王淑莹 崔有为(北京工业大学环境与能源学院,北京100022)
于德爽 祝贵兵(哈尔滨工业大学,哈尔滨150090)王海东(北京工业大学环境与能源学院,北京100022)
环 境 工 程 2003年10月第21卷第5期 摘要 针对海水冲厕工程的实施,试验研究了无机盐对活性污泥沉降性的影响。以无盐稳定运行系统作为参照系统,分别研究了20ｇ Ｌ和35ｇ Ｌ盐度驯化系统内活性污泥絮凝体的形态、污泥沉降特点以及污泥微生物生态。在此基础上探讨了絮凝体的结构。试验结果表明,无机盐改变了活性污泥微生物生态,改变了絮凝体的结构,加强了污泥的沉降性。
关键词 海水冲厕 盐度 污泥沉降性 污泥絮凝体
国家十五科技攻关项目(2001ＢＡ610Ａ 09)及北京市自然科学基金资助项目(8002005)
1 引言
关于无机盐对活性污泥沉降性影响的本质和程度国内外的报导很不一致。在无机盐对污泥沉降性影响的利弊上结论也不一致[1～6]。在此主要研究盐度对活性污泥沉降性影响的程度和本质。
2 试验装置与方法
试验采用3个平行的ＳＢＲ反应器,接种等量的来自市政污水处理厂二沉池回流污泥,采用实际生活污水,进行驯化,水质见表1。 表1 原水水质
| CODcr/（mg/L） | 100~430 | 平均CODcr/（mg/L） | 300 | | SS/（mg/L） | 60~128 | 平均SS/（mg/L） | 82 | | BOD5/（mg/L） | 62.8~132.5 | 平均BOD5/（mg/L） | 128 | | PH | 7.3~8.9 | 平均总氮（mg/L） | 41.6 | | 平均总磷（mg/L） | 2.75 | | |
驯化结束后将1号反应器作为无盐参照系统。2号和3号反应器分别按5ｇ Ｌ的ＮａＣｌ盐度梯度逐渐增加盐度进行驯化。使2号反应器在盐度为20ｇ Ｌ的条件下稳定运行,3号反应器在盐度为35ｇ Ｌ盐度下稳定运行。分别镜检研究无盐系统、25ｇ Ｌ和35ｇ Ｌ系统内活性污泥的微生物生态和污泥絮凝体的形态,检测在各盐度下稳定运行时的污泥沉降性。3个系统保证运行参数的一致,充分曝气,温度控制在20±2℃。为了防止高浓度的ＮａＣｌ在滤纸上结晶影响ＭＬＳＳ的测定结果,在污泥过滤结束后至少要用100ｍＬ的蒸馏水冲洗滤纸,然后烘干至恒重。
3 试验结果与分析
由于高盐环境下的系统具有较高的分散稳定性,因此不容易沉降。但是在研究中却发现随着盐度的升高,污泥指数逐渐降低(如图1)。在测量各盐度下的污泥沉降曲线(如图2)发现盐度改变了污泥的沉降性。具体表现在加快了污泥的沉降速度。试验进一步镜检了活性污泥絮凝体的形态和活性污泥微生物生态。
 
3．1 3个处理系统的微生物生态
在以微生物为主的污泥物处理中,不同类型的微生物之间存在着内在的相互依存的关系,即微观生态关系。微生物生态在很大程度上决定生物处理的效率和污泥的结构。由于盐度的影响,微生物生态的组成发生变化。在无盐系统运行状态达到稳定后,镜检发现活性污泥所含的微生物种类丰富,存在大量丝状菌,有大量的原生动物。原生动物以钟虫为优势种属,还存在的原生动物有漫游虫,草履虫,豆形虫等,这些微生物相当活跃。当在盐度为20ｇ Ｌ的活性污泥处理系统内,活性污泥的微生态的结构发生变化,微生物的种类和数量都变少。原生动物仅剩下少量的钟虫,且丝状菌数量也变少。而在盐度为35ｇ Ｌ的处理系统内,微生态变得更加单一,钟虫最后消失,表明原生动物已消失。丝状菌也几乎不存在,只剩下细小的菌胶团。这一结果与Ｔｏｋｕｚ和Ｅｃｋｅｎｆｅｌｄｅｒ的研究结果不同。Ｔｏｋｕｚ和Ｅｃｋｅｎｆｅｌｄｅｒ[7]研究表明,随着盐度的升高,丝状菌增多,但是不会影响活性污泥的沉降性。盐度使活性污泥的优势菌属改变。使微生物生态只剩下耐盐微生物。由于盐度影响到微生物的多样性,使得典型的生态关系如中立关系、共生关系、协作关系、竞争关系、拮抗关系、寄生关系等作用降低。直接影响到处理的效果。同时由于菌体的改变也直接影响到活性污泥的结构,从而影响污泥的沉降性。
3 ．2 3个系统污泥絮凝体的形态
从图3～图6可以看出无机盐对活性污泥絮凝体的改变。在无盐条件的活性污泥处理系统内,活性污泥颗粒很大,菌胶团呈封闭状,形状为不规则形,絮凝体紧密度不好,呈疏松状。镜检发现絮凝体中有大量丝状菌的存在。而盐度为20ｇ Ｌ处理系统内,活性污泥的结构已发生变化。絮凝体相对于无盐条件下变小,絮凝体的结构仍是开放型结构,但紧密程度变高。镜检丝状菌较少。盐度对活性污泥构型的改变在盐度为35ｇ Ｌ的处理系统内表现更为明显。在此盐度系统内,絮凝体已经变得很小,絮凝体呈封闭状,而且絮凝体变得异常的紧密。镜检几乎看不到丝状菌,絮凝体多附着在进水中死亡的微型动物的残体上。
 
 
3．3 絮凝体结构分析
从图3可以看出无盐系统活性污泥絮凝体的结构基本上可以用丝状菌骨架学说解释。其形成过程可以描述为:结构丝状菌交织生长,胶团菌附着其上形成新生污泥,新生污泥逐渐成熟形成条状、网状污泥,在氧和营养物充足条件下,网状污泥的胶团菌增粗,网孔逐渐变小形成空洞状,最后空洞被填实,而结构丝状菌的伸出为胶团菌提供了新的附着面,包裹形成新的条状污泥,条状污泥相互交织又形成新的网状污泥,重复上述过程,形成更大的污泥絮凝体。
而在高盐系统内,由于活性污泥微生物微生态的改变,活性污泥的构型发生变化,其中重大的变化就是丝状菌的减少到几乎消失,造成细菌无法再以丝状菌为骨架。在高盐度的条件下活性污泥的构型可以由Ｍａｇａｒａ[8]等提出的理化结构解释(如图7)。活性污泥絮凝体整体上呈电负性。絮凝是微生物(主要是细菌),无机粒子(硅酸盐,磷酸钙,和氧化铁),胞外多聚物和多价阳离子之间相互的理化作用的结果。由于细菌表面,胞外多聚物和无机粒子都提供负吸收位,所以阳离子在这一过程中起着重要作用。由于在高盐环境下Ｎａ+浓度很高,Ｎａ+为活性污泥提供一个充足的阳离子,提高正的吸收位。另外也有高盐对沉降性不利的因素,由于高盐的物理性质,使得系统成为一个分散性很高的溶液,这种高的分散体系对悬浮粒子的沉降性影响很大。造成高盐条件下活性污泥的沉降性下降。此外,盐度影响水体的密度,使污水的密度升高,直接增大水中固体的浮力,也使高盐污泥的沉降性变坏。但由于高盐的作用,污水中微生物的活性和生长都受到影响。高盐更影响游离细菌的捕食,所以微生物必须聚集在一起才能更有利于生存,微生物通过调节分泌胞外多聚物,一方面抵御盐度的毒害作用;另一方面,增加捕食能力。而且,对絮凝有利的发现是Ｋｉｎｃａｎｎｏｎ和Ｇａｕｄｙ[5]发现高盐环境下活性污泥较一般污泥脂类,ＲＮＡ含量高。同时,无机盐含量也高。但是,由于高盐条件下丝状菌的消失,细菌无法附着生长,因此,絮凝体个体变小。
4 结论
(1)随着盐度的升高,活性污泥沉降性能加强。具体表现在:污泥指数降低;污泥的沉降速度加快。
(2)无机盐改变了活性污泥微生物生态。随着盐度的增加,原生动物减少直至消失。丝状菌数量也在减少,在35ｇ Ｌ盐度环境下,几乎看不到丝状菌。
(3)无机盐改变了絮凝体的形态和结构。随着盐度的增加,絮凝体逐渐变小,由封闭结构变成开放结构,且变得更加密实。
参考文献
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2 Doudoroff M.. Experiments on the Adaptation of E. coli to Nacl. Gen. Physiol. 1940，23：585~611
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8 Magara Y.,Nambu S. and Utosawa K..Biochemical and Physical Properties of Activated Sludge on Settling Characteristics. Wat. Res..1976,10:71~77
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2002-11-30收稿
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