1.常见的微生物 常见的微生物有细菌、真菌、原生动物、后生动物。

（1）细菌。细菌是微小的单细胞生物，按其外形可分为球菌、杆菌和弧菌三种类型。球菌的直径一般为0.5～2μm，杆菌和弧菌一般长1～5μm、宽0.5～1μm。在活性污泥中，除一般的细菌外，还存在一些较高等的细菌，如单细胞的放线菌、由许多细胞连接成的丝状菌，比较重要的高等细菌有球衣菌、硫丝菌等丝状细菌。

（2）真菌。真菌具有单细胞和多细胞两种形态。单细胞真菌多呈圆形或椭圆形，常见的有酵母菌；多细胞真菌呈丝状，分枝交织成团，统称霉菌。霉菌细胞比细菌细胞大得多，其菌丝肉眼能观察到，如灰白的棉花丝，附着于沟渠或池壁上，在生物膜内，真菌形成大的网状组织，是结合生活膜的一种材料，在活性污泥中，大量霉菌的生长繁殖会引起污泥膨胀。

（3）原生动物。在生物处理中，主要的原生动物有肉足虫类、鞭毛虫类、纤毛虫类等，其中以纤毛虫类原生动物与废水处理的关系最为密切，因为它爱吃细菌和有机物。纤毛虫类按其运动方式可分为游泳型和固着型两种，正常的活性污泥以固着型纤毛虫为主，如钟虫、盖纤虫等，此时活性污泥生长良好，净化效果也较好。根据各种属原生动物在活性污泥中的数量，可以判断活性污泥状态的好坏。

（4）后生动物。又称多细胞动物，主要有轮虫、线虫等。轮虫以吞食有机物颗粒、细菌、藻类以及细小的原生动物为主，要求较高的溶解氧，所以轮虫常在有机物含量较低的水中出现，表明废水处理的效果较好。活性污泥中线虫很多，无净化能力，其出现表明污泥已培养成熟。

在正常运转的废水生物处理系统中，始终存在着一个由细菌、原生动物、后生动物等多种微生物组成的生态系统。

2.微生物的新陈代谢 微生物在生命活动过程中，不断地从外界环境中摄取营养物质，通过复杂的酶催化反应将其加以利用，提供能量并合成新的生命体，同时又不断向外界环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖下一代而进行的各种化学变化称为新陈代谢。各种生物的生命活动，如生长、繁殖、遗传及变异，都需要通过新陈代谢来实现。根据能量的吸收与释放，可将代谢分为分解代谢（或称异化作用）和合成代谢。在分解代谢过程中，结构复杂的高分子有机物或高分子化合物分解为简单的低分子物质或低能物质，如CO₂和H₂O等，逐级释放出其固有的自由能——氢，微生物将这些自由能转变为三磷酸腺苷（ATP），以结合能的形式贮存起来。在合成代谢过程中，微生物将从外界摄取的营养物质，通过一系列生化反应合成新的细胞物质，生物体合成所需的能量从ATP的磷酸盐的键能中获得。在微生物的生命活动过程中，这两种代谢过程不是单独进行的，而是相互依赖、共同进行的。分解代谢为合成代谢提供物质基础和能量来源，通过合成代谢又使生物体不断增加，两者密切配合，推动了一切生物的生命活动。微生物的新陈代谢体系，如图4-9所示。

3.酶及酶反应 微生物与水中有机物作用时，一切化学反应都是在酶的催化条件下才能进行。酶是由活细胞产生的能，在生物体内和生物体外起催化作用的生物催化剂。酶具有一般无机催化剂所共有的特点，更具其特殊性，主要表现在以下几个方面：

图4-9 微生物的新陈代谢体系

（1）催化效率高。对于同一反应，酶比一般化学催化剂的催化速度高10⁶～10¹³倍。例如，1mol铁每秒仅能催化10^-5mol的过氧化氢分解，而1mol过氧化氢酶每秒可催化分解10⁵mol的过氧化氢，使反应速度提高了10¹⁰倍。酶催化的高效性还表现用极少量酶就可使大量反应物转化为产物。

（2）酶的活性大小与环境条件密切有关，迄今为止，已知所有酶的化学组成与一般蛋白质并没有不同，它与蛋白质一样，在高温、高压、强酸、强碱、重金属离子、紫外线以及高强辐射等条件下，都会因蛋白质变性而降低酶的催化活力，甚至使活力消失。因此，对废水条件适当地加以控制条件，以维持酶具有最高的活力。

（3）有些物质如镁离子及钾离子等，对酶有激活作用，称为酶的激活剂，可以提高酶的活性。还有些物质，特别是一些重金属离子能降低酶的属性，称为酶的抑制剂，或称酶中毒，氰化物也是抑制剂的一种，所以对于氰化物废水，不宜采用生物化进行处理。

（4）酶的专一性。酶对其所作用的物质，即底物有着严格的选择性。一种酶只能作用于一些结构极其相似的化合物，甚至只能作用于一种化合物而发生化学反应。所以处理不同性质的水，微生物必须进行筛选和驯化，分别加以利用。

（5）酶的活性还受废水中有机物浓度的影响，浓度提高，活性也增加，但是浓度提到一定程度之后，由于酶已和有机物结合，故浓度升高，反应速率反而下降。一般用生物法处理高浓度废水时，应先进行适当的稀释。

根据酶的这些特性，废水需要具备一定的条件，才能采用生物法进行处理。

4.微生物的生长 废水处理的过程实际上可以看作是一种微生物的连续培养过程，即废水中的营养物，不断地给微生物供给食物，使微生物数量不断增加。微生物的生长规律可用微生物生长曲线来描述，表示微生物在不同培养环境下的生长情况及微生物的整个生长过程。按其生长速度的不同，生长曲线可划分为四个生长期，如图4-10所示。(www.daowen.com)

（1）适应期。适应期是微生物培养的最初阶段。在这个阶段，微生物刚接入新的培养液中，对新的环境有一个适应过程，微生物的基本数量不增加，生长速度接近于零，这一时期是微生物的培养驯化期，能适应的微生物生存下来，不能适应的微生物被淘汰，此时可能出现微生物减少的情况。

（2）对数期。微生物的代谢活动经调整，适应了新的环境，在营养物质较丰富的条件下，微生物的生长繁殖不受底物的限制，微生物的生长速度达到最大值，细菌数量以几何级数的速度增加，称对数生长期或等速生长期。增长速度的大小取决于微生物本身的世代时间及利用底物的能力，即取决于微生物自身的生理机能。

图4-10 微生物四个生长期

（3）平衡期。由于微生物的大量繁殖，消耗了大量的有机物，培养液中的底物被逐渐消耗，加上代谢产物的不断积累，造成了不利于微生物生长的食物条件和环境条件，微生物的生长受到了抑制，生产速度减慢，死亡的速度逐渐加快，使微生物的数量趋于稳定。

（4）衰老期。衰老期也称内源代谢期。经平衡期后，培养液中的营养物质近于耗尽，微生物只能利用体内贮存的物质或以死细菌作为养分进行内源呼吸，维持生命。由于内源代谢造成的细胞死亡速率超过新细胞的增长速率，使微生物的数量急剧减少，生长曲线显著下降。

5.微生物生长的影响因素 废水生物处理是以废水中所含的污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物被降解，废水得以净化。显然，如果废水中的污染物不能被微生物降解，则生物处理是无效的。当废水突然进入有毒物质，或环境条件突然发生变化，超过微生物的承受限度时，将会对微生物产生抑制或毒害作用，使系统的运行遭到严重破坏。因此，生物处理对水质的要求有以下几个方面：

（1）pH值。在废水处理过程中，好氧生物处理，pH值可保持在6～9之间，厌氧生物处理，pH值可保持在6.5～8之间。

（2）温度。温度过高，微生物会死亡，温度过低，微生物的新陈代谢作用将变得缓慢，活力受到抑制，水温控制在10～40℃之间。

（3）水中的营养物及其毒物。微生物的生长、繁殖需要多种营养物质，其中包括碳源、氮源、无机盐类等。废水中的有毒物质具有抑制和毒害作用的化学物质，使细菌细胞的正常结构遭到破坏以及使细菌体内的酶变质，并失去活性。有毒物质对微生物产生有毒作用有一个量的概念，即达到一定浓度时才显出毒性，在允许浓度以内，微生物可以承受。对生物处理来说，废水中存在的毒物允许浓度还没有一个统一资料，表4-9数据仅供参考，微生物驯化后，毒物最高允许浓度可以适当提高。

表4-9 废水生物处理中有毒物质允许浓度

（4）氧气。好氧微生物在降解有机物的代谢过程中以分子氧作为受氧体，如果分子氧不足，降解过程就会因没有受氧体而无法进行，微生物的正常生长规律就会受到影响，甚至被破坏。所以在好氧生物处理的反应过程中，一般需从外界供氧，溶解氧浓度维持在2～4mg/L为宜。

厌氧微生物对氧气很敏感，当有氧存在时，它们就无法生长。这是因为有氧存在的环境中，厌氧微生物在代谢过程中由脱氢酶所活化的氢将会与氧结合形成H₂O₂，而厌氧微生物缺乏分解H₂O₂的酶，从而形成H₂O₂积累，对微生物细胞产生毒害作用。所以厌氧处理设备要隔绝空气。

（5）有机物的浓度。进水有机物的浓度高，将增加生物反应所需的氧量，往往由于水中含氧量不足造成缺氧，影响生物处理效果。但进水有机物的浓度太低，容易造成养料不够，缺乏营养也使处理效果受到影响，一般进水BOD₅值以不超过1000mg/L，不低于100mg/L为宜。