1 引言
活性污泥中的有機成分主要是由棲息在活性污泥上的微生物群體及被微生物吸附的有機物組成，微生物則主要由細菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物構成.活性污泥中的微生物以異養好氧細菌為主，增殖速率較高，具有較強的分解有機物并將其轉化為無(wú)機物的功能.但污泥脫水后微生物生存環(huán)境發(fā)生了變化，外源營(yíng)養物質(zhì)中斷，微生物處于內源呼吸狀態(tài)，代謝產(chǎn)物擴散難度大，微生物種群及數量變化較大，導致污泥穩定性差，在供氧不足時(shí)，極易腐化發(fā)臭，對環(huán)境產(chǎn)生二次污染.如何保持脫水污泥好養狀態(tài)，加快微生物代謝速率，是污泥處理處置關(guān)注的重點(diǎn)之一.
蚯蚓在自然界物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中的重要作用已廣為人知，其能把不溶性有機物轉化為微生物可利用的有機物，增加微生物活性和基質(zhì)利用程度.研究表明，蚯蚓與微生物的協(xié)同作用可加速有機物的分解.根據蚯蚓的生活習性和生態(tài)位，結合污水處理工藝和污泥特點(diǎn)，將蚯蚓引入污水處理工程領(lǐng)域，目前已成為相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一.研究發(fā)現，蚯蚓參與污泥處理過(guò)程，會(huì )顯著(zhù)影響污泥理化性質(zhì)，對穩定處理系統、加快污泥降解具有促進(jìn)作用.雖然微生物是污泥降解的關(guān)鍵者，但蚯蚓將直接或間接地改變微生物的活動(dòng)，最終影響系統的處理效果，因此，探索接種蚯蚓后污泥微生物相的變化具有重要意義.基于以上考慮，本文主要研究蚯蚓對污泥微生物量及其活性的影響，旨在為探索該過(guò)程中微生物作用的機理和提高蚯蚓處理污泥的效率提供理論依據.
2 材料與方法
2.1 實(shí)驗材料
實(shí)驗所用赤子愛(ài)勝蚓(Eisenia foetida)為實(shí)驗室培養.污泥為取自蘭州市七里河污水處理廠(chǎng)的脫水污泥，將此污泥制成5 mm粒徑的顆粒污泥，作為實(shí)驗用污泥.污泥含水率為80.62%±0.01%，pH=6.77±0.01，電導率(EC)為(573.00±8.49)μS · cm-1，有機質(zhì)(OM)為71.2%±7.7%，溶解性有機碳(DOC)為(16.69±0.16)mg · g-1，總氮(TN)為(51.7±1.6)mg · g-1，C/N為6.20±0.03，微生物碳量(MBC)為(105.60±1.66)mg · g-1，脫氫酶活性(DHA)為(314.60±18.40)mg · g-1 · h-1(以TPF計).
實(shí)驗用6個(gè)反應器，尺寸為φ36 cm×12 cm，每個(gè)反應器中加4 kg顆粒污泥.3個(gè)對照組不添加蚯蚓，3個(gè)蚯蚓處理組中各放100條蚯蚓，每條重約1.0 g.反應器上覆蓋塑料膜保濕，深色覆蓋物遮光，每個(gè)反應器每天人工翻動(dòng)1次.實(shí)驗環(huán)境溫度為(25±1)℃.實(shí)驗共進(jìn)行60 d，每10 d取樣進(jìn)行測定.一部分鮮樣直接用來(lái)測定OM，MBC和DHA，另取一部分陰干，研磨，過(guò)100目篩，測其它理化指標.
2.2 測定方法
pH、EC按照水土比50 ∶ 1(mL/g)溶解，磁力攪拌0.5 h，離心取上清液用pH酸度計、電導率儀測定;OM采用灼燒法(550 ℃，5 h)測定;DOC采用硫酸-重鉻酸鉀容量法(魯如坤，2000)測定;MBC測定時(shí)參考熏蒸提取-容量分析法，并加以改進(jìn)，在熏蒸處理前將污泥制成均一的細小顆粒;DHA參考TTC還原法進(jìn)行測定.
2.3 數據處理
數據分析采用SPSS 17.0統計軟件，通過(guò)T檢驗分析不同處理間的差異性，并進(jìn)行指標間的相關(guān)性分析，顯著(zhù)性定義為p<0.05.
3 結果與討論
3.1 理化性質(zhì)的變化
在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，蚯蚓處理組與對照組的pH、EC、OM、DOC隨時(shí)間的變化如圖 1所示.實(shí)驗前20 d，蚯蚓處理組與對照組的pH、EC、OM均無(wú)顯著(zhù)差異(p>0.05)，20 d后呈顯著(zhù)差異(p<0.05).由圖 1a可看出，pH穩定在7左右，蚯蚓處理組比對照組pH變化范圍小，表明蚯蚓處理組污泥平抑有機酸與氨化作用的能力較強.基質(zhì)代謝產(chǎn)物的積累會(huì )影響反應體系的pH，pH的變化又會(huì )對微生物生長(cháng)繁殖和酶活性產(chǎn)生顯著(zhù)影響.反應體系pH變化幅度越小，表明代謝產(chǎn)物的不良積累越少，越有利于微生物分解代謝能力及其酶活性的高效發(fā)揮.脫水污泥好氧消化過(guò)程通常只發(fā)生在污泥表面水膜層的微環(huán)境中，因此，將實(shí)驗污泥造粒(約5 mm)來(lái)增加污泥表面水膜層的面積，通過(guò)每日翻混保證反應體系中氧的供給，使降解過(guò)程更近似于活性污泥法的延續，因此，代謝產(chǎn)物積累速率緩慢，這可能是20 d后pH才發(fā)生變化的原因.圖 1b中蚯蚓處理組較對照組的EC高，說(shuō)明蚯蚓的參與能提高污泥礦化速率.圖 1c表明，蚯蚓可加快OM的降解，蚯蚓與微生物協(xié)同作用效果優(yōu)于微生物單獨作用.由圖 1d可看出，前20 d蚯蚓處理組DOC小于對照組且呈顯著(zhù)差異(p<0.05)，40~60 d蚯蚓處理組DOC大于對照組且呈顯著(zhù)差異(p<0.05).由于DOC表征微生物易利用的有機碳，其含量與微生物量及活性有密切關(guān)系(衛東等，2011).前期蚯蚓處理組DOC低可能是因為蚯蚓的刺激作用促進(jìn)了微生物量的增長(cháng)，從而加快了對DOC的利用.而后期蚯蚓處理組DOC較高可能源自蚯蚓攝食對微生物量的限制，減小了對DOC的利用.
圖 1 pH、EC、OM、DOC隨時(shí)間的變化(*表示在給定時(shí)間蚯蚓處理組和對照組之間有顯著(zhù)差異(p<0.05)，下同)
3.2 蚯蚓對MBC和DHA的影響
MBC是反映微生物量大小的重要指標.圖 2a中蚯蚓處理組和對照組MBC均呈大致相同的減小趨勢，前10 d變化劇烈，10 d后相對平緩.MBC持續降低表明微生物數量在不斷減少，這是因為一方面，活性污泥經(jīng)沉淀脫水后，微生物處于內源呼吸期;另一方面，在脫水污泥顆粒表面附著(zhù)的水膜中，有機物的降解依然在繼續，但營(yíng)養物質(zhì)持續減少，兩種因素均限制了微生物數量的增長(cháng)，造成MBC不斷降低.
圖 2a顯示，前30 d蚯蚓處理組MBC顯著(zhù)高于對照組(p<0.05)，之后又顯著(zhù)低于對照組(p<0.05)，穩定在4.45~6.49 mg · g-1之間.這可能是因為前期蚯蚓黏液及排泄物對微生物的刺激作用促進(jìn)了微生物的增長(cháng)(Aira et al., 2007);而后期隨著(zhù)營(yíng)養物質(zhì)的不斷減少，蚯蚓取食微生物的作用導致蚯蚓處理組MBC顯著(zhù)低于對照組.
脫氫酶是一種胞內酶，參與有機物的氧化磷酸化，其活性大小能表征活性微生物對基質(zhì)降解能力的強弱，可反映所有微生物的活性.由圖 2b可看出，蚯蚓處理組與對照組DHA呈相同的減小趨勢，前20 d下降明顯，20 d后趨于平緩，40 d后基本穩定在較低水平，這表明污泥降解速率先快后慢(Fernández-Gómez et al., 2010b); 而DHA穩定在較低水平說(shuō)明污泥中大部分有機物已被降解.前30 d蚯蚓處理組比對照組DHA高，但無(wú)顯著(zhù)性差異(p>0.05)，40 d后蚯蚓處理組DHA顯著(zhù)低于對照組(p<0.05)，穩定在2.98~6.40 mg · g-1 · h-1(以TPF計)之間.前期蚯蚓刺激作用提高了微生物量，加速了OM的降解，導致后期OM含量較低，又由于DHA和OM 存在顯著(zhù)正相關(guān)性(p<0.01)(表 1)，使得后期DHA處于較低水平，最終產(chǎn)物更加穩定.此外，也有研究認為DHA較低是由于蚯蚓對微生物的攝食作用造成的.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
表 1 對照組和蚯蚓處理組MBC、DHA、pH、EC、OM、DOC相關(guān)矩陣
3.3 MBC、DHA、pH、EC、OM、DOC的相關(guān)關(guān)系
從表 1可以看出，蚯蚓處理組和對照組中MBC、DHA與OM呈顯著(zhù)正相關(guān)，但與pH與EC之間無(wú)顯著(zhù)相關(guān)性，表明污泥OM是MBC和DHA的主要限制因素.由蚯蚓處理組和對照組MBC、DHA及OM的變化曲線(xiàn)(圖 1c、圖 2)推測，微生物對污泥OM的降解起主要作用，蚯蚓則加快了降解的進(jìn)程，這與Sen等(2009)利用蚯蚓處理制糖工業(yè)廢棄物的研究結果一致.DOC與MBC、DHA之間無(wú)相關(guān)關(guān)系，可能與基質(zhì)性質(zhì)不同有關(guān)(Fernández-Gómez et al., 2010b).蚯蚓處理組與對照組中MBC和DHA 均呈顯著(zhù)正相關(guān)，表明污泥微生物量與其活性存在密切關(guān)系.
4 結論
脫水污泥的降解速率呈先快后慢的變化趨勢，接種蚯蚓可減小體系pH的變化幅度，加速有機物的礦化.相比對照組，蚯蚓處理污泥后，MBC和DHA顯著(zhù)降低.蚯蚓顯著(zhù)提高了處理系統前期MBC，加速OM的降解，從而導致后期MBC與DHA較低，處理產(chǎn)物更加穩定.
