在污水處理的活性污泥系統中，微生物是凈化污染物的核心“執行者”。根據能量獲取方式與碳源利用形式的不同，這些微生物可分為自養型與異養型兩大類。二者在代謝機制、功能定位及環境適應性上存在本質區別，共同構成了活性污泥的生態結構，但其作用路徑與核心價值截然不同，深入理解二者差異是優化污水處理工藝、提升凈化效率的關鍵。
 

　　一、核心差異：能量來源與碳源利用的本質區別
 

　　能量來源與碳源是區分自養型與異養型微生物的根本標志，這兩大要素直接決定了它們的代謝方向與生存依賴，也是二者在活性污泥系統中承擔不同角色的底層邏輯。
 

　　(一)自養型微生物：“自給自足”的無機物轉化者
 

　　自養型微生物的核心特征是不依賴外界有機物質，能以無機物為“能量燃料”，并以無機碳為“原料”合成自身所需的有機物，相當于生態系統中的“生產者”。
 

　　在能量獲取上，這類微生物通過氧化無機物釋放能量，例如硝化細菌可通過氧化氨氮(NH??→NO??→NO??)、亞硝化細菌氧化亞硝酸鹽(NO??→NO??)獲取能量，硫化細菌則通過氧化硫化物(如H?S→S→SO?²?)供能；在碳源利用上，它們僅需以二氧化碳(CO?)或碳酸鹽(如HCO??) 作為唯一碳源，通過光合作用或化能合成作用將無機碳轉化為有機碳，完成自身細胞的構建與代謝活動。這種“自給自足”的特性，使它們無需依賴污水中的有機污染物即可生存。
 

　　(二)異養型微生物：“依賴外源”的有機物降解者
 

　　異養型微生物與自養型恰好相反，它們無法利用無機物供能，也不能自主合成有機碳，必須依賴外界現成的有機物作為“能量來源”與“碳源”，相當于生態系統中的“消費者”與“分解者”。
 

　　在能量獲取上，這類微生物通過分解污水中的有機污染物(如碳水化合物、蛋白質、脂肪等，以COD即化學需氧量為量化指標)釋放能量，例如好氧異養菌會將葡萄糖分解為CO?和H?O，同時釋放能量供自身代謝；在碳源利用上，它們直接攝取污水中的有機碳(如污水中的COD組分、有機小分子)，無需自主合成，其代謝活動完全依賴于污水中有機污染物的濃度與種類。
 

　　二、功能定位：活性污泥凈化系統中的不同角色
 

　　基于能量與碳源利用的差異，自養型與異養型微生物在活性污泥系統中承擔著截然不同的凈化功能，前者聚焦無機物轉化，后者聚焦有機物降解，二者協同保障污水凈化效果。
 

　　(一)自養型微生物：聚焦“脫氮脫硫”，處理無機污染物
 

　　自養型微生物在活性污泥中的核心作用是完成無機物的轉化與去除，其中最具代表性的是硝化細菌(包括亞硝化單胞菌、硝化桿菌)，它們是污水脫氮工藝的關鍵執行者。在好氧條件下，亞硝化單胞菌先將污水中的氨氮(NH??)氧化為亞硝酸鹽(NO??)，隨后硝化桿菌再將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽(NO??)，這一過程被稱為“硝化反應”，是生物脫氮的核心步驟——若缺少自養型硝化菌，污水中的氨氮無法轉化為可后續通過反硝化去除的硝酸鹽，最終導致出水氨氮超標。
 

　　此外，少數自養型硫化細菌可氧化污水中的硫化物，將其轉化為無害的硫酸鹽，避免硫化物對微生物的毒性抑制，保障活性污泥系統的穩定運行。但需注意的是，自養型微生物的代謝速度極慢(世代周期通常為10-30小時)，對環境條件(如溫度、溶解氧、pH)敏感，因此在活性污泥中的數量占比通常較低(約5%-10%)。
 

　　(二)異養型微生物：核心“降解COD”，構建污泥絮體
 

　　異養型微生物是活性污泥的“主力軍”，數量占比可達90%以上，其功能主要集中在有機物降解與污泥絮體形成兩大方面，直接決定了污水中COD的去除效率與活性污泥的沉降性能。
 

　　在有機物降解上，好氧異養菌通過有氧呼吸將污水中的大分子有機物(如淀粉、油脂、蛋白質)分解為小分子有機物，再進一步分解為CO?、H?O等無機產物，從而降低污水的COD值——這是生活污水、工業有機廢水處理的核心目標，例如城市污水處理廠中，異養菌可將進水COD從300-500mg/L降至50mg/L以下，滿足排放標準。
 

　　在污泥絮體形成上，部分異養型微生物(如放線菌、真菌)會分泌多糖、蛋白質等黏性物質，將分散的微生物細胞凝聚成結構穩定的絮體(即活性污泥絮體)。這些絮體不僅能包裹污染物，提升降解效率，還能在沉淀池快速沉降，實現泥水分離，避免微生物隨出水流失——若異養菌活性不足或絮體形成能力差，會導致出水懸浮物(SS)超標，嚴重時引發“污泥膨脹”，破壞系統穩定。
 

　　三、環境適應性：對工藝條件的不同需求
 

　　自養型與異養型微生物的代謝特性差異，使其對活性污泥系統的環境條件(如溶解氧、溫度、營養比例)有著不同的需求，優化這些條件是保障兩類微生物協同工作的關鍵。
 

　　(一)自養型微生物：對環境條件“高敏感”
 

　　自養型微生物(尤其是硝化菌)的代謝活動對環境條件要求嚴苛，微小的參數波動即可影響其活性：
 

　　- 溶解氧(DO)：硝化反應需充足的溶解氧，DO需維持在2mg/L以上，若DO低于1mg/L，硝化菌活性會顯著抑制，氨氮氧化效率驟降；
 

　　- 溫度：最適溫度為20-30℃，當溫度低于10℃時，硝化菌代謝速度會下降50%以上，冬季污水處理廠常出現氨氮去除率不足的問題；
 

　　- pH值：適宜范圍為7.5-8.5，若pH低于6.5或高于9.0，硝化菌會因酶活性受抑而停止代謝；
 

　　- 營養比例：無需大量有機碳，反而對有機碳敏感——若污水中COD過高，異養菌會與自養菌競爭溶解氧和空間，抑制硝化菌生長。
 

　　(二)異養型微生物：對環境條件“高耐受”
 

　　相比自養型微生物，異養型微生物的環境適應性更強，對工藝參數的耐受范圍更廣：
 

　　- 溶解氧(DO)：好氧異養菌需DO維持在1-2mg/L即可滿足代謝需求，部分兼性異養菌(如反硝化菌)在缺氧條件下仍可通過無氧呼吸降解有機物；
 

　　- 溫度：最適溫度為15-35℃，但在5-40℃范圍內仍能保持一定活性，對低溫的耐受性遠優于自養菌；
 

　　- pH值：適宜范圍為6.0-9.0，部分異養菌(如真菌)在pH=5.0的酸性條件下或pH=10.0的堿性條件下仍可存活；
 

　　- 營養比例：需充足的有機碳，且對碳氮比(C/N)敏感——通常要求C/N在5-10:1，若碳源不足，異養菌會因“饑餓”導致活性下降，COD去除率降低。
 

　　四、協同與競爭：活性污泥系統中的微生物關系
 

　　在活性污泥系統中，自養型與異養型微生物并非獨立存在，而是存在“協同”與“競爭”的雙重關系，二者的平衡直接影響污水處理效果。
 

　　(一)協同關系：功能互補，共同完成凈化
 

　　二者的協同主要體現在“脫氮工藝”中：自養型硝化菌將氨氮轉化為硝酸鹽(硝化過程)，而異養型反硝化菌則在缺氧條件下，以污水中的有機碳為電子供體，將硝酸鹽還原為氮氣(N?)釋放到空氣中(反硝化過程)——若缺少自養菌，反硝化菌無“底物”可利用；若缺少異養菌，硝化菌產生的硝酸鹽無法去除，最終無法實現總氮達標。此外，異養菌降解COD后，可降低污水中的有機負荷，為對有機碳敏感的自養菌創造適宜的生存環境，間接促進自養菌活性。
 

　　(二)競爭關系：資源爭奪，影響系統平衡
 

　　二者的競爭主要集中在“溶解氧”與“生存空間”上：當污水中COD濃度過高時，異養菌會因“食物充足”快速繁殖，大量消耗溶解氧，導致自養菌因“缺氧”而活性受抑，出現“COD去除效果好，但氨氮去除效果差”的現象；反之，若污水中COD濃度過低(如工業廢水)，異養菌活性不足，無法形成穩定的污泥絮體，自養菌也會因“載體缺失”而流失，影響硝化效率。因此，在實際工藝中，需通過調控進水負荷、回流比等參數，平衡二者的競爭關系，例如處理高COD污水時，可通過“分段進水”降低局部有機負荷，保障硝化菌的溶解氧需求。
 

　　五、總結：兩類微生物的差異核心與工藝意義
 

　　活性污泥中自養型與異養型微生物的差異，本質是“能量來源與碳源利用方式”的不同，這一核心差異延伸出二者在功能定位、環境適應性、微生物關系上的一系列區別。
 

　　理解這些差異對污水處理工藝優化具有重要指導意義：例如處理高氨氮低COD污水(如養殖廢水)時，需重點保障自養菌的生存條件(提升DO、控制溫度)，并適當投加碳源滿足異養菌反硝化需求；處理高COD低氨氮污水(如食品廢水)時，需控制有機負荷，避免異養菌過度繁殖抑制自養菌，確保COD與氨氮同步達標。簡言之，活性污泥系統的穩定運行，本質是自養型與異養型微生物的“動態平衡”，只有精準匹配二者的需求，才能實現污水處理效率的最大化。
 

　　原標題：【干貨】活性污泥系統中自養型與異養型微生物的差異解析