1 引言

　　活性污泥法(Activated Sludge Process)用于城市生活污水和工業(yè)廢水處理已有一百多年歷史，是最廣泛應(yīng)用的廢水生物處理工藝，其核心是活性污泥中存在的微生物(細(xì)菌類、真菌類、原生動物和微型后生動物等)及其群體所組成的微生態(tài)降解系統(tǒng).活性污泥培養(yǎng)馴化是活性污泥系統(tǒng)啟動和運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過馴化條件(原污泥、廢水水質(zhì)、處理工藝等)對微生物的選擇作用，構(gòu)建適用于不同水質(zhì)和運行條件下的活性污泥微生態(tài)系統(tǒng).然而，對活性污泥的培養(yǎng)馴化機理并不是十分了解，只是推測在此過程中可能涉及到微生物群落正向自發(fā)突變的積累.

　　微型動物在活性污泥微生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用：一方面，微型動物(Microfauna)(包括原生動物(Protozoa)和微型后生動物(Micro-metazoa))通過捕食細(xì)菌，保持細(xì)菌群落活力，從而維持活性污泥微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定;另一方面，產(chǎn)生的溶解性有機物質(zhì)(DOM)代謝產(chǎn)物可作為細(xì)菌的礦物營養(yǎng)，促進細(xì)菌生長繁殖等.更重要的是，活性污泥微型動物與污水廠運行狀況之間存在著密切的關(guān)系，可作為活性污泥污水處理性能的指示生物，從而反映活性污泥系統(tǒng)運行狀態(tài).

　　生物群落物種多樣性可以反映群落的結(jié)構(gòu)和功能，多樣性高低可通過量化指數(shù)來衡量.在一定時期內(nèi)物種多度保持不變的群落稱為“穩(wěn)定群落”，而把另外一些物種多度表現(xiàn)出很大變化的群落稱為“不穩(wěn)定群落”.有研究者基于物種數(shù)與群落總多度之比定義的穩(wěn)定性指數(shù)以及群落物種多樣性值的變異系數(shù)的動態(tài)變化探討群落穩(wěn)定性問題.然而，目前對于活性污泥培養(yǎng)馴化過程中微型動物群落結(jié)構(gòu)演變的研究，僅進行了粗略的描述，對活性污泥微型動物群落物種多樣性、穩(wěn)定性等缺乏系統(tǒng)的研究.

　　本研究以廢水生物處理中廣泛使用的序批式活性污泥工藝(Sequencing batch reactor，SBR)為平臺，對培養(yǎng)馴化過程中活性污泥微型動物群落結(jié)構(gòu)、物種多樣性及穩(wěn)定性情況進行考察.對污泥馴化過程中微型動物生態(tài)學(xué)研究，可從微生態(tài)層面揭示污水處理間歇曝氣活性污泥馴化中微型動物群落結(jié)構(gòu)特征、物種多樣性和穩(wěn)定性變化規(guī)律，以揭示缺氧/好氧交替環(huán)境下活性污泥培養(yǎng)馴化微觀機理，闡明微型動物群落與污泥特性及污水處理效果之間的相互關(guān)系，為活性污泥培養(yǎng)馴化啟動和系統(tǒng)調(diào)試運行操作提供技術(shù)基礎(chǔ)支撐.

　　2 材料與方法

　　2.1 反應(yīng)器運行控制

　　試驗采用序批式反應(yīng)器(SBR)，反應(yīng)器主體由高85 cm、內(nèi)徑7.5 cm的有機玻璃柱制成，有效容積為 3.2 L.空氣壓縮機通過置于反應(yīng)器底部的微孔曝氣頭提供系統(tǒng)所需氧氣，同時為泥、水的混勻與環(huán)流提供動力.通過調(diào)節(jié)空氣流量計控制曝氣強度(0.2 L·min-1)，維持水中穩(wěn)定的溶解氧((5.42±0.03)mg·L-1).反應(yīng)器在室溫(20±2.1)℃下運行.

　　接種污泥取自馬鞍山市某污水處理廠好氧池回流污泥，清洗3遍后投加至SBR反應(yīng)器悶曝，2 d后混合液懸浮固體濃度(MLSS)為1100 mg·L-1，污泥沉降比(SV)為32%.運行16 d，MLSS達到4000 mg·L-1左右時，通過每日排泥的方式維持穩(wěn)定的MLSS，并控制污泥齡θ為20 d左右.

　　污泥培養(yǎng)馴化原水由自來水配制而成，水中投加一定量的C6H12O6、NH4Cl、KH2PO4(微量元素來自于試驗用水)，使碳、氮、磷之比接近100∶5∶1.用NaHCO3/Na2CO3緩沖體系(pH=9.25)調(diào)節(jié)進水pH至7.50±0.05.整個試驗過程中，進水 CODCr 為(1695.28±139.50)mg·L-1、氨氮為(40.71±7.83)mg·L-1、總磷為(8.25±0.17)mg·L-1，污泥負(fù)荷約為0.3 kg·kg-1·d-1.

　　SBR反應(yīng)器每天運行2個周期，每個周期12 h，分成2個階段：①反應(yīng)器進水曝氣階段，時間10 h;②沉淀排水階段，曝氣完成后自然沉淀時間2 h，然后將反應(yīng)器中上清液通過出水口排出，排水比(進水體積與反應(yīng)池總有效體積之比)為1/3.2，然后補入新鮮原水至原水位，重新進入下一個周期運行，如此循環(huán)往復(fù).通過系統(tǒng)中活性污泥微型動物群落物種多樣性及出水水質(zhì)等指標(biāo)判定，運行約1個月，活性污泥微型動物群落達初步穩(wěn)定，馴化完成.

　　2.2 微型動物采樣、鑒別計數(shù)與分類統(tǒng)計

　　從反應(yīng)器啟動后第4 d開始取樣，每1～2 d在曝氣階段結(jié)束前30 min內(nèi)，通過虹吸管在反應(yīng)器垂直方向上等距離(距離反應(yīng)器底部10 cm、40 cm、70 cm處)采集3個一定量污泥混合液平行樣用于微型動物鑒別計數(shù).另外，取一定量的混合液做污泥特性常規(guī)項檢測，沉淀結(jié)束前取上清液做水質(zhì)常規(guī)項檢測.

　　使用微量移液器(DRAGON大龍)移取25 μL搖勻后的污泥混合液置于光學(xué)顯微鏡(PH50系列)(×100或×400)下對微型動物進行鑒別、計數(shù).根據(jù)形態(tài)學(xué)和行為學(xué)特征并依照圖譜、文獻將微型動物按需要鑒定到種或類群.原生動物均鑒定到種，輪蟲、線蟲等微型后生動物鑒定到類群.鑒定工作在5 h(最長不超過8 h)內(nèi)完成，以避免微型動物群落物種多度和豐富程度在鑒別過程中改變. 將微型動物群落中常見的纖毛蟲類原生動物分為菌食性纖毛蟲和肉食性纖毛蟲，其中菌食性纖毛蟲又分為匍匐型纖毛蟲(Crawling ciliates)、固著型纖毛蟲和游泳型纖毛蟲等三大類群，將微型動物數(shù)量所得數(shù)據(jù)折算成個· mL-1.

　　2.3 微型動物優(yōu)勢種群及群落物種多樣性與穩(wěn)定性分析

　　確定優(yōu)勢種的優(yōu)勢度計算公式：Y=(ni/N)×fi，其中，ni表示第i個種的多度(單位體積混合液中微型動物群落所有物種的個體總數(shù))，N表示微型動物群落所有物種的總多度，fi為第i個種在樣品中出現(xiàn)的頻率.優(yōu)勢度Y≥0.02的種為優(yōu)勢種，優(yōu)勢種屬和優(yōu)勢類群參考同樣方法確定.活性污泥微型動物群落物種多樣性指數(shù)計算方法如表 1所示.

表 1 微型動物群落物種多樣性指數(shù)的計算及意義

　　采用物種穩(wěn)定指數(shù)WS和多樣性穩(wěn)定指數(shù)WH表征活性污泥培養(yǎng)馴化過程中微型動物群落穩(wěn)定性.物種穩(wěn)定指數(shù) WS= S/N，其中S、N同上;多樣性穩(wěn)定指數(shù) WH= ds /dm，其中，ds為不同馴化階段的多樣性值標(biāo)準(zhǔn)差，dm不同馴化階段的多樣性值的平均值(蔣杰賢等，2011).以上兩個指數(shù)的值越小，群落越穩(wěn)定.

　　2.4 理化與運行參數(shù)測定

　　化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)、總磷(TP)按照標(biāo)準(zhǔn)方法測定;污泥沉降比(SV)采用30 min沉降直接讀數(shù)法測定;混合液懸浮固體濃度(MLSS)采用重量法測定;溶解氧(DO)和水溫(T)采用便攜式溶解氧測定儀(雷磁JPBJ-608)測定;pH值采用數(shù)顯pH計(雷磁PHS-25)測定.

　　2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

　　所有試驗數(shù)據(jù)(除另有注明外)均取3個平行樣的平均值進行分析.統(tǒng)計分析采用軟件SPSS 19.0進行Spearman秩相關(guān)性和t檢驗分析，采用Origin 9.0和Excel 2007完成相關(guān)圖表制作.

　　3 結(jié)果

　　3.1 活性污泥培養(yǎng)馴化階段的劃分

　　污泥特性、污染物降解效能、生物特性等方面是評價活性污泥系統(tǒng)性能的重要依據(jù)，故本研究根據(jù)污泥濃度(MLSS)和污泥沉降性能(SVI)、出水水質(zhì)(CODCr、NH+4-N)、活性污泥微型動物群落結(jié)構(gòu)特征劃分污泥培養(yǎng)馴化階段.

　　反應(yīng)器運行10 d時，MLSS達2800 mg·L-1(適宜范圍為2000～4000 mg·L-1)，SVI值由啟動時的250 mL·g-1降為70 mL·g-1(適宜范圍為50～150 mL·g-1)(圖 1a);CODCr、NH+4-N去除率分別達94.19%和100%，此后變化不大(兩者標(biāo)準(zhǔn)差SD分別為2.50%和2.45%)(圖 1b).運行1～14 d，其平均相對多度(物種個體數(shù)量占所有物種總數(shù)量的百分比)高達95.27%.運行20 d后，鞭毛蟲平均相對多度才降低至40%以下(36.14%).運行23 d后降至10%以下(2.49%)，此后一直維持在10%以下(4.52%±3.57%).指示活性污泥馴化成熟的微型后生動物輪蟲在反應(yīng)器運行23 d后才開始出現(xiàn)，綜合考慮后續(xù)微型動物群落結(jié)構(gòu)的變化情況及其穩(wěn)定性將污泥成熟起始時間定為第26 d.因此，可將整個培養(yǎng)馴化過程劃分為初期(污泥性能達標(biāo)期)、中期(鞭毛蟲消減期)和后期(污泥成熟期)3個階段，各階段分別為1～10 d、11～25 d、26～31 d.

　　圖 1培養(yǎng)馴化過程中污泥特性( a) 和污水處理效果( b) 動態(tài)變化

　　3.2 污泥馴化過程中微型動物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)與物種多樣性變化3.2.1 馴化過程中微型動物優(yōu)勢種群變化

　　由活性污泥微型動物優(yōu)勢種群對應(yīng)的優(yōu)勢度可知(表 2)，活性污泥培養(yǎng)馴化初期鞭毛蟲為唯一優(yōu)勢類群(Y≥0.02)，其優(yōu)勢度高達0.989.到馴化中期，鞭毛蟲優(yōu)勢度下降至0.509，比培養(yǎng)馴化初期降低了48.5%，匍匐型纖毛蟲和固著型纖毛蟲成為優(yōu)勢類群，優(yōu)勢度分別達0.133和0.322.馴化后期，微型動物群落優(yōu)勢類群達到4個，分別是匍匐型纖毛蟲(Y=0.144)、固著型纖毛蟲(Y=0.275)、肉食性纖毛蟲(Y=0.533)和鞭毛蟲(Y=0.044).

表 2 污泥不同馴化階段微型動物優(yōu)勢種群組成及優(yōu)勢度Y

　　馴化初期，波豆蟲屬(Bodo sp.)為唯一優(yōu)勢屬(Y=0.989)，包括4個低等的鞭毛蟲優(yōu)勢種：尾波豆蟲(B. caudatus)(Y=0.160)、阿氏波豆蟲(B. alexeieffii)(Y=0.021)、球波豆蟲(B. globosus)(Y=0.112)、小波豆蟲(B. minimus)(Y=0.643).馴化中期優(yōu)勢種屬增至5個，分別為斜管蟲屬(Chilodonella sp.)(Y=0.020)、楯纖蟲屬(Aspidisca sp.)(Y=0.032)、鐘蟲屬(Vorticella sp.)(Y=0.216)、累枝蟲屬(Epistylis sp.)(Y=0.071)和波豆蟲屬(Bodo sp.)(Y=0.503)，含有7個優(yōu)勢種，分別是有肋楯纖蟲(A. costata)(Y=0.027)、溝鐘蟲(V. convallaria)(Y=0.024)、小口鐘蟲(V.microstoma)(Y=0.135)、湖累枝蟲(E. lacustris)(Y=0.061)、尾波豆蟲(B. caudatus)(Y=0.080)、球波豆蟲(B. globosus)(Y=0.072)和小波豆蟲(B. minimus)(Y=0.216)，增加了4個較高等級的固著型和匍匐型纖毛蟲，減少了1個較低等級的鞭毛蟲.馴化后期，除波豆蟲屬(Bodo sp.)優(yōu)勢度降至較低水平(Y=0.025)外，其他優(yōu)勢屬的優(yōu)勢度均有所提高.此外，半眉蟲屬(Hemiophrys sp.)在后期也成為優(yōu)勢種屬，其優(yōu)勢度高達0.524，此階段優(yōu)勢種有5個，均為較高等級的原生動物，已不存在較低等的鞭毛蟲類優(yōu)勢種(Y<0.02).

　　3.2.2 污泥馴化過程中微型動物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)

　　活性污泥馴化初期，鞭毛蟲為單一優(yōu)勢類群(表 2)，其相對多度高達99.0%±1.6%(圖 2b，下同)，物種種數(shù)為4種(圖 3，下同)，占所有物種數(shù)的73.3%±17.4%.馴化中期，鞭毛蟲多度變化較大，在中期的14 d達到峰值(19587±792)個·mL-1(圖 2a，下同)，其相對多度達96.1%，隨后逐漸減小至馴化后期的5.3%±3.6%，種數(shù)減至1～2種，運行20 d鞭毛蟲優(yōu)勢被固著型纖毛蟲取代.

　　圖 2馴化過程中活性污泥微型動物群落結(jié)構(gòu)演變(圖a 數(shù)據(jù)為均值平均值+標(biāo)準(zhǔn)差)

　　圖 3馴化過程中原生動物群落不同類群物種的分布變化

　　進入馴化中期后，固著型纖毛蟲開始大量繁殖，至21 d固著型纖毛蟲多度達到峰值(9289±51)個·mL-1，其相對多度達66.6%.運行15 d，固著型纖毛蟲種數(shù)開始增多，至第20 d達最大值(7種)，占物種總數(shù)的58.3%，此后所占比例保持相對穩(wěn)定(SD：±9.8%).匍匐型纖毛蟲在反應(yīng)器運行12 d后才出現(xiàn)，至運行第21 d，占物種總數(shù)的25.2%±7.9%，后逐漸增長至第25 d的最大值(10911±533)個·mL-1，相對多度也達最大值71.7%.肉食性纖毛蟲在運行初期偶有出現(xiàn)，運行25 d后才開始大量繁殖，其后期盡管種類不多(1～3種)，占物種總數(shù)約30%，但多度保持在較高水平(約4500 個·mL-1)，相對多度約63%.30 d時，肉食性纖毛多度達到最大值(6933±617)個· mL-1，其相對多度也達到最大值67.2%.整個試驗過程中，有殼變形蟲和裸變形蟲種類少，只觀察到了1～2種.有殼變形蟲在試驗初期偶有出現(xiàn)，裸變形蟲在試驗后期少量出現(xiàn)，它們多度均小于100 個·mL-1，相對多度均在1%上下波動.

　　微型后生動物輪蟲在反應(yīng)器運行23 d后出現(xiàn)，且多度較小(約50 個·mL-1)，說明活性污泥開始逐漸趨于成熟.在整個試驗過程中，未觀察到菌食性游泳型纖毛蟲，這與早期的研究結(jié)論有所不同，可能是因為該系統(tǒng)污泥負(fù)荷相對較低(0.3 kg·kg-1·d-1)，而在高負(fù)荷(0.6～0.9 kg BOD·kg-1·MLSS-1·d-1)活性污泥系統(tǒng)中游泳型纖毛蟲才會成為優(yōu)勢類群.

　　因此，SBR工藝活性污泥培養(yǎng)馴化過程中，活性污泥微型動物類群演替順序為：鞭毛蟲→固著型纖毛蟲→匍匐型纖毛蟲+固著型纖毛蟲→匍匐型纖毛蟲+固著型纖毛蟲+肉食性纖毛蟲→匍匐型纖毛蟲+固著型纖毛蟲+肉食性纖毛蟲+微型后生動物;數(shù)量上占較大優(yōu)勢的類群其包含的優(yōu)勢種屬和優(yōu)勢種也多.

　　污泥培養(yǎng)馴化過程中，活性污泥微型動物群落類群出現(xiàn)上述演替規(guī)律的原因可能是：反應(yīng)器啟動初期，細(xì)菌活力弱，其對污泥絮體的凝聚能力低，污泥絮體松散粒徑小，因而不利于爬行或附著于污泥絮體表面捕食細(xì)菌的匍匐型和固著型纖毛蟲生長繁殖，而有利于游離在細(xì)小絮體表面活動的鞭毛蟲存活;此外，相對于體型較大的纖毛蟲原生動物，鞭毛蟲(尤其是異養(yǎng)型鞭毛蟲(HNAN))對游離細(xì)菌的捕食效率更高，更有競爭力而得以快速繁殖.隨著培養(yǎng)馴化的進行，細(xì)菌活力得到增強，其凝聚力增加，污泥絮體粒徑增大，爬行或附著于污泥絮體表面捕食細(xì)菌的匍匐型和固著型纖毛蟲數(shù)逐漸成為共優(yōu)勢類群.隨著污泥培養(yǎng)馴化的進一步強化，數(shù)量巨大的匍匐型和固著型纖毛蟲為肉食性纖毛蟲提供了食物，肉食性纖毛蟲大量繁殖成為優(yōu)勢類群，鞭毛蟲、纖毛蟲又為大型的微型后生動物提供了豐富的食物，使得微型后生動物出現(xiàn)，形成了穩(wěn)定的食物鏈與微生態(tài)系統(tǒng).

　　3.2.3 污泥馴化過程中微型動物群落物種多樣性變化

　　污泥馴化過程中微型動物群落物種多樣性變化如圖 4所示.培養(yǎng)馴化初期，微型動物群落物種Shannon-Wiener指數(shù)H′呈現(xiàn)“先增后減”變化.運行4 d時，H′為0.63±0.09，6 d達初期最大值的1.24±0.00，較啟動時增大約96.8%，后降低至第10 d的0.96±0.06.馴化初期的Shannon-Wiener指數(shù)H′與Simpson指數(shù)D顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.829，p<0.05)(表 3，下同)，說明群落最常見種集中性程度“先減小后增大”是造成群落物種多樣性“先增后減”的主要原因.進入馴化中期后，Shannon-Wiener指數(shù)H′呈現(xiàn)逐步增大的趨勢.運行至第19 d時H′達最大值(1.87±0.18)，比馴化開始時增大約1.97倍.20 d后H′有小幅降低，直到這一階段結(jié)束前的1.33±0.00.在這一階段(馴化中期)，活性污泥微型動物群落物種Shannon-Wiener指數(shù)H′與其Margalef指數(shù)R、Pielou指數(shù)E和Simpson指數(shù)D均顯著相關(guān)(p<0.05)，說明活性污泥培養(yǎng)馴化中期微型動物群落物種豐富程度、均勻性和集中性程度均是影響群落物種多樣性變化趨勢的重要因素.馴化后期，微型動物群落物種Shannon-Wiener指數(shù)比馴化中期有所下降，但穩(wěn)定在1.10左右，較馴化前增大約75%.朱鐵群等(2008)的研究也有類似的結(jié)論，即隨著馴化條件不斷強化，活性污泥微生物的多樣性表現(xiàn)出遞減趨勢.

　　圖 4培養(yǎng)馴化過程中微型動物群落物種多樣性指數(shù)隨時間的變化(數(shù)據(jù)分別為均值±3 個重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差)

表 3 微型動物群落物種多樣性指數(shù)間的相關(guān)性Table 3

　　對試驗數(shù)據(jù)進行t檢驗分析可知，培養(yǎng)馴化初期與中期相比群落物種Shannon-Wiener指數(shù)和Margalef指數(shù)均存在顯著性差異(p<0.05)，而Pielou指數(shù)和Simpson指數(shù)差異性不顯著(p>0.05);培養(yǎng)馴化中期和后期相比，這些生物特性指數(shù)差異性均不顯著(p>0.05)，說明活性污泥馴化中后期群落物種多樣性趨于穩(wěn)定.

　　3.3 活性污泥馴化過程中微型動物群落穩(wěn)定性

　　活性污泥培養(yǎng)馴化過程中，物種穩(wěn)定指數(shù)和多樣性穩(wěn)定指數(shù)隨運行時間的變化如圖 5所示.物種穩(wěn)定指數(shù)呈“急劇變小→逐步增大→降低趨穩(wěn)”的變化規(guī)律.具體地，反應(yīng)器啟動時，物種穩(wěn)定指數(shù)WS高達7.14×10-3，馴化初期結(jié)束前的第9 d即迅速降至0.5×10-3，說明活性污泥培養(yǎng)馴化初期是微型動物群落物種穩(wěn)定指數(shù)急劇降低的過程，也即該階段是活性污泥微型動物群落穩(wěn)定性急劇增強的過程.進入馴化中期后，WS表現(xiàn)出劇烈的波動(方差為2.386×10-3)，說明活性污泥馴化中期微型動物群落仍不穩(wěn)定.馴化后期，WS值的波動幅度與中期相比較小(方差為0.303×10-3)，說明該階段群落趨于穩(wěn)定;從多樣性穩(wěn)定指數(shù)來看，也可得出同樣的結(jié)論，即馴化中期多樣性穩(wěn)定指數(shù)(0.226)略大于馴化初期多樣性穩(wěn)定指數(shù)(0.216)，而馴化后期多樣性穩(wěn)定指數(shù)(0.155)為整個培養(yǎng)馴化過程中的最低值，較馴化初期降低28.2%，說明SBR工藝活性污泥培養(yǎng)馴化過程中微型動物群落穩(wěn)定性大小順序為馴化中期略小于初期，而馴化后期明顯大于初期和中期，即培養(yǎng)馴化后期活性污泥微型動物群落達初步穩(wěn)定.

　　圖 5馴化過程中群落物種穩(wěn)定性指數(shù)與物種多樣性穩(wěn)定指數(shù)的動態(tài)變化

　　群落的容納能力即群落物種多度是決定群落穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，且物種多樣性的增加是增強群落穩(wěn)定性的重要因素，而物種穩(wěn)定指數(shù)和多樣性穩(wěn)定指數(shù)正是基于群落物種多度、物種數(shù)和物種多樣性指數(shù)建立的群落穩(wěn)定性特征值.由活性污泥馴化過程中微型動物群落多度與物種數(shù)隨運行時間變化的最小二乘法(The least square method)擬合曲線可知(圖 6)，系統(tǒng)運行初期和中期，微型動物多度和物種數(shù)均增長較快，培養(yǎng)馴化至后期兩者均趨于穩(wěn)定.此外，t檢驗結(jié)果表明：馴化初期和中期，群落多度和物種種數(shù)均存在顯著差異(p<0.05)，而中期和后期相比，群落多度和物種種數(shù)差異性均不顯著(p>0.05)，說明馴化中期和后期微型動物群落在多度、物種種數(shù)上已逐步趨于相近.由此可知，活性污泥培養(yǎng)馴化過程中，群落物種多度和物種數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定是微型動物群落趨于穩(wěn)定的原因.

　　圖 6活性污泥馴化過程中微型動物群落多度與物種數(shù)隨運行時間變化

　　4 結(jié)論

　　4.1 SBR工藝活性污泥微型動物優(yōu)勢種群不同于傳統(tǒng)活性污泥工藝

　　傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)(Conventional activated sludge system，CAS)中，盡管微型動物群落結(jié)構(gòu)隨周年動態(tài)變化，但一般以纖毛蟲類原生動物為主，而其中出現(xiàn)頻度最高(>50%)和最有代表性的原生動物是緣毛類固著型纖毛蟲和寡毛類匍匐型纖毛蟲，兩者為共優(yōu)勢類群，尤其是固著型纖毛蟲，其多度最大，在同一個污水廠中固著型纖毛蟲的Shannon -Wiener多樣性指數(shù)也最高.從原生動物種類看，有肋盾纖蟲(A. costata)、凹縫楯纖蟲(A. sulcata)、游仆蟲(E. affinis)、溝鐘蟲(V. convallaria)、褶累枝蟲(E. plicatilis)和半圓表殼蟲(A. hemisphaerica)出現(xiàn)頻率較大，有時經(jīng)常大量出現(xiàn)，為原生動物優(yōu)勢種;輪蟲經(jīng)常出現(xiàn)，數(shù)量維持中等水平，為優(yōu)勢后生動物.然而本研究結(jié)果顯示，馴化中期小口鐘蟲(V. microstoma)和溝鐘蟲(V. convallaria)均為優(yōu)勢種(Y≥0.02)，到馴化后期溝鐘蟲(V. convallaria)已不占優(yōu)勢(Y<0.02)，而小口鐘蟲(V. microstoma)優(yōu)勢卻得到進一步增強(表 2)，可能是SBR活性污泥工藝存在階段性缺氧環(huán)境(沉淀排水階段)，而小口鐘蟲(V. microstoma)是一種腐生種，它對低溶解氧環(huán)境條件有很強的耐受力.本研究中SBR活性污泥工藝中微型動物群落優(yōu)勢類群、優(yōu)勢種不同于傳統(tǒng)活性污泥，如在傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)中不占優(yōu)勢的肉食性纖毛蟲、小口鐘蟲(V. microstoma)等在該系統(tǒng)中成為優(yōu)勢類群或優(yōu)勢種，說明不同的工藝類型其微型動物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的差異，這與前人研究結(jié)論相一致.

　　4.2 活性污泥微型動物群落穩(wěn)定滯后于其水處理性能穩(wěn)定

　　由試驗結(jié)果可知，SVI由運行第5 d的248 mL·g-1逐漸降低到11 d的69 mL·g-1，在運行12～31 d內(nèi)，保持在適宜范圍內(nèi)(50～150 mL·g-1)，變化較小(SD：±10.3 mL·g-1)(圖 1a)，污泥的沉降比SV 26.1%±5.8%也維持在適宜范圍內(nèi)(15%～30%)，說明微型動物群落達到穩(wěn)定所需時間大于污泥成熟時間;從污水處理效能來看，反應(yīng)器運行10 d后，CODCr、NH+4-N的去除率分別達94.2%和100%，且直到試驗結(jié)束去除率(CODCr、NH+4-N)保持了相對穩(wěn)定，分別為95.12%±2.50%、99.23%±2.31%(圖 1b)，即活性污泥污染物降解性能達穩(wěn)定的初期階段只需10 d左右時間，而培養(yǎng)馴化后期(運行25 d后)活性污泥微型動物群落才漸趨于穩(wěn)定(圖 5)，由此可知，活性污泥微型動物群落達到穩(wěn)定所需時間也大于處理效能達穩(wěn)定所需時間.

　　活性污泥培養(yǎng)馴化過程中，微型動群落穩(wěn)定滯后于污泥成熟、水處理性能穩(wěn)定.其原因可能是活性污泥微生態(tài)系統(tǒng)中有低營養(yǎng)級細(xì)菌、高營養(yǎng)級的微型動物、有機物、無機物質(zhì)等，它們由細(xì)菌分泌的有粘性的胞外聚合物(Extracellular polymeric substance，EPS)凝聚成污泥絮體.而細(xì)菌類原核微生物生長快、繁殖快，產(chǎn)生大量的胞外聚合物是污泥發(fā)生生物絮凝降低SVI，使得污泥成熟時間短.細(xì)菌容易發(fā)生變異，能很快地適應(yīng)廢水環(huán)境，產(chǎn)生了很高的活性，能快速、高效地的分解廢水中污染物質(zhì)，使得污水處理效果穩(wěn)定所需時間短;而處于微生態(tài)食物鏈頂端的微型動物的生長繁殖速度低于細(xì)菌，在污泥培養(yǎng)馴化過程中，發(fā)生從低等到高等的優(yōu)勢種群演替變化(3.2.1 節(jié))，才能達到群落的穩(wěn)定，因此，微型動物群落穩(wěn)定所需時間較長.具體參見污水寶商城資料或http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結(jié)論

　　1) 在SBR工藝活性污泥馴化過程中，優(yōu)勢種屬由以波豆蟲屬(Bodo sp.)為單一種屬向鐘蟲屬(Vorticella sp.)、累枝蟲屬(Epistylis sp.)、楯纖蟲屬(Aspidisca sp.)、斜管蟲屬(Chilodonella sp.)、半眉蟲屬(Hemiophrys sp.)等多個優(yōu)勢種屬發(fā)展;微型動物群落由以鞭毛蟲為單一優(yōu)勢類群逐漸向匍匐型纖毛蟲、固著型纖毛蟲、肉食性纖毛蟲等多個優(yōu)勢類群演變.

　　2) 培養(yǎng)馴化過程中，微型動物群落物種多樣性先急劇增大后小幅回落直至相對穩(wěn)定，但總體上呈先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢，其中Shannon-Wiener多樣性指數(shù)比剛啟動時增大約75.

　　3) SBR工藝活性污泥培養(yǎng)馴化過程中，微型動物群落穩(wěn)定性變化規(guī)律：馴化初期到中期，略有減小;馴化中期到后期，有較大的增加并趨于穩(wěn)定，這是微型動物群落總多度和物種數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定的結(jié)果.

　　4) 與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，SBR工藝活性污泥微型動物群落中部分優(yōu)勢類群和優(yōu)勢種存在差異.

　　5) 對微型動物群落結(jié)構(gòu)與活性污泥性能及群落物種多樣性、穩(wěn)定性之間的關(guān)系進行分析表明，群落穩(wěn)定滯后于馴化污泥成熟與污水處理效能穩(wěn)定.