A-O工藝活性污泥中細(xì)菌數(shù)量的變化規(guī)律

楊 柳

（新鄉(xiāng)市排水工程有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

A-O工藝活性污泥中細(xì)菌數(shù)量的變化規(guī)律

楊 柳

（新鄉(xiāng)市排水工程有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

活性污泥法是現(xiàn)階段最常用的污泥處理方法。污泥膨脹是活性污泥法處理污水所面臨的主要問題之一。細(xì)菌是活性污泥的重要組分，與污泥膨脹的發(fā)生有著密切的關(guān)系。本試驗(yàn)從運(yùn)行穩(wěn)定的污水處理廠獲取種泥，然后放入自制的A-O工藝的反應(yīng)器中，并連續(xù)向反應(yīng)器中加入模擬生活污水，探討污泥膨脹時(shí)期，不同條件改變對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響。DAPI染色和熒光顯微鏡觀察的結(jié)果顯示，在污泥膨脹過程中，水體中的細(xì)菌數(shù)量為1×（109～1010）個(gè)/mL。水力停留時(shí)間、回流比、添加PAC的量對(duì)細(xì)菌數(shù)量的改變有一定影響。

活性污泥；A-O工藝；細(xì)菌

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)逐漸面臨水資源短缺的局面。一般來說，污染物排入江河湖泊等水域，經(jīng)過自身的分解以及環(huán)境的促進(jìn)等過程后，水體可基本恢復(fù)原來的狀態(tài)[1]。但是，這種自凈功能極其有限，污染物超過水體自凈能力時(shí)水污染就會(huì)發(fā)生[2]。因此，人們必須大力推進(jìn)污水處理和水資源的循環(huán)利用。

污水處理和再生是節(jié)約有限水資源、提高城市污水利用率的有效途徑，已經(jīng)成為解決城市缺水問題的關(guān)鍵手段。常見的污水處理方法有物理法、化學(xué)法和生物法[3]。這些處理方法能夠?qū)⑽鬯兴膹U棄物，包括有機(jī)質(zhì)和懸浮顆粒性物質(zhì)進(jìn)行有效的吸收、分離和重新利用[4]。其中，除去有機(jī)物時(shí)常采用的生物降解法是目前污水處理技術(shù)的核心。生物降解法是根據(jù)微生物的新陳代謝規(guī)律，一方面通過合成代謝將部分有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞的組成成分；另一方面，通過分解代謝將可利用的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無毒無害的小分子物質(zhì)。目前，生物處理方法中應(yīng)用最為廣泛的是活性污泥法。我國(guó)大部分工業(yè)及生活污水處理廠均在活性污泥法的基礎(chǔ)上建立適合自身特性的生物方法進(jìn)行污水處理[5]。這些方法按照工藝條件的不同可以分為以下三種，如表1所示。

細(xì)菌是活性污泥的重要組成部分，可以去除污水中90%的有機(jī)物[6]。但是，由于工藝參數(shù)的改變，活性污泥法處理污水的過程中往往會(huì)出現(xiàn)絲狀細(xì)菌等微生物的過度生長(zhǎng)。正常狀態(tài)下的活性污泥結(jié)構(gòu)稠密，沉降性能好[7]。當(dāng)絲狀菌生長(zhǎng)繁殖過多時(shí)，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)繁殖受到抑制，眾多絲狀菌伸出菌膠團(tuán)表面以外，使污泥體積膨脹，最終導(dǎo)致污泥膨脹的發(fā)生，這嚴(yán)重影響污水處理的正常進(jìn)行[8]。因此，探討污泥膨脹過程中工藝參數(shù)改變對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響對(duì)于解決污泥膨脹問題將有很大的幫助。常用的幾種活性污泥中細(xì)菌計(jì)數(shù)方法有光學(xué)顯微鏡計(jì)數(shù)，熒光顯微鏡計(jì)數(shù)和比濁法，而熒光顯微鏡計(jì)數(shù)法中又可分為AODC法和DAPI染色法[9]。各種方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)如表2表示，其中，DAPI染色法因?yàn)榫哂心芘懦渌s質(zhì)干擾、染色效果良好以及制片后能長(zhǎng)期保存的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

表1 三種常見處理工藝方案對(duì)比

表2 三種常見細(xì)菌計(jì)數(shù)的方法

因此，本研究選擇應(yīng)用普遍且運(yùn)行穩(wěn)定的A/O污水處理工藝作為反應(yīng)載體，利用DAPI染色和熒光顯微技術(shù)在污泥膨脹過程中添加不同PAC的量，改變不同的水力停留時(shí)間，改變回流比，對(duì)不同條件下細(xì)菌總數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行初步探討。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試驗(yàn)裝置

A-O反應(yīng)器體積：31.68dm3。其依次分為缺氧池（9.9dm3）、好氧池（21.78 dm3）和一個(gè)圓柱形二沉池。缺氧池通過攪拌器少量爆氣，好氧池使用曝氣泵進(jìn)行曝氣。每天配制新鮮的模擬生活污水，由厭氧區(qū)進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)過微量攪拌曝氣后進(jìn)入好氧區(qū)，在系統(tǒng)中反應(yīng)一段時(shí)間后由好氧區(qū)出水口排出，流入二沉池，部分污泥沉降后通過回流泵返回厭氧區(qū)。

本試驗(yàn)調(diào)節(jié)三組變量。第一組：加PAC（聚合氯化鋁）3 g，6 g；第二組：回流比R（%）50%、75%、100%、125%；第三組：水力停留時(shí)間HRT（h）11.2 h、9.6 h、8.25 h、7.2 h。

1.1.2 主要儀器

離心管（1.5 mL、10 mL、15 mL、50 mL若干）、超聲波清洗器、酒精燈、錐形瓶、電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器）、高壓蒸汽滅菌鍋、渦旋振蕩器、Bx63智能熒光顯微鏡（Olympus）、whatman無機(jī)濾膜（0.45 μm、0.22 μm、0.02 μm）、無菌過濾器等。

1.1.3 主要試劑

試劑主要有DAPI染液（20 μg/mL）、4%多聚甲醛固定液。

1.2 取樣

樣品取自河南省新鄉(xiāng)市小尚莊污水處理廠，經(jīng)2周左右的馴化，系統(tǒng)基本穩(wěn)定后開始試驗(yàn)。試驗(yàn)中模擬城鎮(zhèn)生活廢水的營(yíng)養(yǎng)液，如表3所示。

表3 試驗(yàn)用水水質(zhì)

1.3 常規(guī)測(cè)定

1.3.1 污泥沉降比（SV：）

污泥沉降比即100 mL泥水混合物靜置沉淀30 min后污泥所占體積與100 mL之比[10]。取100 mL充分混勻的泥水混合物在量筒內(nèi)，靜置30 min，沉淀的容積V（mL）與100的百分比，以%表示。

1.3.2 混合液污泥濃度（MLSS）

混合液污泥濃度的單位為g/L。稱取烘至恒重的濾紙重量（W1），使用布氏漏斗將100 mL泥水混合物過濾。將濾紙放入烘箱60℃烘2 h，從烘箱中取出，稱其質(zhì)量（Wa），再將濾紙放入烘箱，繼續(xù)烘2 h，取出稱重（Wb），重復(fù)上述操作直至兩次重量相差小于0.01 g，認(rèn)為此時(shí)已達(dá)到衡重，記錄為W2[11]。

1.3.3 污泥指數(shù)（SVI）

污泥指數(shù)是衡重活性污泥沉淀性能好壞的指標(biāo)，單位為mg/mL。它是指1 L混合液靜置30 min后，1 g干污泥所占的容積。

1.3.4 水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)

pH：采用pH試紙進(jìn)行測(cè)定；溫度和溶氧：放置便攜溶氧儀于好氧區(qū)，待讀數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)[12]；固體懸浮物濃度：采用重量法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定

1.4.1 樣品預(yù)處理和保存

從反應(yīng)器的好氧區(qū)取泥水混合物20 mL放入干凈的50 mL離心管中作為樣品，先將樣品渦旋5 min，再放入超聲波中冰浴10 min（冰浴震蕩1 min，常溫下靜置1 min，以防止局部產(chǎn)生過高的熱量），促使微生物游離出來。

此時(shí)水樣中含有的細(xì)菌數(shù)量很大，無法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，故進(jìn)行適當(dāng)稀釋，通常稀釋10 000倍。本試驗(yàn)中取上述樣品500 μL逐級(jí)稀釋10 000倍。將稀釋好的樣品取2.5 mL于已滅菌的10 mL離心管中，并在其中加入2.5 mL多聚甲醛固定液，做好標(biāo)記，放入4℃冰箱中保存待測(cè)。固定好的樣品要在兩周內(nèi)完成染色。

1.4.2 細(xì)菌染色

用無菌0.45 μm濾膜過濾樣品；將濾液存放在干凈的離心管中；加染液：加入約0.56 mL的DAPI工作液于5 mL稀釋液中；將已經(jīng)加入染液的樣品編號(hào)，避光染色20～30 min；用無菌0.22 μm濾膜過濾樣品；將載有樣品的0.22 μm濾膜放置于載玻片上，避光晾干1 min，蓋上蓋玻片；將玻片置于正置熒光顯微鏡下，10×60倍下使用藍(lán)色激發(fā)光。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 污泥指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果

筆者從小尚莊污水處理廠取水，并經(jīng)過兩周的接種馴化后開始試驗(yàn)。一段時(shí)間之后，污泥膨脹問題開始出現(xiàn)。接下來，加入不同劑量的絮凝劑PAC，測(cè)量或檢測(cè)SV、MLSS的變化，結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 加入不同量的PAC對(duì)SV的影響

圖2 加入不同量的PAC對(duì)MLSS的影響

據(jù)此結(jié)果可知，馴化后的污泥量有所減少，在一段時(shí)間后發(fā)生膨脹，膨脹時(shí)的SV高達(dá)98%，但同時(shí)MLSS的值很低。添加PAC能夠在一定程度上對(duì)污泥膨脹進(jìn)行控制，伴隨著SV的下降，MLSS量逐漸增多。這一結(jié)果說明，添加PAC緩沖液對(duì)污泥膨脹可以起到一定的抑制作用。整體來看，添加6 gPAC絮凝劑對(duì)污泥膨脹的控制效果比添加3 gPAC時(shí)效果要好。

2.2 添加不同量的PAC與細(xì)菌數(shù)量的關(guān)系

為了研究不同劑量PAC對(duì)污水中細(xì)菌數(shù)量的影響，本部分試驗(yàn)過程中保持進(jìn)水流速，出水流速穩(wěn)定不變，分別添加5 d的3 gPAC和5 d的6 gPAC。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 添加不同量的PAC對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖3可知，污泥膨脹過程中，細(xì)菌數(shù)量達(dá)到1.3×1010個(gè)/mL，在加入3 gPAC的第一天，細(xì)菌數(shù)量增多，參照本文2.1的結(jié)論可以看出，此時(shí)的SV在降低，MLSS在升高，此過程說明PAC作為一種良好的絮凝劑，可以將水體中存在的懸浮物質(zhì)凝聚。而在隨后的四天里，細(xì)菌數(shù)量逐漸減少，最低達(dá)到了0.85×1010個(gè)/mL。參照2.1的結(jié)論可以看出，此時(shí)膨脹仍在繼續(xù)，只是添加了一定劑量的PAC，使得膨脹得到一定的抑制。此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)絲狀菌不斷膨脹，吸收大量營(yíng)養(yǎng)，導(dǎo)致細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)不足，數(shù)量減少。在加入3 gPAC的最后一天，細(xì)菌數(shù)量恢復(fù)增多。同時(shí)在添加6 gPAC的前四天內(nèi)，細(xì)菌數(shù)量持續(xù)增加。據(jù)2.1結(jié)果顯示，此時(shí)膨脹得到良好的抑制，絲狀菌減少，營(yíng)養(yǎng)物大量被菌膠團(tuán)吸收，細(xì)菌數(shù)量增多。

2.3 回流比與細(xì)菌數(shù)量的關(guān)系

本段試驗(yàn)通過改變系統(tǒng)內(nèi)回流的流速，觀察在不同的回流流速即回流比下細(xì)菌數(shù)量以及COD去除率的變化。試驗(yàn)共改變4組回流流速，每組流速保持3 d，結(jié)果如圖4所示。

圖4 回流比與細(xì)菌數(shù)量的關(guān)系

保持系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水流速不變，改變回流流速，即為改變回流比R（%），回流流速越大，回流比越大。4個(gè)回流流速為10、15、20、25，對(duì)應(yīng)的回流比為50%、75%、100%、125%。

圖4試驗(yàn)結(jié)果表明，在回流比為50%時(shí)，細(xì)菌數(shù)量有所下降，但變化不大；回流比調(diào)整為75%時(shí)，細(xì)菌數(shù)目總體增多，第三天達(dá)到較大值：5.43×1010個(gè)/mL。當(dāng)調(diào)整回流比為100%時(shí)，細(xì)菌數(shù)量總體減少，但三天內(nèi)變化不大；回流比增大到125%時(shí)，細(xì)菌數(shù)量再次增高。在一定范圍內(nèi)，細(xì)菌數(shù)量隨著回流流速的增加而增加。回流的目的是減少污泥的流失，增加泥齡，在回流達(dá)到一定時(shí)間后，系統(tǒng)內(nèi)污泥呈現(xiàn)老齡化，出現(xiàn)浮泥，并被排出，所以此時(shí)細(xì)菌數(shù)量減少。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定之后，細(xì)菌數(shù)目又將逐漸增多。

2.4 水力停留時(shí)間與細(xì)菌數(shù)量的關(guān)系

本段試驗(yàn)通過改變系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水的流速，觀察在不同的進(jìn)水流速即水力停留時(shí)間下細(xì)菌數(shù)量以及COD去除率的變化。試驗(yàn)共改變4組進(jìn)水流速，每組流速保持3 d，結(jié)果如圖5所示。

圖5 水力停留時(shí)間與細(xì)菌數(shù)量的關(guān)系

保持系統(tǒng)其他運(yùn)行條件不變，改變進(jìn)水流速，也就是改變水力停留時(shí)間（HRT）。本試驗(yàn)調(diào)整進(jìn)水流速為10 r/min、15 r/min、20 r/min、25 r/min，對(duì)應(yīng)的 HRT 為 11.2 h、9.6 h、8.25 h、7.2 h。

由圖5可以看出，隨著進(jìn)水流速的增大，HRT減少，系統(tǒng)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，菌膠團(tuán)營(yíng)養(yǎng)豐富，細(xì)菌生長(zhǎng)迅速。當(dāng)HRT減小到9.6 h時(shí)，細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大值，6.57×1010個(gè)/mL。由于膨脹仍在進(jìn)行，污泥流失也在繼續(xù)，當(dāng)HRT接著減小，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過于豐富，膨脹加大，再加上污泥的流失，細(xì)菌數(shù)量急劇減少，并持續(xù)降低。接著，隨著HRT的值變大，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后，細(xì)菌數(shù)量再次隨著HRT的增大而增大。據(jù)此可以看出，當(dāng)HRT為9.6 h時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌數(shù)量最多，系統(tǒng)最為穩(wěn)定，運(yùn)行效果最佳。

3 結(jié)論

隨著PAC的加入，系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌總量逐漸增加。中間由于絲狀菌的膨脹，菌膠團(tuán)得不到營(yíng)養(yǎng)，細(xì)菌總數(shù)減少。隨著PAC對(duì)絲狀菌聚凝效果的加強(qiáng)，細(xì)菌總數(shù)回復(fù)增多。回流的目的是減少污泥的流失，增加泥齡，改變回流比的初期，細(xì)菌數(shù)量增加。隨著回流比的增大，系統(tǒng)內(nèi)污泥呈現(xiàn)老齡化，出現(xiàn)浮泥，并被排出，此時(shí)細(xì)菌數(shù)量減少。一段時(shí)間后老齡污泥減少，生命力頑強(qiáng)的新泥數(shù)量增加，細(xì)菌數(shù)量也逐漸增加。HRT減少，系統(tǒng)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，菌膠團(tuán)營(yíng)養(yǎng)豐富，細(xì)菌生長(zhǎng)迅速。當(dāng)HRT達(dá)到9.6 h時(shí)，細(xì)菌達(dá)到最大值。

1 仉春華，自 金，白春學(xué)，等．剩余污泥減量化的初步試驗(yàn)研究[J]．大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（1）：28-30

2 王鳳祥，龍騰銳，郭勁松.活性污泥膨脹的影響因素及調(diào)控措施研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（1）：119-120.

3 任柏幟，唐 燕，李和志.活性污泥膨脹機(jī)理及控制方法研究[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（2）：1.

4 李探微，彭永臻.活性污泥中原生動(dòng)物的特征和作用[J].給水排水，2001，27（4）：24-27.

5 王凱軍.活性污泥膨脹的機(jī)理與控制[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1992.

6 Guy Goldman，Jeanna Starosvetsky，Robert Armon.Inhibition of biofilm formation on UF membrane by use of specific bacteriophages[J].Journal of Membrane Science，2009，342（1）：145-152.

7 伊之潤(rùn).在低有機(jī)負(fù)荷下利用絲狀菌和膜分離技術(shù)處理生活污水[D].太原：太原理工大學(xué)，2009.

8 王浩宇.活性污泥膨脹的影響因素與控制研究[D]．太原：太原理工大學(xué)，2006．

9 建設(shè)部，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，科學(xué)技術(shù)部.城市污水處理及污染防治技術(shù)政策[Z]，2000.

10 劉 彬.城市污水處理廠升級(jí)改造新工藝的研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2009．

11 王翰超，梁 勇，許 峰.針對(duì)污水處理的現(xiàn)狀及發(fā)展方向進(jìn)行分析[J]．城市建設(shè)理論研究，2014，12，（3）：18-27．

12 祁詩(shī)月.污水處理系統(tǒng)中噬菌體的生態(tài)分布及特性研究[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2014.

Changes of Bacteria in Activated Sludge with A-O Process Willow

Yang Liu
(Xinxiang City Drainage Engineering Co., Ltd., Xinxiang 453000, China)

Activated sludge is the most commonly used sludge treatment method. Sludge expansion is one of the major problems facing sewage treatment by activated sludge. Bacteria are an important component of activated sludge and have a close relationship with the occurrence of sludge expansion. In this experiment, sludge was obtained from a stable sewage treatment plant and then placed in a self-made AO process reactor. Simulated sewage was continuously added to the reactor to investigate the effect of different conditions on the number of bacteria The DAPI staining and fluorescence microscopy showed that the number of bacteria in the water was 1×（109～1010） cells / mL during the sludge expansion process.Hydraulic retention time, reflux ratio, the amount of PAC added to the number of bacteria have a certain impact.

activated sludge; A-O process; bacteria

X703

A

1008-9500(2017)09-0043-05

2017-08-15

楊柳（1993-），女，河南新鄉(xiāng)人，本科，從事污水處理工作。