废水处理与各相联学科联系的重要意义

废水处理与各相联学科联系的重要意义

李炳清

广州东利环境顾问工程有限公司

摘要：随着我国经济的快速发展，环境问题也日益突出，水资源的污染、水质恶化成为了制约社会稳定和可持续发展的一大障碍。在这种情况下，人们开始意识到保护水体的重要性，因此废水处理的研究就成了一个重要的课题。目前，废水处理的核心依然以生化处理为主，人们依赖各种微生物的特点特性，对废水的净化研究已经来到一个很高的维度，然而其中还有很多未知未解的废水处理问题困扰着废水从业者，废水处理从业者或者一些研究者依然还没有研究出一些问题的核心原因。个人认为要真正做好废水方面的研究，除了研究环境工程，水污染处理工程外，还必须联合微生物学、生物化学、发酵工程、等等一些有关联学科的研究，才能真正对废水处理更深入的研究。

关键词：微生物学；废水；生物化学；治理

一、环境微生物学在废水处理中的概述

环境微生物学是环境污染治理中与微生物学相结合而产生的一门学科，重点研究污染控制工程中涉及的微生物学问题。是在普通微生物学的基础上，着重研究栖息在自然环境、受污染水体和人工处理系统中的微生物生态、水体环境的自净作用、及其生物处理工程中的微生物学原理。微生物学是研究微生物及其生命活动规律的一门基础学科。研究的内容涉及微生物的形态结构、分类鉴定、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布,微生物各类群之间、微生物与其他生物之间及微生物与环境之间的相互作用、相互影响的复杂关系等；废水工程主要是对废水的处理，去除废水中各种污染物，达到无害化无机化的目的，废水处理有化学、物理、生物处理，其中生物处理占有绝对性重要的地位，生物处理原理就是利用各种微生物的分解作用，各种微生物的特性特点组合去除水中各类污染物的过程，所以对废水处理的研究，其核心在于对各种微生物的特性特点的研究，微生物学的研究对废水处理的研究有着举足轻重的地位。

二、现阶段分析废水处理中一些问题的根据

    以往很长时间里面，废水从事者研究者们，虽然对废水的生物处理已经研究到一个很高的维度，基本搞清楚各种物质的降解过程与微生物的联系，然而现实还有很多的实际问题都是比较笼统的解析以及概括，研究者们也一直沿用着这种解析这种概括，而更多的初入门废水从业者也只能学习这些分析概括，或从网上各种途径中的学习了解到一些理论，或者从一些废水系统的表观现象证实这些理论的正确性，从而一直沿用。然而这些分析是否正确，理论上是否得到充分支持？这些需要研究者们更加深入研究，联合相关学科进一步分析才能得到更准确的理论依据。

细菌细胞的结构与废水处理中的联系：

    细胞基本结构主要由：细胞壁、细胞质、核质、以及各个内含物等构成；另外一些细菌还有：荚膜、芽孢、鞭毛等特殊结构。其中细胞的的结构决定了很多废水处理中必然存在的现象。我以以下几点详细阐述说明：

1、细胞壁，构成细胞壁的成分主要有肽聚糖、脂类物质、和蛋白质；其主要生理功能包括对整个细胞的保护作用，以免遭受外界损伤，维持细胞的完整性。细胞壁存在多孔性，在营养代谢方面，可以允许水以及一些化学物质通过，但对大分子物质有一定阻挡作用，是有效的分子筛。从细胞壁这些结构特点来说，我们就很容易解析废水处理为什么要实施前处理，主要去除废水中大颗粒物质，分别通过前置格栅、沉淀、隔油、气浮等手段去除水中颗粒物。因为这些颗粒物无法通过细胞壁被细胞利用以及分解。另外还要说明一下，细菌基本只能利用溶解性的有机物，对于一些大分子的溶解物，例如蛋白质、淀粉等，细胞壁也是不能通过，而细菌是通过细胞分泌相应的酶对其水解后从而进入细胞内。如蛋白质水解后生成氨基酸、淀粉水解后生成葡萄糖后进入细胞内再继续分解。细胞壁还有很多特性与废水处理相关，这里无法一一列举。

2、荚膜和粘性物质：在很多细菌细胞壁外围绕一层粘性物质，厚度不一，这是细菌代谢过程中分泌出的物质，具有一定外形，相对稳定的附着在细胞壁表面的粘性物质叫荚膜，没有明显边缘的为粘液层。荚膜以及粘液层主要成分为多糖、蛋白质、脂类等。荚膜以及粘液层具有一定粘性，吸附性，表面湿润光滑。这个是废水处理中菌胶团形成的核心机理，正是因为荚膜的存在，促使各个细菌相互粘附形成形态不一的各个菌胶团，菌胶团的作用这里不作详述。形成菌胶团后整个荚膜更加大，包裹着整个菌胶团，也正是荚膜的存在从而致使菌胶团拥有一定的吸附性，对周边的营养物（甚至颗粒物）有一定的吸附作用。另外粘性物质与荚膜从先后顺序上是先粘液层后荚膜，粘性物质相对不稳定容易脱落，而荚膜更加稳固粘附与细胞壁，这就解析了当废水受到冲击负荷，大量微生物细菌过量繁殖时，处于初生阶段的细菌还没只形成粘液层还没形成结实的荚膜前，细菌以游离态出现在好氧池中，在曝气作用下粘液层脱落导致废水中粘性变大从而引起大量泡沫，这就是导致废水高负荷下液面产生高负荷生物泡沫的基本原因。另外由于初生代的细菌荚膜未能生成不能形成菌胶团而游离与废水中，这是导致高负荷情况下沉淀池出现浑浊大量游离细菌存在的核心原因。另外当水中营养物质缺乏时，荚膜被从新分解被细菌从新利用维持细菌的生命，当荚膜被从新利用荚膜消失，菌胶团也就解体。这也就是当废水处理系统营养不足，污泥老化时，污泥解体的基本原因，荚膜消失粘性不再有导致菌胶团解体。

3、内含颗粒-异染颗粒：在细胞质内，存在各种颗粒物，大多数是储存的养料，即营养过剩时的产物；如异染颗粒，其主要成分是多聚磷酸盐，其细菌在幼龄时颗粒比较小，随着年纪增大而增大，一般认为它是磷酸盐和能源性储藏物。这是细菌一种生理现象，废水的生物除磷在这得到一定的理论支持，当中好氧为吸磷过程，厌氧为释磷过程。生物除磷现象在这里不作详细解析。

三、一些学科在废水处理中的指导意义

以上只是从细胞结构上的认知从而推出废水处理系统中几点非常重要的理论指导实践的分析，还有更多的微生物学上的理论指导数不胜数，在这里无法一一列举，除了微生物学，还有生物化学、发酵工程学等也是对废水处理有非常重要指导意义的学科，例如生物化学中的有机氮的转化过程，多糖（淀粉）的分解过程、脂肪的分解过程。其中涉及到的例如多糖、蛋白质、脂肪的水解过程；进一步的糖酵解过程，无氧环境中发酵过程（酸化）、有氧中的三羧酸循环彻底氧化过程等，当对这些学科中的学习研究，从而联想到废水处理中的微生物处理废水的过程，从这些基础学科中的理论去分析还原废水处理的理论，我们更能深刻领悟废水处理的问题，用这些学科中的理论指导实践，可以更加准确的分析问题出现的内在的原因。例如以上高负荷生物泡沫产生的机理，在遇到这种生物泡沫中，在一些从业者中，我了解到很多判断为污泥老化，解体从而产生泡沫，应该排泥，或者是废水中存在表面活性剂，应该投放消泡剂、增加喷洒设施等应对措施，然而当你真正了解微生物学时，您会很容易判断出这是生物泡沫，负荷过高，检查进水浓度是否升高，污泥负荷过高？当您判断正确才能相对采用正确的应对措施。

结论

废水处理在现代已经经历的上百年处理的经验积累，一直以来生物处理均占据主导地位，其研究在很多研究者中认为已经很难再有更深认知和理解，工艺上也很难再有新的突破。然而我认为其认知还是远远不够，其中各个学科必然需要更加充分的研究和结合，而不是单一的环境工程学的研究。各门相关学科的串联结合是更加充分理解废水处理的关键，更充分的认知和理解后才有更好的指导实践的意义。本文通过自己对几门学科的研究学习指出了一些理论指导实践的例子，还有非常多相关的例子无法一一列举，本文只是一个抛砖引玉的举例，更多的研究主要靠广大的废水从事者、爱好者、研究者，联合与废水有关联的各门学科对其更加深入的研究和分析，为废水处理，环境保护作贡献。
 

参考文献
[1]任南琪.污染控制微生物.哈尔滨工业大学出版社

[2]周德庆.微生物学教程.高等教育出版社