A-O工艺活性污泥中细菌数量的变化规律

杨 柳

（新乡市排水工程有限公司，河南 新乡 453000）

A-O工艺活性污泥中细菌数量的变化规律

杨 柳

（新乡市排水工程有限公司，河南 新乡 453000）

活性污泥法是现阶段最常用的污泥处理方法。污泥膨胀是活性污泥法处理污水所面临的主要问题之一。细菌是活性污泥的重要组分，与污泥膨胀的发生有着密切的关系。本试验从运行稳定的污水处理厂获取种泥，然后放入自制的A-O工艺的反应器中，并连续向反应器中加入模拟生活污水，探讨污泥膨胀时期，不同条件改变对细菌数量的影响。DAPI染色和荧光显微镜观察的结果显示，在污泥膨胀过程中，水体中的细菌数量为1×（109～1010）个/mL。水力停留时间、回流比、添加PAC的量对细菌数量的改变有一定影响。

活性污泥；A-O工艺；细菌

随着社会经济的不断发展，我国逐渐面临水资源短缺的局面。一般来说，污染物排入江河湖泊等水域，经过自身的分解以及环境的促进等过程后，水体可基本恢复原来的状态[1]。但是，这种自净功能极其有限，污染物超过水体自净能力时水污染就会发生[2]。因此，人们必须大力推进污水处理和水资源的循环利用。

污水处理和再生是节约有限水资源、提高城市污水利用率的有效途径，已经成为解决城市缺水问题的关键手段。常见的污水处理方法有物理法、化学法和生物法[3]。这些处理方法能够将污水中所含的废弃物，包括有机质和悬浮颗粒性物质进行有效的吸收、分离和重新利用[4]。其中，除去有机物时常采用的生物降解法是目前污水处理技术的核心。生物降解法是根据微生物的新陈代谢规律，一方面通过合成代谢将部分有机污染物转化为细胞的组成成分；另一方面，通过分解代谢将可利用的有机污染物转化为二氧化碳和水等无毒无害的小分子物质。目前，生物处理方法中应用最为广泛的是活性污泥法。我国大部分工业及生活污水处理厂均在活性污泥法的基础上建立适合自身特性的生物方法进行污水处理[5]。这些方法按照工艺条件的不同可以分为以下三种，如表1所示。

细菌是活性污泥的重要组成部分，可以去除污水中90%的有机物[6]。但是，由于工艺参数的改变，活性污泥法处理污水的过程中往往会出现丝状细菌等微生物的过度生长。正常状态下的活性污泥结构稠密，沉降性能好[7]。当丝状菌生长繁殖过多时，菌胶团的生长繁殖受到抑制，众多丝状菌伸出菌胶团表面以外，使污泥体积膨胀，最终导致污泥膨胀的发生，这严重影响污水处理的正常进行[8]。因此，探讨污泥膨胀过程中工艺参数改变对细菌数量的影响对于解决污泥膨胀问题将有很大的帮助。常用的几种活性污泥中细菌计数方法有光学显微镜计数，荧光显微镜计数和比浊法，而荧光显微镜计数法中又可分为AODC法和DAPI染色法[9]。各种方法的原理和优缺点如表2表示，其中，DAPI染色法因为具有能排除其他杂质干扰、染色效果良好以及制片后能长期保存的优点而被广泛应用。

表1 三种常见处理工艺方案对比

表2 三种常见细菌计数的方法

因此，本研究选择应用普遍且运行稳定的A/O污水处理工艺作为反应载体，利用DAPI染色和荧光显微技术在污泥膨胀过程中添加不同PAC的量，改变不同的水力停留时间，改变回流比，对不同条件下细菌总数的变化规律进行初步探讨。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试验装置

A-O反应器体积：31.68dm3。其依次分为缺氧池（9.9dm3）、好氧池（21.78 dm3）和一个圆柱形二沉池。缺氧池通过搅拌器少量爆气，好氧池使用曝气泵进行曝气。每天配制新鲜的模拟生活污水，由厌氧区进入系统，经过微量搅拌曝气后进入好氧区，在系统中反应一段时间后由好氧区出水口排出，流入二沉池，部分污泥沉降后通过回流泵返回厌氧区。

本试验调节三组变量。第一组：加PAC（聚合氯化铝）3 g，6 g；第二组：回流比R（%）50%、75%、100%、125%；第三组：水力停留时间HRT（h）11.2 h、9.6 h、8.25 h、7.2 h。

1.1.2 主要仪器

离心管（1.5 mL、10 mL、15 mL、50 mL若干）、超声波清洗器、酒精灯、锥形瓶、电子天平（赛多利斯科学仪器）、高压蒸汽灭菌锅、涡旋振荡器、Bx63智能荧光显微镜（Olympus）、whatman无机滤膜（0.45 μm、0.22 μm、0.02 μm）、无菌过滤器等。

1.1.3 主要试剂

试剂主要有DAPI染液（20 μg/mL）、4%多聚甲醛固定液。

1.2 取样

样品取自河南省新乡市小尚庄污水处理厂，经2周左右的驯化，系统基本稳定后开始试验。试验中模拟城镇生活废水的营养液，如表3所示。

表3 试验用水水质

1.3 常规测定

1.3.1 污泥沉降比（SV：）

污泥沉降比即100 mL泥水混合物静置沉淀30 min后污泥所占体积与100 mL之比[10]。取100 mL充分混匀的泥水混合物在量筒内，静置30 min，沉淀的容积V（mL）与100的百分比，以%表示。

1.3.2 混合液污泥浓度（MLSS）

混合液污泥浓度的单位为g/L。称取烘至恒重的滤纸重量（W1），使用布氏漏斗将100 mL泥水混合物过滤。将滤纸放入烘箱60℃烘2 h，从烘箱中取出，称其质量（Wa），再将滤纸放入烘箱，继续烘2 h，取出称重（Wb），重复上述操作直至两次重量相差小于0.01 g，认为此时已达到衡重，记录为W2[11]。

1.3.3 污泥指数（SVI）

污泥指数是衡重活性污泥沉淀性能好坏的指标，单位为mg/mL。它是指1 L混合液静置30 min后，1 g干污泥所占的容积。

1.3.4 水质指标的检测

pH：采用pH试纸进行测定；温度和溶氧：放置便携溶氧仪于好氧区，待读数稳定后读数[12]；固体悬浮物浓度：采用重量法进行测定。

1.4 细菌数量的测定

1.4.1 样品预处理和保存

从反应器的好氧区取泥水混合物20 mL放入干净的50 mL离心管中作为样品，先将样品涡旋5 min，再放入超声波中冰浴10 min（冰浴震荡1 min，常温下静置1 min，以防止局部产生过高的热量），促使微生物游离出来。

此时水样中含有的细菌数量很大，无法进行准确测定，故进行适当稀释，通常稀释10 000倍。本试验中取上述样品500 μL逐级稀释10 000倍。将稀释好的样品取2.5 mL于已灭菌的10 mL离心管中，并在其中加入2.5 mL多聚甲醛固定液，做好标记，放入4℃冰箱中保存待测。固定好的样品要在两周内完成染色。

1.4.2 细菌染色

用无菌0.45 μm滤膜过滤样品；将滤液存放在干净的离心管中；加染液：加入约0.56 mL的DAPI工作液于5 mL稀释液中；将已经加入染液的样品编号，避光染色20～30 min；用无菌0.22 μm滤膜过滤样品；将载有样品的0.22 μm滤膜放置于载玻片上，避光晾干1 min，盖上盖玻片；将玻片置于正置荧光显微镜下，10×60倍下使用蓝色激发光。

2 试验结果

2.1 污泥指标的测定结果

笔者从小尚庄污水处理厂取水，并经过两周的接种驯化后开始试验。一段时间之后，污泥膨胀问题开始出现。接下来，加入不同剂量的絮凝剂PAC，测量或检测SV、MLSS的变化，结果如图1、图2所示。

图1 加入不同量的PAC对SV的影响

图2 加入不同量的PAC对MLSS的影响

据此结果可知，驯化后的污泥量有所减少，在一段时间后发生膨胀，膨胀时的SV高达98%，但同时MLSS的值很低。添加PAC能够在一定程度上对污泥膨胀进行控制，伴随着SV的下降，MLSS量逐渐增多。这一结果说明，添加PAC缓冲液对污泥膨胀可以起到一定的抑制作用。整体来看，添加6 gPAC絮凝剂对污泥膨胀的控制效果比添加3 gPAC时效果要好。

2.2 添加不同量的PAC与细菌数量的关系

为了研究不同剂量PAC对污水中细菌数量的影响，本部分试验过程中保持进水流速，出水流速稳定不变，分别添加5 d的3 gPAC和5 d的6 gPAC。试验结果如图3所示。

图3 添加不同量的PAC对细菌数量的影响

由图3可知，污泥膨胀过程中，细菌数量达到1.3×1010个/mL，在加入3 gPAC的第一天，细菌数量增多，参照本文2.1的结论可以看出，此时的SV在降低，MLSS在升高，此过程说明PAC作为一种良好的絮凝剂，可以将水体中存在的悬浮物质凝聚。而在随后的四天里，细菌数量逐渐减少，最低达到了0.85×1010个/mL。参照2.1的结论可以看出，此时膨胀仍在继续，只是添加了一定剂量的PAC，使得膨胀得到一定的抑制。此时系统内丝状菌不断膨胀，吸收大量营养，导致细菌营养不足，数量减少。在加入3 gPAC的最后一天，细菌数量恢复增多。同时在添加6 gPAC的前四天内，细菌数量持续增加。据2.1结果显示，此时膨胀得到良好的抑制，丝状菌减少，营养物大量被菌胶团吸收，细菌数量增多。

2.3 回流比与细菌数量的关系

本段试验通过改变系统内回流的流速，观察在不同的回流流速即回流比下细菌数量以及COD去除率的变化。试验共改变4组回流流速，每组流速保持3 d，结果如图4所示。

图4 回流比与细菌数量的关系

保持系统内进水流速不变，改变回流流速，即为改变回流比R（%），回流流速越大，回流比越大。4个回流流速为10、15、20、25，对应的回流比为50%、75%、100%、125%。

图4试验结果表明，在回流比为50%时，细菌数量有所下降，但变化不大；回流比调整为75%时，细菌数目总体增多，第三天达到较大值：5.43×1010个/mL。当调整回流比为100%时，细菌数量总体减少，但三天内变化不大；回流比增大到125%时，细菌数量再次增高。在一定范围内，细菌数量随着回流流速的增加而增加。回流的目的是减少污泥的流失，增加泥龄，在回流达到一定时间后，系统内污泥呈现老龄化，出现浮泥，并被排出，所以此时细菌数量减少。当系统稳定之后，细菌数目又将逐渐增多。

2.4 水力停留时间与细菌数量的关系

本段试验通过改变系统内进水的流速，观察在不同的进水流速即水力停留时间下细菌数量以及COD去除率的变化。试验共改变4组进水流速，每组流速保持3 d，结果如图5所示。

图5 水力停留时间与细菌数量的关系

保持系统其他运行条件不变，改变进水流速，也就是改变水力停留时间（HRT）。本试验调整进水流速为10 r/min、15 r/min、20 r/min、25 r/min，对应的 HRT 为 11.2 h、9.6 h、8.25 h、7.2 h。

由图5可以看出，随着进水流速的增大，HRT减少，系统内营养物质丰富，菌胶团营养丰富，细菌生长迅速。当HRT减小到9.6 h时，细菌数量达到最大值，6.57×1010个/mL。由于膨胀仍在进行，污泥流失也在继续，当HRT接着减小，营养物质过于丰富，膨胀加大，再加上污泥的流失，细菌数量急剧减少，并持续降低。接着，随着HRT的值变大，系统趋于稳定后，细菌数量再次随着HRT的增大而增大。据此可以看出，当HRT为9.6 h时，系统内细菌数量最多，系统最为稳定，运行效果最佳。

3 结论

随着PAC的加入，系统内细菌总量逐渐增加。中间由于丝状菌的膨胀，菌胶团得不到营养，细菌总数减少。随着PAC对丝状菌聚凝效果的加强，细菌总数回复增多。回流的目的是减少污泥的流失，增加泥龄，改变回流比的初期，细菌数量增加。随着回流比的增大，系统内污泥呈现老龄化，出现浮泥，并被排出，此时细菌数量减少。一段时间后老龄污泥减少，生命力顽强的新泥数量增加，细菌数量也逐渐增加。HRT减少，系统内营养物质丰富，菌胶团营养丰富，细菌生长迅速。当HRT达到9.6 h时，细菌达到最大值。

1 仉春华，自 金，白春学，等．剩余污泥减量化的初步试验研究[J]．大连民族学院学报，2006，（1）：28-30

2 王凤祥，龙腾锐，郭劲松.活性污泥膨胀的影响因素及调控措施研究[J].重庆建筑大学学报，2007，29（1）：119-120.

3 任柏帜，唐 燕，李和志.活性污泥膨胀机理及控制方法研究[J].南华大学学报（自然科学版），2010，24（2）：1.

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

5 王凯军.活性污泥膨胀的机理与控制[M].北京：中国环境科学出版社，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 伊之润.在低有机负荷下利用丝状菌和膜分离技术处理生活污水[D].太原：太原理工大学，2009.

8 王浩宇.活性污泥膨胀的影响因素与控制研究[D]．太原：太原理工大学，2006．

9 建设部，国家环境保护总局，科学技术部.城市污水处理及污染防治技术政策[Z]，2000.

10 刘 彬.城市污水处理厂升级改造新工艺的研究[D].天津：河北工业大学，2009．

11 王翰超，梁 勇，许 峰.针对污水处理的现状及发展方向进行分析[J]．城市建设理论研究，2014，12，（3）：18-27．

12 祁诗月.污水处理系统中噬菌体的生态分布及特性研究[D].新乡：河南师范大学，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

杨柳（1993-），女，河南新乡人，本科，从事污水处理工作。