【连载】环保水处理经验总结—有关细菌的那些事儿

摘要: 小问题,大道理,有关细菌的这些关键问题,你知道吗?

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今天我想谈谈细菌的问题。 污水处理基本离不开细菌,细菌的行为直接关乎水处理的效果。细菌有没有思想?我不知道,但我知道他们一定有本能,否则地球上不会有细菌,更不会有人类了。


细菌的凝聚

我们知道,当水体中底物匮乏的时候,活的细菌会自动凝聚;反过来如果底物充足,细菌将呈现弥漫状分布,特别是培养系统只有单一菌种的时候。那么细菌为什么会这样?他们的目的是什么?答案显而易见——延续种群的需要,这是一切生命体的共同特征。当营养不足的时候,不同种类的细菌团聚在一起,抵抗能力弱的细菌可能会死掉,死亡的微生物将成为活体的食物,以供种群的延续。换句话说,在底物不足的时候,正常的细菌拥有自动团聚的本能。如果有一种细菌,在营养匮乏的状态下不具备凝聚的能力,而是游离在菌群之外,它一定会被淘汰。


既然自然界中所有的微生物都具备凝聚的特征,为什么在水处理厂会出现不凝聚的现象呢?结论是处理厂的运行环境与自然界的天然环境差别太大,微生物受到了伤害,因此才会有高达600的SVI。有鉴于此,我认为“胞外聚合物”决定SVI的说法尚有商榷余地。有意思的是,牺牲的个体未必被DNA完全相同的同一种微生物所分解,更大的可能是被其他微生物利用。这一点有点象人类社会,主观为自己客观为社会,人人为我,我为人人。俺坚决反对所谓“人定胜天”的鬼话。美国很强大,但是一场飓风的能量可能就相当于美国一年的用电量,在大自然目前人类实在很渺小,我们应该敬畏大自然。


细菌的多样性

如恒河沙数的细菌力量很强大,我说的不是细菌的数量很多,而是种类很多,多到不可胜数。做过基因测序的都知道,你的结果很难与基因库完全吻合,反正我没有见过相似度100%的案例。

美国科罗拉多大学的科学家开展了一项研究,他们分别从三个人的指尖与他们个人电脑的键盘和鼠标上采集细菌样本,然后又从数量众多的,他们未接触过的键盘、鼠标上采集细菌样本。经过对这些样本的DNA比较,科学家们发现,在三人未接触过的电脑部件上找不到存活于三人双手上的细菌。

细菌的多样性决定了:一种环境决定一组种群分布。为什么?因为在特定的环境中,总有某些种群最适合生长,成为我们所说的“优势菌”,而环境些微的改变就可能使得优势菌种发生变化,这种变化表现在DNA上可能相似度有99.9.....%,但他们不是同一种生物,不能相互复制。


细菌的协同作用

细菌的另一个特征是协同作用。微生物的协同作用,在厌氧处理领域已经得到了证实,特别是颗粒污泥之所以高效的研究结论,其结果也为大家所公认,同样是水处理,难道好氧系统就不存在协同作用了?这方面的工作较少,且研究对象也仅限于对氨氮的协同处理、或者特定底物降解的研究。难道水中常见有机质的降解就不需要协同作用了?我不相信。

关于细菌还有一点共识:细菌合成细胞的前提是必须得到能量,可以是化学能或者光能。反过来,如果化学反应是产能的过程,而这个过程在自然界中又会发生,就应该存在这么一种细菌。厌氧氨氧化细菌的发现就是一个证明。厌氧氨氧化反应是由奥地利理论化学家Engelbert Broda在1977年根据反应的自由能计算而提出的,这是第一种人类通过计算发现的细菌。十几年后在荷兰Delft技术大学一个中试规模的反硝化流化床中才真正发现了ANAMMOX细菌的存在。

ANAMMOX细菌细胞结构投射电镜及示意图



说到这里暂停一下。有个问题大家讨论一下,教科书里都说:厌氧释磷,好氧吸磷,只有厌氧充分释磷,好氧才能够充分吸磷,这些是所有水处理从业者的共识,但是,我想问为什么,一个细菌来回折腾有意义吗?


聚磷菌

接茬说聚磷菌,无论释磷还是吸磷,细菌绝不可能是为了帮助人类而做无私的奉献,它的目的还是只有一个——增殖。

一般认为聚磷菌在释磷和吸磷过程中都有能量释放。前面说过,能量的转换总是伴随着细菌的增殖,那么它的增殖无外乎三种可能:厌氧增殖、好氧增殖、厌氧好氧同时增殖。而且释磷和吸磷愈充分,能量的释放愈多。结论:只有充分释磷和吸磷,细菌才能释放更多的能量继而最大限度增殖,而增殖的量愈大,在好氧中吸收的磷自然愈多(聚磷菌的生存之道,也是目前生物除磷的根本原因所在)。


聚磷菌


这么显而易见的结论,为什么教科书、水处理资料一概不说?难道是那些“大家”们不屑于提及吗?


调试案例

大约十年前,在调试的工程中发现了大量的钟虫。当时的沉降比只有3%左右,反应器内COD大约400mg/L,后来发现这种情况很普遍。问题来了,不是说钟虫大量出现是水质转好的标志吗?怎么在很高的COD环境下,它们会大量出现?老酒认为钟虫乃至后生动物的出现跟水中有机质一毛钱的关系都没有。那么跟神马有关系?——溶解氧。首先看看钟虫的食物。它不能直接分解溶解性有机物,它的食物就是微生物。只要水中有足够可供它吞噬的细菌,它就有可能出现,除了食物,作为好氧的生物,最重要的莫过于溶解氧了,其实是溶解氧决定了钟虫的出现。后来调整了曝气方式,降低了溶解氧,钟虫密度很快就下降了。


钟虫


还有一个有趣的现象:随着溶解氧的升高,水中生物的个头会越来越大。这也很容易理解,生物的个体越大,其比表面积越小,而微生物需要通过细胞表面的扩散来获得氧,因为比表面积小,它获得氧的能力自然比较差,所以需要更高的溶解氧以维持其生命的需要。


有一次现场人员打电话,说红虫大量繁殖,堵塞了滗水器进水口,问我怎么办?


红虫


我问溶解氧多高?答曰:2-3mg/L。于是放下电话直奔现场,眼见满池开锅似翻水花,因为进水COD只有500左右,我说溶解氧怎么可能只有2-3mg/L?借一个溶氧仪试试。结果一测,溶解氧7mg/L。降低曝气量后,红虫很快消失。


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参考资料来源:环保水处理经验总结—老酒

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