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MBR系统原生动物的群落特征

原生动物原生动物是活性污泥中最主要的捕食者,通过捕食活性污泥中细菌,使细菌保持在对数生长期,维持了细菌降解污染物的活性。原生动物所具有的个体小、繁殖快、世代周期短等单细胞微生物的特性,使得原生动物能密切地与它们所生存的环境直接接触,从而能直接、迅速地反映环境变化。然而,目前有关膜生物反应器(MBR)系统中的微生物群落结构却知之甚少。本研究的目的是通过长期运行,考察膜生物反应器在不同环境温度与污泥龄条件下原生动物的群落结构及其生态演替。1 MBR系统材料与方法

1.1 试验装置

本试验采用重力出流式MBR,通过生物反应器的液位水头重力驱动连续出流,试验系统如图1所示。

生物反应器最大容积为18L,有效容积根据需要调整。膜单元采用中空纤维微滤膜,材料为聚偏氟乙烯(PVDF),孔径为0.22μm,总面积0.18m2。

MBR系统的试验废水取自北京某家属区的集水井。MBR系统按350d、1OOd、30d这三个不同的污泥龄分别运行190d、94d、65d。

1.2 数量分析

取0.05mL活性污泥于载玻片上,采用低倍显微镜观察原生动物的形态和生理特征,将观察到的原生动物与标准图进行对照[引。通过原生动物的形态来确认其种类,记录所有原生动物,并重复3次。2 MBR系统结果与讨论

2.1 温度对原生动物多样性的影响

在MBR系统运行的阶段I,系统不排泥连续运行190d,如果把取样所排出的混合液作为排泥计入污泥龄,则实际的污泥龄在(350士50)d。在系统运行的前1OOd,生物反应器的温度均低于18℃,生物反应器中只有豆形虫以及非常少量处于半死亡状态的钟虫,污泥的结构较为松散并有大量丝状菌生长。当温度的逐步升高20℃以上,MBR系统开始出现较多的原生动物;系统中污泥结构有明显的改观,污泥絮粒中细菌排列、紧密、絮粒边缘与外部悬液界限清晰且游离细菌数量少。当温度高于25℃后,逐步形成以钟虫与轮虫为优势种的微生物群落。不同温度下MBR系统中污泥结构见图2。

在阶段Ⅱ,将MBR系统的污泥龄降低到100d。在系统运行的前50d,生物反应器的温度均低于16℃。MBR系统中原生动物的种类随着运行时间的延长急剧减少。当系统运行44d,MBR系统只检出少量的盖虫与线虫,并且原生动物的活性较差。随着温度逐步回升,MBR系统出现与常规生物系统相类似的生态演替现象。首先掠食性强的纤毛虫(Ciliata)开始出现,如漫游虫(Lionotus)、钟虫(Vorticella)等,它们不仅掠食细菌,而且还能掠食小型的纤毛虫等原生动物。随着温度的进一步上升到20℃,在活性污泥凝絮体表面和周围存在大量的原、后生动物,附着生长着大量附着型纤毛虫,如累枝虫(Epistylis)、盖虫(Oper-cularia)等。这些附着型凭借其长柄,伸展到凝絮体周围的空间,并不停地吞食细菌和固体食物颗粒。随着原、后生动物的逐渐丰富,系统运行87d出现了轮虫(Rotifers),通常轮虫的出现反映系统中有机质含量较低,出水水质较好。系统运行到92d,轮虫、弯棘尾虫、盾纤虫的数量分别达到1800个/ml、800个/ml、1500个/ml。表2是此阶段MBR系统中的原生动物。

MBR系统运行的阶段Ⅲ,按30d的污泥龄运行,将温度控制在(14土1)℃这一较低的环境温度下运行。与阶段I在同样温度运行阶段相比,阶段Ⅲ出现较多的原、后生动物。在活性污泥培养初期,污泥中可见大量的各种形态的小型鞭毛虫。随着细菌增殖,开始出现以细菌为食的纤毛虫类原生动物。首先是小型的游泳型纤毛虫如豆形虫(Colpidium)、肾形虫(Colpoda)等开始出现,小型的游泳纤毛虫类出现之后,在系统运行14d后便出现了吸管虫(Suctoria),游动的纤毛虫为固着生长的吸管虫提供了食料。继而出现固着型纤毛虫,它们以尾柄固着在其他物体上生活。在固着型纤毛虫出现的同时,匍匐型纤毛虫如盾纤虫(Aspidisca)等也出现于污泥间,它们以有机残渣和死的生物体为食。随着活性污泥的成熟,系统运行27d后也出现了少量红斑瓢体虫(Aeolosomatidae)。表3是此阶段MBR系统中的表3MBR系统中的原生动物。

2.2 MBR系统污泥结构的变化

在低温运行的MBR系统中,随着运行时间的延长,MBR系统的污泥结构存在明显的差别。图4(a)~(d)反应了阶段Ⅲ中MBR系统的污泥结构随时间的变化。在系统运行的第7d,基本没有丝状菌出现,菌胶团结合较为紧密,此阶段为系统的启动阶段,可认为污泥还保持着普通活性污泥法曝气池中的污泥生物相的特征。当系统运行到第27d,通过显微镜观察[见图4(c)],运行活性污泥中有大量的丝状菌繁殖生长,絮体内外都布满了丝状菌,絮体结构松散。当系统运行到第50d,菌胶团破碎,污泥絮粒边缘与外部悬液界限模糊,游离细菌很多。

2.3 MBR系统原生动物的多样性为了比较相同污泥龄(SRT-30d)并处理同一生活污水的MBR与TOD系统中原生动物的多样性,对两个系统中的污泥同期取样进行镜检计数。在MBR系统中,MBR系统中较常见的原生动物和后生动物有:

钟虫、盖虫、累枝虫、轮虫、豆形虫、变形虫、草履虫等。在TOD系统,可以经常观测到线虫、红斑瓢体虫等高级后生动物。表4为MBR和TOD系统中污泥镜检结果的对比。与TOD系统相比,MBR的污泥中原、后生动物的种类大大低于TOD。

表5为MBR系统和TOD系统中原、后生动物的定量对比结果。TOD系统中检出原、后生动物19种12属,同时存在附着生长和悬浮生长的原、后生动物。悬浮生长主要有半眉虫、斜叶虫和漫游虫等游泳型原生动物;附着生长的主要有钟虫、累枝虫、盖虫、线虫、盾纤虫等,而且8种附着型纤毛虫的数量占原、后生动物总数的90.9%。MBR系统中检出原、后生动物11种7属,其中6种附着型纤毛虫与2种游动型纤毛虫的数量分别占原、后生动物总数的47%与46%。集盖虫与湖累枝虫是TOD系统的优势种,而钝漫游虫为MBR系统的优势种。3 MBR系统结论

长期不排泥是MBR系统原生动物群落多样性较低的重要原因;随着污泥龄的缩短,系统中原生动物的种类与数量呈上升趋势。与相同污泥龄的TOD系统相比,MBR系统中活性污泥的生物相有明显不同,MBR系统中原生动物的种类、数量均低于TOD。