(dòng)物
后生動(dòng)物是多細(xì)胞動(dòng)物。在污水處理設(shè)施和穩(wěn)定塘中常見(jiàn)的后生動(dòng)物有輪蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)和甲殼類(lèi)的動(dòng)物。
后生動(dòng)物皆為好氧微生物，生活在較好的水質(zhì)環(huán)境中。后生動(dòng)物以細(xì)菌、原生動(dòng)物、藻類(lèi)和有機(jī)固體為食，它們的出現(xiàn)表明處理效果較好，是污水處理的指示性生物。
二、微生物的代謝
微生物的生命過(guò)程是營(yíng)養(yǎng)不斷被利用，細(xì)胞物質(zhì)不斷合成又不斷消耗的過(guò)程。在這一過(guò)程中伴隨著新生命的誕生，舊生命的死亡和營(yíng)養(yǎng)物(基質(zhì))的轉(zhuǎn)化。污水的生物處理就是利用微生物對(duì)污染物(營(yíng)養(yǎng)物)的代謝轉(zhuǎn)化作用實(shí)現(xiàn)的。
1、微生物的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系
細(xì)菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物共生于水體中。細(xì)菌和真菌以水中的有機(jī)物、氮和磷等為營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行有氧和無(wú)氧呼吸合成自身細(xì)胞。藻類(lèi)是利用二氧化碳和水中的氮、磷進(jìn)行光和作用合成自身細(xì)胞并向水體提供氧氣。藻類(lèi)的細(xì)胞死亡后成為菌類(lèi)繁殖的營(yíng)養(yǎng)。
原生動(dòng)物吞食水中固態(tài)有機(jī)物、菌類(lèi)和藻類(lèi)。后生動(dòng)物捕食水中固體有機(jī)物、菌類(lèi)、藻類(lèi)和原生動(dòng)物。
2、微生物的代謝
微生物從污水中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)合成自身細(xì)胞和排出廢物。這種為維持生命活動(dòng)和生長(zhǎng)繁殖而進(jìn)行的生化反應(yīng)過(guò)程叫新陳代謝，簡(jiǎn)稱(chēng)代謝。
根據(jù)能量的轉(zhuǎn)移和生化反應(yīng)的類(lèi)型可將代謝分為分解代謝和合成代謝。微生物將營(yíng)養(yǎng)物分解轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物并釋放出能量，這一過(guò)程叫做分解代謝或產(chǎn)能代謝;微生物將營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)并吸收分解代謝釋放的能量，這一過(guò)程叫做合成代謝。
當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，微生物對(duì)自身細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，以獲得能量，這以過(guò)程叫做內(nèi)源代謝，也叫內(nèi)源呼吸。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物充足的時(shí)，內(nèi)源呼吸并不明顯，但營(yíng)養(yǎng)物缺乏時(shí)，內(nèi)源呼吸是能量的主要來(lái)源。
沒(méi)有新陳代謝就沒(méi)有生命。微生物通過(guò)新陳代謝不斷地增殖和死亡。微生物的分解代謝為合成代謝提供能量和物質(zhì)，合成代謝為分解代謝提供催化劑和反應(yīng)器。兩種代謝相互依賴(lài)、相互促進(jìn)、不可分割。
微生物代謝消耗的營(yíng)養(yǎng)物一部分分解成簡(jiǎn)單的物質(zhì)排入環(huán)境，另一部分合成為細(xì)胞物質(zhì)。不同的微生物代謝速度不同，營(yíng)養(yǎng)物用于分解和合成的比例也不相同。
厭氧微生物分解營(yíng)養(yǎng)物不徹底，釋放的能量少，代謝速度慢，將營(yíng)養(yǎng)物用于分解的比例大，用于合成的比例小，細(xì)胞增殖慢。好氧微生物分解營(yíng)養(yǎng)物徹底，最終產(chǎn)物(CO2、H2O 、NO3- 、PO43-等)穩(wěn)定，含有的能量最少，所以好氧微生物代謝中釋放的能量多，代謝速度快，將營(yíng)養(yǎng)物用于分解的比例小，用于合成的比例大，細(xì)胞增殖快。
三、微生物的生長(zhǎng)環(huán)境
廢水生物處理的主體是微生物，只有創(chuàng)造良好的環(huán)境條件讓微生物大量繁殖才能獲得令人滿(mǎn)意的處理效果。影響微生物生長(zhǎng)的的條件主要有營(yíng)養(yǎng)、溫度、pH值、溶解氧及有毒物質(zhì)等。
1、營(yíng)養(yǎng)
營(yíng)養(yǎng)是微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命活動(dòng)所需的能量和物質(zhì)來(lái)自于營(yíng)養(yǎng)。微生物細(xì)胞的組成(不包括H2O和無(wú)機(jī)物)，可用化學(xué)式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同微生物細(xì)胞的組成不盡相同，對(duì)碳氮磷比的要求也不完全相同。好氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:5:1[或COD:N:P=(200~300):5:1]。
厭氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:6:1。其中N以NH3 - N計(jì)，P以PO43--P計(jì)。微生物種類(lèi)繁多，所需C、N、P的化學(xué)形式也不相同。如異養(yǎng)菌需要有機(jī)物為碳源，而自養(yǎng)菌以CO2和HCO3-為碳源。
幾乎所有的有機(jī)物都是微生物的營(yíng)養(yǎng)源，為達(dá)到預(yù)期的凈化效果，控制合適的C:N:P比顯得十分重要。微生物除需要C、H、O、N、P外，還需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素，以及Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、B等微量元素。
2、溫度
微生物的種類(lèi)不同生長(zhǎng)溫度不同，各種微生物的總體溫度范圍是0~80。根據(jù)適應(yīng)的溫度范圍，微生物可分為低溫性(好冷性)、中溫性和高溫性(好熱性)三類(lèi)。低溫性微生物的生長(zhǎng)溫度為20以下，中溫性微生物的生長(zhǎng)溫度為20~45，高溫性微生物的生長(zhǎng)溫度為45以上。
好氧生物處理以中溫為主，微生物的最適生長(zhǎng)溫度為20～37。厭氧生物處理時(shí)，中溫微生物的最適生長(zhǎng)溫度為25~40，高溫微生物的最適生長(zhǎng)溫度為50~60。所以厭氧微生物處理常利用33~38和52~57兩個(gè)溫度段，分別叫做中溫消化(發(fā)酵)和高溫消化(發(fā)酵)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，厭氧反應(yīng)已能在20~25的常溫下進(jìn)行，這就大大降低了運(yùn)行費(fèi)用。
在適宜的溫度范圍內(nèi)，每升高10，生化反應(yīng)速度就提高1~2倍。所以，在較高最適溫度條件下生物處理效果較好。人為改變污水溫度將增大處理成本，所以好氧生物處理一般在自然溫度下進(jìn)行，即在常溫下進(jìn)行。好氧生物處理效果受氣候的影響較小。
厭氧生物處理受溫度影響較大，需要保持較高的溫度，但考慮到運(yùn)行成本，應(yīng)盡量采用常溫下運(yùn)行(20~25)。如果原污水的溫度較高，應(yīng)采用中溫發(fā)酵(33~38)或高溫發(fā)酵(52~57)。如果有足夠的余熱或發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生足夠的沼氣(高濃度有機(jī)污水和污泥消化)，則可以利用余熱或沼氣的熱能實(shí)現(xiàn)中溫和高溫發(fā)酵。一般情況下，一日內(nèi)溫度的波動(dòng)不宜超過(guò)。所以，在生物處理時(shí)要控制適宜的水溫并保持穩(wěn)定。
3、pH值
酶是一種兩性電解質(zhì)，pH值的變化影響酶的電離形式，進(jìn)而影響酶的催化性能，所以pH值是影響酶活性的重要因素之一。不同的微生物具有不同的酶系統(tǒng)，就有不同的pH值適應(yīng)范圍。細(xì)菌、放線(xiàn)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的pH值適應(yīng)范圍是4~10。
酵母菌和霉菌的最適pH為3.0~6.0。大多數(shù)細(xì)菌適宜pH=6.5~8.5的中性和偏堿性環(huán)境。好氧生物處理的適宜pH為6.5~8.5，厭氧生物處理的適宜pH為6.7~7.4(最佳pH為6.7~7.2)。在生物處理過(guò)程中保持最適pH值范圍非常重要。否則，微生物酶的活性降低或喪失，微生物生長(zhǎng)緩慢甚至死亡，導(dǎo)致處理失敗。
進(jìn)水pH值的突然變化會(huì)對(duì)生物處理產(chǎn)生很大的影響，這種影響不可逆轉(zhuǎn)。所以保持pH值的穩(wěn)定非常重要。
4、溶解氧
好氧微生物的代謝過(guò)程以分子氧為受體，并參與部分物質(zhì)的合成。沒(méi)有分子氧，好氧微生物就不能生長(zhǎng)繁殖，所以，進(jìn)行好氧生物處理時(shí)，要保持一定濃度的溶解氧(DO)。供氧不足，適合低溶解氧生長(zhǎng)的微生物(微量好氧的發(fā)硫菌)和兼性微生物大量繁殖。
它們分解有機(jī)物不徹底，處理效果下降，且低溶解氧狀態(tài)下絲狀菌優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，引起污泥膨脹。溶解氧濃度過(guò)高，不僅浪費(fèi)能量，而且會(huì)因營(yíng)養(yǎng)相對(duì)缺乏而使細(xì)胞氧化和死亡。為取得良好的處理效果，好氧生物處理時(shí)應(yīng)控制溶解氧在2~3mg/L(二沉池出水0.5~1mg/L)為宜。
厭氧微生物在有氧的條件下生成H2O2，但沒(méi)有分解H2O2的酶而被H2O2殺死。所以，在厭氧生物處理反應(yīng)器中決不能有分子氧存在。其他氧化態(tài)物質(zhì)如SO42-、NO3-、PO43-和Fe3+等也會(huì)對(duì)厭氧生物處理產(chǎn)生不良影響，也應(yīng)控制它們的濃度。
5、有毒物質(zhì)
對(duì)微生物有抑制和毒害作用的化學(xué)物質(zhì)叫有毒物質(zhì)。它能破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，使酶變性而失去活性。如重金屬能與酶的-SH基團(tuán)結(jié)和，或與蛋白質(zhì)結(jié)合使之變性或沉淀。
有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)對(duì)微生物無(wú)害，超過(guò)某一數(shù)值則發(fā)生毒害。某些有毒物質(zhì)在低濃度時(shí)可以成為微生物的營(yíng)養(yǎng)。有毒物質(zhì)的毒性受pH值、溫度和有無(wú)其他有毒物質(zhì)存在等因素的影響，在不同條件下毒性相差很大，不同的微生物對(duì)同一毒物的耐受能力也不同，具體情況應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)而定。
四、微生物在污水處理中的指示作用
(1)活性污泥凈化性能良好時(shí)出現(xiàn)的微生物有鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、楯纖蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)、聚縮蟲(chóng)及各種后生動(dòng)物及吸管蟲(chóng)類(lèi)等固著性生物或匍匐型生物，當(dāng)這些生物的個(gè)數(shù)達(dá)到1000個(gè)/mL以上，占整個(gè)生物個(gè)體數(shù)80%以上時(shí)，可以斷定這種活性污泥具有較高的凈化效果。
(2)活性污泥凈化性能惡化時(shí)出現(xiàn)的生物有多波蟲(chóng)、側(cè)滴蟲(chóng)、屋滴蟲(chóng)、豆形蟲(chóng)等快速游泳的生物。這時(shí)絮體很碎約100um大小。嚴(yán)重惡化時(shí)只出現(xiàn)多波蟲(chóng)、尾滴蟲(chóng)。極端惡化時(shí)原生動(dòng)物和后生動(dòng)物都不出現(xiàn)。
(3)活性污泥由惡化狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)時(shí)出現(xiàn)的生物為漫泳蟲(chóng)、斜葉蟲(chóng)、斜管蟲(chóng)、尖毛蟲(chóng)等緩慢游泳型或匍匐型生物。曾觀察到這些微生物成為優(yōu)勢(shì)生物繼續(xù)一個(gè)月左右。
(4)活性污泥分?jǐn)?shù)解體時(shí)出現(xiàn)的生物為活躍豆形蟲(chóng)、輻射變形蟲(chóng)等肉足類(lèi)。這些生物出現(xiàn)數(shù)萬(wàn)個(gè)以上時(shí)絮體變小，使處理水渾濁。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些生物劇增時(shí)可通過(guò)減少回流污泥量和送氣量，能在某種程度上抑制這種現(xiàn)象。
(5)活性污泥膨脹時(shí)出現(xiàn)的微生物為球衣菌、各種霉菌等，這些絲狀微生物引起污泥膨脹，當(dāng)SVI在200以上時(shí)，這些絲狀微生物呈絲屑狀。膨脹污泥中的微型動(dòng)物比正常污泥少。
(6)溶解氧不足時(shí)出現(xiàn)的微生物為貝氏硫黃細(xì)菌等。這些微生物適于溶解氧濃度低時(shí)生存。這些微生物出現(xiàn)時(shí)，活性污泥呈黑色、腐敗發(fā)臭。
(7)曝氣過(guò)量時(shí)出現(xiàn)的微生物，若過(guò)曝氣時(shí)間持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)，各種變形蟲(chóng)和輪蟲(chóng)為優(yōu)勢(shì)生物。
(8)廢水濃度過(guò)低時(shí)大量出現(xiàn)的微生物為游仆蟲(chóng)等。
(9)BOD負(fù)荷低時(shí)出現(xiàn)的微生物。表殼蟲(chóng)、鱗殼蟲(chóng)、輪蟲(chóng)、寡毛蟲(chóng)等為優(yōu)勢(shì)生物，這些生物多時(shí)也是硝化進(jìn)行的指標(biāo)。
(10)沖擊負(fù)荷和毒物流入時(shí)出現(xiàn)的生物。因?yàn)樵鷦?dòng)物對(duì)環(huán)境條件的變化反應(yīng)比細(xì)菌為快，所以可通過(guò)觀察原生動(dòng)物的變化情況來(lái)看沖擊負(fù)荷和毒物對(duì)活性污泥的影響。原生動(dòng)物中對(duì)沖擊負(fù)荷和毒物反映最靈敏的楯纖蟲(chóng)，當(dāng)楯纖蟲(chóng)急劇減少時(shí)，說(shuō)明發(fā)生了沖擊負(fù)荷和流入少量毒物。
