微生物是怎么“吃掉”污水里的COD的?一文說(shuō)透污水處理廠(chǎng)的“隱形清潔工”
大家平時(shí)沖個(gè)馬桶、倒個(gè)洗菜水,可能很少想過(guò)這些污水里藏著多少污染物。今天咱們就嘮嘮污水處理里一個(gè)超關(guān)鍵的指標(biāo)——COD(化學(xué)需氧量),以及一群默默干活的“微生物清潔工”是怎么把這些污染物啃得干干凈凈的。先搞懂COD是啥?COD這個(gè)詞聽(tīng)著挺專(zhuān)業(yè),說(shuō)白了就是污水里那些能被化學(xué)氧化劑“燃燒”掉的東西的總量。像廚房里倒的剩菜剩飯、工廠(chǎng)排的有機(jī)廢水,這些有機(jī)物里都藏著大量的碳元素,它們都能被氧化劑氧化,這氧化過(guò)程消耗的氧氣量就是COD。數(shù)值越高,說(shuō)明污水里的“臟東西”越多,要是直接排進(jìn)河里,水里的魚(yú)蝦可就遭殃了。微生物:污水處理廠(chǎng)的“主力軍”污水進(jìn)了處理廠(chǎng),真正干活的不是那些高大的處理設(shè)備,而是顯微鏡下才能看見(jiàn)的微生物。它們就像一群分工明確的小工人,有的擅長(zhǎng)“大口吃肉”分解大分子有機(jī)物,有的能把難搞的化合物慢慢啃成無(wú)害物質(zhì)。這些微生物主要分三類(lèi):細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物,厲害的“干活能手”還是細(xì)菌,咱們聊聊它們。微生物分解COD的“三步走”戰(zhàn)略第一步:吸附和吸收——“把外賣(mài)拿進(jìn)屋”污水里的有機(jī)物,有的像大塊肥肉(大分子有機(jī)物),有的像小肉丁(小分子有機(jī)物)。微生物不會(huì)像我們一樣用手抓食物,它們會(huì)在細(xì)胞表面分泌一種黏性物質(zhì),就像給細(xì)胞穿上了“黏黏的外套”。污水流過(guò)的時(shí)候,小分子有機(jī)物直接就能鉆進(jìn)細(xì)胞里,大分子有機(jī)物則會(huì)被“黏”在細(xì)胞表面,等著下一步分解。打個(gè)比方,這就像點(diǎn)外賣(mài),小分子有機(jī)物是已經(jīng)切好的水果拼盤(pán),能直接塞進(jìn)嘴里;大分子有機(jī)物是一整個(gè)大西瓜,得先切開(kāi)才能吃。第二步:胞內(nèi)分解——“開(kāi)飯!把食物嚼碎消化”大分子有機(jī)物被吸附到微生物表面后,微生物會(huì)“吐”出一種叫胞外酶的東西。這些酶就像一把把鋒利的小刀,能把淀粉切成葡萄糖,把蛋白質(zhì)切成氨基酸,把脂肪切成脂肪酸和甘油。分解后的小分子有機(jī)物,就能順利穿過(guò)細(xì)胞膜,進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)部。進(jìn)入細(xì)胞的小分子有機(jī)物,會(huì)經(jīng)歷一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),這個(gè)過(guò)程就像我們身體里的消化。常見(jiàn)的反應(yīng)是呼吸作用,微生物會(huì)把有機(jī)物里的碳元素“燃燒”掉,釋放出能量維持生命活動(dòng)。這個(gè)過(guò)程需要氧氣幫忙,也就是咱們常說(shuō)的好氧處理。不過(guò)有些微生物很特別,它們能在沒(méi)有氧氣的環(huán)境下工作,這就是厭氧處理。好氧呼吸:有氧版“燃燒有機(jī)物”在氧氣充足的環(huán)境里,微生物就像開(kāi)著“渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)”,分解有機(jī)物的速度特別快。它們會(huì)把葡萄糖和氧氣“燃燒”,產(chǎn)生二氧化碳、水和大量能量。這些能量一部分用來(lái)合成微生物生長(zhǎng)需要的物質(zhì),比如蛋白質(zhì)和核酸;另一部分則用來(lái)維持微生物的日常活動(dòng),比如“游動(dòng)”尋找食物。厭氧呼吸:無(wú)氧版“另類(lèi)消化”沒(méi)有氧氣的時(shí)候,微生物也有辦法。它們會(huì)找其他“替代氧氣”的物質(zhì),比如硝酸鹽、硫酸鹽。這些物質(zhì)同樣能接受有機(jī)物分解過(guò)程中釋放的電子,完成“呼吸”。不過(guò)厭氧處理的速度比好氧處理慢,而且會(huì)產(chǎn)生甲烷、硫化氫這些有味兒的氣體(所以厭氧池有時(shí)候會(huì)臭臭的)。但它也有好處,能處理一些好氧微生物搞不定的頑固有機(jī)物,還能產(chǎn)生沼氣當(dāng)能源。第三步:合成與轉(zhuǎn)化——“吃飽了,該長(zhǎng)身體了”微生物分解有機(jī)物不光是為了獲取能量,還得“長(zhǎng)身體”。它們會(huì)利用分解過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物,合成自身生長(zhǎng)繁殖需要的細(xì)胞物質(zhì)。簡(jiǎn)單說(shuō),就是把吃進(jìn)去的“食物”變成自己的“肉肉”。隨著微生物不斷繁殖,污水里的微生物數(shù)量越來(lái)越多,形成一個(gè)個(gè)肉眼可見(jiàn)的“小團(tuán)體”,也就是咱們常說(shuō)的活性污泥或生物膜。當(dāng)微生物吃飽喝足,污水里的COD也就降下來(lái)了。處理后的水經(jīng)過(guò)沉淀,把微生物和水分離,干凈的水就能排放或回用,而“長(zhǎng)胖”的微生物則會(huì)被進(jìn)一步處理,變成肥料或者污泥填埋。影響微生物工作效率的“小脾氣”微生物雖然是干活的主力軍,但它們也有“小脾氣”,環(huán)境不合適就不好好工作:-溫度:大部分微生物喜歡20-35℃的環(huán)境,太冷了“凍僵”,太熱了“中暑”,分解效率都會(huì)下降。-酸堿度:pH值在6.5-8.5之間合適,過(guò)酸或過(guò)堿都會(huì)破壞微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。-營(yíng)養(yǎng)比例:微生物干活也得“營(yíng)養(yǎng)均衡”,除了有機(jī)物,還得有適量的氮、磷等元素,就像人吃飯得葷素搭配一樣。-有毒物質(zhì):重金屬、化學(xué)藥劑這些東西,對(duì)微生物來(lái)說(shuō)就像“毒藥”,濃度太高會(huì)直接“毒死”它們。未來(lái):讓微生物更高效地干活科學(xué)家們一直在研究怎么讓微生物更好地去除COD。比如通過(guò)基因工程改造微生物,讓它們能分解更難處理的污染物;開(kāi)發(fā)新的污水處理工藝,把好氧和厭氧處理結(jié)合起來(lái),提高處理效率。說(shuō)不定哪天,這些小小的微生物還能幫我們處理塑料污染、石油泄漏這些大難題呢!下次路過(guò)污水處理廠(chǎng),可別小看那些不起眼的池子和管道,里面藏著億萬(wàn)“微生物清潔工”,正日夜不停地把臟水變干凈。它們雖然小,卻在守護(hù)著我們的水環(huán)境,是地球上厲害的“環(huán)保衛(wèi)士”!