基金项目:甘肃省自然科学基金(B)资助项目(3ZS042-B25-006)

作者简介:孔秀琴(1967-),女,甘肃兰州人,兰州理工大学副教授,主要从事污水生物治理的教学与研究.

文章编号:1671-6833(2006)01-0113-04

活性污泥培养及运行过程中的微生物指示作用

孔秀琴,兰建伟,何乐萍

(兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050)

摘要:为了研究活性污泥培养及运行过程中微生物指示特性,依据微生物的生理特征,采用SBR工

艺,以新鲜的生活污水作为营养液直接曝气,通过控制pH值、温度、溶解氧等条件逐步培养活性污泥,实

验同时对微生物相的演变规律与污水处理效果之间的对应关系进行了分析研究,得出了活性污泥培养

的不同阶段及运行异常时微生物相的特征.

关键词:活性污泥法;微生物;指示作用

中图分类号:X703文献标识码:A

0引言

活性污泥法处理污水时,主要是在活性污泥

微生物的作用下,使污水中的有机物迅速加以氧

化、分解,从而改变有机物的化学性质,使污水得

到净化.通过对活性污泥生物的深入研究,确定生

物处理中的指标生物,并找出其与环境变化的关

系,确立活性污泥的生物监测技术,并使其应用于

污水处理生产运行质量控制的程序中去.在各种

环境因子突变的情况下,活性污泥尚未遭到破坏

之前,准确发现问题,及时采取措施加以解决,以

免造成重大损失,对确保生产运行的稳定具有重

要意义

[1]

.不少学者试图用原生动物作为活性污

泥性能或出水质量的指示生物(Salavado,1993;

Curds,1970a;Shahwani,1991),提出了活性污泥中

的原生动物群落结构同净化状态之间有相关

性

[2]

.笔者通过观察活性污泥培养及成熟过程中

的活性污泥性状和生物相的变化,根据不同时期

活性污泥生物数量及生物种类变化呈现一定规律

性,来判断污水处理的运行状况,找出微生物相与

污水处理效果及污泥性状之间的对应关系.

1试验原理

在活性污泥法中起主要作用的是活性污泥微

生物.活性污泥中的细菌,真菌,原生动物,微型后

生动物等多种微生物群体相结合组成一个小生态

体系,只要满足微生物的营养要求和环境条件,活

性污泥微生物就可得到生长繁殖

[3]

.活性污泥培

养驯化的方法有多种:间歇投水培养、阶段培养、

满载培养、接种培养

[4]

.其中,活性污泥微生物的

演变交替规律界限不清晰,相应地微生物对污泥

培养的指示作用不明确,本次试验没有采用以上

方式,而是利用成分较稳定的新鲜生活污水单独

投入SBR曝气池中,进行稳定曝气直接培养出活

性污泥.培养过程中活性污泥微生物从低级向高

级逐步演变,有利于分别对其进行行为特性及适

应条件的分析研究.并在污泥成熟后,根据水质的

理化学分析,以及原生动物与细菌之间存在相互

依赖的功能关系,借助显微镜直接观察原生动物

以及菌胶团组成和生长状态,就能直接或间接地

评价废水处理效果,起到了指示生物的作用.

2试验部分

试验采用SBR(sequencingbatchreactor,间歇

式反应器)法.其运行过程见图1.

本试验采用的生活污水取自骆驼巷小区污水

排放口,该小区主要为居民住宅区,污水的pH值

约为6.5～7.5,温度14～19℃,溶解氧0.2mg/L,

COD值在350～400mg/L,其有机物和其它水质条

件符合微生物的生长要求,镜检发现少量游离细

菌,在此基础上加强曝气,改善其它环境条件,促

使活性污泥微生物的逐步演变壮大,最终培养出

具有良好生物降解活性的活性污泥.采用的反应

器属于完全混合式曝气沉淀池.其运行特点是当

2006年3月

第27卷第1期

郑州大学学报(工学版)

JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)

Mar.2006

Vol.27No.1

废水进入反应池后,在最短时间内,即与全池中的

混合液充分混合,并被稀释

[5]

.因此流入池中的污

水的pH值、温度及水质变化对池内活性污泥的

冲击作用将降低.试验装置见图2,反应器容积是

0.25×0.50×0.50=62.5L.

图1工艺流程

Fig.1Process

图2试验装置

Fig.2Experimentalequipment

试验方法:池中温度控制在18～22℃之间,

pH值控制在6.5～7.5之间,溶解氧在2～6mg/

L.每天运行2个周期,日总曝气时间14h,负荷在

0.15～0.35kgCOD/(kgMLSS・d);曝气运转过程

中,为了及时了解和控制污泥的生长和活性状态,

每天通过电脑显微镜检查曝气池混合液及絮体中

微生物的状况.同时采用时间控制序列操作管理,

监测分析以下指标:污泥SV,曝气池MLSS、进出

水COD方法参阅文献[6].与此同时,用吸管吸取

摇匀后的活性污泥混合液,在载玻片上均匀地滴

5滴,加盖玻片,于显微镜下观察计数,死亡个体

不计.对于群体原生动物,对群体内的每个个员分

别计数.该步骤重复3次即可统计出1mL水样中

每种微型生物的数量,鉴定时参照文献[2].

3结果及分析

3.1不同培养阶段活性污泥微生物相的特征及

其指示生物

3.1.1培养初期

培养初期即培养阶段的第1～7天,水中有机

物浓度很高,污泥尚未形成.所测得的MLSS与

SV

30

数据均偏小,这主要是由于污泥处于培养初

期,曝气池中污泥量比较少,此时曝气池内的污泥

沉降性能较差.在活性污泥处理过程中,净化污水

的第一和主要承担者是细菌

[8]

.曝气池中首先可

见大量游离细菌,接着出现通过细胞表膜渗透作

用吸收水中有机质的动鞭毛虫纲、肉足虫纲中的

不同种类的原生动物. 通过在显微镜下观察活体

特征,发现:犁形四鞭虫、沟四鞭虫、粗尾滴虫、波

豆尾滴虫、波豆叶鞭虫、沟刺波豆虫、慢行波豆虫、

微细波豆虫、无恒多卓鞭虫等10 余种的种类. 其

中屋滴虫和任意变形虫占优势. 因此是这个时期

的指示生物为屋滴虫和变形虫(见图3) .

图3 聚屋滴虫( 400 ×)

Fig. 3 Mastigophora 400 ×

3. 1. 2 培养中期

培养中期的第 8～15 d , 随着培养过程的进

展,细菌数目大大增加,污水中出现了掠食能力更

强的纤毛虫纲中的不同种类的原生动物. 通过在

显微镜下观察活体特征发现:锥形瓶口虫、粘液瓶

口虫、钝漫游虫、天鹅漫游虫、尾草履虫、多小核草

履虫、敏捷半眉虫、纺锤半眉虫等种类的纤毛虫.

其中半眉虫(见图4) 、草履虫占优势. 增殖的微生

物吸附水中的悬浮物质并相互絮凝形成了活性污

泥(见表2) . 污泥浓度上升至1 075 mg/ L ,污水的

出水水质明显提高,见表1. 镜检发现游离细菌数

量下降. 继续培养,开始出现固着型纤毛虫如钟虫

并出现少量的丝状菌. 表明这个时期的指示动物

应以纤毛虫纲中半眉虫为主.

图4 半眉虫 ( 40 ×)

Fig. 4 Sarccodina 40 ×

4 1 1 郑 州 大 学 学 报 ( 工 学 版 ) 2006 年

表1 培养中期处理效果及污泥指标

Tab11 Cultivated middle stage treatment effect and sludge indexes

水 质 指 标 污泥指标

进水COD/

(mg・ L

- 1

出水COD/

(mg・ L

- 1

COD去除率

/ %

进水BOD/

(mg・ L

- 1

出水BOD/

(mg・ L

- 1

BOD去除率

/ %

MLSS/

(mg・ L

- 1

SV30

/ %

400 160 60 310 110 6415 1 075 5

表2 培养中期污泥的特性及优势微生

Tab12 Cultivated middle stage character sludge

and dominant microorganism

絮体大小 小,平均100μm

絮体形态 不规则形动胶菌团

絮体结构 开放

絮体紧密度 较紧密

丝状菌数量 较少

游离细菌 比前期少

微型 优势种 豆形虫,半眉虫均活跃

动物 其它种 出现少量钟虫、线虫、丝状菌

3. 1. 3 培养后期

培养后期即培养阶段的第16～30 天,出现了

大量的钟虫类原生动物,标志着活性污泥已成熟,

游离细菌含量低,活性污泥絮体已经形成,污泥浓

度达到1 949. 6 mg/ L. 此时污水中出现了大量枝

状动胶菌团使得污泥絮体进一步变大,COD 去除

率达74 %,污水净化效果良好(见表3、表4) .

培养后期,发现了典型动胶菌所形成的菌胶

团———生枝状的动胶菌团(见图 6) . 菌胶团是活

性污泥和生物膜的重要组成部分,有较强的吸附

和氧化有机物的能力,在废水生物处理中具有重

要作用

[9]

. 活性污泥性能的好坏,主要可根据所含

表3 培养后期处理效果及污泥状况

Tab13 later stage treatment effect and sludge indexes

水 质 指 标 污泥指标

进水COD/

(mg・ L

- 1

出水COD/

(mg・ L

- 1

COD去除率

/ %

进水BOD/

(mg・ L

- 1

出水BOD/

(mg・ L

- 1

BOD去除率

/ %

MLSS/

(mg・ L

- 1

SV

30

/ %

360 95 74 310 80 7412 1 94916 15

表4 培养后期污泥的特性及优势微生物

Tab14 Cultivated later stage character sludge and

dominant microorganism

絮体大小 中,平均250μm

絮体形态 出现枝状动胶菌团

絮体结构 扩展生长

絮体紧密度 紧密

丝状菌数量 较少

游离细菌 少

微型

动物

优势种

钟虫,累枝虫活跃,

出现大量动胶菌团

其它种 少量半眉虫,线虫,丝状菌

图5 培养后期的累枝虫

( 100 ×)

Fig. 5 later stage Epistylis

( 100 ×)

图6 动胶菌属( 400 ×)

Fig. 6 zoogloea itzigsohn

( 400 ×)

菌胶团多少、大小及结构的紧密程度来确定. 试验

发现,菌胶团具有很强的生存能力,对水质及冲击

负荷的耐受力较强,这是由于动胶菌团具有较厚的

生枝状公共荚膜,对其内的动胶菌起保护作用,可

免受其它后生动物的吞噬及有害物质的侵害. 规则

的菌胶团是活性污泥系统稳定运行的指示生物.

以上分析表明,活性污泥培养后期污泥中的

微生物种类趋于高级,大量钟虫和规则形状的菌

胶团是此时的指示生物.

图7 COD 的去除率

Fig. 7 Clearance of COD

5 1 1 第1 期孔秀琴等活性污泥培养及运行过程中的微生物指示作用

3. 2 污泥成熟的判断标志

当镜检发现游泳型纤毛虫时,测定污泥的各

项指标,其中,SV = 5 %; MLSS = 780 mg/ L. COD的

去除率37. 5 %,随着活性污泥培养的继续进行,

各项指标的数值不断上升. 实验进行至16～30 d

时,镜检发现污泥生长状况良好,在向成熟阶段过

渡,菌胶团由松散向紧密发展,原生动物在由低级

向高级演替,钟虫明显占优势,大量的动胶菌团生

长良好. 此时测定SV

30

= 15 %,MLSS = 1 949. 6 mg/

L ,COD 的去除率达到了74 %. 出水水质指标COD

的值也随之降低(见表3) . 由此判断污泥进入成

熟期. 在成熟期后的第一周测得COD 的变化如图

7 ,此时 COD 去除率在50～70 %之间,相对稳定,

运行状况正常.

3. 3 污泥发生异常情况的特征

在SBR 活性污泥培养运行过程中,污泥曾经

出现过几次恶化现象, 微生物发生退步, 种类异

常,分析归纳为以下几种类型:

(1) 溶解氧不足(溶解氧小于1. 5 mg/ L) . 活

性污泥有时呈黑色并放出腐臭味,此时会出现线

虫等适应在低溶解氧条件下生活的生物.

(2) 曝气过量. 就会使各种变形虫和纤毛虫

成为占优势的种属.

(3) 水力负荷突然增大时,往往会出现大量

的线虫,通过增加曝气量,减小水力负荷,配合剩

余污泥排放,可以抑制线虫生长.

以上问题出现时,应检测曝气系统和进水负

荷变化情况.

4 结论

试验采用SBR 法的工艺过程,利用生活污水

直接曝气成功的培养出活性污泥. 培养过程中,活

性污泥从无到有,微生物相从低级到高级演变交

替规律清晰,从而确认了指示微生物与污水处理

效果之间的对应关系: 即屋滴虫和任意变形虫指

示活性污泥培养处于初期,污水出水效果差,污泥

的处理能力低; 以纤毛虫纲中半眉虫属中敏捷半

眉虫为主指示活性污泥培养处于中期,污水出水

效果较好,污泥的处理能力有所提高;固着型纤毛

虫如钟虫及规则形状的菌胶团的出现则可指示活

性污泥培养处于成熟稳定期,污水出水效果好,污

泥的处理能力有所提高.

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Experimental Research on Cultivation of Activated Sludge and Indicative Function

of Microorganism in the Running Course

KONG Xiu - qin , LAN Jian - wei , HE Le - ping

(College of Petrochemical Technology , Lanzhou University of Technology , Lanzhou 730050 ,China)