摘要：工业微生物技术能够有效处理废水中的复杂有机物，操作灵活、成本较低，是实现可持续发展战略的关键技术之一。然而，如何选择合适的微生物种类、优化微生物处理工艺并克服微生物处理过程中的限制因素，仍是当前研究的焦点。因此，文章就工业微生物在污水处理中的应用与优化展开了系统性的探讨，以期揭示微生物处理工艺中的关键科学问题，并提供针对性的解决策略。

　　关键词：工业微生物；污水处理；有机物分解

　　污水中含有重金属、有机污染物和悬浮固体等多种有害化学物质，若未经处理直接排放，将会对水体生态系统造成严重影响。生物处理技术凭借成本效益高、环境友好等优势被广泛应用于污水处理领域。微生物通过代谢活动能够分解有机物质并将其转化为无机物，从而净化污水。其中，工业微生物技术因在降解特定有机污染物方面效能较高，成为研究热点。工业微生物指那些经过筛选或基因改造，对特定类型污染物的处理能力得到提高的微生物。这些微生物可以在极端条件下生存并展现出卓越的污染物处理能力，是解决工业污水问题的有力工具[1]。然而，微生物的生存环境、营养物供应、环境因子（如pH、温度等）以及污水中污染物的浓度和种类都会影响处理效率。因此，本文将围绕工业微生物在污水处理中的应用与优化展开详细探讨，以期为工业污水处理技术的发展提供理论支持和实际应用方向。

　　1工业微生物在环境工程中的基本原理

　　1.1工业微生物的定义和分类

　　工业微生物是通过自然选择或基因工程技术特别选育或改造的，可应用于污水处理、生物制药、食品加工等领域的微生物。由于具备特殊的生物学特性，微生物能够在极端环境下生存，有效转化并降解复杂的污染物。工业微生物的基本分类如表1所示。

　　1.2微生物在有机物分解和转化中的机制

　　微生物在有机物分解和转化中的作用机制是通过其复杂的代谢路径实现的，涉及直接的生物降解过程以及一系列生化反应。生化反应能够将复杂的有机物转化为更简单的形式，最终形成能量和新的细胞质[3]。一方面，微生物通过体内的外分泌酶可分解蛋白质、脂肪和多糖等大分子有机物。具体而言，在处理含蛋白质的工业废水时，微生物会分泌蛋白酶，而这些蛋白酶能够将工业废水中的蛋白质分解成氨基酸和较小的肽链。初级分解为微生物细胞的进一步代谢活动提供了必需的原料。氨基酸和其他小分子进入微生物细胞后，能够通过一系列代谢途径被转化为微生物生长和产生能量所需的中间代谢物。另一方面，厌氧条件下微生物的代谢途径涉及复杂的电子传递链和能量转换机制。在此过程中，微生物不仅可以分解有机物，还能通过电子传递过程将化学能转化为可用的生物能（如ATP等）。

　　2工业微生物在特定污水处理系统中的应用

　　2.1工业废水处理

　　工业微生物在工业废水处理领域中的应用集中于对特定有害化学物质的高效降解。在处理含有复杂有机化合物和重金属的工业废水时，微生物技术提供了既环保又经济的解决方案。从微观层面来讲，微生物的有机化合物处理能力源于其代谢途径，这些途径能够将高分子质量的复杂有机化合物分解为较小的分子，并将其最终转化为二氧化碳、水和其他无害或危害较小的物质。例如，在处理含有苯类和其他多环芳烃的工业废水时，某些特定微生物如白腐菌和假单胞菌，可以通过其内源的酶系统如单加氧酶和多加氧酶来攻击这些复杂的环状结构，将这些环状结构打开并逐步进行氧化分解。对于含有重金属的工业废水，某些微生物则能够通过自身细胞壁上的功能基团（如羧基、氨基和磷酸基等）吸附水体中的重金属离子，同时某些微生物还能通过自身代谢过程生成的不溶性的金属复合物使重金属沉淀，从而去除水体中的有害金属物质。

　　2.2市政污水处理

　　市政污水处理中工业微生物的运用主要是为了去除水体中的大量有机废物，以及氮、磷等营养物质。这就要求工业微生物具备高效的有机物降解能力，并具备对营养物质的转化和回收能力。市政污水中的有机物主要包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等，且这些物质是微生物生长繁殖的能源和碳源。工业微生物在此阶段可通过产生一系列酶，将复杂的葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等大分子有机物分解为简单的小分子物质，并进一步通过呼吸作用将其转化为二氧化碳和水，释放能量，从而减少污水的化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）。同时，通过微生物生长也消耗了大量的营养盐。对于氮和磷的去除，工业微生物能够通过硝化和反硝化作用有效转化氮素，从而减少水体中氨氮和亚硝酸盐的含量。硝化过程中，先通过氨氧化菌将氨氮转化为亚硝酸盐，其后通过亚硝酸盐菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐；在反硝化过程中，通过反硝化菌将硝酸盐还原为氮气，使其从水体中释放出去。

　　2.3农业和畜牧业污水处理

　　工业微生物在农业和畜牧业中的应用专注于处理高浓度的有机负荷和营养盐。农业和畜牧业污水中通常含有大量来自动植物的残余有机物和排泄物，需要对其进行处理，以高效转化这些有机负载以及管理氮、磷等潜在的水体富营养化因子。从微观层面来讲，这类废水的微生物处理需展现出对有机物和变化环境的高适应性。具体而言，厌氧消化过程中甲烷产生菌和酸化菌可以协同作用，将复杂的有机物如纤维素和蛋白质等分解为挥发性脂肪酸（VFAs），而VFAs可以被进一步转化为生物可用的甲烷和二氧化碳。同时，氮和磷，硝化菌和反硝化菌在好氧条件下可以将氨氮转化为硝酸盐，并通过反硝化作用将其转化为氮气排出，从而有效减少氮浓度，而聚磷菌在好氧及厌氧交替条件下可以吸收溶解的磷形成细胞内聚磷酸盐，并通过污泥排放实现除磷。

　　2.4复合污染物的生物处理

　　复合污染物废水常见于工业区，含有多种有机化合物、重金属和其他无机污染物。复合污水需要采取综合的生物处理策略进行处理，既要求微生物能有效分解有机污染物，又要求其能处理或稳定无机污染物。生物处理复合污染物的核心机制是构建微生物共生体系。该体系中不同种类的微生物可通过相互依赖的代谢活动共同作用于复杂的污染物混合物。例如，某些微生物能够利用自身的代谢途径将有机污染物转化为较小、较简单的分子，而另一些微生物则可专门处理中间产物，从而提高有机污染物的降解效率，增强系统对环境波动的适应性[4]。对于重金属等无机污染物，某些微生物可以通过生物吸附或生物转化能力，将水中的重金属离子吸附到自身的细胞壁上，或者将其转化为更稳定、毒性更低的形式。

　　3优化策略

　　3.1过程控制技术

　　精确的过程控制能够优化微生物的生长环境，提高污水处理效率，并保证处理过程的稳定性和可预测性，使整个污水处理系统更加可靠和有效。在实际操作中，过程控制技术侧重于实时监测并调整环境参数，以适应微生物的生理需求并改善其处理性能。通过在线传感器可实时监控污水的pH、温度和溶解氧水平，并即时调整这些参数，使其保持在最适范围内。pH可以直接影响微生物的酶活性和代谢过程，pH过低或过高均会抑制微生物活性，影响污染物的生物降解速率；温度控制则能够促进微生物生长和代谢，影响污水中化学物质的溶解性和反应速率。

　　3.2微生物群落调控

　　微生物群落调控可通过优化微生物的组合和交互作用来增强整个系统的降解能力和稳定性。这涉及精确的微生物选择、合成生态系统设计以及环境条件的精细调节，以增加有益微生物的活性，抑制或排除有害微生物生长。一方面，微生物组合的选择基于对各种微生物代谢能力和生态位的了解，可确保所选微生物协同作用，共同分解污水中的复杂污染物。例如，某些微生物擅长分解高分子质量的有机物，而另一些微生物则能将这些分解产物高效地转化为无害物质。另一方面，微生物群落的稳定性是通过环境调控来维持的，且环境会直接影响微生物的生理状态和代谢活动。因此，精准控制可以优化微生物群落的整体功能，避免由环境波动引起的微生物活性下降或群落崩溃。

　　3.3循环与可持续性

　　通过微观层面的微生物代谢活动可以实现对污水中有机物质的高效转化，在净化水质的同时将其转换为有价值的副产品，从而推动污水处理系统向闭环管理转型。在具体实践中，通过厌氧消化过程，特定微生物如甲烷菌等能将废水中的有机负荷转化为甲烷气体，不仅可以减少对化石燃料的依赖，还能通过减少温室气体的直接排放（如将二氧化碳转化为甲烷等）来减轻环境负担。这一过程中产生的生物气体可被直接用于发电或热能供给，为污水处理厂自身或周边设施供能，实现能源的自给自足。同时，通过生物降解过程，特定微生物可以将废水中的氮转化为氨或气态氮，并将磷积累在细胞内，从而使其随着生物污泥排放而被回收。

　　4结论

　　本文深入探讨了工业微生物在污水处理中的应用及优化策略，明确展示了工业微生物技术在提高污水处理效率、降解复杂污染物以及促进环境可持续性方面的显著潜力。本文强调了微生物群落动态管理和资源循环利用的重要性，证实了其可以优化污水处理过程，并通过生物能源回收和营养物质再利用推动环境管理朝着更加经济和生态友好的方向发展。

　参考文献

　　［1］高婷婷,蔡传尊,陈诺.城市污水处理厂微生物气溶胶暴露疾病负担研究［J］.西安工程大学学报,2024,38(3):83-91.

　　［2］石勇,何万远,欧阳二明.微生物燃料电池在废水处理中的研究概况［J］.现代化工,2024,44(4):61-65.

　　［3］顾雪松.微生物技术在降低污水处理厂污染物排放中的应用研究［J］.中国高新科技,2024(4):150-151,160.

　　［4］PERELOMOV L,RAJPUT D V,GERTSEN M,et al.Ecological features of trace elements tolerant microbes isolated from sewage sludge of urban wastewater treatment plant［J］.Stress Biology,2024,4(1):8-8.