微生物與污水處理.doc

精品文檔微生物與污水處理一.概述1.世界水資源現(xiàn)狀環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐證明，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須解決好發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾。全球水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日趨嚴(yán)重。據(jù)水文地理學(xué)家的估算，地球上的水資源總量約為億立方公里，其中是海水（億立方公里）。淡水只占，其中絕大部分為極地冰雪冰川和地下水，適宜人類享用的僅為世紀(jì)年代以后，全球人口急劇增長(zhǎng)，工業(yè)發(fā)展迅速。一方面，人類對(duì)水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。本屆世界水論壇提供的聯(lián)合國水資源世界評(píng)估報(bào)告顯示，全世界每天約有噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會(huì)污染升淡水；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲條河流中僅有條水質(zhì)差強(qiáng)人意。世紀(jì)，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了倍。世界上許多國家正面臨水資源危機(jī)：億人用水短缺，億人缺乏用水衛(wèi)生設(shè)施，每年有萬到萬人死于和水有關(guān)的疾病。到年，水危機(jī)將蔓延到個(gè)國家，億人為水所困。水資源危機(jī)帶來的生態(tài)系統(tǒng)惡化和生物多樣性破壞，也將嚴(yán)重威脅人類生存。水資源危機(jī)既阻礙世界可持續(xù)發(fā)展，也威脅著世界和平。過去年中，由水引發(fā)的沖突共起，其中起有暴力性質(zhì)，起演變?yōu)檐娛聸_突。專家警告說，隨著水資源日益緊缺，水的爭(zhēng)奪戰(zhàn)將愈演愈烈。2.水污染物的類型及來源 生活污水生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機(jī)物，有機(jī)物。無機(jī)物如氯化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機(jī)物有纖維素，淀粉，脂肪，蛋白質(zhì)和尿素等。排放入環(huán)境中促使浮游植物生長(zhǎng)和大量繁殖，形成赤潮和水華。 工業(yè)廢水工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，印刷廢水，化工廢水等。 農(nóng)業(yè)廢水它面廣而量大且分散。農(nóng)田使用農(nóng)藥，化肥，進(jìn)入水體造成水體富營養(yǎng)化。3.污水處理方法分類 物理法利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)。主要有沉淀法，過濾法，離心分離法，吸附法等。 化學(xué)法利用化學(xué)反應(yīng)原理及方法來分離，回收廢水中的污染物，或改變污染物的性質(zhì)，使它從有害變?yōu)闊o害的處理法。主要有化學(xué)凝聚法，中和法，氧化還原法，離子交換法。 生物法主要利用微生物的生命活動(dòng)過程，對(duì)廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的作用，從而是污水得到凈化的方法。4.微生物簡(jiǎn)介微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細(xì)菌，放線菌和藍(lán)細(xì)菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細(xì)胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點(diǎn)，能不斷與周圍環(huán)境快速進(jìn)行物質(zhì)交換。污水具備微生物生長(zhǎng)繁殖的條件，因而微生物能從污水中獲取養(yǎng)分，同時(shí)降解和利用有害物質(zhì)，從而使污水得到凈化。因此微生物可在污水凈化和治理中得到廣泛應(yīng)用，造福人類。微生物能降解和轉(zhuǎn)化污染物主要是因?yàn)槲⑸锞哂幸韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：個(gè)體微小，比表面積大，代謝速率快；種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；具有多種降解酶；繁殖快，易變異，適應(yīng)性強(qiáng)；共代謝作用等。二.原理利用微生物處理污水實(shí)際就是通過微生物的新陳代謝活動(dòng),將污水中的有機(jī)物分解,從而達(dá)到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖，蛋白質(zhì)，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.1、好氧凈化 氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦物化，在把有機(jī)物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置于一定的構(gòu)筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，高效率凈化污水的方法。2、厭氧凈化 微生物在嚴(yán)格厭氧條件下，有機(jī)物發(fā)酵或消化過程中，大部分有機(jī)物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細(xì)胞能量轉(zhuǎn)移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機(jī)物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機(jī)污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質(zhì)，再由產(chǎn)甲烷厭氧細(xì)菌和產(chǎn)氫細(xì)菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機(jī)酸類和類經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。微生物凈化過程：.有機(jī)污染物的濃度由高變低.異養(yǎng)細(xì)菌迅速氧化分解有機(jī)污染物而大量繁殖，然后是以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物出現(xiàn)數(shù)量高峰，再后是由于有機(jī)物礦化，利于藻類的生長(zhǎng)，而出現(xiàn)藻類的生長(zhǎng)高峰。.溶解氧濃度隨著有機(jī)物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點(diǎn)，隨后，由于有機(jī)物的無機(jī)化和藻類的光合作用及其他好氧微生物數(shù)量的下降，溶解氧又恢復(fù)到原來水平。這樣，在離開污染源相當(dāng)?shù)木嚯x之后，水中的微生物數(shù)量，有機(jī)物，無機(jī)物的含量，也都下降到最低點(diǎn)。于是，水體恢復(fù)到原來的狀態(tài)。微生物處理優(yōu)點(diǎn)：微生物具有來源廣，易培養(yǎng)，繁殖快，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，易變異的特征在生產(chǎn)上較容易的采集菌種進(jìn)行培養(yǎng)繁殖，并在特定條件下進(jìn)行馴化，使之適應(yīng)不同的水質(zhì)條件，從而通過微生物的新陳代謝使有機(jī)物無機(jī)化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時(shí)不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化效率之高是任何天然的或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所不能比擬的。三.污水中微生物種類變化與凈化的關(guān)系污水性質(zhì)和污染程度不同，微生物種類和數(shù)量就會(huì)有很大差別。在處理系統(tǒng)中，好氧微生物的優(yōu)勢(shì)種群組成和數(shù)量也相應(yīng)的發(fā)生變化。例如，當(dāng)含纖維素較多的廢水進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，則纖維素分解菌就會(huì)大量繁殖，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)大量進(jìn)入該系統(tǒng)，就會(huì)使微生物群落中的氨化菌種群占優(yōu)勢(shì)。原生動(dòng)物中有的種類及數(shù)量對(duì)水質(zhì)因素(如氧溶量、pH值等)的變化較敏感，故可以作為鑒定污水污染程度的指示生物。如草履蟲、小口鐘蟲、腎狀豆形蟲、板殼蟲等大量出現(xiàn)于受重污染和有機(jī)物很多的水中。在中度污染和有機(jī)污物較多的水中，原生動(dòng)物種類及數(shù)量最多。水清澈有機(jī)污物又很少的則種類也少。污水中原生動(dòng)物的種類和數(shù)量與凈化處理的效果有著密切關(guān)系，因此原生動(dòng)物可以作為凈化情況的指示生物，可由它們對(duì)凈化處理效果作出預(yù)報(bào)。一般說來：游動(dòng)鞭毛蟲類或自由生活的纖毛蟲類占較大優(yōu)勢(shì)時(shí)，往往說明凈化效果較差，或廢水處于培育活性污泥初期。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有固著纖毛蟲類時(shí)，活性污泥已經(jīng)形成。輪蟲有自凈作用。如活性污泥中有大量輪蟲和多種纖毛蟲出現(xiàn)，說明有機(jī)污物含量很少，凈化度較高，污水處理效果好。水蚯蚓對(duì)污水也有自凈作用，其種類與數(shù)量隨污染的減輕而減少。在凈化效果較好的污水中，還會(huì)出現(xiàn)線蟲、顫蚯蚓等后生動(dòng)物。污水處理與環(huán)境微生物分類名錄Classification of Water/Wastewater Treatment Microorganisms 污水處理微生物包含在微生物，所以并無特別的分類專門用于環(huán)境微生物。但是微生物命名可以按照階元法（域 界 門 綱 目 科 屬 種 亞種）以下為其中從界到種的英文等級(jí)劃分：Kingdom界 Phylum門 Class綱 Order目 Family科 Genus屬 Species種一般上一個(gè)微生物英文中我們使用雙名法（binomial system of nomenclature），這個(gè)名稱就是一個(gè)有兩個(gè)單詞組成的科學(xué)名稱，分別是屬和種。當(dāng)然有些微生物還有它們的常用名。舉個(gè)例子 Escherichia coli （通常簡(jiǎn)寫成 E. coli）為一種大腸桿菌，屬細(xì)菌。一般水體和廢水以及污水處理中常見的微生物有：細(xì)菌Bacteria，真菌 Fungi，藻類 Aglae，原生動(dòng)物 Protozoa，輪蟲 Rotifers, 甲殼綱動(dòng)物Crustaceans，蟲類 Worms (線蟲Nematodes與扁蟲Flatworms)。細(xì)菌Bacteria單細(xì)胞，原核生物，二元分裂繁殖。生活污水中通常含有大量的微生物如細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物與蟲類，而污水處理工程師的責(zé)任就包括控制病原細(xì)菌以保證公共安全。細(xì)菌有3種形狀：棒形bacilli，圓形cocci，螺旋形spirilla。一個(gè)常見的棒形大腸桿菌可能長(zhǎng)2微米寬0.7微米。按照對(duì)氧氣的依存度，可以分為好氧、厭氧、兼性。也有其他的分類方法。絲狀細(xì)菌Filamentous bacteria問題是活性污泥處理法中常見的，而這其中actinomycetes則是一個(gè)主要的問題制造者。其實(shí)絲狀細(xì)菌也有它重要的作用比如協(xié)助絮凝物的形成。而一些絲狀菌比如Microthrix parvicella與Nocardia spp.則導(dǎo)致污泥泡沫與膨脹。Fungi（pl of fungus）真菌真菌可以分為以下五類：1 Myxomycetes, or slime fungi2 Phycomycetes, or aquatic fungi （algae）3 Ascomycetes, or sac fungi4 Basidiomycetes, or rusts, smuts, and mushrooms5 Fungi imperfecti, or miscellanueous fungiAlgae藻類根據(jù)Whittaker的五界法，藻類可以屬于其中的兩界，分為七類。不過污水處理專家的主要興趣只是其中5類：Chlorophyta green algae 綠藻門 Englenophyta euglenoids 裸藻，眼藻門Chrysophyta golden-brown algae, diatoms 金藻門，硅藻Phaeophyta brown algae褐藻門 Pyrrophyta dinoflagellates甲藻門，渦鞭藻Protozoa原生動(dòng)物單細(xì)胞，真核生物。包括可以單獨(dú)存在的柄纖毛蟲比如鐘蟲 Vorticella，或者群體存在的Carchesium sp.其中病原性的原生動(dòng)物包括Entamoeba histolytica, Giardia lamblia, 以及Cryptosporidium. Protozoa可以根據(jù)它們的運(yùn)動(dòng)方式分為4類：Mastigophora通過一條或者幾條鞭毛移動(dòng)；Ciliophora通過短的稱為cilia的鞭毛移動(dòng)；Sarcodina通過變形移動(dòng)；Sporozoa則是不能動(dòng)的。 Group 類Common Name 常用稱法Means of Movement 能動(dòng)方式Method of Reproduction 繁殖方式Mastigophora FlagellatesFlagellaAsexualCiliophoraCiliatesCiliaAsexual by transverse fission; sexual by conjugationSarcodinaAmoebaPseudopodiaAsexual and sexualSporozoaSporozoansNonmotileAsexual and sexualMastigophora可以再分為Phytomastigophrea，其中包括Euglena sp., 通常與處理過程中氮與磷的增加相聯(lián)系。Ciliophora又可分為3組：（1）free swimmers自由游動(dòng)的；（2）crawlers；（3）stalked 有柄的。Euplotes是一種自由游動(dòng)的纖毛蟲，Stentor是一種柄纖毛蟲。Sarcodina 即變形蟲與Ciliates和Flagellates相比，有較少的細(xì)胞器官，結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單?；钚晕勰嘞到y(tǒng)中的原生動(dòng)物的指示作用要注意以下一些因素： 健康的污泥中含有大量的Crawlers和Stalked ciliates，這暗示出水質(zhì)量高，BOD可能在1-10mg/L. 中等污泥中三種纖毛蟲都以優(yōu)勢(shì)存在。這暗示出水質(zhì)量滿意，可能BOD在11-30mg/L. 差的污泥中自由游動(dòng)纖毛蟲和鞭毛蟲占主要。此時(shí)的出水通常渾濁，質(zhì)量低，BOD在30mg/L以上。Rotifers輪蟲最小、最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物。輪蟲吃食藻類、細(xì)菌、原生動(dòng)物、以及死掉的生物，所以可以從廢水中去除大量的食物。在活性污泥、滴濾、以及氧化池系統(tǒng)中扮演重要角色?；钚晕勰嗪偷螢V池中含有大量的Digononta和Monogononta，而氧化池中則主要是Monogononta。Crustaceans甲殼綱動(dòng)物水中通常含有Cyclops和Daphnia等甲殼綱動(dòng)物。Worms：Nematodes & Flatworms 線蟲與扁蟲污水處理中的蟲類主要有線蟲和扁蟲等。它們長(zhǎng)度在0.5-3mm之間，而直徑通常在0.01-0.05mm之間。在污水處理系統(tǒng)中，線蟲可以加快微生物細(xì)菌群落的活動(dòng)與分解。在污泥和滴濾系統(tǒng)中它們吃食細(xì)菌。它們的活動(dòng)可以增加這些系統(tǒng)中的氧氣滲透率。不過在活性污泥中線蟲數(shù)量較少，因?yàn)橄啾仍谝后w環(huán)境中的自由游動(dòng)，線蟲更喜歡的是爬行crawling，所以在滴濾池中線蟲數(shù)目龐大。而水體中的扁蟲則是主要吃食藻類。Tubifex是扁蟲中的一種。資料一：于2002年7月至2003年7月對(duì)保定市銀定莊污水處理廠活性污泥混合液中的微型動(dòng)物群落做了為期1a的研究共采集了49個(gè)水樣，發(fā)現(xiàn)纖毛蟲89種，其中自由游泳型纖毛蟲12種，匍匐型纖毛蟲13種，附著型纖毛蟲38種，肉食型纖毛蟲26種；鑒定到變形蟲23種，其中有殼肉足蟲5種，裸肉足蟲18種；大型鞭毛蟲共記錄有8種；記錄到的后生動(dòng)物有輪蟲、線蟲和腹毛蟲附著型纖毛蟲的密度占纖毛蟲總密度的427，匍匐型纖毛蟲的密度占纖毛蟲總密度的317，肉食型纖毛蟲的密度占纖毛蟲總密度的212，自由游泳型纖毛蟲的密度占纖毛蟲總密度的44附著型纖毛蟲和匍匐型纖毛蟲密度合計(jì)占纖毛蟲總密度的744，為纖毛蟲中的優(yōu)勢(shì)類群相關(guān)分析表明，銳利楯纖蟲與水溫呈非常顯著的負(fù)相關(guān)，因此可作為低水溫的指示生物；集蓋蟲與DO呈非常顯著的負(fù)相關(guān)，可作為低DO的指示生物資料二：一般采用自然掛膜即可，生物膜生物種類和數(shù)量與污水處理相比不很豐富，但菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、游離細(xì)菌等各類微生物都有生長(zhǎng)，生態(tài)情況是好的。生物膜呈棕黑色、灰黃色。菌膠團(tuán)由莢（jia）膜球菌等組成。原生動(dòng)物有微型纖毛蟲，有時(shí)也見鐘蟲、累枝蟲等；后生動(dòng)物有線蟲、輪蟲等。有藻類共生，進(jìn)水端生物膜較出水端發(fā)育得好，各型處理設(shè)備生物膜發(fā)育情況大同小異。判別生物膜成熟與否，可測(cè)定NH3-N或OC的去除率，當(dāng)它們的去除率分別為75%或15%時(shí)，即認(rèn)為掛膜成功。由表2可見掛膜所需時(shí)間與水溫有較好的正相關(guān)，水溫為20時(shí)，需18天左右；水溫下降10，所需時(shí)間至少增加1倍。某些研究者檢查證明，生物膜上的優(yōu)勢(shì)菌為假單胞菌屬，其中有不少菌種能在4和貧營養(yǎng)條件下繁殖。資料三：活性污泥是棲息著具有生命活力的微生物群體的絮絨狀污泥。它是活性污泥法系統(tǒng)去除有機(jī)污染物的主體。活性污泥中的生物相十分豐富，有細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等。細(xì)菌是使活性污泥具有凈化功能的主要微生物，其數(shù)量約 l0 8 10 9個(gè)/ml ?；钚晕勰嘀谐Ｒ姷募?xì)菌有假單胞菌、芽孢桿菌屬、動(dòng)膠桿菌、芽孢桿菌、小球菌、黃桿菌、產(chǎn)堿桿菌、無色桿菌、產(chǎn)氣桿菌等。哪些細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，取決于有機(jī)污染物的種類。這些細(xì)菌多以菌膠團(tuán)的形式存在，呈游離狀態(tài)的較少。菌膠團(tuán)是由細(xì)菌分泌的蛋白質(zhì)、多糖和核酸等胞外聚合物包埋膠結(jié)而成的細(xì)菌團(tuán)塊。它賦予細(xì)菌抵御外界不利因素的能力，并使活性污泥自身具有良好的凝聚沉淀性能。菌膠團(tuán)的形狀各異，有分枝狀、片狀、垂絲狀和蘑菇狀等。在活性污泥中，經(jīng)常出現(xiàn)絲狀菌，如球衣菌、白硫菌和絲硫菌等。球衣菌對(duì)有機(jī)物有較強(qiáng)的分解能力，但如果繁殖過多會(huì)誘發(fā)“污泥膨脹”，影響污泥沉淀，降低處理效果。 活性污泥中的原生動(dòng)物有鞭毛蟲、根足蟲、纖毛蟲和吸管蟲等，總數(shù)可達(dá) 5x10 4 個(gè)/ml 。它們多以游離細(xì)菌為食。如水質(zhì)和運(yùn)行條件發(fā)生變化，它們的種屬也會(huì)隨之改變。在一定程度上，出現(xiàn)的原生動(dòng)物反映了水質(zhì)狀況或處理效果，因此稱為指示生物。例如，初期往往鞭毛蟲類占優(yōu)勢(shì)，然后，纖毛蟲類取而代之，漸居優(yōu)勢(shì)。當(dāng)活性污泥成熟，且處理效果良好時(shí)，匍匐型或附著型的纖毛蟲將成為優(yōu)勢(shì)種群。 活性污泥中有時(shí)也出現(xiàn)以輪蟲為主的多細(xì)胞后生動(dòng)物。輪蟲一般生活于有機(jī)質(zhì)含量很低的水中，因此，輪蟲的出現(xiàn)說明污水處理效果良好。反之，輪蟲數(shù)量過多則是活性污泥老化的反映。 生物膜的生物相十分豐富，所包含的微生物種類很多，有細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、以及肉眼可見的微型動(dòng)物。 細(xì)菌和真菌 細(xì)菌是生物膜的主要微生物，有假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、動(dòng)膠桿菌屬和球衣菌屬。其中球衣菌屬是一種絲狀菌，對(duì)有機(jī)物具有很強(qiáng)的降解能力。在生物濾池縱向的各層生物膜中，細(xì)菌的種類和數(shù)量均有差異。濾池頂層，生物膜內(nèi)的菌數(shù)一般較多，底層則較少。頂層多為異養(yǎng)菌，底層則多為自養(yǎng)菌。真菌也普遍存在于生物膜中，主要有鐮刀霉屬、地霉屬和漿霉屬等。真菌對(duì)某些人工合成的有機(jī)物（如腈）有一定的降解能力。 原生動(dòng)物和后生動(dòng)物 原生動(dòng)物和后生動(dòng)物都屬微型動(dòng)物，棲息于濾池底部生物膜的好氧表層。出現(xiàn)微型動(dòng)物表明生物膜已經(jīng)培養(yǎng)成熟。在生物濾池運(yùn)行初期，多出現(xiàn)豆形蟲一類的游泳型纖毛蟲。運(yùn)行良好時(shí)，則以鐘蟲、獨(dú)縮蟲、累枝蟲、蓋纖蟲等固著型纖毛蟲為主。原生動(dòng)物能吞食細(xì)菌，特別是游離細(xì)菌，對(duì)改善生物濾器的出水水質(zhì)具有積極而重要的作用。當(dāng)溶解氧十分充足時(shí)生物濾器內(nèi)常見有后生動(dòng)物線蟲，它們以細(xì)菌、原生動(dòng)物為食料。 生物濾器中的微生物生態(tài)分布是：從頂部到底部，微生物種類由少到多，微生物系統(tǒng)由低級(jí)到高級(jí)。頂部生物膜以細(xì)菌為主，多為菌膠團(tuán)，不見或少見原生動(dòng)物。中部生物膜除大量細(xì)菌外，豆形蟲、滴蟲、變形蟲等原生動(dòng)物的數(shù)量逐漸增多。底部生物膜中原生動(dòng)物數(shù)量更多，種類有鐘蟲、累枝蟲、蓋纖蟲等，細(xì)菌數(shù)量則少。資料四：最先擔(dān)當(dāng)凈化任務(wù)的是異氧菌和腐生性真菌，細(xì)菌特別是球狀細(xì)菌起者最關(guān)鍵的作用，優(yōu)良運(yùn)轉(zhuǎn)的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團(tuán)。沉降性好，隨著活性污泥的正常運(yùn)行，細(xì)菌大量繁殖，開始生長(zhǎng)原生動(dòng)物，是細(xì)菌一次捕食者?；钚晕勰喑Ｒ姷脑鷦?dòng)物有鞭毛蟲、肉足蟲、纖毛蟲和吸管蟲?；钚晕勰喑墒鞎r(shí)固著型的纖毛蟲、鐘蟲占優(yōu)勢(shì)；后生動(dòng)物是細(xì)菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等只能在溶解氧充足時(shí)才出現(xiàn)，所以當(dāng)出現(xiàn)后生動(dòng)物時(shí)說明處理水質(zhì)好轉(zhuǎn)標(biāo)志。微型生物在污水回用處理中的指導(dǎo)作用生活污水在廢水處理及其資源化利用中占有相當(dāng)大的比例，建立一個(gè)比較完善的、經(jīng)濟(jì)高效的小區(qū)污水回用處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)污水就地資源化和無害化，具有巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。ICAST(Intermittent or Cyclic Activated Sludge Technology，間歇/循環(huán)活性污泥技術(shù))1是一種適合小區(qū)污水回用處理的新型改良SBR工藝的處理技術(shù)。在ICAST反應(yīng)池中，參與污水回用處理的是由細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物和懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混合形成的具有吸附分解有機(jī)物能力的絮狀體顆?；钚晕勰?。是否具有良好性能的活性污泥是對(duì)污水進(jìn)行生化處理最終達(dá)到資源化利用的基礎(chǔ)，因此本文就污水回用處理ICAST裝置，通過長(zhǎng)期鏡檢觀測(cè)，從活性污泥培養(yǎng)到正常運(yùn)行的整個(gè)過程中，對(duì)微型生物進(jìn)行深入研究，分析ICAST反應(yīng)池中微生物的變化規(guī)律，以及當(dāng)工況發(fā)生改變時(shí)生物相的變化趨勢(shì)，利用生物指示作用為處理裝置的最優(yōu)化運(yùn)行控制和集成化管理提供科學(xué)的理論依據(jù)。1 研究對(duì)象活性污泥中存在著多種微型生物，它們共同構(gòu)成了相當(dāng)復(fù)雜的生物相，其中數(shù)量占主導(dǎo)地位并起到降解污染物質(zhì)主要作用的是細(xì)菌。從生物學(xué)角度了解污水處理是否達(dá)到預(yù)期效果，最直接方法是對(duì)活性污泥中的細(xì)菌進(jìn)行研究，觀察細(xì)菌的生長(zhǎng)情況及在運(yùn)行中發(fā)生的種類、數(shù)量等變化。目前，對(duì)細(xì)菌觀察和分類鑒定的周期較長(zhǎng)，作出診斷還沒有較為簡(jiǎn)易的可行方法，不能及時(shí)地起到指導(dǎo)裝置運(yùn)行的作用。但是，活性污泥中的原生動(dòng)物與細(xì)菌之間存在著相互依存和制約的關(guān)系： 原生動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的捕食，可促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)和提高細(xì)菌活性； 細(xì)菌的絮凝作用提供了原生動(dòng)物的生長(zhǎng)環(huán)境，而在絮狀物上生長(zhǎng)的原生動(dòng)物又能加速絮凝過程； 原生動(dòng)物分泌的粘液對(duì)懸浮顆粒和細(xì)菌均有吸附能力； 除細(xì)菌外，原生動(dòng)物也能直接攝入微小的懸浮粒性有機(jī)物(DOM, dissolved organic matter)，以及通過滲透性營養(yǎng)直接吸收溶解性有機(jī)物(POM, particular organic matter)； 原生動(dòng)物體積較細(xì)菌大可便于觀察，周圍環(huán)境發(fā)生變化時(shí)比細(xì)菌更加敏感，更及時(shí)地反映出運(yùn)行狀態(tài)。因此，原生動(dòng)物的種類、數(shù)量、生長(zhǎng)狀況和菌膠團(tuán)等指標(biāo)可以間接定性地評(píng)價(jià)污水回用處理裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的好壞，起到生物指示的作用。2 ICAST處理裝置及運(yùn)行方式污水回用處理ICAST裝置1，如圖1所示。該裝置運(yùn)行方式如圖2所示，生活污水經(jīng)調(diào)節(jié)池進(jìn)入ICAST反應(yīng)池進(jìn)行生化處理，ICAST反應(yīng)池采用間歇式和連續(xù)式兩種運(yùn)行方式。其中，連續(xù)式運(yùn)行時(shí)(如圖3所示)為連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水；間歇式運(yùn)行時(shí)(如圖4所示)為間歇進(jìn)水、間歇出水。圖1 污水回用處理系統(tǒng)Fig.1 System of living sewage reusing treatment device本文在活性污泥培養(yǎng)完成后，分別采用間歇和連續(xù)兩種工藝運(yùn)行該裝置，對(duì)ICAST反應(yīng)池中的微型生物進(jìn)行觀測(cè)，在研究生物指導(dǎo)作用的同時(shí)，對(duì)比不同條件下該反應(yīng)池中微型生物生態(tài)群落之間的異同。 圖2 處理流程示意圖 圖3 連續(xù)式運(yùn)行示意圖Fig.2 Flow chart of ICAST treatment process Fig.3 Sketch map of the continuing process圖4 間歇式運(yùn)行示意圖Fig.4 Sketch map of the intermittent process3 活性污泥的馴化與培養(yǎng)本文接種的活性污泥菌種取自上海市曲陽污水廠二次沉淀池回流濃縮污泥，微型生物活性強(qiáng)，污泥絮體和沉降性能均良好，原生動(dòng)物已演替到較高級(jí)的類型。起初對(duì)新進(jìn)污泥進(jìn)行不進(jìn)水的悶曝，一段時(shí)間后對(duì)ICAST反應(yīng)池進(jìn)行間歇進(jìn)水，污水為上海理工大學(xué)高層住宅每日所排生活污水40 m3d-1，且水量隨培養(yǎng)時(shí)間的增加而逐漸增加，最終達(dá)到設(shè)計(jì)處理水量，實(shí)現(xiàn)正常的間歇運(yùn)行。在馴化與培養(yǎng)過程中，每天通過顯微鏡進(jìn)行鏡檢，分析污泥的性狀和微型生物種類和數(shù)量的變化趨勢(shì)。通過三周的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)由于曲陽污水廠污水水質(zhì)和本裝置所處理污水水質(zhì)均為生活污水，有相同的水質(zhì)特征，故所馴化培養(yǎng)的活性污泥中微型生物對(duì)新進(jìn)污水的適應(yīng)過程較短。最初幾天的馴化過程中，原生動(dòng)物類緣毛目(Peritricha)固著型纖毛蟲(圖5)數(shù)量有明顯減少，替代之大量出現(xiàn)的是全毛目(Holotricha)游泳型纖毛蟲(圖6)，并有部分的吸管蟲(圖7)出現(xiàn)。隨著培養(yǎng)時(shí)間的推進(jìn)，當(dāng)污泥中的微型生物逐漸適應(yīng)新的水質(zhì)和生長(zhǎng)環(huán)境時(shí)，固著型的纖毛蟲重新開始大量出現(xiàn)，伴之有少量的游泳型纖毛蟲。在污泥培養(yǎng)后期，固著型纖毛蟲已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相繼出現(xiàn)漫游蟲(圖8)、輪蟲(圖9)等微型生物，此時(shí)污泥的培養(yǎng)已基本完成，活性污泥全面形成大顆粒絮團(tuán)，且結(jié)構(gòu)緊密，沉降性能良好。由于進(jìn)水的有機(jī)物濃度不高，因此生化需氧量BOD5在150 mgl-1左右。污泥沉降比SV在15%左右，污泥濃度MLSS在1200 mgl-1左右。圖5 固著型纖毛蟲圖6 游動(dòng)型纖毛蟲 圖7 吸管蟲 Fig. 5 Sessile ciliates Fig. 6 Wandering ciliatesFig. 7 Suctoria圖8 漫游蟲圖9 輪蟲Fig. 8 Lionotus Fig. 9 Rotifer4 ICAST反應(yīng)池中的優(yōu)勢(shì)微型生物在間歇運(yùn)行方式時(shí)，ICAST反應(yīng)池中經(jīng)常觀測(cè)到的微型生物有：湖累枝蟲(Epistylis lacustris)，樹狀聚縮蟲(Zoothamnium arbuscula)，水虱偽獨(dú)縮蟲(Pseudocarchesium aselli)，瓶累枝蟲(Epistylis urceolata)，圓筒蓋蟲(Opercularia cylindrata)，白鐘蟲(Vorticella alba)，轉(zhuǎn)輪蟲(Rotaria rotatoria)，小口鐘蟲(Vorticella microstoma)等。由間歇運(yùn)行改為連續(xù)運(yùn)行方式時(shí)，待運(yùn)行大約二周后出水較穩(wěn)定，這時(shí)反應(yīng)池中經(jīng)常觀測(cè)到的微生物有：湖累枝蟲(Epistylis lacustris)，彩蓋蟲(Opercularia phryganeae)，薄漫游蟲(Litonotus lamella)，瓶累枝蟲(Epistylis rotans)，白鐘蟲(Vorticella alba)，八鐘蟲(Vorticella octava)，杯鐘蟲(Vorticella cupifera)，圓筒蓋蟲(Opercularia cylindrata)等。從以上微生物種類可以看出，處于正常運(yùn)行的ICAST反應(yīng)池中，生物的種類會(huì)變得比較單純，主要以有柄的纖毛蟲占優(yōu)勢(shì)，這與文獻(xiàn)2, 3獲得的結(jié)論相一致。5 微型生物在ICAST反應(yīng)池中的指導(dǎo)作用在整個(gè)污水回用處理過程中，微型生物特別是原生動(dòng)物狀態(tài)好壞起著至關(guān)重要的作用，活性污泥中的生物相在通常情況下是比較穩(wěn)定的，但當(dāng)外界條件或工況突然發(fā)生改變時(shí)，原生動(dòng)物的種屬和數(shù)量以及菌膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)也將隨之發(fā)生變化。通過微型動(dòng)物的生物指示特性，可以對(duì)處理工藝起到定性的指導(dǎo)作用。5.1 對(duì)出水水質(zhì)的指導(dǎo)作用ICAST反應(yīng)池處于正常運(yùn)行中，除定期對(duì)出水進(jìn)行監(jiān)測(cè)之外，還應(yīng)以微型生物的鏡檢情況，判斷活性污泥凈化污水的效能。通過觀測(cè)ICAST反應(yīng)池內(nèi)活性污泥的生物相，發(fā)現(xiàn)：活性污泥系統(tǒng)中，以固著型的纖毛蟲為主且具有較好的活性時(shí)，活性污泥易成絮體，沉降性能好，出水較清澈，懸浮物質(zhì)少，水質(zhì)良好；同時(shí)，通過觀測(cè)有柄的纖毛蟲數(shù)量，以及有柄纖毛蟲占整個(gè)原生動(dòng)物的百分比，都可預(yù)測(cè)出水的BOD5，方法十分簡(jiǎn)單，只要能認(rèn)出纖毛蟲是否有柄，無需做進(jìn)一步的分辨；若有柄纖毛蟲的數(shù)量突然下降，則出水BOD5會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，這時(shí)應(yīng)立即追查事故原因以求盡快解決問題。Gurds等人通過在多家活性污泥曝氣池中進(jìn)行的調(diào)查，找出了原生動(dòng)物種類的組成與排水水質(zhì)之間的關(guān)系，在系統(tǒng)的運(yùn)行中，只要觀察原生動(dòng)物構(gòu)成情況就可大致預(yù)測(cè)出水的BOD5值24，Al-shahwani等人通過回歸分析法建立了出水水質(zhì)和原生動(dòng)物種群和數(shù)量的數(shù)學(xué)模型5，Madoni等人列出了19種原生動(dòng)物與BOD5、NH3-N，NO3-N，MLSS、DO、SVI、SRT等的對(duì)照關(guān)系6。這些結(jié)論與上述本文試驗(yàn)鏡檢狀況相一致。5.2 對(duì)工況的指導(dǎo)作用當(dāng)由于設(shè)備故障或其他因素導(dǎo)致工況突然發(fā)生不正常的變化時(shí)，污泥中的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物的活性會(huì)受到不同程度的抑制。由于是處理生活污水，一般不含有毒物質(zhì)，且pH值也不存在較大的波動(dòng)，故對(duì)處理效果影響較大的是進(jìn)水濃度、進(jìn)水水量、溫度和溶解氧的變化。通過鏡檢發(fā)現(xiàn)：原生動(dòng)物和后生動(dòng)物的活動(dòng)會(huì)明顯減少，鐘蟲等固著型纖毛類微型動(dòng)物口緣纖毛會(huì)停止擺動(dòng)，蟲體收縮；正常運(yùn)行時(shí)，鐘蟲靠體內(nèi)伸縮泡的定期收縮把吞入體內(nèi)的多余水分不斷排除體外，以維持體內(nèi)的水分平衡，但若反應(yīng)池內(nèi)的溶解氧DO濃度降至1 mgl-1以下時(shí)，伸縮泡就會(huì)處于舒張狀態(tài)，不再活動(dòng)，有時(shí)鐘蟲還會(huì)脫去尾部的柄，在蟲體的頂端還會(huì)突起一個(gè)體積和自身體積大致相當(dāng)?shù)目张?(圖10)，從而導(dǎo)致