王淑瑩　崔有為(北京工業大學環境與能源學院,北京100022)　
于德爽　祝貴兵(哈爾濱工業大學,哈爾濱150090)王海東(北京工業大學環境與能源學院,北京100022)
環　境　工　程　　2003年10月第21卷第5期

摘要　針對海水沖廁工程的實施,試驗研究了無機鹽對活性污泥沉降性的影響。以無鹽穩定運行系統作為參照系統,分別研究了20ｇ Ｌ和35ｇ Ｌ鹽度馴化系統內活性污泥絮凝體的形態、污泥沉降特點以及污泥微生物生態。在此基礎上探討了絮凝體的結構。試驗結果表明,無機鹽改變了活性污泥微生物生態,改變了絮凝體的結構,加強了污泥的沉降性。
關鍵詞　海水沖廁　鹽度　污泥沉降性　污泥絮凝體　　　　　　　　
　　國家十五科技攻關項目(2001ＢＡ610Ａ 09)及北京市自然科學基金資助項目(8002005)
1　引言
　　關于無機鹽對活性污泥沉降性影響的本質和程度國內外的報導很不一致。在無機鹽對污泥沉降性影響的利弊上結論也不一致[1～6]。在此主要研究鹽度對活性污泥沉降性影響的程度和本質。
2　試驗裝置與方法
　　試驗采用3個平行的ＳＢＲ反應器,接種等量的來自市政污水處理廠二沉池回流污泥,采用實際生活污水,進行馴化,水質見表1。

表1　原水水質

　　馴化結束后將1號反應器作為無鹽參照系統。2號和3號反應器分別按5ｇ Ｌ的ＮａＣｌ鹽度梯度逐漸增加鹽度進行馴化。使2號反應器在鹽度為20ｇ Ｌ的條件下穩定運行,3號反應器在鹽度為35ｇ Ｌ鹽度下穩定運行。分別鏡檢研究無鹽系統、25ｇ Ｌ和35ｇ Ｌ系統內活性污泥的微生物生態和污泥絮凝體的形態,檢測在各鹽度下穩定運行時的污泥沉降性。3個系統保證運行參數的一致,充分曝氣,溫度控制在20±2℃。為了防止高濃度的ＮａＣｌ在濾紙上結晶影響ＭＬＳＳ的測定結果,在污泥過濾結束后至少要用100ｍＬ的蒸餾水沖洗濾紙,然后烘干至恒重。
3　試驗結果與分析
　　由于高鹽環境下的系統具有較高的分散穩定性,因此不容易沉降。但是在研究中卻發現隨著鹽度的升高,污泥指數逐漸降低(如圖1)。在測量各鹽度下的污泥沉降曲線(如圖2)發現鹽度改變了污泥的沉降性。具體表現在加快了污泥的沉降速度。試驗進一步鏡檢了活性污泥絮凝體的形態和活性污泥微生物生態。
　　　　 　　　　　　　　　　

3．1　3個處理系統的微生物生態
　　在以微生物為主的污泥物處理中,不同類型的微生物之間存在著內在的相互依存的關系,即微觀生態關系。微生物生態在很大程度上決定生物處理的效率和污泥的結構。由于鹽度的影響,微生物生態的組成發生變化。在無鹽系統運行狀態達到穩定后,鏡檢發現活性污泥所含的微生物種類豐富,存在大量絲狀菌,有大量的原生動物。原生動物以鐘蟲為優勢種屬,還存在的原生動物有漫游蟲,草履蟲,豆形蟲等,這些微生物相當活躍。當在鹽度為20ｇ Ｌ的活性污泥處理系統內,活性污泥的微生態的結構發生變化,微生物的種類和數量都變少。原生動物僅剩下少量的鐘蟲,且絲狀菌數量也變少。而在鹽度為35ｇ Ｌ的處理系統內,微生態變得更加單一,鐘蟲最后消失,表明原生動物已消失。絲狀菌也幾乎不存在,只剩下細小的菌膠團。這一結果與Ｔｏｋｕｚ和Ｅｃｋｅｎｆｅｌｄｅｒ的研究結果不同。Ｔｏｋｕｚ和Ｅｃｋｅｎｆｅｌｄｅｒ[7]研究表明,隨著鹽度的升高,絲狀菌增多,但是不會影響活性污泥的沉降性。鹽度使活性污泥的優勢菌屬改變。使微生物生態只剩下耐鹽微生物。由于鹽度影響到微生物的多樣性,使得典型的生態關系如中立關系、共生關系、協作關系、競爭關系、拮抗關系、寄生關系等作用降低。直接影響到處理的效果。同時由于菌體的改變也直接影響到活性污泥的結構,從而影響污泥的沉降性。
3 ．2　3個系統污泥絮凝體的形態
　　從圖3～圖6可以看出無機鹽對活性污泥絮凝體的改變。在無鹽條件的活性污泥處理系統內,活性污泥顆粒很大,菌膠團呈封閉狀,形狀為不規則形,絮凝體緊密度不好,呈疏松狀。鏡檢發現絮凝體中有大量絲狀菌的存在。而鹽度為20ｇ Ｌ處理系統內,活性污泥的結構已發生變化。絮凝體相對于無鹽條件下變小,絮凝體的結構仍是開放型結構,但緊密程度變高。鏡檢絲狀菌較少。鹽度對活性污泥構型的改變在鹽度為35ｇ Ｌ的處理系統內表現更為明顯。在此鹽度系統內,絮凝體已經變得很小,絮凝體呈封閉狀,而且絮凝體變得異常的緊密。鏡檢幾乎看不到絲狀菌,絮凝體多附著在進水中死亡的微型動物的殘體上。
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　
3．3　絮凝體結構分析
　　從圖3可以看出無鹽系統活性污泥絮凝體的結構基本上可以用絲狀菌骨架學說解釋。其形成過程可以描述為:結構絲狀菌交織生長,膠團菌附著其上形成新生污泥,新生污泥逐漸成熟形成條狀、網狀污泥,在氧和營養物充足條件下,網狀污泥的膠團菌增粗,網孔逐漸變小形成空洞狀,最后空洞被填實,而結構絲狀菌的伸出為膠團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狀污泥,重復上述過程,形成更大的污泥絮凝體。
　　而在高鹽系統內,由于活性污泥微生物微生態的改變,活性污泥的構型發生變化,其中重大的變化就是絲狀菌的減少到幾乎消失,造成細菌無法再以絲狀菌為骨架。在高鹽度的條件下活性污泥的構型可以由Ｍａｇａｒａ[8]等提出的理化結構解釋(如圖7)。活性污泥絮凝體整體上呈電負性。絮凝是微生物(主要是細菌),無機粒子(硅酸鹽,磷酸鈣,和氧化鐵),胞外多聚物和多價陽離子之間相互的理化作用的結果。由于細菌表面,胞外多聚物和無機粒子都提供負吸收位,所以陽離子在這一過程中起著重要作用。由于在高鹽環境下Ｎａ+濃度很高,Ｎａ+為活性污泥提供一個充足的陽離子,提高正的吸收位。另外也有高鹽對沉降性不利的因素,由于高鹽的物理性質,使得系統成為一個分散性很高的溶液,這種高的分散體系對懸浮粒子的沉降性影響很大。造成高鹽條件下活性污泥的沉降性下降。此外,鹽度影響水體的密度,使污水的密度升高,直接增大水中固體的浮力,也使高鹽污泥的沉降性變壞。但由于高鹽的作用,污水中微生物的活性和生長都受到影響。高鹽更影響游離細菌的捕食,所以微生物必須聚集在一起才能更有利于生存,微生物通過調節分泌胞外多聚物,一方面抵御鹽度的毒害作用;另一方面,增加捕食能力。而且,對絮凝有利的發現是Ｋｉｎｃａｎｎｏｎ和Ｇａｕｄｙ[5]發現高鹽環境下活性污泥較一般污泥脂類,ＲＮＡ含量高。同時,無機鹽含量也高。但是,由于高鹽條件下絲狀菌的消失,細菌無法附著生長,因此,絮凝體個體變小。
　　　　　　　　　　　　　　

4　結論
(1)隨著鹽度的升高,活性污泥沉降性能加強。具體表現在:污泥指數降低;污泥的沉降速度加快。
(2)無機鹽改變了活性污泥微生物生態。隨著鹽度的增加,原生動物減少直至消失。絲狀菌數量也在減少,在35ｇ Ｌ鹽度環境下,幾乎看不到絲狀菌。
(3)無機鹽改變了絮凝體的形態和結構。隨著鹽度的增加,絮凝體逐漸變小,由封閉結構變成開放結構,且變得更加密實。
參考文獻
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2002-11-30收稿