污水處理中的微生物世界

生物污水處理是利用微生物的代謝作用來分解污水中複雜的有機物及氨氮等污染物，將之轉化為無害及穩定的物質，從而淨化污水。污水淨化能力與多種細菌、真菌類、藻類、原生動物、微小後生動物等微生物有關。

傳統污水處理系統如活性污泥法(Activated Sludge Process, ASP)是一種生態環境的縮影，自然界的微生物都可在污水處理廠找到。污水處理廠的生物反應器內會培養出各種各樣的微生物，包括絲狀細菌、單細胞的原生動物、複細胞的後生動物，以及藻類等去淨化污水。微生物擔負著分解、轉化污染物的重任，其種類繁多，當中以細菌佔主導，而細菌再可分為好氧性，厭氧性或兼性*。

*註：既可進行有氧呼吸、亦能進行無氧呼吸的微生物。

實驗室人員會使用光學顯微鏡去觀察生物反應器內的微生物，如絲狀細菌。可是主力細菌如硝化菌和脫硝菌實在太微小了，光學顯微鏡難以觀察一般細菌；然而可以通過顯微鏡觀察原生及後生動物的種類、數量、活性幫助判斷活性污泥的狀態及發展。如觀察ASP中的絲狀細菌多寡能影響到曝氣池中污泥膨脹和生物性發泡的發生。從監察和鑑定絲狀細菌菌落，可預計污泥膨脹的機會，從而及早制定解決策略。另一方面，原生動物和後生動物的族群亦能顯示ASP的健康狀況。多年前曾經發生特殊事件，因輪蟲數目暴增，吃掉了大量細菌，包括硝化細菌和絲狀菌，嚴重破壞了整個污水硝化系統運行。

宏基因組學（Metagenomics）是一門新興研究環境樣本的科學範疇，主要是利用高通量DNA測序方法。現今世界頂尖大學都開展了對這方面的研究，宏基因組學能直接測定樣品中所有微生物和細菌中的DNA或RNA序列，藉此分析微生物群落的組成和分類。有別於傳統微生物學，它不需要預先篩選細菌菌落再做純化培養。透過FISH (fluorescence in-situ hybridization)方法和高通量DNA測序分析，可同時解構樣本中差不多所有細菌的組成，從而了解生物反應器的處理能力。近年，香港大學的張彤教授與渠務署合作，對沙田污水處理廠內的微生物進行相關研究，將來更可推展至其他污水處理廠。再者，DNA技術也可應用於厭氧消化缸內微生物的群落研究，為未來污水處理廠的技術改進提供重要依據。

總括而言，觀察活性污泥中的微生物，有助判斷活性污泥處理污染物的能力，從而改進操作條件。如污泥中有較多固著型纖毛蟲，表示水質清澈良好，出水濁度一般符合排放標準；反之，若有大量游泳型纖毛蟲，則代表淨化作用欠佳，出水濁度上升。若發現活性污泥中的變形蟲異常暴增，即污水處理效果或變差，須及早通知換作人員。

Metagenomic: Marker Genes Sequencing

宏基因組學直接測定環境樣品中所有微生物的DNA或RNA序列，分析微生物群落的組成和結構。

(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)

污水處理部1
化驗師
麥詠良