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活性污泥中原生动物的特征和作用重庆大学城环学院胡澄2010年11月活性污泥是城市污水在活性污泥处理系统的反应主体，是由细菌、微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所组成的絮状体颗粒。良好的活性污泥具有很强的吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能，絮体的大小约为0.02-0.2mm，茶褐色，微具土壤味，密度1.005kg/m3，含水率99%。活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的生物相。在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细菌,原生动物构成其基本营养层次，然后是以细菌为食的掠食性原生动物占优势。城市污水处理厂的处理效果主要取决于活性污泥中的微生物。原生动物能用来评价、改善水质和指示污水厂的运行和处理效果。原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系。原生动物在活性污泥中的作用为：1）分泌粘液可促进生物絮凝；2）吞食游离细菌和微小污泥有利于改善水质；3）可用于作为污水净化程度的指示生物等。原生动物个体大，便于观察，对于环境变化比细菌更为敏感、更容易反映环境的变化。根据原生动物的生理特征及其在不同环境中的种属、数量、活性等方面的变化，可以迅速为活性污泥工艺提供有益的指示信息。因此，直接观察原生动物的种类组成、数量、个体生理的变化情况，也能反映出细菌的生长变化状况，即间接地评价污水处理过程和处理效果的好坏，从而起到指导生产运行的作用。一、原生动物的基本特征1、原生动物的形态原生动物为真核原生生物，是单细胞的微型动物，由原生质和一个或多个细胞核组成。原生动物和多细胞动物相同，具有新陈代谢、运动、繁殖、对外界刺激的感应性和对环境的适应性等生理功能。原生动物个体很小，长度一般在100～300μm之间，它们都具有细胞膜。原生动物一般具有一个或两个以上的细胞核，其形状多种多样，它们在其细胞内产生形态的分化，形成了能够执行各项生命活动和生理功能的胞器。在运动胞器方面有鞭毛、伪足和纤毛；在营养胞器方面有胞口、胞咽和食物泡；用以排出废料和调节渗透压的胞器有伸缩泡等。2、原生动物的营养方式原生动物的营养方式分为以下几类：①动物性营养：以吞食细菌、真菌、藻类或有机颗粒主，绝大多数原生动物为动物性营养；②植物性营养：在有阳光的条件下，一些含色素的原生动物可利用二氧化碳和水进行光合作用合成碳水化合物；③腐生性营养：以死的机体或无生命的可溶性有机物质为主；④寄生性营养：以其它生物的机体(即寄主)作为生存的场所，并获得营养和能量。3、原生动物的类型（1）肉足类。其细胞质可伸缩变形而形成伪足，作为运动和摄食的胞器，运动速度达3μm/s，典型的肉足类为变形虫属；（2）鞭毛类。具有一根或一根以上的鞭毛。鞭毛长度与其体长大致相等或更长些，是运动器官，鞭毛类的运行速度达15～300μm/s；（3）纤毛类。原生动物周身表面或部分表面具有纤毛，分为游泳型和固着型两种，游泳型包括草履虫属、肾形虫属、斜管虫属等；固着型常见的有钟虫属、累枝虫属、楯纤虫属等。纤毛类运动速度较快，可达200～1000μm／s。二、原生动物与细菌的关系1、活性污泥的基本特征活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作主体，是由以细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒。良好的活性污泥具有很强的吸附分解有机物的能力、良好的吸附性能、良好的沉降性能以及良好的浓缩性能。絮体的大小约为0.02～0.2mm，多为茶褐色，含水率99%左右。活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的微生物相。在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细菌。2、原生动物与细菌的功能关系在废水生物处理系统中将污染物质降解的主要是细菌。原生动物与细菌的关系主要为：①掠食关系：原生动物在食物链中处于捕食细菌的作用。一方面，原生动物通过对细菌的捕食，能促进细菌的生长，使细菌的生长能力维持在对数生长期，防止种群的衰老，提高细菌的活力，而且原生动物活动产生溶解性有机物质（DOM）可被细菌再利用，促进了细菌的生长；另一方面，原生动物中存在的某些类型（如纤毛类）具有吞食游离细菌的巨大能力，而游离的细菌个体小、密度小、较难沉淀，易被出水带出而影响水质。②絮凝作用。细菌生长到一定程度就凝集成絮状物。这种絮状物为原生动物提供了共生的环境，反过来絮状物上的原生动物能加速絮凝过程。三、观察和分析活性污泥中原生动物的目的要了解污水处理过程的变化或处理水的好坏，最好直接观察分析细菌的生长情况。但是对于细菌的观察、分类鉴定的时间很长，不能及时起指导生产的指示和预报作用。原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系；原生动物个体大，便于观察；对于环境变化比细菌敏感，能更早更容易反映环境的变化。直接观察原生动物的种类组成、数量、生长和变化状况，也能反映出细菌的生长和变化情况，即间接地评价污水处理过程和处理效果的好坏，起指导生产的作用。四、观察分析方法1、对原生动物形态和生理的观察采用显微镜对污水处理过程中的活性污泥生长、变化进行观察。特别是观察原生动物的形态和生理特征。显微镜的放大倍数采用16×10或16×40即可，观察到的原生动物应与标准图进行对照。通过原生动物的形态来确认其种类和特性，进而来分析其所处的生理状态或生理阶段，这能间接反映活性污泥的特性。2、对原生动物数量的分析目前，我们通常采用的方法是：用1ml移液管，移取1ml清水到表面皿中。用一橡胶头小吸管，从表面皿中将1ml水全部吸尽，然后以均匀的速度徐徐滴下，记录1ml水的滴数，并重复数次，以免误差。用橡胶头小吸管吸取摇匀的混合液，滴一滴于载玻片上，盖上盖玻片，用低倍显微镜由左到右或由上到下(注意应采用相同的方向顺序)进行原生动物的计数。应对盖玻片下所有原生动物进行记录，并重复数次。用一滴混合液中原生动物的记录数乘以计数吸管1ml水的滴数，即为每ml活性污泥混合液的原生动物数。五、原生动物的指示作用污泥性质活性污泥性质优势原生动物污泥恶化活性污泥絮体较小，在0.1-0.2mm以下豆形虫、肾形虫、草履虫、瞬目虫、波豆虫、屋滴虫等快速游泳型污泥解体活性污泥絮体细小，有些似针状分散变形虫、简便虫等肉足类污泥膨胀活性污泥沉降性能高，SVI值高钟虫渐减纤虫、漫游虫等大量繁殖，裸口旋毛虫、全毛类、拟轮虫等污泥恢复期活性污泥从恶化状态逐渐恢复，沉降性能逐渐变好漫游虫、斜叶虫、管叶虫等慢速游泳型活性污泥良好易成絮体，污泥活性易沉降钟虫、累枝虫、盖纤虫、纤虫、吸管虫；出现轮虫类等后生动物1、指示活性污泥性质(1)污泥恶化活性污泥絮凝体较小，往往在0.1～0.2mm以下。主要出现以下优势再生动物：豆形虫属、肾形虫属、草履虫属、瞬目虫属、波豆虫属、尾滴虫属、滴虫属等。这些都属于快速游泳型的种属。污泥严重恶化时，微型动物几乎不出现，细菌大量分散，活性污泥的凝聚、沉降能力下降，处理效果差。(2)污泥解体絮凝体细小，有些似针状分散。主要的优势原生动物有：变形虫属、简便虫属等肉足类。(3)污泥膨胀活性污泥沉降性能差，SVI值高。由于丝状菌的大量生长，出现能摄食丝状菌的裸口目旋毛科、全毛类原生动物及拟轮毛虫等。(4)污泥从恶化恢复到正常通过反应参数和环境的改变，活性污泥从恶化状态恢复到正常的过渡期常常有下列原生动物出现：漫游虫属、斜叶虫属、管叶虫属等，这些都属于慢速游泳或匍匐行进的生物。(5)污泥良好易形成絮体，活性高，沉降性能好。出现的优势原生动物为：钟虫属、累枝虫属、盖虫属、有肋纤虫属、独缩虫属、各种吸管虫类、轮虫类、寡毛类等这些均属于固着性种属或者匍匐性种属。2、指示反应操作环境操作环境优势原生动物及形态变化曝气过量肉足类纤毛虫；轮虫类后生动物曝气不足钟虫不活跃，伸缩泡处于舒张状态，不收缩，不活动；卵尾波虫占优势，有豆形虫、屋滴虫、变形虫负荷高裸变形虫、鞭毛虫水力停留时间短游泳型纤毛虫有毒物质进入纤虫、钟虫数量急剧减少水质突然恶化固着型纤毛数量锐减，游泳型纤毛虫增加水质趋于变好固着型纤毛虫处理效果良好钟虫等固着型纤毛虫；轮虫等后生动物出现(1)优势种属。高负荷、曝气量相对不足时，小鞭毛虫占优势；过短的水力停留时间，造成小的游泳型纤毛虫占优势；非常高的负荷或存在难降解的物质时，出现小的裸变形虫和鞭毛虫；大量出现匍匐性和固着性纤毛虫或有壳变形虫时，表明运行环境良好，处理效果好。另外有研究证明，溶解氧不足易出现阿托氏菌属、扭头虫属和新态虫属等；而过分曝气则出现肉足类及轮虫类；有机负荷很低，出现硝化作用时，能观察到游仆虫属、旋口虫属、表壳虫属、鳞壳虫属及轮虫等；在除氮污水厂，低负荷，长水力停留时间及高溶解氧的场合，有壳变形虫是最好的指示生物。(2)形态变化。在一定条件下，原生动物能分泌胶质并形成膜将虫体包围起来，形成孢囊。大多数孢囊用以保护虫体免受不利的环境因素(如温度不适，pH值变化，食料短缺等)的影响。待环境转好时，虫体能恢复活力，脱孢而出。同样，鞭毛虫的鞭毛在条件不利时，鞭毛消失，条件适宜时，又重新生出。当曝气池中溶解氧降低到1mg／L以下时，钟虫生活不正常，体内伸缩泡会胀得很大，顶端突进一个气泡，虫体很快会死亡；当pH值突然发生变化超过正常范围，钟虫表现为不活跃，纤毛环停止摆动，虫体收缩成团。所以虽然观察到钟虫数量较大，但虫体萎靡或变形时，则反映出细菌的活力在衰退，污水处理效果有变差的趋势。(3)生殖方式。原生动物的生殖方式有无性生殖和有性生殖。无性生殖即简单的细胞分裂，细胞核和原生质一分为二。在营养、温度、氧等环境条件良好的场合，原生动物就进行连续的无性生殖。当出现有性生殖(接合生殖)时，往往预示环境条件变差或种群已处于衰老期。3、预测有机负荷有机负荷的变化会导致原生动物的结构和数量变化，尤其是纤毛虫属。通过观察微生物的组成和数量，就能预测污水厂运行的有机负荷。轮虫线虫钟形虫吸管虫固着型纤毛虫游泳型纤毛虫累枝虫污泥膨胀时的图片污泥膨胀时大量的菌丝伸出菌胶团，菌丝形状稍弯，无分枝，长度在50um～200um之间，直径在0.7～1.4um之间，菌丝上有部分附着物，内有横隔，污泥结构变差菌胶团变形虫草履虫寡毛虫