摘要：通過試驗和觀察，研究了活性污泥中絲狀菌與絮體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。常見的活性污泥絮體可分為六大類型，在不同的處理工藝和運行條件下，各類型污泥比例不同，絲狀菌在污泥絮體的形成過程中所起的作用也不相同。而在活性污泥膨脹時，生物相結(jié)構(gòu)中的絲狀菌可分為結(jié)構(gòu)性的和非結(jié)構(gòu)性的兩大類，它們起著不同的作用，運行中必須通過不同的方法和措施加以防治。

絲狀微生物是一大類菌體相連而形成絲狀的微生物的統(tǒng)稱，其中包括絲狀細菌、絲狀真菌、絲狀藻類等［1］。荷蘭學(xué)者Eikelboom將絲狀微生物分為29個類型、7個群，并制成了活性污泥絲狀微生物檢索表。
　　
絲狀微生物的功能與結(jié)構(gòu)形態(tài)密切相關(guān)，長絲狀形態(tài)有利于其在固相上附著生長，保持一定的細胞密度，防止單個細胞狀態(tài)時被微型動物吞食；細絲狀形態(tài)的比表面積大，有利于攝取低濃度底物，在底物濃度相對較低的條件下比膠團菌增殖速度快，在底物濃度較高時則比膠團菌增殖速度慢。許多絲狀微生物表面具有膠質(zhì)的鞘，能分泌粘液，粘液層能夠保證一定的胞外酶濃度，并減少水流對細胞的沖刷，其中還含有特定的抗體，以防止其他生物附著。
　　
絲狀微生物種類繁多，對生長環(huán)境要求低。其本身生理生長特性很特別：增殖速率快、吸附能力強、耐供氧不足能力以及在低基質(zhì)濃度條件下的生活能力都很強，因此在廢水生物處理生態(tài)系統(tǒng)中存活的種類多，數(shù)量大。如何使絲狀微生物相互聚集，使之在廢水處理中達到較好的泥水分離效果，如何確定絲狀微生物同其他微生物的相互作用，以及不同絲狀微生物的最適需氧量等，都是需要進一步研究的問題。

1　試驗設(shè)計及過程

試驗分別在本院給水排水實驗室、重慶市唐家橋污水處理廠、重慶市渝北區(qū)城南污水處理廠進行。活性污泥采樣自本實驗室活性污泥法小試反應(yīng)器、唐家橋污水處理廠和城南污水處理廠的曝氣池、初沉池和二沉池。通過鏡檢觀察記錄活性污泥絮體大小、形態(tài)和結(jié)構(gòu)，對不同反應(yīng)器的絲狀微生物進行鑒定，從而尋找絲狀微生物與絮體形態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。試驗歷時5個月。
　　
絲狀微生物鑒定采用Eikelboom法，鏡檢觀察以下八項特征：①是否存在衣鞘；②滑行運動；③真、假分枝；④絲狀體長度、形狀、性質(zhì)；⑤細胞直徑、長度、性質(zhì)；⑥革蘭氏染色反應(yīng)；⑦納氏染色反應(yīng)；⑧有無胞含體(聚-β-羥基丁酸PHB、硫粒、多聚磷酸鹽等)。染色采用石炭酸復(fù)紅染色法、革蘭氏染色法、納氏染色法和積硫試驗法。通過目微尺測定污泥絮體直徑，記錄各種大小、形狀和結(jié)構(gòu)的絮體數(shù)量，歸納污泥絮體的主要類型及特征。通過大量觀察，尋找絲狀微生物種類、濃度與污泥絮體大小、形狀、結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

2　試驗結(jié)果

2.1　絮體結(jié)構(gòu)形態(tài)類型
　　
通過大量的觀察發(fā)現(xiàn)，活性污泥在正常運行和膨脹時呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和種類。正常運行時活性污泥結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為四類，Ⅰ型：致密、細小，看不到絲狀菌為骨架的污泥；Ⅱ型：有明顯絲狀骨架、呈長條形的污泥；Ⅲ型：厚實、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨型污泥；Ⅳ型：有孔洞結(jié)構(gòu)的巨型污泥。污泥膨脹時其結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為兩類，Ⅴ型：結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長、伸長，絮體結(jié)構(gòu)松散；Ⅵ型：非結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長，不形成絮體。
　　試驗過程中發(fā)現(xiàn)，Ⅰ型污泥在兩污水廠正常運行的曝氣池中所占比例較低，城南污水廠為10%左右，唐家橋污水廠更低，而在二沉池上清液中比例較高，因此它是從良好結(jié)構(gòu)的污泥上脫落下來的，在二沉池隨出水流失。正常運行時長條形污泥、網(wǎng)狀污泥和孔洞污泥(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型)占很高比例，兩污水廠中均占90%以上。根據(jù)絮體伸出的部分絲狀菌，可以判斷這些具有良好結(jié)構(gòu)的污泥是以絲狀菌為骨架，膠團菌附著于其上而形成的。它們是去除有機物的主要部分。
　　
在混合液中可見到其他絲狀微生物游離于菌膠團之外，見不到附著生長物，三種樣本見到的菌種有：球衣菌、發(fā)硫菌、0803型、0581型、硬發(fā)菌、鏈球菌等，但數(shù)量都十分少。
　　
試驗過程中，城南污水廠由于發(fā)生停電事故時仍保持進水流量，發(fā)生了結(jié)構(gòu)絲狀菌大量增殖的現(xiàn)象，污泥結(jié)構(gòu)呈松散狀(Ⅴ型)，SVI達到142mL/g干污泥；待供電正常，按正常方式運行一段時間后，污泥結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，SVI回落至90mL/g　干污泥。而活性污泥小試過程中多次出現(xiàn)污泥膨脹，泥水分離困難(Ⅵ型)，SVI高達500mL/g　干污泥以上，調(diào)節(jié)運行方式仍不能控制，鏡檢發(fā)現(xiàn)球衣菌、發(fā)硫菌大量增殖，最終通過投加漂白粉殺生劑再經(jīng)逐步培養(yǎng)才恢復(fù)正常。

2.2　微生物鑒定結(jié)果
　　
根據(jù)Eikelboom法對作為污泥良好結(jié)構(gòu)骨架的絲狀菌進行鑒定，發(fā)現(xiàn)各處取樣污泥的結(jié)構(gòu)絲狀菌特征一致：絲狀體直徑1.5～2μm，絲體長200μm左右，不運動，略彎，在絮體內(nèi)扭曲，細胞呈柱狀，長0.5～4μm，直徑0.7～1.0μm，有鞘，橫隔明顯，常見分枝，有大量附著生長物，無硫粒，革蘭氏染色陰性，納氏染色可見蘭灰色顆粒，呈陽性。
　　
查絲狀微生物鑒定表，找不到特征完全相符的種，比較接近的是Eikelboom1701型。Eikelboom1701的特征是：鏈狀圓柱形細胞，被鞘緊裹，絲體長100～200μm，偶爾超過200μm，雖然絲體正常時稍彎，但可有很強的盤繞性，細胞長2.5～3.5μm，直徑0.5～0.9μm，有鞘，有時可見PHB黑色小顆粒，橫隔和縮縊明顯，偶有假分枝，常有大量附著生長物，無硫粒，革蘭氏染色陰性，納氏染色陽性。

3　分析與討論

3.1　絮體形成過程
　　
許多絮體可以同時具有Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型污泥的多種特征，在絮體中心部分為孔洞結(jié)構(gòu)，向四周伸展的長條形污泥相互搭接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最外側(cè)則可見新伸出的骨架絲狀菌。從這種污泥的形態(tài)可以推斷其形成過程為：結(jié)構(gòu)絲狀菌交織生長，膠團菌附著其上形成新生污泥，新生污泥逐漸成熟形成條狀、網(wǎng)狀污泥，在氧和營養(yǎng)物充足等條件下，網(wǎng)狀污泥的膠團菌增粗，網(wǎng)孔逐漸變小形成孔洞狀，最后孔洞被填實，而結(jié)構(gòu)絲狀菌的伸出為膠團菌提供了新的附著面，包裹形成新的條狀污泥，條狀污泥相互交織又形成新的網(wǎng)狀污泥，重復(fù)上述過程，形成更大的污泥絮體。
　　
一些污泥能見到成節(jié)的形態(tài)，大的孔洞結(jié)構(gòu)污泥之間由細的條狀污泥連接，有的由絲狀微生物連接，這種污泥的形成可能是絮體成長到一定成熟度后，由于內(nèi)部供氧不足，促進了包埋于其中的結(jié)構(gòu)絲狀菌的生長，將絮體撐開導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散形成節(jié)狀。
　　
還有極少量的污泥，可以見到極粗大的絲狀骨架，上面附著膠團菌，經(jīng)多次對比鑒定，這些絲狀骨架為死亡累枝蟲的桿，由于結(jié)構(gòu)松散，這類污泥易于在二沉池發(fā)生漂浮，因此保持原生動物穩(wěn)定的生長條件可以有效地減少二沉池的污泥上浮。

3.2　絲狀微生物與微生態(tài)群落的關(guān)系
　　
試驗表明，膠團菌與結(jié)構(gòu)絲狀菌之間相互依存，絲狀微生物形成了絮體骨架，為絮體形成較大顆粒同時保持一定的松散度提供了必要條件。而膠團菌的附著使絮體具有一定的沉降性而不易被出水帶走，并且由于膠團菌的包附使得結(jié)構(gòu)絲狀菌獲得更加穩(wěn)定、良好的生態(tài)條件，所以這兩大類微生物在活性污泥中形成了特殊的共生體。
　　
根據(jù)生態(tài)學(xué)的觀點，環(huán)境因子對微生物個體的影響首先是影響某些敏感生物，然后通過微生物之間的相互作用逐步傳遞，最終當影響超過一定限度時引起結(jié)構(gòu)上的波動。正是因為生態(tài)系統(tǒng)中生物種類多，并按一定結(jié)構(gòu)組成了微生態(tài)群落，環(huán)境壓力在逐級傳遞過程中受到消減，所以生態(tài)系統(tǒng)具備了一定抗沖擊負荷的能力。與純培養(yǎng)相比，生態(tài)系統(tǒng)能通過優(yōu)勢種群的變化維持良好的結(jié)構(gòu)，而純培養(yǎng)只需輕微刺激就會引起強烈反應(yīng)，直接破壞其脆弱的結(jié)構(gòu)。這也是保證活性污泥微生態(tài)群落穩(wěn)定性的根本原因。
　　
根據(jù)本試驗結(jié)果，可以將活性污泥微生態(tài)群落描述如下：活性污泥微生態(tài)群

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