摘要：針對(duì)污水回用處理ICAST裝置[1]，通過(guò)長(zhǎng)期鏡檢觀測(cè)，本文 總結(jié) 了ICAST反應(yīng)池內(nèi)所占優(yōu)勢(shì)的微型生物，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中由于工況改變致使微型生物性狀發(fā)生的變化進(jìn)行了 分析 。結(jié)果表明，微型生物、特別是原生動(dòng)物對(duì)污水回用處理裝置 經(jīng)濟(jì) 高效運(yùn)行可起指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：ICAST 微型生物 活性污泥

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(wú)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)物能力的絮狀體顆粒——活性污泥。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(guò)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(guò)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(méi)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：① 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;② 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(guò)程;③ 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;④ 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(guò)滲透性營(yíng)養(yǎng)直接吸收溶解性有機(jī)物(POM, particular organic matter);⑤ 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 process

3 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(yáng)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 m3×d-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(guò)程中，每天通過(guò)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(guò)三周的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)由于曲陽(yáng)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(guò)程較短。最初幾天的馴化過(guò)程中，原生動(dòng)物類緣毛目(Peritricha)固著型纖毛蟲(chóng)(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(chóng)(圖6)，并有部分的吸管蟲(chóng)(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(chóng)重新開(kāi)始大量出現(xiàn)，伴之有少量的游泳型纖毛蟲(chóng)。在污泥培養(yǎng)后期，固著型纖毛蟲(chóng)已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相繼出現(xiàn)漫游蟲(chóng)(圖8)、輪蟲(chóng)(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 mg×l-1左右。污泥沉降比SV在15%左右，污泥濃度MLSS在1200 mg×l-1左右。

圖5 固著型纖毛蟲(chóng) 圖6 游動(dòng)型纖毛蟲(chóng) 圖7 吸管蟲(chóng)

Fig. 5 Sessile ciliates Fig. 6 Wandering ciliates Fig. 7 Suctoria

圖8 漫游蟲(chóng) 圖9 輪蟲(chóng)

Fig. 8 Lionotus Fig. 9 Rotifer

4 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(chóng)(Epistylis lacustris)，樹(shù)狀聚縮蟲(chóng)(Zoothamnium arbuscula)，水虱偽獨(dú)縮蟲(chóng)(Pseudocarchesium aselli)，瓶累枝蟲(chóng)(Epistylis urceolata)，圓筒蓋蟲(chóng)(Opercularia cylindrata)，白鐘蟲(chóng)(Vorticella alba)，轉(zhuǎn)輪蟲(chóng)(Rotaria rotatoria)，小口鐘蟲(chóng)(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(chóng)(Epistylis lacustris)，彩蓋蟲(chóng)(Opercularia phryganeae)，薄漫游蟲(chóng)(Litonotus lamella)，瓶累枝蟲(chóng)(Epistylis rotans)，白鐘蟲(chóng)(Vorticella alba)，八鐘蟲(chóng)(Vorticella octava)，杯鐘蟲(chóng)(Vorticella cupifera)，圓筒蓋蟲(chóng)(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(chóng)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(guò)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(guò)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(guò)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(chóng)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(guò)觀測(cè)有柄的纖毛蟲(chóng)數(shù)量，以及有柄纖毛蟲(chóng)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(chóng)是否有柄，無(wú)需做進(jìn)一步的分辨;若有柄纖毛蟲(chóng)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(wèn)題 。

Gurds等人通過(guò)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[2~4]，Al-shahwani等人通過(guò)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(guò)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(chóng)等固著型纖毛類微型動(dòng)物口緣纖毛會(huì)停止擺動(dòng)，蟲(chóng)體收縮;正常運(yùn)行時(shí)，鐘蟲(chóng)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 mg×l-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(chóng)還會(huì)脫去尾部的柄，在蟲(chóng)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)致蟲(chóng)體死亡，同時(shí)污泥中后生動(dòng)物的線蟲(chóng)數(shù)量會(huì)突然增加(圖11)。

圖10 鐘蟲(chóng)頭頂空泡 圖11 線蟲(chóng) 圖12 胞囊

Fig. 10 Vorticella with low dissolved oxygen Fig. 11 Nemato Fig. 12 Cyst

當(dāng)不利的工況在一段時(shí)間內(nèi)得不到有效改善時(shí)，原生動(dòng)物會(huì)由于無(wú)法進(jìn)行正常的新陳代謝致使蟲(chóng)體變圓，鞭毛、纖毛或偽足等細(xì)胞器縮入體內(nèi)或消失，細(xì)胞水分陸續(xù)由伸縮泡排出，蟲(chóng)體縮小，最后伸縮泡消失，分泌出膠狀的物質(zhì)于體表凝固后形成胞殼，最終形成“胞囊(cyst)”(圖12)，以渡過(guò)不良的環(huán)境。此時(shí)，活性污泥可能出現(xiàn)解體，導(dǎo)致絮體變小，甚至出現(xiàn)惡化的現(xiàn)象，出水水質(zhì)會(huì)出現(xiàn)惡化。一旦工況恢復(fù)正常，其胞殼就會(huì)破裂并恢復(fù)蟲(chóng)體的原形，活性污泥的性能也會(huì)逐漸改善。

因此，若保持污水回用處理裝置 經(jīng)濟(jì) 高效運(yùn)行，則應(yīng)避免由于活性污泥中微生物生態(tài)的長(zhǎng)期失衡導(dǎo)致處理裝置無(wú)法正常運(yùn)行。

參考 文獻(xiàn) :

[1]張道方, 紀(jì)桂霞, 史雪霏, 等. ICAST用于小區(qū)污水回用處理及自控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 研究 [J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 25(4): 313-317.

[2]Gurds C.H., Cockburn A. and Vanddyke J.M. An experimental study of the role of the ciliated protozoa in the activated sludge process[J]. Water Pollution Contr. 1968, 67: 312-329.

[3]沈韞芬. 微型生物在污水處理中的原理、作用和 應(yīng)用 [J]. 生物學(xué)通報(bào), 1999, 34(7): 1-4.

[4]李探微, 彭永臻, 朱 曉. 活性污泥中原生動(dòng)物的特征和作用[J]. 給水排水, 2001, 27(4): 24-27.

[5]Al-Shahwani S.M. The use of protozoa to indicate changes in the performance of activated sludge plants. Water Resource, 1991, 25(6): 633-638.

[6]Madoni P. Comparative analysis of the activated sludge micro-fauna in several sewage treatment works. Water Resource, 1993, 27(9): 1485-1491.

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