1 引言
廢水處理的活性污泥中的原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物等微型動(dòng)物具有捕食細菌，提高細菌群落活力，降低懸浮固體濃度和出水濁度，改善出水水質(zhì)等重要作用.研究微型動(dòng)物群落特征，分析微型動(dòng)物群落與廢水處理凈化效能間的關(guān)系，可以確定污水處理運行狀態(tài)突發(fā)性改變的原因，以及評估污水處理系統的運行狀況.污泥生化指數(SBI)就是基于“微型動(dòng)物優(yōu)勢群落的改變與處理廠(chǎng)的環(huán)境和運行狀況有關(guān)聯(lián)性，隨著(zhù)水廠(chǎng)運行狀況惡化微型動(dòng)物數量相應減少”的原則提出的污泥特性評價(jià)方法，采用微型動(dòng)物群落特征量化評價(jià)污水處理廠(chǎng)運行狀況.
微型動(dòng)物對處理系統環(huán)境狀況的改變非常敏感，如系統中存在的有毒有害物質(zhì)對微型動(dòng)物群落有顯著(zhù)的影響.焦化廢水是公認的難處理工業(yè)廢水，廢水中含有大量的酚類(lèi)、有機腈類(lèi)、PAHs、含氮雜環(huán)、含氧雜環(huán)等難降解污染物，其中，酚、氰化物等有毒有害物質(zhì)會(huì )降低細菌降解效率，對微型動(dòng)物也有潛在的毒害作用.但目前關(guān)于焦化廢水活性污泥法處理中的微型動(dòng)物群落特征尚不明確，微型動(dòng)物群落特征與工藝運行之間的關(guān)系研究也鮮有報道.
因此，本研究通過(guò)焦化廢水活性污泥法實(shí)際工程處理中微型動(dòng)物群落的調查，探究焦化廢水生化處理中的微型動(dòng)物群落特征，分析微型動(dòng)物群落與出水水質(zhì)和運行參數間的關(guān)系，以期為焦化廢水處理廠(chǎng)提高處理效果的運行控制提供生物學(xué)理論依據.
2 材料與方法
2.1 樣品采集
水樣采自安徽省馬鞍山市某鋼鐵企業(yè)焦化廢水處理廠(chǎng).該廠(chǎng)采用A2/O2(厭氧/缺氧/一段好氧/二段好氧)為主體的組合式活性污泥法處理工藝，設計流量為120 m3 · h-1，其中，蒸氨廢水量為112 m3 · h-1，曝氣池實(shí)際水力停留時(shí)間為7~8 h.
調研以一段好氧池為對象，進(jìn)水水樣采集于進(jìn)入一段好氧池前的缺氧池出水，出水水樣和泥水混合液均采集于一段好氧池(6個(gè)平行池)中的1#池末端流向沉淀池的溢流口附近.其中，一段好氧池進(jìn)水CODCr為(712.10±187.47)mg · L-1，NH4+-N為(47.96±15.75)mg · L-1，揮發(fā)酚為(370.60±78.82)mg · L-1，氰化物為(15.23±9.74)mg · L-1.污泥混合液水樣使用100 mL塑料瓶采集約50 mL，空出部分以避免缺氧對樣品中微型動(dòng)物的影響.采樣時(shí)間為2014年4—6月，每隔4~6 d采集1次，采集16次，每次同時(shí)隨機采集4個(gè)平行污泥混合液水樣，共采集64個(gè)樣品.每次分別對4個(gè)平行樣品進(jìn)行微型動(dòng)物鑒定分析，然后取其均值進(jìn)行統計分析.
2.2 微型動(dòng)物的鑒別與分類(lèi)計數
使用微量移液器(DRAGON大龍)移取25 μL搖勻后的污泥混合液，并置于光學(xué)顯微鏡(PH50系列)(×100或×400)下對微型動(dòng)物進(jìn)行鑒別并計數(只對活體計數).根據形態(tài)學(xué)和行為學(xué)特征并依照圖譜、文獻將微型動(dòng)物按需要鑒定到種或類(lèi)群.其中，原生動(dòng)物均鑒定到種，輪蟲(chóng)(rotifers)、線(xiàn)蟲(chóng)(nematodas)等微型后生動(dòng)物鑒定到類(lèi)群(Madoni，1994).鑒定工作在5 h(最長(cháng)不超過(guò)8 h)內完成，以避免微型動(dòng)物多度和豐富度在鑒別過(guò)程中改變.將活性污泥中微型動(dòng)物群落中常見(jiàn)的纖毛蟲(chóng)類(lèi)原生動(dòng)物分為食菌型纖毛蟲(chóng)(Bacterivorous ciliates)和肉食型纖毛蟲(chóng)(Carnivorous ciliates)，其中，食菌型纖毛蟲(chóng)又分為匍匐型纖毛蟲(chóng)(Crawling ciliates)、固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)(Sessile ciliates)和游泳型纖毛蟲(chóng)(Swimming ciliates)等三大類(lèi)群，但當固著(zhù)型小口鐘蟲(chóng)(Vorticella microstoma)和蓋纖蟲(chóng)屬(Opercularia spp.)大量存在時(shí)，必須作為獨立的關(guān)鍵類(lèi)群?jiǎn)为毩谐�，不包含在固�?zhù)型纖毛蟲(chóng)內(Madoni，1994).本研究中因小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)大量出現，故將其單獨列出.將所得數據按需要折算成個(gè)· mL-1.
2.3 理化和運行參數的測定
進(jìn)出水生化需氧量(CODCr)、氨氮(NH4+-N)、酚(Phenols)和氰化物(CN-)按照《水和廢水監測分析方法(第4版)》方法測定;污泥沉降比(SV)采用30 min沉降直接讀數方法測定;混合液懸浮固體濃度(MLSS)采用稱(chēng)重法測定;水中溶解氧(DO)、水溫(T)和水的酸堿度(pH)均在線(xiàn)讀取.
2.4 數據分析
群落中主要種或類(lèi)群的頻度=某物種或類(lèi)群出現的樣方數/調查樣地內總樣方數;多度是指一個(gè)數量上的比率，本文中指單位體積(mL)內所包含微型動(dòng)物的個(gè)數.采用SPSS 19.0統計分析軟件對數據進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析和因子分析(因子提取方法采用主成分分析法，因子旋轉方法采用最大方差法)，以分析生物學(xué)參數、處理效果及運行參數之間的關(guān)系.為了滿(mǎn)足統計分析的需要，取4個(gè)平行樣的平均值，并在分析前將除pH以外的所有原始數據按對數公式x=ln(x+1)進(jìn)行轉換.
3 結果
3.1 微型動(dòng)物群落結構特征
64個(gè)水樣中共鑒別出28種原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物.其中，固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)共有14種，即溝鐘蟲(chóng)(Vorticella convallaria)、春鐘蟲(chóng)(Vorticella vernalis)、鐘形鐘蟲(chóng)(Vorticella campanula)、污鐘蟲(chóng)(Vorticella putrina)、八鐘蟲(chóng)(Vorticella octava)、杯鐘蟲(chóng)(Vorticella cupifera)、小口鐘蟲(chóng)(Vorticella microstoma)、條紋鐘蟲(chóng)(Vorticella striata)、擴張鐘蟲(chóng)(Vorticella extensa)、彎鐘蟲(chóng)(Vorticella hamata)、湖累枝蟲(chóng)(Epistylis lacustris)、瓶累枝蟲(chóng)(Epistylis urceolata)、彩蓋蟲(chóng)(Opercularia phryganeae)和集蓋蟲(chóng)(Opercularia coarctata);匍匐型纖毛蟲(chóng)共有4種，即銳利楯纖蟲(chóng)(Aspidisca lynceus)、有肋楯纖蟲(chóng)(Aspidisca costata)、盤(pán)狀游仆蟲(chóng)(Euplotes patella)和粘游仆蟲(chóng)(Euplotes muscicola);肉食型纖毛蟲(chóng)共4種，即鈍漫游蟲(chóng)(Litonotus obtusus)、固著(zhù)吸管蟲(chóng)(Podophrya fixa)、浸漬錘吸管蟲(chóng)(Tokophrya infusionum)和楔形雙膜蟲(chóng)(Dichilum cuneiforme);有殼變形蟲(chóng)只有有棘鱗殼蟲(chóng)(Euglypha acanthophora)1種;鞭毛蟲(chóng)有蛞蝓鞭變形蟲(chóng)(Mastigamoeba limax)、尾波豆蟲(chóng)(Bodo caudatus)、球波豆蟲(chóng)(Bodo globosus)和小波豆蟲(chóng)(Bodo minimus)等4種;微型后生動(dòng)物只有輪蟲(chóng)(rotifers)1種，游泳型纖毛蟲(chóng)未觀(guān)察到.不同微型動(dòng)物出現的頻率與數量不同，微型動(dòng)物群落中主要種或類(lèi)群的頻度和多度如表 1所示.部分常見(jiàn)微型動(dòng)物顯微圖片見(jiàn)圖 1.
表 1 微型動(dòng)物群落中主要種或類(lèi)群的頻度與多度(n=64)
圖 1 焦化廢水活性污泥中常見(jiàn)的微型動(dòng)物(a.小口鐘蟲(chóng)，100倍；b.溝鐘蟲(chóng)，100倍；c.有肋楯纖蟲(chóng)，400倍；d.輪蟲(chóng)，100倍)
由表 1可知，出現頻率較高(>50%)的種類(lèi)有溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)和輪蟲(chóng)(rotifers).多度較大的種類(lèi)有銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)、有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)、蛞蝓鞭變形蟲(chóng)(M. limax)和輪蟲(chóng)(rotifers).
微型動(dòng)物總多度最大為6.5×103個(gè)· mL-1，最小為0.8×103個(gè)· mL-1.其中，固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)和匍匐型纖毛蟲(chóng)為共優(yōu)勢群，多度最大((940±866)個(gè)· mL-1)，它們的平均相對多度分別為16.67%、17.04%.固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)的種類(lèi)較多，分布于3個(gè)屬(鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)、累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)和蓋蟲(chóng)屬(Opercularia spp.))，含14個(gè)種，其中，鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)種類(lèi)最多(10個(gè)種)，這與國內多數正常運行的活性污泥污水處理廠(chǎng)中(Chen et al., 2004;Zhou et al., 2006;2008)微型動(dòng)物優(yōu)勢群是相一致的，這是因為固著(zhù)型和匍匐型纖毛蟲(chóng)均與活性污泥絮體直接接觸(前者通過(guò)柄與絮體相連，后者爬行于絮體表面)(Zhou et al., 2008).固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)和匍匐型纖毛蟲(chóng)為優(yōu)勢群通常預示著(zhù)活性污泥系統的高效運行(Madoni，1994)，因此，從微型動(dòng)物群落組成優(yōu)勢群來(lái)看，該焦化廢水活性污泥法處理廠(chǎng)運行良好.小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)、溝鐘蟲(chóng)(V.convallaria)、銳利楯纖蟲(chóng)(A.lynceus)、有肋楯纖蟲(chóng)(A.costata)和輪蟲(chóng)(rotifers)為優(yōu)勢種屬(圖 1)，其中，小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)為絕對優(yōu)勢種.
整體上看，頻度越大對應微型動(dòng)物種或類(lèi)群的多度也越大，但也有例外，如溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)的頻度(69%)大于銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)(41%)和有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)(38%)，而后兩者的平均多度卻均大于溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)，這說(shuō)明某些種屬在系統中盡管數量較少，但可頻繁出現.
3.2 微型動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)變化
微型動(dòng)物種數隨時(shí)間的變化而波動(dòng)，最大值出現在5月上中旬，物種數達11種，主要由鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)構成.物種數最少出現在6月上旬，只有5種，是最多時(shí)的45.45%(圖 2a).微型動(dòng)物多度也呈多峰型變動(dòng)，最明顯的高峰出現在4月下旬，達6.4×103 個(gè)· mL-1;最小出現在5月中下旬，為1.5×103 個(gè)· mL-1(圖 2b)，只有最大值的23.44%.
圖 2 微型動(dòng)物物種數(a)和多度(b)的日變化(數據為平行樣平均值)
不同類(lèi)群微型動(dòng)物的變化規律不同，主要類(lèi)群相對多度隨時(shí)間的變化如圖 3所示.其變化主要有以下幾種類(lèi)型：①“前低后高”型，主要為固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)，4月份固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)所占比重相比較小，隨后逐漸增大，到6月上中旬呈現兩個(gè)高峰分別達到87.1%、85.0%，之后呈下降趨勢;微型后生動(dòng)物4月份平均相對多度波動(dòng)較大，5月初直到6月中下旬波動(dòng)不大，6月下旬呈明顯上升趨勢;②“前高后低”型，匍匐型纖毛蟲(chóng)4月份和5月份所占比例大體相近，到6月份匍匐型纖毛蟲(chóng)明顯減小，以致后期幾乎消失;其他類(lèi)型的微型動(dòng)物(包括鞭毛蟲(chóng)、有殼變形蟲(chóng)等)也有類(lèi)似的規律;③“平穩型”，肉食型纖毛蟲(chóng)在整個(gè)研究期間內平均相對多度變化不大，且處于較低水平，平均相對多度為4.41%.
圖 3 微型動(dòng)物群落相對多度變化(數據為平行樣平均值)
結合圖 2和圖 3可知，微型動(dòng)物群落在物種種數、多度和群落結構上隨時(shí)間呈動(dòng)態(tài)變化.在整個(gè)調研期間，多度隨時(shí)間波動(dòng)較大的種類(lèi)有銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)(方差為2.40×105)、有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)(方差為2.44×105)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)(方差為3.16×105)、楔形雙膜蟲(chóng)(D. cuneiforme)(方差為1.15×105)、蛞蝓鞭變形蟲(chóng)(M. limax)(方差為5.99×105)和輪蟲(chóng)(rotifers)(方差為1.42×105);波動(dòng)變化較小的有盤(pán)狀游仆蟲(chóng)(E. patella)(方差為6.88×103)、杯鐘蟲(chóng)(V. cupifera)(方差為1.50×103)、湖累枝蟲(chóng)(E. lacustris)(方差為4.87×103)、固著(zhù)吸管蟲(chóng)(P. fixa)(方差為1.32×103)和有棘鱗殼蟲(chóng)(E. acanthophora)(方差為0.14×103)等.
由于焦化廢水中含有大量酚、氰、硫氰化物等多種有毒有害物質(zhì)(任源等，2007;Parimal et al., 2014)，并且濃度變化大，如4月份一段好氧池中揮發(fā)酚濃度變化大(方差為18.63)，6月份揮發(fā)酚濃度相對穩定(方差為0.19)，這樣可能對細菌和微型動(dòng)物的活力均有抑制作用，使得活性污泥中微型動(dòng)物組成結構(圖 3)隨時(shí)空變動(dòng)比較大，群落結構不穩定，如優(yōu)勢群固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)(包括小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma))4月、6月的平均相對多度分別為33.93%、64.88%，6月的平均相對多度比4月高出30.95%.
3.3 微型動(dòng)物群落與處理性能之間的關(guān)系
為了探究微型動(dòng)物與處理性能之間的關(guān)系，選取了微型動(dòng)物頻度、多度較大的5個(gè)微型動(dòng)物類(lèi)群，其中包含7個(gè)種屬的微型動(dòng)物.此外，還選用微型動(dòng)物總的多度、物種種數、SBI值等指標，分析它們與焦化廢水一段好氧處理出水水質(zhì)參數、運行參數間的相關(guān)性，結果如表 2所示.
表 2 微型動(dòng)物生物學(xué)參數與出水水質(zhì)及運行參數間的相關(guān)性分析
從表 2可見(jiàn)，有6個(gè)生物學(xué)參數與出水水質(zhì)或運行參數存在著(zhù)顯著(zhù)的相關(guān)性(p<0.05).其中，生物學(xué)參數與出水水質(zhì)之間，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與出水氨氮(r=-0.740，p<0.01)、氰化物(r=0.509，p<0.05)，吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)與出水氨氮(r=-0.593，p<0.05)，微型動(dòng)物多度與出水氨氮(r=-0.539，p<0.05)，微型動(dòng)物種數與出水氰化物(r=0.619，p<0.05)，以及SBI值與出水氨氮(r=-0.566，p<0.05)、氰化物(r=0.606，p<0.05)相關(guān)性顯著(zhù)，可見(jiàn)累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)的大量出現預示著(zhù)較低的出水氨氮濃度和較高的出水酚、氰濃度;吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)的大量出現預示著(zhù)較好的硝化效果，而其他生物學(xué)參數與出水水質(zhì)的相關(guān)性不顯著(zhù)(p>0.05).
生物學(xué)參數和運行參數之間，固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)與DO(r=0.594，p<0.05)、污泥容積指數SVI(r=-0.570，p<0.05)，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與DO(r=0.514，p<0.05)，SBI值與DO(r=0.533，p<0.05)之間存在顯著(zhù)相關(guān)性.污泥沉降指數SVI與多個(gè)生物學(xué)參數的相關(guān)系數為負(r<0).可見(jiàn)固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)數量大預示著(zhù)水中溶解氧較高，污泥沉降性好;累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)的大量出現同樣預示著(zhù)較高的溶解氧.
SBI值與出水氨氮濃度顯著(zhù)負相關(guān)(p<0.05)，說(shuō)明微型動(dòng)物群落結構的合理性直接關(guān)系到系統的硝化效果.SBI值而與出水酚(p=0.124)、氰(p<0.05)等非常規污染物出水濃度的相關(guān)性系數為正(r>0)，與預期結果相反，這一點(diǎn)與前人的研究結論相一致.
為了更好地理清并理解參數(變量)在系統中的作用及參數與參數之間的相互關(guān)系，對上述生物學(xué)參數(指微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬)及性能參數進(jìn)行了因子分析.根據因子所能解釋總信息量的程度(要求在85%以上)選取了7個(gè)因子，它們概括了原始變量所包含信息量的86.0%，分析結果如表 3所示.
表 3 微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬與系統性能參數因子分析
表 3顯示了微型動(dòng)物關(guān)鍵種類(lèi)與活性污泥系統參數(變量)之間的關(guān)系，變量與因子間的緊密程度取決于旋轉后負荷系數的絕對值.當變量負荷系數的絕對值大于0.5時(shí)，說(shuō)明該變量與對應因子緊密相關(guān)，該變量是對應因子組成中的重要變量(Esteban et al., 1991).
如表 3所示，第1個(gè)因子對累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)多度、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)多度、氨氮濃度和水中溶解氧濃度等4個(gè)參數有較大絕對值的負荷系數(>0.5，下同)，其中，氨氮濃度和水中溶解氧濃度直接與硝化效率有關(guān)，且它們之間呈負相關(guān)關(guān)系.累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)和吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)多度均與硝化效率呈負相關(guān)關(guān)系，這與相關(guān)性分析的結果相一致(表 2).既然氨氮濃度、溶解氧濃度、累枝蟲(chóng)屬和吸管蟲(chóng)屬都是決定硝化效率的環(huán)境因子，因此，將因子1定義為硝化效率因子，該因子為總方差解釋量的21.86%.
與第2個(gè)因子緊密相關(guān)的變量只有銳利楯纖蟲(chóng)(A.lynceus)、肋楯纖蟲(chóng)(A.costata)、溝鐘蟲(chóng)(V.convallaria)和輪蟲(chóng)(rotifers)等生物學(xué)參數，且除有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)與其余變量之間呈明顯的負相關(guān)以外，其他變量之間呈正相關(guān)關(guān)系.因此，因子2可定義為生物學(xué)因子，該因子解釋了原始變量所包含信息量的19.22%.
第3個(gè)因子解釋了原始變量所包含信息量的13.81%，對應變量中負荷系數絕對值較大的原始變量有pH、MLSS、SVI等，且pH與SVI呈正相關(guān)，MLSS與其余變量之間存在明顯的負相關(guān).pH、MLSS、SVI都是系統運行過(guò)程中的控制參數，故可將該因子定義為運行控制因子.
第4個(gè)因子概括了原始變量所包含信息量的9.16%，該因子對揮發(fā)酚和氰化物出水濃度等有毒有害污染物變量有絕對值較大的負荷系數，且它們之間呈正相關(guān)，可將因子4定義為毒害物質(zhì)因子.
第5個(gè)因子概括了原始變量所包含信息量的8.51%，該因子可定義為有機物降解效率因子，因為該因子負荷系數絕對值較大的只有小型鞭毛蟲(chóng)多度和出水CODCr等變量，且它們之間呈負相關(guān)，這與相關(guān)性分析結論相一致(表 2).
因子6和7分別概括了原始變量所包含信息量的7.05%和6.43%，與它們緊密相關(guān)的變量分別只有小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)和水溫.
通過(guò)對微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬或類(lèi)群與系統一段好氧處理單元出水水質(zhì)和運行參數之間的Pearson相關(guān)性分析和因子分析發(fā)現，某些微型動(dòng)物種屬或類(lèi)群與出水水質(zhì)和運行參數之間存在著(zhù)顯著(zhù)的相關(guān)關(guān)系，這些微型動(dòng)物種或類(lèi)群可作為相應處理性能參數的指示微生物，以便為系統運行控制提供指導.如前文所述，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)多度與出水氨氮濃度呈顯著(zhù)負相關(guān)(r=-0.740，p<0.01)，這與因子分析結果相一致(表 3)，說(shuō)明好氧池中累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)大量生長(cháng)預示著(zhù)出水氨氮濃度低，好氧系統硝化效果好，即累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)可作為該好氧系統硝化效果好的指示微生物.同理可知，可作為硝化效果好的指示微生物有累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.);可作為氰化物降解效果較差的指示微生物有累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.);水中溶解氧含量較高的指示微生物種屬或類(lèi)群有累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)(不包括小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)，下同);可作為污泥沉降性好的指示微生物類(lèi)群有固著(zhù)型纖毛蟲(chóng).
4 討論
4.1 微型動(dòng)物群落結構異于常規污水處理
焦化廢水處理廠(chǎng)微型動(dòng)物種類(lèi)和數量少于常規污水處理廠(chǎng).調研的焦化廢水處理廠(chǎng)微型動(dòng)物種數為3~11種，微型動(dòng)物數量為0.8×103~6.5×103個(gè)· mL-1，其中，纖毛蟲(chóng)數量為0.63×103~4.3×103 個(gè)· mL-1(表 1)，纖毛蟲(chóng)數量相比高效運行的常規污水處理廠(chǎng)(>104 個(gè)· mL-1)明顯相對較少.焦化廢水一段好氧池中微型動(dòng)物種類(lèi)和數量(圖 2)比常規污水處理廠(chǎng)(Chen et al., 2004; Liu et al., 2008)相對較少，種數和數量較少的微型動(dòng)物群落其結構穩定性較差(Liu et al., 2008).微型動(dòng)物群落組成結構的變化會(huì )直接影響到生態(tài)營(yíng)養鏈中細菌群落結構的穩定，從而影響到整個(gè)生態(tài)系統功能的穩定(Liu et al., 2008)，使得焦化廢水處理運行不穩定.經(jīng)一段好氧處理后的出水CODCr((152.92±45.77)mg · L-1)、揮發(fā)酚((11.12±2.36)mg · L-1)和氰化物濃度((1.22±0.78)mg · L-1)均相對較高，不能達到國家相關(guān)排放標準，實(shí)際情況與理論分析相吻合.
焦化廢水處理廠(chǎng)微型動(dòng)物優(yōu)勢種屬不同.高效運行的活性污泥法污水處理廠(chǎng)原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)數量較大，種類(lèi)豐富，相比小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)，溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)占優(yōu)勢，但沒(méi)有一種原生動(dòng)物占絕對優(yōu)勢，往往以固著(zhù)型和匍匐型纖毛蟲(chóng)為共優(yōu)勢類(lèi)群(Madoni，1994).焦化廢水處理污泥系統中盡管也以固著(zhù)型和匍匐型纖毛蟲(chóng)((940±866)個(gè)· mL-1)為共優(yōu)勢群，在整個(gè)微型動(dòng)物群落結構中仍占優(yōu)勢，但與小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)((815±562)個(gè)· mL-1)相比優(yōu)勢并不明顯.小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)是一種腐生種，它對諸如低溶解氧、高污染物負荷、有毒有害物質(zhì)進(jìn)入等極端環(huán)境條件有很強的耐受力，故它的大量生長(cháng)預示著(zhù)其生存環(huán)境的惡劣，這正與焦化廢水中含有大量的有毒有害物質(zhì)對微型動(dòng)物有潛在的毒害作用的事實(shí)相吻合.
4.2 微型動(dòng)物群落與處理性能間存在著(zhù)復雜的相互關(guān)系
在活性污泥法廢水處理廠(chǎng)中，出現頻率較高、相對多度較大的某些微型動(dòng)物種屬或類(lèi)群與處理廠(chǎng)運行環(huán)境、處理效果有著(zhù)密切的聯(lián)系，然而焦化廢水處理中微型動(dòng)物群落與處理性能間存在的關(guān)系卻較為復雜：①絕大多數微型動(dòng)物種屬或類(lèi)群與處理性能參數間的相關(guān)性不顯著(zhù).由表 2所示的生物學(xué)參數與出水水質(zhì)、運行參數之間的Pearson相關(guān)系數可知，所列舉12個(gè)微型動(dòng)物種屬或類(lèi)群中只有3個(gè)(固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.))與處理性能顯著(zhù)相關(guān)(p<0.05)，其余9個(gè)微型動(dòng)物種屬或類(lèi)群與出水水質(zhì)相關(guān)性并不顯著(zhù)(p>0.05).這與多數常規廢水活性污泥法處理中微型動(dòng)物群落與處理性能之間的相關(guān)性分析結論不一致;②SBI活性污泥生物性能評價(jià)體系對焦化廢水活性污泥性能的評估失準.由表 2可知，SBI值與出水酚(p=0.124)、氰(p<0.05)等毒害物質(zhì)相關(guān)系數為正(r>0)，這與Madoni的理論(1994)不符.以上分析說(shuō)明高毒性工業(yè)廢水中微型動(dòng)物群落與處理性能之間的相互關(guān)系與常規污水處理相比更為復雜.
4.3 因子分析方法在微型動(dòng)物與處理性能關(guān)系分析中應用
因子分析是一種實(shí)用的統計分析方法，通過(guò)變量之間的線(xiàn)性組合找出能解釋變量總信息量最大的組合變量以減少變量個(gè)數，確定與系統相關(guān)聯(lián)的潛在的重要因素，同時(shí)呈現變量與變量之間的相互關(guān)系，且可為相關(guān)性分析結論提供佐證(Zhou et al., 2006;2008)，該方法在探究活性污泥微型動(dòng)物與處理性能間的關(guān)系方面已得到相關(guān)應用.本文通過(guò)因子分析，進(jìn)一步探究了生物學(xué)參數之間及其與廢水處理性能參數之間的交互關(guān)系，起到了很好的作用：①提取潛在共性因子，簡(jiǎn)化了系統信息.將與系統有關(guān)的眾多變量重新組合成新的因子，并分別定義為硝化效率因子、生物學(xué)因子、運行控制因子、毒害物質(zhì)因子和有機物降解效率因子等，以便更好地理解系統眾多原始變量之間的相互關(guān)系及系統所包含的主要信息，對這些因子合理的命名結果表明，硝化效率、微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬數量、運行控制條件、水中毒害物質(zhì)濃度及有機物降解效率等因素對系統有著(zhù)潛在的重要影響.②便于分析微型動(dòng)物種間關(guān)系.由表 3可知，銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、輪蟲(chóng)(rotifers)相互之間存在著(zhù)明顯的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明它們能很好穩定地存在于微型生態(tài)系統中，存在類(lèi)似的“協(xié)同”關(guān)系.可能的原因是銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)等原生動(dòng)物與輪蟲(chóng)(rotifers)后生動(dòng)物構成穩定的食物鏈關(guān)系.累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，可視作伴生種屬;此外，銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)與有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)之間存在著(zhù)明顯的負相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)與有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)同一屬之間存在“競爭”關(guān)系，處于同一營(yíng)養級，在Esteban等(1991)和Martín-Cereceda等(1996)的研究中也得到過(guò)類(lèi)似的結論.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結論
1)本研究中焦化廢水活性污泥法處理系統中微型動(dòng)物種類(lèi)和數量相對偏低，分別為3~11種和0.8×103~6.5×103 個(gè)· mL-1.
2)焦化廢水處理活性污泥微型動(dòng)群落中固著(zhù)型和匍匐型纖毛蟲(chóng)為共優(yōu)勢類(lèi)群，其中，固著(zhù)型小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)為絕對優(yōu)勢種，出現頻率最高，相對多度最大;另外，鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)所包含的種類(lèi)最多.
3)焦化廢水活性污泥中微型動(dòng)物組成結構隨時(shí)空變動(dòng)比較大，群落結構不穩定，如6月比4月固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)的平均相對多度高出30.95%.
4)焦化廢水對微型動(dòng)物群落結構的影響復雜，使生物學(xué)參數與處理性能之間的關(guān)系變得復雜，如絕大多數微型動(dòng)物種屬與出水水質(zhì)和運行參數相關(guān)性不顯著(zhù)，SBI活性污泥評價(jià)體系對焦化廢水活性污泥性能的評估失準.
5)因子分析揭示了與系統相關(guān)聯(lián)的潛在的重要影響因素及某些微型動(dòng)物種屬間的相互關(guān)系，如累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)存在著(zhù)“協(xié)同”關(guān)系，銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)與有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)存在著(zhù)“競爭”關(guān)系.
6)某些微型動(dòng)物種屬或類(lèi)群可作為系統處理性能的指示微生物，為該廢水處理廠(chǎng)運行控制提供指導.如累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)可作為硝化效果好的指示微生物，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)可作為水中溶解氧含量較高的指示微生物.
