環保水處理經驗總結

細菌的凝聚

我們知道，當水體中底物匱乏的時候，活的細菌會自動凝聚；反過來如果底物充足，細菌將呈現瀰漫狀分佈，特別是培養系統只有單一菌種的時候。那麼細菌為什麼會這樣？他們的目的是什麼？答案顯而易見——延續種羣的需要，這是一切生命體的共同特徵。當營養不足的時候，不同種類的細菌團聚在一起，抵抗能力弱的細菌可能會死掉，死亡的微生物將成為活體的食物，以供種羣的延續。換句話説，在底物不足的時候，正常的細菌擁有自動團聚的本能。如果有一種細菌，在營養匱乏的狀態下不具備凝聚的能力，而是遊離在菌羣之外，它一定會被淘汰。

既然自然界中所有的微生物都具備凝聚的特徵，為什麼在水處理廠會出現不凝聚的現象呢？結論是處理廠的運行環境與自然界的天然環境差別太大，微生物受到了傷害，因此才會有高達600的SVI。有鑑於此，我認為“胞外聚合物”決定SVI的説法尚有商榷餘地。有意思的是，犧牲的個體未必被DNA完全相同的同一種微生物所分解，更大的可能是被其他微生物利用。這一點有點象人類社會，主觀為自己客觀為社會，人人為我，我為人人。俺堅決反對所謂“人定勝天”的鬼話。美國很強大，但是一場颶風的能量可能就相當於美國一年的用電量，在大自然目前人類實在很渺小，我們應該敬畏大自然。

細菌的多樣性

如恆河沙數的細菌力量很強大，我説的不是細菌的數量很多，而是種類很多，多到不可勝數。做過基因測序的都知道，你的結果很難與基因庫完全吻合，反正我沒有見過相似度100%的案例。

美國科羅拉多大學的科學家開展了一項研究，他們分別從三個人的指尖與他們個人電腦的鍵盤和鼠標上採集細菌樣本，然後又從數量眾多的，他們未接觸過的鍵盤、鼠標上採集細菌樣本。經過對這些樣本的DNA比較，科學家們發現，在三人未接觸過的電腦部件上找不到存活於三人雙手上的細菌。

細菌的多樣性決定了：一種環境決定一組種羣分佈。為什麼？因為在特定的環境中，總有某些種羣最適合生長，成為我們所説的“優勢菌”，而環境些微的改變就可能使得優勢菌種發生變化，這種變化表現在DNA上可能相似度有99.9.....%,但他們不是同一種生物，不能相互複製。

細菌的協同作用

細菌的另一個特徵是協同作用。微生物的協同作用，在厭氧處理領域已經得到了證實，特別是顆粒污泥之所以高效的研究結論，其結果也為大家所公認，同樣是水處理，難道好氧系統就不存在協同作用了？這方面的工作較少，且研究對象也僅限於對氨氮的協同處理、或者特定底物降解的研究。難道水中常見有機質的降解就不需要協同作用了？我不相信。

關於細菌還有一點共識：細菌合成細胞的前提是必須得到能量，可以是化學能或者光能。反過來，如果化學反應是產能的過程，而這個過程在自然界中又會發生，就應該存在這麼一種細菌。厭氧氨氧化細菌的發現就是一個證明。厭氧氨氧化反應是由奧地利理論化學家Engelbert Broda在1977年根據反應的自由能計算而提出的，這是第一種人類通過計算髮現的細菌。十幾年後在荷蘭Delft技術大學一箇中試規模的反硝化流化牀中才真正發現了ANAMMOX細菌的存在。

ANAMMOX細菌細胞結構投射電鏡及示意圖

説到這裏暫停一下。有個問題大家討論一下，教科書裏都説：厭氧釋磷，好氧吸磷，只有厭氧充分釋磷，好氧才能夠充分吸磷，這些是所有水處理從業者的共識，但是，我想問為什麼，一個細菌來回折騰有意義嗎？

聚磷菌

接茬説聚磷菌，無論釋磷還是吸磷，細菌絕不可能是為了幫助人類而做無私的奉獻，它的目的還是隻有一個——增殖。

一般認為聚磷菌在釋磷和吸磷過程中都有能量釋放。前面説過，能量的轉換總是伴隨着細菌的增殖，那麼它的'增殖無外乎三種可能：厭氧增殖、好氧增殖、厭氧好氧同時增殖。而且釋磷和吸磷愈充分，能量的釋放愈多。結論：只有充分釋磷和吸磷，細菌才能釋放更多的能量繼而最大限度增殖，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

這麼顯而易見的結論，為什麼教科書、水處理資料一概不説？難道是那些“大家”們不屑於提及嗎？

調試案例

大約十年前，在調試的工程中發現了大量的鐘蟲。當時的沉降比只有3%左右，反應器內COD大約400mg/L，後來發現這種情況很普遍。問題來了，不是説鍾蟲大量出現是水質轉好的標誌嗎？怎麼在很高的COD環境下，它們會大量出現？老酒認為鍾蟲乃至後生動物的出現跟水中有機質一毛錢的關係都沒有。那麼跟神馬有關係？——溶解氧。首先看看鐘蟲的食物。它不能直接分解溶解性有機物，它的食物就是微生物。只要水中有足夠可供它吞噬的細菌，它就有可能出現，除了食物，作為好氧的生物，最重要的莫過於溶解氧了，其實是溶解氧決定了鍾蟲的出現。後來調整了曝氣方式，降低了溶解氧，鍾蟲密度很快就下降了。

　　鍾蟲

還有一個有趣的現象：隨着溶解氧的升高，水中生物的個頭會越來越大。這也很容易理解，生物的個體越大，其比表面積越小，而微生物需要通過細胞表面的擴散來獲得氧，因為比表面積小，它獲得氧的能力自然比較差，所以需要更高的溶解氧以維持其生命的需要。

有一次現場人員打電話，説紅蟲大量繁殖，堵塞了潷水器進水口，問我怎麼辦？

　　紅蟲

我問溶解氧多高？答曰：2-3mg/L。於是放下電話直奔現場，眼見滿池開鍋似翻水花，因為進水COD只有500左右，我説溶解氧怎麼可能只有2-3mg/L？借一個溶氧儀試試。結果一測，溶解氧7mg/L。降低曝氣量後，紅蟲很快消失。