微型生物在污水回用處理中的指導(dǎo)作用
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共1頁
摘 要 針對(duì)污水回用處理ICAST 裝置，通過長期鏡檢觀測(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；指導(dǎo)作用
中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A
生活污水在廢水處理及其資源化利用中占有相當(dāng)?shù)谋壤⒁粋€(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，通過長期鏡檢觀測(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，作出診斷還沒有較為簡易的可行方法，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)物的生長環(huán)境，而在絮狀物上生長的原生動(dòng)物又能加速絮凝過程；（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），以及通過滲透性營養(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，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。
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。
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，污水為上海理工學(xué)高層住宅每日所排生活污水（40m3/d），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）固著型纖毛蟲數(shù)量有明顯減少，替代之量出現(xiàn)的是全毛目（Holotricha）游泳型纖毛蟲，并有部分的吸管出現(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)和生長環(huán)境時(shí)，固著型的纖毛蟲重新開始量出現(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、輪蟲等微型生物，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150mg/l 左右。污泥沉降比SV 在15%左右，污泥濃度MLSS 在1200mg/l 左右。
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（Epistylis lacustris），樹狀聚縮蟲（Zoothamnium arbuscula），水虱偽獨(dú)縮蟲（Pseudocarchesium aselli），瓶累枝蟲（Epistylisurceolata），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（Litonotuslamella），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)成情況就可致預(yù)測(cè)出水的BOD5 值，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，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。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 值也不存在較的波動(dòng)，故對(duì)處理效果影響較的是進(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 mg/L 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)體積和自身體積致相當(dāng)?shù)目张荩瑥亩鴮?dǎo)致蟲體死亡，同時(shí)污泥中后生動(dòng)物的線蟲數(shù)量會(huì)突然增加。
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)由于無法進(jìn)行正常的新陳代謝致使蟲體變圓，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）”，以渡過不良的環(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)的長期失衡導(dǎo)致處理裝置無法正常運(yùn)行。
