污水处理中的微生物世界

生物污水处理是利用微生物的代谢作用来分解污水中复杂的有机物及氨氮等污染物，将之转化为无害及稳定的物质，从而净化污水。污水净化能力与多种细菌、真菌类、藻类、原生动物、微小后生动物等微生物有关。

传统污水处理系统如活性污泥法(Activated Sludge Process, ASP)是一种生态环境的缩影，自然界的微生物都可在污水处理厂找到。污水处理厂的生物反应器内会培养出各种各样的微生物，包括丝状细菌、单细胞的原生动物、复细胞的后生动物，以及藻类等去净化污水。微生物担负着分解、转化污染物的重任，其种类繁多，当中以细菌占主导，而细菌再可分为好氧性，厌氧性或兼性*。

*注：既可进行有氧呼吸、亦能进行无氧呼吸的微生物。

实验室人员会使用光学显微镜去观察生物反应器内的微生物，如丝状细菌。可是主力细菌如硝化菌和脱硝菌实在太微小了，光学显微镜难以观察一般细菌；然而可以通过显微镜观察原生及后生动物的种类、数量、活性帮助判断活性污泥的状态及发展。如观察ASP中的丝状细菌多寡能影响到曝气池中污泥膨胀和生物性发泡的发生。从监察和鉴定丝状细菌菌落，可预计污泥膨胀的机会，从而及早制定解决策略。另一方面，原生动物和后生动物的族群亦能显示ASP的健康状况。多年前曾经发生特殊事件，因轮虫数目暴增，吃掉了大量细菌，包括硝化细菌和丝状菌，严重破坏了整个污水硝化系统运行。

宏基因组学（Metagenomics）是一门新兴研究环境样本的科学范畴，主要是利用高通量DNA测序方法。现今世界顶尖大学都开展了对这方面的研究，宏基因组学能直接测定样品中所有微生物和细菌中的DNA或RNA序列，藉此分析微生物群落的组成和分类。有别于传统微生物学，它不需要预先筛选细菌菌落再做纯化培养。透过FISH (fluorescence in-situ hybridization)方法和高通量DNA测序分析，可同时解构样本中差不多所有细菌的组成，从而了解生物反应器的处理能力。近年，香港大学的张彤教授与渠务署合作，对沙田污水处理厂内的微生物进行相关研究，将来更可推展至其他污水处理厂。再者，DNA技术也可应用于厌氧消化缸内微生物的群落研究，为未来污水处理厂的技术改进提供重要依据。

总括而言，观察活性污泥中的微生物，有助判断活性污泥处理污染物的能力，从而改进操作条件。如污泥中有较多固着型纤毛虫，表示水质清澈良好，出水浊度一般符合排放标准；反之，若有大量游泳型纤毛虫，则代表净化作用欠佳，出水浊度上升。若发现活性污泥中的变形虫异常暴增，即污水处理效果或变差，须及早通知换作人员。

Metagenomic: Marker Genes Sequencing

宏基因组学直接测定环境样品中所有微生物的DNA或RNA序列，分析微生物群落的组成和结构。

(Source: Francesca Rizzo, Application of Next Generation Sequencing in Metagenomics Studies, Presentation of Genomix4life, Laboratory of Molecular Medicine and Genomics Department of Medicine and Surgery, University of Salerno)

污水处理部1
化验师
麦咏良