1、活性污泥中絲狀菌與絮體結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究摘要：通過試驗(yàn)和觀察，研究了活性污泥中絲狀菌與絮體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。常見的活性污泥絮體可分為六大類型，在不同的處理工藝和運(yùn)行條件下，各類型污泥比例不同，絲狀菌在污泥絮體的形成過程中所起的作用也不相同。而在活性污泥膨脹時(shí)，生物相結(jié)構(gòu)中的絲狀菌可分為結(jié)構(gòu)性的和非結(jié)構(gòu)性的兩大類，它們起著不同的作用，運(yùn)行中必須通過不同的方法和措施加以防治。關(guān)鍵詞：絲狀菌,生物相結(jié)構(gòu),生物絮體ResearchontheRelationshipsbetweenFilamentousOrganismsandFlocculateStructureinActivatedSludgeAbstract

2、：Therelationshipsbetweenfilamentousorganismsandflocculatestuctureintheactivatedsludgewerestudiedinthis*.Itwasfoundthatthestructureofactivatedsludgecouldbedividedintosixtypes.Theproportionofeachtypeandtheactionoffilamentousorganismsontheformationofsludgestructurewouldbedifferentunderdifferenttreatmen

3、tprocessesandoperatingcondition.Sludgebulkingcouldbedividedintostructurefilamentousorganismsbulkingandnon-structurefilamentousorganismsbulking,differentmeasureshouldbetakeninordertocontrolthebulking.Keywords：filamentousorganisms;biofaciesstructure;bio-flocculate絲狀微生物是一大類菌體相連而形成絲狀的微生物的統(tǒng)稱，其中包括絲狀細(xì)菌、絲狀真

4、菌、絲狀藻類等1。荷蘭學(xué)者Eikelboom將絲狀微生物分為29個(gè)類型、7個(gè)群，并制成了活性污泥絲狀微生物檢索表。絲狀微生物的功能與結(jié)構(gòu)形態(tài)密切相關(guān)，長絲狀形態(tài)有利于其在固相上附著生長，保持一定的細(xì)胞密度，防止單個(gè)細(xì)胞狀態(tài)時(shí)被微型動(dòng)物吞食；細(xì)絲狀形態(tài)的比表面積大，有利于攝取低濃度底物，在底物濃度相對(duì)較低的條件下比膠團(tuán)菌增殖速度快，在底物濃度較高時(shí)則比膠團(tuán)菌增殖速度慢。許多絲狀微生物表面具有膠質(zhì)的鞘，能分泌粘液，粘液層能夠保證一定的胞外酶濃度，并減少水流對(duì)細(xì)胞的沖刷，其中還含有特定的抗體，以防止其他生物附著。絲狀微生物種類繁多，對(duì)生長環(huán)境要求低。其本身生理生長特性很特別：增殖速率快、吸附能力強(qiáng)、

5、耐供氧不足能力以及在低基質(zhì)濃度條件下的生活能力都很強(qiáng)，因此在廢水生物處理生態(tài)系統(tǒng)中存活的種類多，數(shù)量大。如何使絲狀微生物相互聚集，使之在廢水處理中達(dá)到較好的泥水分離效果，如何確定絲狀微生物同其他微生物的相互作用，以及不同絲狀微生物的最適需氧量等，都是需要進(jìn)一步研究的問題。1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程試驗(yàn)分別在本院給水排水實(shí)驗(yàn)室、重慶市唐家橋污水處理廠、重慶市渝北區(qū)城南污水處理廠進(jìn)行?；钚晕勰嗖蓸幼员緦?shí)驗(yàn)室活性污泥法小試反應(yīng)器、唐家橋污水處理廠和城南污水處理廠的曝氣池、初沉池和二沉池。通過鏡檢觀察記錄活性污泥絮體大小、形態(tài)和結(jié)構(gòu)，對(duì)不同反應(yīng)器的絲狀微生物進(jìn)行鑒定，從而尋找絲狀微生物與絮體形態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

6、試驗(yàn)歷時(shí)5個(gè)月。絲狀微生物鑒定采用Eikelboom法，鏡檢觀察以下八項(xiàng)特征：是否存在衣鞘；滑行運(yùn)動(dòng)；真、假分枝；絲狀體長度、形狀、性質(zhì)；細(xì)胞直徑、長度、性質(zhì)；革蘭氏染色反應(yīng)；納氏染色反應(yīng)；有無胞含體(聚-羥基丁酸PHB、硫粒、多聚磷酸鹽等)。染色采用石炭酸復(fù)紅染色法、革蘭氏染色法、納氏染色法和積硫試驗(yàn)法。通過目微尺測定污泥絮體直徑，記錄各種大小、形狀和結(jié)構(gòu)的絮體數(shù)量，歸納污泥絮體的主要類型及特征。通過大量觀察，尋找絲狀微生物種類、濃度與污泥絮體大小、形狀、結(jié)構(gòu)的關(guān)系。2試驗(yàn)結(jié)果2.1絮體結(jié)構(gòu)形態(tài)類型通過大量的觀察發(fā)現(xiàn)，活性污泥在正常運(yùn)行和膨脹時(shí)呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和種類。正常運(yùn)行時(shí)活性污泥結(jié)構(gòu)

7、形態(tài)可分為四類，型：致密、細(xì)小，看不到絲狀菌為骨架的污泥；型：有明顯絲狀骨架、呈長條形的污泥；型：厚實(shí)、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨型污泥；型：有孔洞結(jié)構(gòu)的巨型污泥。污泥膨脹時(shí)其結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為兩類，型：結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長、伸長，絮體結(jié)構(gòu)松散；型：非結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長，不形成絮體。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，型污泥在兩污水廠正常運(yùn)行的曝氣池中所占比例較低，城南污水廠為10%左右，唐家橋污水廠更低，而在二沉池上清液中比例較高，因此它是從良好結(jié)構(gòu)的污泥上脫落下來的，在二沉池隨出水流失。正常運(yùn)行時(shí)長條形污泥、網(wǎng)狀污泥和孔洞污泥(、型)占很高比例，兩污水廠中均占90%以上。根據(jù)絮體伸出的部分絲狀菌，可以判斷這些具有良好結(jié)構(gòu)的污

8、泥是以絲狀菌為骨架，膠團(tuán)菌附著于其上而形成的。它們是去除有機(jī)物的主要部分。在混合液中可見到其他絲狀微生物游離于菌膠團(tuán)之外，見不到附著生長物，三種樣本見到的菌種有：球衣菌、發(fā)硫菌、0803型、0581型、硬發(fā)菌、鏈球菌等，但數(shù)量都十分少。試驗(yàn)過程中，城南污水廠由于發(fā)生停電事故時(shí)仍保持進(jìn)水流量，發(fā)生了結(jié)構(gòu)絲狀菌大量增殖的現(xiàn)象，污泥結(jié)構(gòu)呈松散狀(型)，SVI達(dá)到142mL/g干污泥；待供電正常，按正常方式運(yùn)行一段時(shí)間后，污泥結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，SVI回落至90mL/g干污泥。而活性污泥小試過程中多次出現(xiàn)污泥膨脹，泥水分離困難(型)，SVI高達(dá)500mL/g干污泥以上，調(diào)節(jié)運(yùn)行方式仍不能控制，鏡檢發(fā)現(xiàn)球衣菌

9、、發(fā)硫菌大量增殖，最終通過投加漂白粉殺生劑再經(jīng)逐步培養(yǎng)才恢復(fù)正常。2.2微生物鑒定結(jié)果根據(jù)Eikelboom法對(duì)作為污泥良好結(jié)構(gòu)骨架的絲狀菌進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)各處取樣污泥的結(jié)構(gòu)絲狀菌特征一致：絲狀體直徑1.52m，絲體長200m左右，不運(yùn)動(dòng)，略彎，在絮體內(nèi)扭曲，細(xì)胞呈柱狀，長0.54m，直徑0.71.0m，有鞘，橫隔明顯，常見分枝，有大量附著生長物，無硫粒，革蘭氏染色陰性，納氏染色可見蘭灰色顆粒，呈陽性。查絲狀微生物鑒定表，找不到特征完全相符的種，比較接近的是Eikelboom1701型。Eikelboom1701的特征是：鏈狀圓柱形細(xì)胞，被鞘緊裹，絲體長100200m，偶爾超過200m，雖然絲體

10、正常時(shí)稍彎，但可有很強(qiáng)的盤繞性，細(xì)胞長2.53.5m，直徑0.50.9m，有鞘，有時(shí)可見PHB黑色小顆粒，橫隔和縮縊明顯，偶有假分枝，常有大量附著生長物，無硫粒，革蘭氏染色陰性，納氏染色陽性。3分析與討論3.1絮體形成過程許多絮體可以同時(shí)具有型、型、型污泥的多種特征，在絮體中心部分為孔洞結(jié)構(gòu)，向四周伸展的長條形污泥相互搭接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最外側(cè)則可見新伸出的骨架絲狀菌。從這種污泥的形態(tài)可以推斷其形成過程為：結(jié)構(gòu)絲狀菌交織生長，膠團(tuán)菌附著其上形成新生污泥，新生污泥逐漸成熟形成條狀、網(wǎng)狀污泥，在氧和營養(yǎng)物充足等條件下，網(wǎng)狀污泥的膠團(tuán)菌增粗，網(wǎng)孔逐漸變小形成孔洞狀，最后孔洞被填實(shí)，而結(jié)構(gòu)絲狀菌的伸出為

11、膠團(tuán)菌提供了新的附著面，包裹形成新的條狀污泥，條狀污泥相互交織又形成新的網(wǎng)狀污泥，重復(fù)上述過程，形成更大的污泥絮體。一些污泥能見到成節(jié)的形態(tài)，大的孔洞結(jié)構(gòu)污泥之間由細(xì)的條狀污泥連接，有的由絲狀微生物連接，這種污泥的形成可能是絮體成長到一定成熟度后，由于內(nèi)部供氧不足，促進(jìn)了包埋于其中的結(jié)構(gòu)絲狀菌的生長，將絮體撐開導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散形成節(jié)狀。還有極少量的污泥，可以見到極粗大的絲狀骨架，上面附著膠團(tuán)菌，經(jīng)多次對(duì)比鑒定，這些絲狀骨架為死亡累枝蟲的桿，由于結(jié)構(gòu)松散，這類污泥易于在二沉池發(fā)生漂浮，因此保持原生動(dòng)物穩(wěn)定的生長條件可以有效地減少二沉池的污泥上浮。3.2絲狀微生物與微生態(tài)群落的關(guān)系試驗(yàn)表明，膠團(tuán)菌與結(jié)

12、構(gòu)絲狀菌之間相互依存，絲狀微生物形成了絮體骨架，為絮體形成較大顆粒同時(shí)保持一定的松散度提供了必要條件。而膠團(tuán)菌的附著使絮體具有一定的沉降性而不易被出水帶走，并且由于膠團(tuán)菌的包附使得結(jié)構(gòu)絲狀菌獲得更加穩(wěn)定、良好的生態(tài)條件，所以這兩大類微生物在活性污泥中形成了特殊的共生體。根據(jù)生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)，環(huán)境因子對(duì)微生物個(gè)體的影響首先是影響某些敏感生物，然后通過微生物之間的相互作用逐步傳遞，最終當(dāng)影響超過一定限度時(shí)引起結(jié)構(gòu)上的波動(dòng)。正是因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)中生物種類多，并按一定結(jié)構(gòu)組成了微生態(tài)群落，環(huán)境壓力在逐級(jí)傳遞過程中受到消減，所以生態(tài)系統(tǒng)具備了一定抗沖擊負(fù)荷的能力。與純培養(yǎng)相比，生態(tài)系統(tǒng)能通過優(yōu)勢種群的變化維持良

13、好的結(jié)構(gòu)，而純培養(yǎng)只需輕微刺激就會(huì)引起強(qiáng)烈反應(yīng)，直接破壞其脆弱的結(jié)構(gòu)。這也是保證活性污泥微生態(tài)群落穩(wěn)定性的根本原因。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，可以將活性污泥微生態(tài)群落描述如下：活性污泥微生態(tài)群落由不同大小的群落組成，具有良好沉降性和傳質(zhì)性能的菌膠團(tuán)以結(jié)構(gòu)絲狀菌為骨架，膠團(tuán)菌附著其上而形成，具有不斷生長的特性，增長過程和老化過程中脫落的碎片及其他游離細(xì)菌將由附著或游離生長的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物捕食清除。而少量以無機(jī)顆粒為核心形成的致密顆粒也可能存在于系統(tǒng)之中，并具有良好的沉降性能。有些死亡的原生動(dòng)物尸體被膠團(tuán)菌包裹，形成巨型污泥，其內(nèi)部易產(chǎn)生反硝化作用形成氣泡在二沉池漂浮流失。在正常運(yùn)行條件下，具有結(jié)構(gòu)絲狀

14、菌的絮體占優(yōu)，非結(jié)構(gòu)絲狀菌的數(shù)量很少，其表面不易為膠團(tuán)菌附著，彼此存在拮抗關(guān)系，這種系統(tǒng)是相對(duì)穩(wěn)定不會(huì)輕易改變的。所以在兩個(gè)污水廠長期運(yùn)行過程中未發(fā)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)絲狀菌膨脹。而活性污泥小試時(shí)各種條件不易控制，屢屢造成非結(jié)構(gòu)絲狀菌膨脹，采用改變負(fù)荷等辦法均不能解決，根據(jù)非結(jié)構(gòu)絲狀菌與菌膠團(tuán)的關(guān)系，解決的根本辦法在于徹底將其清除，故只能采用投加殺生劑的辦法使膨脹得到控制，盡管膠團(tuán)菌也會(huì)受到影響，但它們相互聚集成團(tuán)，只有表面少量細(xì)菌受到傷害。由于停電事故，城南污水廠曾出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，經(jīng)鏡檢為結(jié)構(gòu)絲狀菌膨脹，大量結(jié)構(gòu)絲狀菌從絮體中伸出，根據(jù)結(jié)構(gòu)絲狀菌與膠團(tuán)菌的共生關(guān)系，只需創(chuàng)造有利于膠團(tuán)菌增長的條件就能使

15、污泥沉降性能改善，實(shí)踐中采用適當(dāng)排泥增加曝氣量的辦法，污泥指數(shù)很快恢復(fù)正常。有關(guān)活性污泥中絲狀菌作用的資料很少，多將絲狀菌描述為在菌膠團(tuán)內(nèi)部生長或伸出、游離生長三種情況。試驗(yàn)中根據(jù)大量觀察發(fā)現(xiàn)，活性污泥總能保持一定的宏結(jié)構(gòu)，未見到密實(shí)的大顆粒狀污泥，微小的菌膠團(tuán)數(shù)量也少。從理論上講，如果膠團(tuán)菌附著在一種靜止的載體上，將不斷增長變厚，直到內(nèi)部形成厭氧狀態(tài)發(fā)生反硝化作用產(chǎn)生氣泡而剝離載體，這樣就極易形成大量碎屑的菌膠團(tuán)，膠團(tuán)菌自身不可能形成條狀、網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，只有一種可能性：結(jié)構(gòu)絲狀菌與膠團(tuán)菌構(gòu)成此消彼長的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)絲狀菌位于膠團(tuán)菌內(nèi)部特別是菌膠團(tuán)較厚時(shí)有利于其生長，從而伸長使得包裹在外層的膠團(tuán)菌不致于過厚形成厭氧狀態(tài)，其有利條件可能是內(nèi)部的低氧狀態(tài)，而一旦結(jié)構(gòu)絲狀菌暴露在混合液中時(shí)，正常環(huán)境條件不利于其生長，待膠團(tuán)菌包附之后才重新再次生長，如遇供氧不足等條件時(shí)，結(jié)構(gòu)絲狀菌大量伸出，則發(fā)生結(jié)構(gòu)絲狀菌引起的污泥膨脹。4結(jié)論活性污泥正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)可分為四種類型，型：致密、細(xì)小，無絲狀菌骨架；型：有明顯絲狀骨架的長條形；型：厚實(shí)且具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；型：孔洞結(jié)構(gòu)。污泥膨脹時(shí)其結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為兩類，型：結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長、伸長，絮體結(jié)構(gòu)松散；型：非結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長，不形成絮體。具有良好結(jié)構(gòu)的活性污泥絮體以結(jié)構(gòu)絲狀菌為骨架，膠團(tuán)菌附