关键词：污水处理；微生物；生态系统
1.概述
目前城市污水处理的方法大多数采用活性污泥法来处理的。活性污泥法就是通过培养微生物将水中的污染物分解消化从而去除掉水中的污染物，处理后出水水质达到国家要求的排放标准。该方法优点就是能耗较低，缺点是受外界环境因素影响较大。在活性污泥中，所有微生物组成一个生态系统，一切微生物都在自己生存的环境中按照生态规律生活，环境条件的变异必然影响到它们的正常生活。同样，微生物的生长亦必然和环境有着密切的关系。因此不同的环境条件如温度、PH值、营养物质等都对微生物的生长繁殖有着很大的影响，同样在生态系统中占优势种群的微生物对污水处理效果有决定的作用。
本文通过对微生物的观察，了解活性污泥中微生物种类、形状；影响微生物生存的影响因素；一些特征微生物对活性污泥性状的指示作用等方面进行总结。
2.活性污泥中常见微生物
通过多年生物镜检发现在活性污泥中存在的微生物主要有：细菌、原声动物、后生动物三类，其中原声动物主要有：鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲和吸管纲四个种属。后生动物主要有轮虫、线虫、顠体虫及浮游甲克动物等。
2.1细菌
细菌是活性污泥中的主要微生物，分为异养型、自养型和混合营养型。基本形态有三种：球形、杆状、螺旋状三种形态。各种细菌是废水处理中的主力，通过光能、化学能和废水中的有机物质作为生长繁殖的能源，将废水中污染物消减；通常大量细菌形成菌胶团，增加对废水中的污染物的吸附能力，提高废水处理效果。在以上三种形态的细菌中对活性污泥性状影响较大的是杆状、螺旋状细菌（该菌属在污水处理行业统称为丝状菌）。虽然杆状、螺旋状细菌对废水中的污染物也有降解能力，但是最大的问题就是容易导致污泥膨胀，从而使活性污泥的沉降性能变差，出水悬浮物升高，严重情况下会沉淀池会出现跑泥现象。所以污水厂对丝状菌的控制和抑制是保证污水处理顺利进行的非常重要工作。
2.2原生动物
原生动物是活性污泥中的优势种群，它们以通过吞噬游离细菌和废水中的有机物来生存繁殖；由于细菌类微生物较小，一般显微镜较难发现，所以，污水处理厂管理者通过观察原生动物和后生动物的情况来了解活性污泥的性状和出水水质情况，常见原生动物有鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲和吸管纲动物。
2.2.1鞭毛纲：有一根或多根鞭毛作为运动工具的原生动物统称为鞭毛虫。本纲的营养类型分为全动性营养、植物性营养和腐生性营养。活性污泥中常见的有波多虫、眼虫、杆囊虫、内管虫等。大部分为全动性营养和腐生性营养，当进水严重超标出水水质恶化或活性污泥老化腐败时该种群动物会大量出现。
2.2.2肉足纲：形体小，大多没有固定形态或体形呈球状有针形伪足，为全动性营养，以捕食细菌为生。常见的有变形虫、栉毛虫、鳞壳虫、方壳虫和表壳虫等，一般数量比较少且不活跃，当水质恶化时才大量出现。
2.2.3纤毛纲：以纤毛作为运动和捕食的器官的微生物称为纤毛虫，分为游动型和固着型，捕食细菌和体形较小的原生动物。游动型纤毛虫又分为游泳型和匍匐型纤毛虫。活性污泥中常见的有草履虫、四膜虫、半眉虫、漫游虫、肾形虫、弯豆形虫等，当出水较差时游泳型纤毛虫较多如豆形虫、漫游虫。匍匐型纤毛虫主要有楯纤虫、游仆虫等。固着型纤毛虫主要有钟虫、盖纤虫、累枝虫、独缩虫和聚缩虫。当出水水质好时以固着型纤毛虫为优势种群。
2.2.4吸管纲：虫体呈球形、三角形长出吸管，靠一根柄固着生长，以原生动物和轮虫为食。以球形、三角形和四分锤形的吸管虫为主要的种类，当出水水质好且稳定时该种属的微生物常见。
2.3 后生动物
后生动物主要有各种轮虫、线虫和红斑瓢体虫，以细菌、原生动物和污泥碎屑为生。但是当活性污泥出现污泥膨胀趋势时，水中活性污泥絮体较松散，轮虫就会大量出现，所以大量轮虫的出现一般指示污泥有发生膨胀趋势或已经发生污泥膨胀。另外线虫为好氧和兼性厌氧的种群，当大量出现线虫时，根据污泥的色泽分析，如污泥色泽较暗淡或发黑就说明混合液溶解氧不足；同时根据出水水质判断，如出水COD、氨氮升高就说明生化系统处于缺氧状态，需要加大曝气量增加溶解氧浓度。
3.影响活性污泥中微生物生存的因素
微生物群落的组成结构主要由细菌、原生动植物和微型后生动物构成一个平衡的微生物生态系统。由于细菌不易观察，所有主要从原生动物和后生动物的活性、数量、种群等进行观察、记录，结合出水水质情况，总结对微生物的生产影响因素。在溶解氧充足、营养物质平衡的情况下，各种微生物的种类和种群都变化不大；如果微生物种群数量发生变化就说明外界环境发生变化。通过对微生物种类数量和种群数量变化的观察、记录和分析从中可以发现一些规律变化。污水厂工艺运行中对微生物种群数量的影响因素主要有：PH、温度、溶解氧、进水水质等，同样微生物数量的变化（活性污泥的浓度和活性）也影响着出水水质的变化。下面就从以上几个方面加以分析。
3.1进水ＰＨ值的影响
城镇污水厂进水PH值一般比较稳定，通常在 6.5—8.5 之间，活性污泥中的微生物通过多年的驯化已经适应这种PH值进水，相对于其他影响因素PH值对微生物的生长影响不太大。但是通过实际生产经验发现，如果工艺脱氮效果不理想时，生化池内硝酸盐氮浓度升高，将会影响到生化池混合液的PH值。当生化池混合液PH值在低于6.5时会影响到活性污泥中的硝化细菌的活性，出水氨氮和总氮就有升高的趋势。所以当进水PH值比较稳定时，好氧混合液和出水PH值较低时需要考虑生物脱氮效果是否出现问题。
3.2温度的影响
相对PH值因素的影响，水温对微生物的影响相对较大一些。因为活性污泥中的微生物比较适宜生存的环境温度为20-25℃，高于或低于这个温度范围对微生物的生长繁殖和新陈代谢有很大的影响。一般城镇污水厂水温超出30℃的时期非常少所以高温的影响基本忽略。但低温对城镇污水厂活性污泥中微生物的影响还是比较大的。当进水温度低于15℃高于10℃时，活性污泥中的微生物活性明显降低很多，新生的菌胶团减少。微生物群落中优势种群主要有纤毛虫和轮虫，其中匍匐型纤毛虫为优势群体如：楯纤虫、游仆虫表现活跃且数量比较多，而固着类纤毛虫如：累枝虫、盖纤虫、聚缩虫数量少而且活性不强。另外各种轮虫数量较多，表现活跃。这些微生物大量吞食细菌、小的原生动物和污泥碎屑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以这一段时期在进水没有严重超标的情况下，只要曝气充足，工艺调整合理，沉淀池出水可以稳定达标排放。如果有超标进水的影响，在不是连续超标进水的情况下，一般只要工艺中污泥浓度达到5000mg/L以上且正常曝气可耐受短时间（2-5小时）的负荷冲击而出水达标。如果长时间的负荷冲击（连续6小时以上）第二天活性污泥中的微生物可以看出累枝虫、盖纤虫、钟虫等大量消失，而一些游动型纤毛虫出现，如：豆形虫、四膜虫等。出水水质各项指标开始升高，如果不调整工艺，出水就要超标。如果进水温度进一步降低到5-10℃之间，这一段时间可以说是微生物的冬季，对其生长、繁殖影响很大。在低温环境下各种原生动物新陈代谢都减缓甚至停止以适应恶劣环境，只有一些低等的微生物如各种细菌比较活跃，尤其是一些低温型细菌和霉菌。所以这一时期的活性污泥中原生动物和后生动物种群数量非常少且大部分不活跃，比较常见的是楯纤虫、轮虫、线虫和极个别的固着型纤毛虫如小口钟虫、集盖虫、累枝虫。如果水温在5度左右一段时间，固着类纤毛虫消失不见，一些游动型纤毛虫出现，如豆形虫、四膜虫等，还有一些鞭毛虫活跃。
另外一些城市的污水厂为了改善周边环境对污水处理设施做了加盖除臭，污水处理设施处于封闭状态，冬季受外界气温的影响减小，生物池内的水温可以控制在10-15℃。加盖设施虽然改善了低温对微生物活性的影响，但却利于丝状细菌的繁生，对后续处理系统造成很大的影响。丝状菌是可以在显微镜下清晰观察到细菌。当生物镜检时发现有丝状菌时需要及时采取措施，加强生物镜检和剩余污泥的排放，提前控制活性污泥中的丝状菌数量，防止活性污泥发生严重膨胀。
3.3 溶解氧的影响
城镇污水厂生物池中过高或过低的溶解氧对微生物的新陈代谢以及脱氮除磷的效果都有影响。在水温适宜（20-25℃左右）溶解氧控制在2mg/L左右，微生物生长和脱氮除磷效果比较好。当溶解氧长时间低于1mg/L时，活性污泥中的微生物由于水中溶解氧较低而表现为不活跃，固着类纤毛虫大部分不活跃且虫体头部发现气泡（头顶泡），线虫会大量出现。除此以外由于溶解氧不足水中有机物硝化效果不好导致缺氧区脱氮效果不明显从而出水氨氮、总氮含量升高。污泥中大量出现豆形虫、四膜虫等游动型纤毛虫。如果溶解氧长期高于3mg/L 时会抑制分解有机磷化物的聚磷菌的活性从而导致出水总磷超标。
3.4 进水水质、水量的影响
无论南方和北方，进水量偏大的时期均为夏季。所以一般在该时期进水水量大，进水水质较好，但是污染负荷的增加对工艺生产也有一定的冲击。如果工艺调整和管理不到位也容易引起出水水质恶化。这一时期活性污泥增长较快，耗氧率高，大气温度高水中溶解氧的浓度低，应该加强曝气量的调整，保持好氧区溶解氧含量不低于2mg/L同时加强剩余污泥的排放。如果调整好工艺生产，这一时期的微生物以纤毛虫和轮虫为优势种群，其中各种累枝虫、集盖虫、钟虫、独缩虫和楯纤虫活跃。如水温高于30度则以环壳杆虫、楯纤虫为优势种群。当水温降低到28度以下时环壳杆虫数量减少，累枝虫、集盖虫等固着类纤毛虫数量开始恢复。另外在雨天进水中有机物含量很低时（COD≤200mg/L、BOD≤100mg/L）会出现大量的眼虫、杆囊虫。在进水水量少时期（多为冬季），进水污染物含量较高，超出污水厂设计处理负荷的污水进入是常见现象，对污水厂工艺造成很大的冲击。好氧区活性污泥中的匍匐型纤毛虫（楯纤虫）、固着类纤毛虫（累枝虫、集盖虫）大量消失，游动型纤毛虫（豆形虫、漫游虫）、鞭毛虫出现而且很活跃。出水COD、氨氮升高，严重时超标。由于在低温时期微生物基本处于休眠期，超标进水对微生物种群数量的影响很严重，另外由于原生动物和后生动物大量的吞噬有机污染物和细菌，所有的纤毛虫和轮虫体内有大量的食物泡，微生物新陈代谢停止或死亡，出水水质恶化。
综合以上因素，微生物的变化会影响到活性污泥的浓度、沉降性、吸附性变化，从而对出水水质也有相应的影响。在水温20℃以上时，活性污泥浓度增长快，污泥中有大量的新生菌胶团，大量吸附有机物，水中BOD、COD、NH3-N、TP含量降低，大量活跃的楯纤虫、累枝虫、集盖虫、轮虫、吸管虫等吞噬水中游离细菌和污泥碎屑，保证出水中悬浮物、细菌含量较低。同时污泥的絮体大，污泥沉降比在40左右，沉降性好，沉淀池出水清澈。当水温在15℃以下，活性污泥中的各种微生物新陈代谢减缓甚至停滞，污泥浓度增长缓慢，污泥中新生菌胶团较少，大量低温细菌生长（霉菌），这类细菌没有夹膜不能形成菌胶团，有许多菌丝形成菌丝体，所以污泥沉降性、吸附性都差。污泥中的楯纤虫、累枝虫、集盖虫、轮虫数量不多且不太活跃，不能大量吞食游离的细菌和污泥碎屑，所以出水中的悬浮物较高。同时污泥絮体细小，污泥沉降比在70上，沉淀池污泥沉降不好，如果沉淀池污泥回流不及时可能导致沉淀池泥面升高出现跑泥现象。所以这一时期一定要加强生产管理，加强污泥回流和剩余污泥排放，控制生物池污泥浓度保证出水水质。
通过活性污泥中的微生物变化可以得出以下结论：当进水水质较好时，微生物种群中楯纤虫、累枝虫、集盖虫、钟虫、占优势种群，轮虫数量较多并且活跃，出水水质很好。当微生物中楯纤虫、累枝虫、集盖虫、钟虫、轮虫数量减少，说明前一日进水超标，当天出水氨氮、悬浮物升高。当出水中氨氮含量升高后会出现豆形虫，出水氨氮超标时，污泥中大量出现豆形虫、漫游虫、四膜虫，累枝虫、集盖虫、钟虫大量减少，甚至消失。生化池水温在28度以上时累枝虫、集盖虫、钟虫会大量减少，出现大量的环壳杆虫并且很活跃。污泥中线虫较多说明生化池溶解氧较低或污泥有膨胀的趋势，如果钟虫类原生动物有头顶泡也说明缺氧。如果轮虫、固着类纤毛虫体内有积存的食物泡，楯纤虫减少，说明前期有大量的超标水进入。如果有大量的鞭毛虫、鳞壳虫出现，豆形虫、漫游虫活跃，累枝虫、钟虫消失说明水质恶化。如果出水水质比较好但是出现大量的眼虫、杆囊虫说明进水BOD、COD含量低。
4.微生物对活性污泥的指示作用
微生物在污水处理工艺调整、调试过程中起着很重要的指示左右，通过镜检观察活性污泥中的微生物种群可以发现该活性污泥的好差，其指示作用有：
4.1 活性污泥中着生的固着类纤毛虫多时，处理效果良好，出水BOD5和浊度低。其中还夹杂一些爬行的楯纤虫、游仆虫、尖毛虫等，这说明活性污泥优质而成熟。
4.2 小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种，另外在培菌中期会大量出现。
4.3 活性污泥中如果大量鞭毛虫出现，而固着类纤毛虫很少时，表明净化作用较差。
4.4 活性污泥中大量的游泳类纤毛虫出现，如豆形虫、漫游虫、草履虫等，指示净化作用不太好，出水氨氮、COD上升。
4.5 活性污泥中如出现钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、吸管虫时，则水质澄清良好，出水清澈透明。
4.6活性污泥由恶化状态进行恢复时出现的生物为漫泳虫、斜管虫、尖毛虫等缓慢游泳型或匍匐型生物。
4.7活性污泥膨胀时出现的微生物为球衣菌、各种霉菌等，这些丝状微生物引起污泥膨胀，当SVI在200以上时，这些丝状微生物呈丝屑状，同时可能会出现较多的轮虫、楯纤虫和线虫。膨胀污泥中的其他微型动物比正常污泥大量减少。
4.8 在污水处理中，活性污泥中钟虫、累枝虫出现作为污泥正常或改善的指示生物。
4.9在一些对原生动物不宜生长的活性污泥中，主要看菌胶团的大小用数量来判断处理效果。
4.10 如果进水中含有毒物质，污泥中的楯纤虫会迅速消失。
以上就是笔者在多年污水处理工作中通过微生物观察总结的一些经验，希望通过和同行业工作者相互交流，共同为污水处理事业贡献一份力量。
参考文献：
[1]环境工程微生物学，胡家俊，周英群.高等教育出版社.
[2]城镇污水厂管理实务，周东善主编.黄河出版社.
论文作者:王胜渊
论文发表刊物:《基层建设》2016年21期
论文发表时间:2016/12/7
标签：污泥论文; 微生物论文; 活性论文; 纤毛虫论文; 细菌论文; 原生动物论文; 种群论文; 《基层建设》2016年21期论文;