奥贝尔氧化沟工艺中活性污泥膨胀及种群分析奥贝尔氧化沟工艺中活性污泥膨胀及种群分析

　第３６卷　第１期延安大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３６　Ｎｏ．１　　２０１７年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｒ．２０１７ＤＯＩ：１０．１３８７６／Ｊ．ｃｎｋｉ．ｙｄｎｓｅ．２０１７．０１．０７８奥贝尔氧化沟工艺中活性污泥膨胀及种群分析李　茜，杨　刚（延安大学石油工程与环境工程学院，陕西延安７１６０００）摘　要：对奥贝尔氧化沟工艺进行为期７个月的跟踪研究，分析该工艺中活性污泥膨胀过程、活性污泥絮体性状、优势丝状菌菌群变化及后生动物轮虫密度的变化。结果表明，该工艺从２０１５年１２月至２０１６年４月爆发了污泥膨胀现象，显著性检验结果表明运行温度与污泥容积指数呈显著负相关，是导致活性污泥膨胀发生的一种原因；确定引发该工艺发生污泥膨胀的优势丝状菌为微丝菌Ｍｉｃｒｏｔｈｒｉｘｐａｒｖｉｃｅｌｌａ，其在低温条件下具有生长优势；轮虫的密度与污泥容积指数（ＳＶＩ）呈显著正相关，在膨胀期间因其可捕食游离细菌及悬浮颗粒的特性而大量生长，因此，轮虫可作为活性污泥沉降性能的指示生物。关键词：污泥膨胀；运行温度；微丝菌；轮虫中图分类号：Ｘ７０３１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４－６０２Ｘ（２０１７）０１－００７８－０４　　奥贝尔氧化沟是目前较广泛应用于污水处理的一种活性污泥工艺。通过活性污泥絮体上栖息着的以菌胶团为主的微生物群完成吸附与分解去除污水中的有机污染物［１］；而作为“活性污泥的骨架”的丝状菌能够分泌黏性胞外物质，把污水中的其它游离细菌和悬浮颗粒粘连起来，是活性污泥絮体形成的必要菌群。但是，如果活性污泥中的丝状菌大量生长繁殖，则可能导致丝状菌污泥膨胀（以下简称污泥膨胀），致使活性污泥沉降性能变差、絮体松散、大量污泥随出水流失、出水水质恶化，从而严重影响污水处理厂的正常运行［２］。污水性质（污水种类、营养成分、ｐＨ、水温等）、运行条件（污泥负荷Ｆ／Ｍ、溶解氧等）的变化都可引发污泥膨胀的发生［３］，需要针对具体工艺进行具体分析。活性污泥中微型动物种类可分为原生动物和后生动物，后生动物种类较少，多为轮虫和线虫类［４］。在污泥膨胀发生时，活性污泥中微生物群落结构也将发生一定的改变，丝状菌、后生动物的种类及数量会因捕食关系的改变而发生变化。本研究通过对某城镇污水处理厂奥贝尔氧化沟工艺曝气池中的活性污泥性状进行为期７个月的跟踪监测，对活性污泥系统运行效果、活性污泥絮体性状、优势丝状菌菌群变化及后生动物轮虫数量的变化进行分析，为污水处理厂的实际运行提供理论基础。１　材料与方法１１　样品采集从２０１５年１１月到２０１６年５月期间，每月的１０日与２５日从某城镇污水处理厂奥贝尔氧化沟工艺曝气池中采集５００ｍＬ活性污泥混合液。１２　分析项目与方法本实验中以污泥容积指数（ＳＶＩ）表征污泥沉降性能，间接指示丝状菌数量的多少及污泥膨胀现象的发生与否［５］。污泥浓度（ＭＬＳＳ）采用重量法测定。并进行污泥生物相观察。取活性污泥混合原液５０μＬ均匀涂于干净的载收稿日期：２０１６０７０１基金项目：延安大学自然科学专项基金项目（ＹＤＫ２０１５－５９）作者简介：李　茜（１９８７—），女，陕西延安人，延安大学讲师。玻片上，置于显微镜（奥林巴斯ＢＸ５３）低倍（２００及１０００）视野下，对活性污泥絮体性状、丝状菌种类及数量、后生动物种类及数量变化进行观察。结合萘瑟式染色方法，确定优势丝状菌的种类及丰度。对后生动物直接进行活体跟踪观察，重复计数３次并取平均值，以每毫升个体数（ｉｎｄ／ｍＬ）为统计结果。采用ＳＰＳＳ１１０分析软件进行相关性分析。２　结果与讨论２１　活性污泥系统运行效果为了探讨奥贝尔氧化沟工艺中活性污泥的运行效果，对其污泥指标、工艺操作参数等连续７个月的数据进行分析。其中，污泥指标包括污泥体积指数（ＳＶＩ）、污泥浓度（ＭＬＳＳ），工艺操作参数包括污泥负荷（Ｆ／Ｍ）及运行温度（Ｔ）。在跟踪研究的７个月中，该工艺ＳＶＩ变化情况如图１所示。当ＳＶＩ值大于１５０ｍＬ／ｇ时，即认为该工艺发生污泥膨胀现象［６］。由图１可以看出：２０１５年１１月，奥贝尔氧化沟工艺活性污泥ＳＶＩ均处于正常水平（ＳＶＩ＜１５０ｍＬ／ｇ）；２０１５年１２月，活性污泥开始发生污泥膨胀（ＳＶＩ＞１５０ｍＬ／ｇ）；２０１５年１２月至２０１６年３月，该工艺发生严重的污泥膨胀现象（ＳＶＩ＞２００ｍＬ／ｇ）；２０１６年３月末至２０１６年４月，该工艺ＳＶＩ开始回落（１５０ｍＬ／ｇ＜ＳＶＩ＜２００ｍＬ／ｇ）；２０１６年４月至２０１６年５月，该工艺ＳＶＩ恢复正常水平（ＳＶＩ＜１５０ｍＬ／ｇ），污泥膨胀现象逐渐消失。可见，２０１５年１２月至２０１６年４月，该工艺经历了为期５个月的污泥膨胀过程。图１　活性污泥ＳＶＩ变化对该工艺在污泥膨胀过程中ＳＶＩ与污泥负荷、运行温度的数据进行统计分析，其结果如表１所示。表１　活性污泥系统ＳＶＩ与运行参数运行参数运行日程２０１５／１１／１０２０１５／１１／２５２０１５／１２／１０２０１５／１２／２５２０１６／１／１０２０１６／３／１０２０１６／３／２５２０１６／４／１０２０１６／４／２５２０１６／５／１０ＳＶＩ（ｍＬ／ｇ）９４１３０１９６２２７２３６２７５２８８１７８１４０１７ＭＬＳＳ（ｍｇ／Ｌ）２４３６２９２４２１４５３１５０２７６０３２２３２９２０２４０９４２１００１３０Ｆ／Ｍ（ｋｇ／ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）００８６００９４０１８７０１８００１６１０１１５０１３７０１４００１４２２９１０Ｔ（℃）１２１０９５６５６９１３５１５１１７　　从表１可以看出：在运行期间，ＭＬＳＳ值多处于２０００～３０００ｍｇ／Ｌ之间，因为污泥膨胀使得沉降性能较差的部分污泥随出水流出，影响出水水质，同时为抑制污泥膨胀过程，污水处理厂会采取加大排泥量的措施，因此，ＭＬＳＳ维持在较低的水平；Ｆ／Ｍ值变化幅度较小，在污泥膨胀期间其值较高，因为需要保证菌胶团细菌在低温下生长代谢所需要的营养物质及其与丝状菌的竞争能力；运行温度则随着北方季节而变化。分别对温度及Ｆ／Ｍ与ＳＶＩ进行相关性分析，其结果如表２所示。从表２可以看出：显著性检验结果表明ＳＶＩ与温度呈显著负相关，Ｐ值小于００５，因此认为温度是导致工艺发生污泥膨胀的一种原因；而Ｆ／Ｍ与ＳＶＩ未呈显著相关，因此认为此参数导致污泥膨胀发生的可能性不大。表２　ＳＶＩ与工艺操作参数相关性关系相关系数Ｒ２ＴＦ／ＭＳＶＩ－０７３００４３７　　注：表示显著性检验Ｐ＜００５温度对功能微生物活性会产生重要影响，活性污泥中除碳脱氮除磷的主要功能菌群的活性均会随着温度的提升而显著增强，使工艺维持良好的处理９７　　第１期　　　　　　　　　　　　　　　　奥贝尔氧化沟工艺中活性污泥膨胀及种群分析效果及出水水质。在２０１５年１１月至２０１６年５月期间，系统ＳＶＩ与温度变化如图２所示。图２　工艺ＳＶＩ与温度变化研究表明，低温使得菌胶团细菌增长速率降低，其降解污染物效率降低，同时因丝状菌急剧增殖恶化污泥沉降性能，导致出水水质恶化［７］。从图２可以看出：ＳＶＩ与温度呈显著负相关；当温度降至１０℃以下时，活性污泥ＳＶＩ升高至２００ｍＬ／ｇ以上，甚至达到３００ｍＬ／ｇ以上，污泥膨胀现象持续严重；随着冬季结束，温度逐渐升高，ＳＶＩ呈现出连续下降的变化趋势，直至恢复到１５０ｍＬ／ｇ以下。２２　活性污泥系统丝状菌菌群变化在污泥膨胀发生期间，活性污泥的性状、丝状菌菌群等均发生了一定的变化。观察膨胀初期（１１月份）、膨胀严重期（３月份）、膨胀恢复期（４月份）的活性污泥样品的絮体性状及丝状菌种类与丰度，镜检结果如图３所示。　　（ａ）活性污泥膨胀初期（ｂ）活性污泥膨胀严重期　（ｃ）活性污泥膨胀恢复期图３　活性污泥不同膨胀时期镜检图从图３可以看出：活性污泥膨胀初期，活性污泥絮体粒径较大，根据Ｊｅｎｋｉｎｓ等［８］制定的丝状菌丰度评定标准，丝状菌丰度为４级，ＳＶＩ小于１５０ｍＬ／ｇ；活性污泥膨胀严重期，活性污泥絮体粒径明显变小，大量的丝状菌伸出絮体之外，此时判定丝状菌丰度为６级，ＳＶＩ大于２００ｍＬ／ｇ，活性污泥沉降性能大大降低；活性污泥膨胀恢复期，活性污泥絮体粒径逐渐变大，丝状菌数量已有所减少，丝状菌丰度为５级，此时ＳＶＩ下降至２００ｍＬ／ｇ以下，污泥膨胀现象逐渐消失。根据丝状菌种类的鉴定方法，通过分析该优势丝状菌的粒径、形态及萘瑟式染色结果，确定优势丝状菌为微丝菌Ｍｉｃｒｏｔｈｒｉｘｐａｒｖｉｃｅｌｌａ（以下简称ＭＰ菌），其最显著的形态特征是不规则的呈螺旋形缠绕。在该工艺运行过程中，因ＭＰ菌过量增殖而引发了为期５个月的污泥膨胀现象。纯培养和混合培养试验证明ＭＰ菌不管在好氧、厌氧、缺氧等环境条件下，均具有很强的底物存储能力，为微生物在内源呼吸期提供进行代谢物质，这种特性使得其与菌胶团细菌的竞争中具有很强的优势［９］。也有研究表明，ＭＰ菌因其单向或双向生长特性，在低负荷、低ＤＯ、低温条件和菌胶团的竞争中都具有优势，有利的环境使其大量增殖而产生污泥膨胀［１０］。因此，在冬春季极易爆发由该菌诱发的活性污泥膨胀现象。２３　活性污泥系统轮虫变化后生动物在活性污泥处理系统的运行中可作为指示生物，其种类和数量的变化在不同程度上反映出系统运行效果［１１］。通过显微镜检，该工艺活性污泥中主要后生动物为轮虫。在研究期间，对轮虫数量变化进行跟踪观察并计数，轮虫密度与ＳＶＩ的变化关系如图４所示。图４　工艺ＳＶＩ与轮虫密度变化对ＳＶＩ与轮虫密度进行相关性分析，其结果如表３所示。表３　ＳＶＩ与工艺操作参数相关性关系相关系数Ｒ２轮虫密度ＳＶＩ０８７１　　注：表示显著性检验Ｐ＜００１显著性检验结果表明，ＳＶＩ与轮虫密度在Ｐ＜００１水平显著相关。从图４也可以得出相同的结论，轮虫的数量随着污泥膨胀的发生逐渐增加，而随着活性污泥膨胀慢慢恢复，其数量也随之减少。有研究表明，轮虫可去除污水中不能自由沉淀的悬浮颗粒，且可捕食游离细菌［１２］。由于轮虫的捕食特０８性，在污泥膨胀期间，污水中因污泥絮体结构松散、沉降性能变差等原因含有大量游离细菌及悬浮颗粒，轮虫数量迅速增加。因此，轮虫可作为污泥沉降性能的指示生物。３　结论（１）奥贝尔氧化沟工艺从２０１５年１２月至２０１６年４月爆发了污泥膨胀现象，显著性检验结果表明温度与ＳＶＩ呈显著负相关，是导致活性污泥发生膨胀的一种原因；（２）确定引发该工艺产生污泥膨胀的优势丝状菌为微丝菌Ｍｉｃｒｏｔｈｒｉｘｐａｒｖｉｃｅｌｌａ，其在低温条件下具有生长优势；（３）后生动物轮虫的密度与ＳＶＩ呈显著正相关，在污泥膨胀期间，轮虫因其可捕食游离细菌及大量悬浮颗粒的特性而大量生长。因此，轮虫可作为活性污泥处理系统污泥沉降性能的指示生物。参考文献：［１］张自杰排水工程［Ｍ］北京：中国建筑工业出版社，２０１５［２］陈臖城市污水处理厂的污泥膨胀研究分析［Ｊ］中国给水排水，２００９，３５（１２）：３１－３４［３］周利，彭永臻，李丽活性污泥法中引起丝状菌污泥膨胀的因素［Ｊ］青岛建筑工程学院学报，２００５，２６（２）：５０－５２［４］孙勇民原生动物和后生动物在活性污泥中的种类研究［Ｒ］全国水环境污染治理技术报告，２００６，２８（３）：１５７－１５９［５］龙腾锐，何强，林刚活性污泥中丝状菌与絮体结构的关系研究［Ｊ］中国给水排水，２０００，１６（２）：５－８［６］吴昌永Ａ２Ｏ工艺中的污泥膨胀问题及恢复研究［Ｊ］中国环境科学，２００８，２８（１２）：１０７４－１０７８［７］许世伟大型城市污水处理厂活性污泥法污泥膨胀防控对策［Ｊ］中国给水排水，２０１０，３６（１１）：４３－４５［８］ＪｅｎｋｉｎｓＤ，ＲｉｃｈａｒｄＭＧ，ＤａｉｇｇｅｒＧＴＭａｎｕａｌｏｎｔｈｅｃａｕｓｅｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｂｕｌｋｉｎｇａｎｄｆｏａｍｉｎｇ，２ｎｄｅｄ［Ｍ］ＭｉｃｈｉｇａｎＬｅｗ，１９９３［９］ＭａｒｔｉｎｓＡＭＰ，ＶａｎＬｏｏｓｄｒｅｃｈｔＭＣＭ，Ｈｅｉ