SBR工艺中原生动物肉足虫的硝化指示作用.pdf

SBR工艺中原生动物肉足虫的硝化指示作用 ＊ 丁国际 上海大学环境与化学学院, 上海 200072 李 军 北京工业大学建筑工程学院, 北京 100022 摘要 通过对 SBR 反应器曝气量的控制达到了控制硝化率的目的。 对肉足虫虫体密度与硝化率相关关系分析结果 表明 , 弯凸表壳虫、普通表壳虫, 以及盖厢壳虫均可以作为硝化指示生物。与盖厢壳虫相比, 弯凸表壳虫和普通表壳虫 与硝化率的相关关系更高, 虫体较大易于显微镜观察与计数, 更适宜用作硝化指示生物。 关键词 SBR 肉足虫 硝化 指示作用 ＊上海大学环境污染与健康研究基金资助项目 0 引言 在污水生物处理中, 由于微型动物群落的构成和 个体数量变化与有机负荷 、 水力停留时间等工况条件 相关 ,加之用显微镜观察就可以对微型动物进行快速 简便的分类和计数的利点 ,因此,长期以来,有关利用 微型动物的生物指示特性来指导处理工艺与调节运 转条件的研究一直是一个研究热点 [ 1-4] 。其中, 已有 相对较多的资料报道了原生动物肉足虫与硝化之间 有密切关系 [ 5 -7] 。鉴于此 ,本研究在硝化率受到比较 严密控制的试验条件下对肉足虫的硝化指示作用进 行了探索 。 1 试验条件与方法 1. 1 试验工艺和运行参数 SBR 法工艺处理周期由进水, 闲置 ,反应 曝气 , 沉淀和排水 5 个过程组成 , 5 个过程按顺序循环进 行。一周期运行时间为 8 h。接种污泥取自城市污水 处理厂的活性污泥 。每天排泥 1 次, 使 MLSS 浓度维 持在 2 000 mg L 左右 。反应器体积均为 5 L 。 1. 2 进水水质 试验进水为初沉池出水。TN 27. 2 ～ 35. 5 mg L, NH 4- N 19. 9 ～ 21. 8 mg L , NO - 2-N 0. 87 ～ 1. 2 mg L, NO - 3-N 0. 2～ 0. 5 mg L 。 1. 3 试验方法 1. 3. 1 硝化率控制 试验设置 3 个试验系, 硝化率目标分别为 A 系 0、 B 系 50及 C 系 100。各试验系所用试验反 应器的容积与形状均相同, 但曝气量不同 ,以达到不 同的硝化目标。曝气量设定值为 A 系 100 mL min、 B 系150 mL min 及 C 系 200 mL min。为了获得预期的 硝化率,每天要根据前一天的硝化率对曝气量进行微 量调节。 1. 3. 2 肉足虫类分类与计数 试验开始后 , 每天 1 次检测各反应器中 TN、 NH 4- N、 NO - 2-N 及 NO - 3- N 浓度。在各反应器中硝化 率基本稳定在预期值一段时间后, 从试验开始的第 70 d 开始取水样进行肉足虫活体镜检 。从反应器内 所取水 样在充分 振荡混匀后 , 用 微量移液 枪取 0. 05 mL置于有计数刻度的载薄片上 , 放在 NikonE800 显微镜下进行肉足虫的分类和计数 。肉足虫分类方 法参见文献 2。由于无壳的肉足虫的分类鉴定是相 当困难的, 又由于受到检验时间等条件限制 ,所有无 壳的肉足虫均分类鉴定为变形虫类 ; 而对其他肉足虫 尽可能分类鉴定到种的水平上。镜检与计数重复 3 次, 取平均值并换算成每毫升样品中虫体的密度 。 2 结果与讨论 2. 1 硝化率 在试验反应器运转 70～ 87 d 之间,3 个试验系的 反应器硝化率见图 1。如图所示 ,通过控制曝气量, 各试验系的硝化率基本维持在预期目标值左右。 图 1 各SBR 反应器中硝化率 2. 2 肉足虫种类与数量 镜检观察到的肉足虫种类与数量归纳在表 1 中。 这些肉足虫可以分为两大类 , 一类为无壳的变形虫 13 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 类,另一类为有壳根足虫类。表1 中的前 6 种均属于 有壳根足虫类, 即弯凸表壳虫 Arcella gibbosa 、普通 表壳 虫 Arcella vulgaris 、盖 厢 壳 虫 Pyxidicula operculata 、 结节鳞壳虫 Euglypha tuberculata 、 有刺鳞 壳虫 Euglypha acanthophora 、及矛状鳞壳虫 Euglypha laeuis 。有壳根足虫类是指具有叶足 、 丝足 、网足的 变形虫 ,但不像无壳的变形虫那样赤裸 , 而是被包裹 在由蛋白质的、胶凝的 、硅质的或钙质的成分组成的 壳内 ,因此相对比较容易被分类鉴定。 从检出的有壳根足虫类种类数看,A 系的种类数 要多于 B系与 C 系, 即多了矛状鳞壳虫。不过由于 矛状鳞壳虫的数量较少 、 出现频率又低 , 3 个试验系 在有壳根足虫类的种类数方面的差别基本可以忽略。 然而 ,对各试验系中虫体数量比较多的弯凸表壳虫、 普通表壳虫及盖厢壳虫的虫体数量方面的差别作一 分析, 可以看出具有从A 系-B 系-C 系的顺序增加的 趋势; 此外A 系的检出频率要 B 系与 C 系 ,这些结 果显示了不同的曝气量对有壳根足虫类的生长有明 显的影响 。 与有壳根足虫类很不相同的是各试验系均检出 了大量的变形虫类, 检出频率均为 100。虽然 B 系 与C 系的变形虫类的虫体数量均明显少于 A 系, 但 由于各系均有高检出虫体数量与检出率 ,可以估计在 无壳的变形虫这一大类的层面上不同曝气条件对变 形虫类生长不产生明显的影响 。 表 1 各 SBR反应器中镜检观察到的肉足虫 种类、密度及检出率 试验系指标 肉足虫种类 弯凸表 壳虫 普通表 壳虫 盖厢 壳虫 结节鳞 壳虫 有刺鳞 壳虫 矛状鳞 壳虫 变形 虫类 A系 平均密度值 N mL- 1 622943173020699 最大密度值 N mL- 1120802602040201480 最小密度值 N mL- 1301110102020110 检出频率 8961100171117100 B 系 平均密度值 N mL- 11685 492315122200369 最大密度值 N mL- 12290 630509040200770 最小密度值 N mL- 1 1210340121010200160 检出频率 1001001002860100 C 系平均密度值 N mL- 1 555312133668229370394 最大密度值 N mL- 16200 15505850400400810 最小密度值 N mL- 14720 930182090300160 检出频率 100100100100170100 2. 3 肉足虫虫体数量与硝化率相关性分析 肉足虫中出现数量及频率比较高的肉足虫虫体 数量与硝化的关系显示在图 2～ 图 5 中。 从图 2～ 图 4 可以看出 ,即使在硝化不发生时,也 能够检出若干个有壳根足虫,因此 ,若以有壳根足虫是 否出现作为判断硝化是否进行的依据是不合理的 。 图 2 弯凸表壳虫虫体密度与硝化率关系 图 3 普通表壳虫虫体密度与硝化率关系 图 4 盖厢壳虫虫体密度与硝化率关系 弯凸表壳虫 、 普通表壳虫、盖厢壳虫虫体密度与 硝化率之间关系进行了对数回归分析,得到的相关系 数分别为 0. 96 P 0. 01 、0. 93 P 0. 01 及 0. 88 P 0. 01 ,表明了这 3 种肉足虫虫体数量与硝化率之 间存在着显著的相关关系 ,均可以用来作为硝化的指 示生物。 因此,综合考虑相关性和观察计数容易程度因 素,弯凸表壳虫和普通表壳虫是更适于用作硝化指示 生物 。弯凸表壳虫、普通表壳虫具有硝化指示作用的 可能性有两个。一个可能性是表壳虫虽然是营动物 性营养 ,摄食细菌、菌类、其他原生动物 , 但嗜好摄食 硝化细菌; 另一个可能性是表壳虫具有促进硝化细菌 活性的作用 [ 8] 。 图5 是变形虫类虫体密度与硝化率关系图 ,没有 14 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 显示出这两者之间有相关关系 。如同有壳根足虫类, 变形虫类也是生活在活性污泥的表面, 以摄食污泥表 面的其他微生物为主 ,但变形虫类却没有显示出与硝 化的关系 。在显微镜下经常可以看见一些变形虫在 快速的移动,这样快速的移动使得变形虫无法对食物 进行挑剔 ,因而不具有特定的摄食硝化细菌的特性 。 图 5 变形虫类虫体密度与硝化率关系 3 结论 通过以上实验表明, 弯凸表壳虫 、普通表壳虫以 及盖厢壳虫均可以作为硝化指示生物, 其中与盖厢壳 虫相比,弯凸表壳虫和普通表壳虫更适宜用作硝化指 示生物。 参考文献 [ 1] Gurds C. H. , Cockburn A . and Vanddyke J. M. An ex-perimental study of the role of the ciliated protozoa in the activated sludge process. Water Pollut. Contr. , 1968,67 312 -329. [ 2] 沈韫芬, 章宗涉, 顾福康等. 微型生物监测新技术. 北京 中国建 筑工业出版社, 1990 51 -93. [ 3] 陈声贵, 许木启. 原生动物在活性污泥中的作用. 生态学杂志, 2002,21 3 47 -51. [ 4 ] 顾福康. 原生 动物学概论. 北 京 高等教育出 版社, 1991 282 -286. [ 5] Poole J. E. . A study of the relationship between the mixed liquor fauna and plant perance for a variety of activated sludge sewage treatment works. Water Research, 1984, 18 281 -287. [ 6] Li X. N. ,Kohama A. , Kim J. H. , Chiba N. , Nishimura O . and Sudo R. . Grazing characteristic of nitrifying bacteria by Testacealobosia Arcella vulgaris and its effect on nitrification. 2000, 23 661 -667. [ 7] Ding G . J. ,Sudo R. , Nagasaka M . , Sato Y. and Inamori Y. . Effect of hairdressing chemicals on microfauna in the treatment of domestic wastewater using a sequencing batch reactor. Johkaso Research, 2002, 14 3 -14. [ 8] Li X. N. ,Kohama A. , Kim J. H. , Chiba N. , Nishimura O . and Sudo R. . Testacealobosia Arcella vulgaris as an indicator in nitrification process. Environ. Engineering Res. , 2000, 37 41 -49. 作者通讯处 丁国际 200072 上海市延长路 149 号 上海大学环境 与化学学院 电话 021 56331867 2005- 11-18 收稿 上接第 17页 2. 3 植物对水和土壤中 PCOPs 的吸收与降解能力 与前期的研究结果相比 [ 5] , 植物对水和土壤中 PCOPs的吸收与降解能力各有异同 。以 pp′ -DDT 为 例,培养植物后 30 d 时, 水中 pp′ -DDT 减少量为 0 ～ 8. 4,土壤中 pp′ -DDT 减少量为 0～ 30. 1; 水和土壤 培养的植物中 pp′ - DDT 含量则分别为 0～ 7. 216 mg kg 和 0. 045 ～ 1. 036 mg kg。比较前期和同期的研究结 果 [ 4,5] ,植物在不同培养环境中对 PCOPs 的吸收与降 解能力有所差异 。土壤中 PCOPs 减少量相对较多 ,这 可能与水培溶液中的生物活性远远低于土壤有关 ,植 物根系与土壤界面形成的根际微环境有利于提高土 壤生物活性,提高修复能力。但植物在水培溶液中对 PCOPs的吸收能力相对较强, 这可能是由于根际环境 的修复能力相对较弱 ,使植物吸收量增加。 3 结论 1 植物能吸收和降解一定量的 1, 2, 4 -TCB 和 pp′ -DDT ,使水培溶液中污染物总量下降,因此培养植 物能不同程度降低水中 PCOPs 的含量。 2 不同类型和浓度 PCOPs溶液培养对植物的生 物量 、 株高和根长等表观性质有不同程度的影响。 3 植物对水和土壤中 PCOPs 的吸收与降解能力 有所差异, 这可能与水培溶液中的生物活性远远低于 土壤有关。 参考文献 [ 1] 王连生. 有机污染物化学 下册 . 北京 科学出版社, 1991. [ 2] Cunningham S D, Shann J R, Crowley D E, et al. Phytoremediation of soil and water contaminants. American Chemical Society, Washington DC, 1997. [ 3] Banks M K, Lee E, Schwab A P. uation of dissipation mechanisms for B [ a] P in the rhizoshoere of tall fesue . Environment Quality , 1999, 28 294-298. [ 4] 万大娟, 贾晓珊. 多氯代有机污染物胁迫下植物根系分泌物的 变化. 中山大学学报 自然科学版 ,2006, 7. [ 5] 万大娟, 陈娴, 贾晓珊. 受多氯代有机化合物污染土壤的植物修 复初探. 环境科学学报, 2006, 6. 作者通讯处 贾晓珊 510275 广州市 中山大学环境科学与工程学院 电话 020 84114545 E -mail eesjxszsu. edu. cn 2005- 11-19 收稿 15 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 ISOLATION AND NUTRIENT BALANCE OF PREDOMINANT BACTERIA FOR DEGRADING PETROLEUM OF CONTAMINATED SOILHuang Tinglin Chai Beibei Ning Yaping7 Abstract In order to restore the soil contaminated by petroleum more effectively, a strain of highly efficient petroleum degrading bacteria, which hasbeen differentiated as Zoogloea sp. ,was enriched and isolatedfrom the contaminated soil by using the oil as the only source of carbon. Whose nutrient balance conditions were studied initially. The experimental results indicated that ammonium nitrate NH4NO3was the predominant nitrogen source and the nutrient balance between N and P ratio for this strain kept at N∶ P4∶ 1. Keywords soil lightly contaminated by oil, predominant bacteria to degrade oil, screening isolating and nutrient balance STABILITY ANALYSIS OF AOB COMMUNITY IN NITRIFYING SUSPENSION FILLER TOWER Wang Feng Xia Siqing Shi Yan et al 10 Abstract It was studied that ammonia -oxidizing bacteria AOBcommunity in a nitrifying suspension tower for biochemical flocculation process, using PCR -DGGE technique. The change in systematic AOB community structure was examined under the regulation of aeration strength and hydraulic residence time RHT. The biofilm sampleswere takendirectly from a nitrifying filler tower. MDS was used for the analysisof DGGE electrophoretogram, and the results were displayed by 2 -D pattern. The results show that the aeration strength and RHT have a certaineffect on AOB community. The main AOB strains remain unchanged in the process of running. Keywords polyase chain reaction, concentration gradient of gel electrophoresis and AOB THE FUNCTION OF PROTOZOA SARCODINA AS NITRIFICATION INDICATOR IN THE PROCESS OF SEQUENCING BATCH REACTORDing Guoji Li Jun 13 Abstract The analysis of relationship between the density of Sarcodina and the nitrification ratio in the process of sequencing batch reactor SBR under the control of aeration showed that Arcella gibbosa, Arcella vulgaris and Pyxidicula operculata were good nitrification indicator. However, A. gibbosa and A. vulgaris were better than P. operculata as the nitrification indicator considering the relativity with nitrification ratio and the convenience of observation. Keywords SBR process, Sarcodina, nitrification and indicator PRIMARY STUDY ON PHYTOREMEDY OF CONTAMINATED WATERWITH PCOPs Wan Dajuan Chen Xian Jia Xiaoshan 16 Abstract Phytoremediation of contaminated water with PCOPs 1, 2, 4-TCB and pp ′ -DDTwere studied by the of water -culture medium. Results showed that ryegrass could absorb and degrade 1, 2, 4 -TCB and pp′ -DDT, reduce the content of PCOPs in water. The growth of ryegrass was affected by the variety and concentration of PCOPs. The absorption capability of ryegrass inwater was lower than in soil. Keywords plant, absorb, degrade, water and PCOPs EFFECTS OF PLANT SELECTIONON THE NITROBACTERIA DENSITY IN RHIZOSPHERE AND NITROGEN REMOVAL IN CONSTRUCTED WETLANDS Zhou Wei Huang Minsheng Nian Yuegang 18 Abstract Effects of plant selection on the nitrobacteria density in rhizosphere and nitrogen removal in constructed wetlands had been presented. Experimental results showed that there were very high density of nitrobacteria in the rhizospheres of wetlands planted with Zizania caduciflora, Scirpus validus, Iris pseudacorus under appropriate DO and pH conditions. Nitrobacteria density in the rhizosphere is always higher than that in the substrate of the wetlands which is due to the difference of DO levels. And the nitrogen removal efficiencies are related positively to the nitrobacteria density and water temperature, which indicates nitration of microbes and assimilation of the plants played important roles in the nitrogen removal of wetlands. Keywords constructed wetlands, rhizosphere, ntrobacteria, nitrogen removal and experimentation DEGRADATIONOFORGANOCHLORINEPESTICIDESINAMERICANGINSENGBY BIOLOGICAL WAYWang Likun Pang Jinzhao Liu Wenzhi et al 21 Abstract The bacterial strain which can degrade organochlorine pesticideswith high effect was isolatedfrom soil planted American ginseng. The solid preparation made by the strain applies to field experiments via three -year -old ginseng in one year, indicating the degradation rate of the strain for total amount of BHC up to 36. 27～ 49. 90, the degradation rate of the strain for total amount of DDT up to 25. 19～ 35. 61. Keywords organochlorine pesticides, degrading bacterium and American ginseng EXPERIMENT ON THE COUPLING BIOREACTOR FOR THE DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT OF LOW C N RATIO IN DIFFERENT OPERATING MODES Li Jun Zhang Ning Yang Haiyan et al 23 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006