SBR工藝活性污泥系統運行狀態(tài)

　　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(細菌類(lèi)、真菌類(lèi)、原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物等)及其群體所組成的微生態(tài)降解系統.活性污泥培養馴化是活性污泥系統啟動(dòng)和運行的關(guān)鍵環(huán)節，通過(guò)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.然而，對活性污泥的培養馴化機理并不是十分了解，只是推測在此過(guò)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(dòng)物在活性污泥微生態(tài)系統中發(fā)揮著(zhù)重要作用：一方面，微型動(dòng)物(Microfauna)(包括原生動(dòng)物(Protozoa)和微型后生動(dòng)物(Micro-metazoa))通過(guò)捕食細菌，保持細菌群落活力，從而維持活性污泥微生態(tài)系統穩定;另一方面，產(chǎn)生的溶解性有機物質(zhì)(DOM)代謝產(chǎn)物可作為細菌的礦物營(yíng)養，促進(jìn)細菌生長(cháng)繁殖等.更重要的是，活性污泥微型動(dòng)物與污水廠(chǎng)運行狀況之間存在著(zhù)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運行狀態(tài).

　　生物群落物種多樣性可以反映群落的結構和功能，多樣性高低可通過(guò)量化指數來(lái)衡量.在一定時(shí)期內物種多度保持不變的群落稱(chēng)為“穩定群落”，而把另外一些物種多度表現出很大變化的群落稱(chēng)為“不穩定群落”.有研究者基于物種數與群落總多度之比定義的穩定性指數以及群落物種多樣性值的變異系數的動(dòng)態(tài)變化探討群落穩定性問(wèn)題.然而，目前對于活性污泥培養馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落結構演變的研究，僅進(jìn)行了粗略的描述，對活性污泥微型動(dòng)物群落物種多樣性、穩定性等缺乏系統的研究.

　　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，對培養馴化過(guò)程中活性污泥微型動(dòng)物群落結構、物種多樣性及穩定性情況進(jìn)行考察.對污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)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(dòng)物群落結構特征、物種多樣性和穩定性變化規律，以揭示缺氧/好氧交替環(huán)境下活性污泥培養馴化微觀(guān)機理，闡明微型動(dòng)物群落與污泥特性及污水處理效果之間的相互關(guān)系，為活性污泥培養馴化啟動(dòng)和系統調試運行操作提供技術(shù)基礎支撐.

　　2 材料與方法

　　2.1 反應器運行控制

　　試驗采用序批式反應器(SBR)，反應器主體由高85 cm、內徑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(guò)置于反應器底部的微孔曝氣頭提供系統所需氧氣，同時(shí)為泥、水的混勻與環(huán)流提供動(dòng)力.通過(guò)調節空氣流量計控制曝氣強度(0.2 L·min-1)，維持水中穩定的溶解氧((5.42±0.03)mg·L-1).反應器在室溫(20±2.1)℃下運行.

　　接種污泥取自馬鞍山市某污水處理廠(chǎng)好氧池回流污泥，清洗3遍后投加至SBR反應器悶曝，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(shí)，通過(guò)每日排泥的方式維持穩定的MLSS，并控制污泥齡θ為20 d左右.

　　污泥培養馴化原水由自來(lái)水配制而成，水中投加一定量的C6H12O6、NH4Cl、KH2PO4(微量元素來(lái)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)調節進(jìn)水pH至7.50±0.05.整個(gè)試驗過(guò)程中，進(jìn)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，污泥負荷約為0.3 kg·kg-1·d-1.

　　SBR反應器每天運行2個(gè)周期，每個(gè)周期12 h，分成2個(gè)階段：①反應器進(jìn)水曝氣階段，時(shí)間10 h;②沉淀排水階段，曝氣完成后自然沉淀時(shí)間2 h，然后將反應器中上清液通過(guò)出水口排出，排水比(進(jìn)水體積與反應池總有效體積之比)為1/3.2，然后補入新鮮原水至原水位，重新進(jìn)入下一個(gè)周期運行，如此循環(huán)往復.通過(guò)系統中活性污泥微型動(dòng)物群落物種多樣性及出水水質(zhì)等指標判定，運行約1個(gè)月，活性污泥微型動(dòng)物群落達初步穩定，馴化完成.

　　2.2 微型動(dòng)物采樣、鑒別計數與分類(lèi)統計

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

　　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(dòng)物進(jìn)行鑒別、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.原生動(dòng)物均鑒定到種，輪蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)等微型后生動(dòng)物鑒定到類(lèi)群.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)物群落物種多度和豐富程度在鑒別過(guò)程中改變. 將微型動(dòng)物群落中常見(jiàn)的纖毛蟲(chóng)類(lèi)原生動(dòng)物分為菌食性纖毛蟲(chóng)和肉食性纖毛蟲(chóng)，其中菌食性纖毛蟲(chóng)又分為匍匐型纖毛蟲(chóng)(Crawling ciliates)、固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)和游泳型纖毛蟲(chóng)等三大類(lèi)群，將微型動(dòng)物數量所得數據折算成個(gè)· mL-1.

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

　　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(gè)種的多度(單位體積混合液中微型動(dòng)物群落所有物種的個(gè)體總數)，N表示微型動(dòng)物群落所有物種的總多度，fi為第i個(gè)種在樣品中出現的頻率.優(yōu)勢度Y≥0.02的種為優(yōu)勢種，優(yōu)勢種屬和優(yōu)勢類(lèi)群參考同樣方法確定.活性污泥微型動(dòng)物群落物種多樣性指數計算方法如表 1所示.

表 1 微型動(dòng)物群落物種多樣性指數的計算及意義

　　采用物種穩定指數WS和多樣性穩定指數WH表征活性污泥培養馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落穩定性.物種穩定指數 WS= S/N，其中S、N同上;多樣性穩定指數 WH= ds /dm，其中，ds為不同馴化階段的多樣性值標準差，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(gè)指數的值越小，群落越穩定.

　　2.4 理化與運行參數測定

　　化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)、總磷(TP)按照標準方法測定;污泥沉降比(SV)采用30 min沉降直接讀數法測定;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值采用數顯pH計(雷磁PHS-25)測定.

　　2.5 數據處理與分析

　　所有試驗數據(除另有注明外)均取3個(gè)平行樣的平均值進(jìn)行分析.統計分析采用軟件SPSS 19.0進(jìn)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 結果

　　3.1 活性污泥培養馴化階段的劃分

　　污泥特性、污染物降解效能、生物特性等方面是評價(jià)活性污泥系統性能的重要依據，故本研究根據污泥濃度(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(dòng)物群落結構特征劃分污泥培養馴化階段.

　　反應器運行10 d時(shí)，MLSS達2800 mg·L-1(適宜范圍為2000～4000 mg·L-1)，SVI值由啟動(dòng)時(shí)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(兩者標準差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(gè)體數量占所有物種總數量的百分比)高達95.27%.運行20 d后，鞭毛蟲(chóng)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(dòng)物輪蟲(chóng)在反應器運行23 d后才開(kāi)始出現，綜合考慮后續微型動(dòng)物群落結構的變化情況及其穩定性將污泥成熟起始時(shí)間定為第26 d.因此，可將整個(gè)培養馴化過(guò)程劃分為初期(污泥性能達標期)、中期(鞭毛蟲(chóng)消減期)和后期(污泥成熟期)3個(gè)階段，各階段分別為1～10 d、11～25 d、26～31 d.

　　圖 1培養馴化過(guò)程中污泥特性( a) 和污水處理效果( b) 動(dòng)態(tài)變化

　　3.2 污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落結構動(dòng)態(tài)與物種多樣性變化3.2.1 馴化過(guò)程中微型動(dòng)物優(yōu)勢種群變化

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

表 2 污泥不同馴化階段微型動(dòng)物優(yōu)勢種群組成及優(yōu)勢度Y

　　馴化初期，波豆蟲(chóng)屬(Bodo sp.)為唯一優(yōu)勢屬(Y=0.989)，包括4個(gè)低等的鞭毛蟲(chóng)優(yōu)勢種：尾波豆蟲(chóng)(B. caudatus)(Y=0.160)、阿氏波豆蟲(chóng)(B. alexeieffii)(Y=0.021)、球波豆蟲(chóng)(B. globosus)(Y=0.112)、小波豆蟲(chóng)(B. minimus)(Y=0.643).馴化中期優(yōu)勢種屬增至5個(gè)，分別為斜管蟲(chóng)屬(Chilodonella sp.)(Y=0.020)、楯纖蟲(chóng)屬(Aspidisca sp.)(Y=0.032)、鐘蟲(chóng)屬(Vorticella sp.)(Y=0.216)、累枝蟲(chóng)屬(Epistylis sp.)(Y=0.071)和波豆蟲(chóng)屬(Bodo sp.)(Y=0.503)，含有7個(gè)優(yōu)勢種，分別是有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)(Y=0.027)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)(Y=0.024)、小口鐘蟲(chóng)(V.microstoma)(Y=0.135)、湖累枝蟲(chóng)(E. lacustris)(Y=0.061)、尾波豆蟲(chóng)(B. caudatus)(Y=0.080)、球波豆蟲(chóng)(B. globosus)(Y=0.072)和小波豆蟲(chóng)(B. minimus)(Y=0.216)，增加了4個(gè)較高等級的固著(zhù)型和匍匐型纖毛蟲(chóng)，減少了1個(gè)較低等級的鞭毛蟲(chóng).馴化后期，除波豆蟲(chóng)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(chóng)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(gè)，均為較高等級的原生動(dòng)物，已不存在較低等的鞭毛蟲(chóng)類(lèi)優(yōu)勢種(Y<0.02).

　　3.2.2 污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落結構動(dòng)態(tài)

　　活性污泥馴化初期，鞭毛蟲(chóng)為單一優(yōu)勢類(lèi)群(表 2)，其相對多度高達99.0%±1.6%(圖 2b，下同)，物種種數為4種(圖 3，下同)，占所有物種數的73.3%±17.4%.馴化中期，鞭毛蟲(chóng)多度變化較大，在中期的14 d達到峰值(19587±792)個(gè)·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%，種數減至1～2種，運行20 d鞭毛蟲(chóng)優(yōu)勢被固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)取代.

　　圖 2馴化過(guò)程中活性污泥微型動(dòng)物群落結構演變(圖a 數據為均值平均值+標準差)

　　圖 3馴化過(guò)程中原生動(dòng)物群落不同類(lèi)群物種的分布變化

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

　　微型后生動(dòng)物輪蟲(chóng)在反應器運行23 d后出現，且多度較小(約50 個(gè)·mL-1)，說(shuō)明活性污泥開(kāi)始逐漸趨于成熟.在整個(gè)試驗過(guò)程中，未觀(guān)察到菌食性游泳型纖毛蟲(chóng)，這與早期的研究結論有所不同，可能是因為該系統污泥負荷相對較低(0.3 kg·kg-1·d-1)，而在高負荷(0.6～0.9 kg BOD·kg-1·MLSS-1·d-1)活性污泥系統中游泳型纖毛蟲(chóng)才會(huì )成為優(yōu)勢類(lèi)群.

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

　　污泥培養馴化過(guò)程中，活性污泥微型動(dòng)物群落類(lèi)群出現上述演替規律的原因可能是：反應器啟動(dòng)初期，細菌活力弱，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(zhù)于污泥絮體表面捕食細菌的匍匐型和固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)生長(cháng)繁殖，而有利于游離在細小絮體表面活動(dòng)的鞭毛蟲(chóng)存活;此外，相對于體型較大的纖毛蟲(chóng)原生動(dòng)物，鞭毛蟲(chóng)(尤其是異養型鞭毛蟲(chóng)(HNAN))對游離細菌的捕食效率更高，更有競爭力而得以快速繁殖.隨著(zhù)培養馴化的進(jìn)行，細菌活力得到增強，其凝聚力增加，污泥絮體粒徑增大，爬行或附著(zhù)于污泥絮體表面捕食細菌的匍匐型和固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)數逐漸成為共優(yōu)勢類(lèi)群.隨著(zhù)污泥培養馴化的進(jìn)一步強化，數量巨大的匍匐型和固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)為肉食性纖毛蟲(chóng)提供了食物，肉食性纖毛蟲(chóng)大量繁殖成為優(yōu)勢類(lèi)群，鞭毛蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)又為大型的微型后生動(dòng)物提供了豐富的食物，使得微型后生動(dòng)物出現，形成了穩定的食物鏈與微生態(tài)系統.

　　3.2.3 污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落物種多樣性變化

　　污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落物種多樣性變化如圖 4所示.培養馴化初期，微型動(dòng)物群落物種Shannon-Wiener指數H′呈現“先增后減”變化.運行4 d時(shí)，H′為0.63±0.09，6 d達初期最大值的1.24±0.00，較啟動(dòng)時(shí)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H′與Simpson指數D顯著(zhù)負相關(guān)(r=-0.829，p<0.05)(表 3，下同)，說(shuō)明群落最常見(jiàn)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(jìn)入馴化中期后，Shannon-Wiener指數H′呈現逐步增大的趨勢.運行至第19 d時(shí)H′達最大值(1.87±0.18)，比馴化開(kāi)始時(shí)增大約1.97倍.20 d后H′有小幅降低，直到這一階段結束前的1.33±0.00.在這一階段(馴化中期)，活性污泥微型動(dòng)物群落物種Shannon-Wiener指數H′與其Margalef指數R、Pielou指數E和Simpson指數D均顯著(zhù)相關(guān)(p<0.05)，說(shuō)明活性污泥培養馴化中期微型動(dòng)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(dòng)物群落物種Shannon-Wiener指數比馴化中期有所下降，但穩定在1.10左右，較馴化前增大約75%.朱鐵群等(2008)的研究也有類(lèi)似的結論，即隨著(zhù)馴化條件不斷強化，活性污泥微生物的多樣性表現出遞減趨勢.

　　圖 4培養馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落物種多樣性指數隨時(shí)間的變化(數據分別為均值±3 個(gè)重復的標準差)

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

　　對試驗數據進(jìn)行t檢驗分析可知，培養馴化初期與中期相比群落物種Shannon-Wiener指數和Margalef指數均存在顯著(zhù)性差異(p<0.05)，而Pielou指數和Simpson指數差異性不顯著(zhù)(p>0.05);培養馴化中期和后期相比，這些生物特性指數差異性均不顯著(zhù)(p>0.05)，說(shuō)明活性污泥馴化中后期群落物種多樣性趨于穩定.

　　3.3 活性污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落穩定性

　　活性污泥培養馴化過(guò)程中，物種穩定指數和多樣性穩定指數隨運行時(shí)間的變化如圖 5所示.物種穩定指數呈“急劇變小→逐步增大→降低趨穩”的變化規律.具體地，反應器啟動(dòng)時(shí)，物種穩定指數WS高達7.14×10-3，馴化初期結束前的第9 d即迅速降至0.5×10-3，說(shuō)明活性污泥培養馴化初期是微型動(dòng)物群落物種穩定指數急劇降低的過(guò)程，也即該階段是活性污泥微型動(dòng)物群落穩定性急劇增強的過(guò)程.進(jìn)入馴化中期后，WS表現出劇烈的波動(dòng)(方差為2.386×10-3)，說(shuō)明活性污泥馴化中期微型動(dòng)物群落仍不穩定.馴化后期，WS值的波動(dòng)幅度與中期相比較小(方差為0.303×10-3)，說(shuō)明該階段群落趨于穩定;從多樣性穩定指數來(lái)看，也可得出同樣的結論，即馴化中期多樣性穩定指數(0.226)略大于馴化初期多樣性穩定指數(0.216)，而馴化后期多樣性穩定指數(0.155)為整個(gè)培養馴化過(guò)程中的最低值，較馴化初期降低28.2%，說(shuō)明SBR工藝活性污泥培養馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落穩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，即培養馴化后期活性污泥微型動(dòng)物群落達初步穩定.

　　圖 5馴化過(guò)程中群落物種穩定性指數與物種多樣性穩定指數的動(dòng)態(tài)變化

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

　　圖 6活性污泥馴化過(guò)程中微型動(dòng)物群落多度與物種數隨運行時(shí)間變化

　　4 結論

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

　　傳統活性污泥系統(Conventional activated sludge system，CAS)中，盡管微型動(dòng)物群落結構隨周年動(dòng)態(tài)變化，但一般以纖毛蟲(chóng)類(lèi)原生動(dòng)物為主，而其中出現頻度最高(>50%)和最有代表性的原生動(dòng)物是緣毛類(lèi)固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)和寡毛類(lèi)匍匐型纖毛蟲(chóng)，兩者為共優(yōu)勢類(lèi)群，尤其是固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)，其多度最大，在同一個(gè)污水廠(chǎng)中固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)的Shannon -Wiener多樣性指數也最高.從原生動(dòng)物種類(lèi)看，有肋盾纖蟲(chóng)(A. costata)、凹縫楯纖蟲(chóng)(A. sulcata)、游仆蟲(chóng)(E. affinis)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、褶累枝蟲(chóng)(E. plicatilis)和半圓表殼蟲(chóng)(A. hemisphaerica)出現頻率較大，有時(shí)經(jīng)常大量出現，為原生動(dòng)物優(yōu)勢種;輪蟲(chóng)經(jīng)常出現，數量維持中等水平，為優(yōu)勢后生動(dòng)物.然而本研究結果顯示，馴化中期小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)和溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)均為優(yōu)勢種(Y≥0.02)，到馴化后期溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)已不占優(yōu)勢(Y<0.02)，而小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)優(yōu)勢卻得到進(jìn)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(chóng)(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(dòng)物群落優(yōu)勢類(lèi)群、優(yōu)勢種不同于傳統活性污泥，如在傳統活性污泥系統中不占優(yōu)勢的肉食性纖毛蟲(chóng)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)等在該系統中成為優(yōu)勢類(lèi)群或優(yōu)勢種，說(shuō)明不同的工藝類(lèi)型其微型動(dòng)物群落結構具有明顯的差異，這與前人研究結論相一致.

　　4.2 活性污泥微型動(dòng)物群落穩定滯后于其水處理性能穩定

　　由試驗結果可知，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，保持在適宜范圍內(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(15%～30%)，說(shuō)明微型動(dòng)物群落達到穩定所需時(shí)間大于污泥成熟時(shí)間;從污水處理效能來(lái)看，反應器運行10 d后，CODCr、NH+4-N的去除率分別達94.2%和100%，且直到試驗結束去除率(CODCr、NH+4-N)保持了相對穩定，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定的初期階段只需10 d左右時(shí)間，而培養馴化后期(運行25 d后)活性污泥微型動(dòng)物群落才漸趨于穩定(圖 5)，由此可知，活性污泥微型動(dòng)物群落達到穩定所需時(shí)間也大于處理效能達穩定所需時(shí)間.

　　活性污泥培養馴化過(guò)程中，微型動(dòng)群落穩定滯后于污泥成熟、水處理性能穩定.其原因可能是活性污泥微生態(tài)系統中有低營(yíng)養級細菌、高營(yíng)養級的微型動(dòng)物、有機物、無(wú)機物質(zhì)等，它們由細菌分泌的有粘性的胞外聚合物(Extracellular polymeric substance，EPS)凝聚成污泥絮體.而細菌類(lèi)原核微生物生長(cháng)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(shí)間短.細菌容易發(fā)生變異，能很快地適應廢水環(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定所需時(shí)間短;而處于微生態(tài)食物鏈頂端的微型動(dòng)物的生長(cháng)繁殖速度低于細菌，在污泥培養馴化過(guò)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)，才能達到群落的穩定，因此，微型動(dòng)物群落穩定所需時(shí)間較長(cháng).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) 在SBR工藝活性污泥馴化過(guò)程中，優(yōu)勢種屬由以波豆蟲(chóng)屬(Bodo sp.)為單一種屬向鐘蟲(chóng)屬(Vorticella sp.)、累枝蟲(chóng)屬(Epistylis sp.)、楯纖蟲(chóng)屬(Aspidisca sp.)、斜管蟲(chóng)屬(Chilodonella sp.)、半眉蟲(chóng)屬(Hemiophrys sp.)等多個(gè)優(yōu)勢種屬發(fā)展;微型動(dòng)物群落由以鞭毛蟲(chóng)為單一優(yōu)勢類(lèi)群逐漸向匍匐型纖毛蟲(chóng)、固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)、肉食性纖毛蟲(chóng)等多個(gè)優(yōu)勢類(lèi)群演變.

　　2) 培養馴化過(guò)程中，微型動(dòng)物群落物種多樣性先急劇增大后小幅回落直至相對穩定，但總體上呈先增大后趨于穩定的趨勢，其中Shannon-Wiener多樣性指數比剛啟動(dòng)時(shí)增大約75.

　　3) SBR工藝活性污泥培養馴化過(guò)程中，微型動(dòng)物群落穩定性變化規律：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定，這是微型動(dòng)物群落總多度和物種數逐漸趨于穩定的結果.

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

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