污水处理的微生物指示预警作用

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水是生命之源，但随着社会的快速发展，城市污水、工业废水和雨水混合造成的水污染问题日益突出，湖泊河流富营养化，海洋漏油导致的重金属污染这些事件成为社会关注的热点。处理水污染的重要性，如何处理水污染，水资源再利用都成为了制约经济发展必须考虑的重点。

1 污水微生物概况

污水微生物，研究水处理行业中的微生物及其生命活动规律，从微生物生长繁殖、呼吸代谢、遗传变异、营养物质等角度分析，使微生物种群之间，微生物与环境之间，相互影响，在协同或拮抗作用下，发生复杂变化最终达到去除污水中的氮、磷，水质得以净化，完成污水全指标达标排放。

（1）种类。微生物可分为原核微生物和真核微生物。原核微生物包括细菌、放线菌、蓝细菌、衣原体、古细菌等。真核微生物包括真菌、原生动物、后生动物等［1］。针对污水处理活性污泥法，直接分析曝气池微生物，里面富含菌胶团细菌、丝状细菌、真菌、原生动物和微型后生动物，其中原生动物：鞭毛纲（具有一根或多根鞭毛，一般统称为鞭毛虫。包括滴虫、侧跳虫、波豆虫、眼虫、内管虫等）；肉足纲（其机体仅有细胞质形成的一层薄膜，体型较小，大多无固定形态，包括变形虫、太阳虫等。纤毛纲（身体表面具有纤毛，以纤毛作为运动和摄食的细胞器，分为游泳型和固着型，包括喇叭虫、斜管虫、豆形虫、肾形虫、草履虫、漫游虫、楯纤虫、裂口虫、扭头虫；钟虫、独缩虫、聚缩虫、累枝虫、盖纤虫等）；吸管纲（呈现球形、三角形长出吸管，以原生动物和轮虫为食）［2］；后生动物：多细胞动物，包括轮虫、线虫、寡毛类动物、浮游甲壳动物。进而形成了一个相对复杂且稳定的生态系统。

（2）特点。微生物个体较小，分布应用广泛；种类繁多，代谢旺盛；繁殖过快，易变异，易于培养。污水中微小生态系统随着复杂水质环境，实时变化，但在横纵向时间轴上对比其种类和水量情况，可以观察出这个生态系统内存在的变化规律，从而判断环境中是否发生异常情况，判断过去，预测未来，为工艺调控提供理论依据。

2 污水镜检技术

通过显微镜观察鉴别污水中微生物系统，通过指示微生物，直观地将活性污泥系统内微生物种类、数量、丰度等变化情况展现出来。通过分析系统有机负荷情况，配合具体工艺参数，全流程数据变化，及时调整系统。每个污水处理厂微生物系统都有独特性，长期镜检得出实际规律，是污水镜检技术的意义所在。

2.1 取样观察

常温状态下，可根据不同调查目的，采用不同位置的取样位置，记录且形成对比。取混合液或生物膜装入塑料瓶内，送入实验室；使用移液管取搅拌均匀的液体滴入载玻片上，压上盖玻片，置显微镜观察区域内，调整观察倍数，一般采用100倍（目镜10倍×物镜10倍）、400倍。如果检测需要，可以采用染色法对其进行染色，再进行观察。

2.2 生物相

（1）第1步，观察絮体状态、絮状物及内部菌胶团体积、形状、密实度，对比前期记录该取样位置、该时段絮体情况，判断絮体是否发生大量增殖或者解体。其特征是絮体颜色呈现深褐色，合理密实，边缘清晰光滑，内部没有针尖状小絮体散布。

（2）第2步，观察丝状菌颜色、增殖状态，判断属于哪种丝状菌。若出现黑色带，则可能出现硫的冲击。

（3）第3步，观察微生物，出现不同种类的原生动物及后生动物能判断现有微生物生存环境，是处于高负荷、低负荷、正常状态、异常状态，其种群种类及丰度有很大差异。

（4）第4步，观察自由水情况，是否清澈，有无空隙，是否含有游离的微生物，从而判断污水中水质变化情况。

3 污水微生物指示预警

生物法一般指活性污泥法、生物膜法、厌氧消化法等［3］，其经济高效，无害化，资源化。微生物的检测虽然不能直接调控指标，但全面了解污水中微生物种类特性及变化规律，深入掌握污水处理工艺，预警判断微生物变化，可以使污水处理工艺更加便捷。

3.1 微生物生长、代谢、遗传、变异

微生物的生长在适宜的环境条件下，不断地吸收利用营养物（如图1）。通过快速新陈代谢，满足自身需求的作用下，不断增长，达到个体细胞的一定程度，完成分裂，形成多个个体；通过形成无性孢子或者有性孢子来繁殖。但当微生物所在环境发生变化时，超出微生物适应限度，微生物机体则会发生变异。例如抑制活性或者死亡解体，当生长、代谢等发生异常情况，通过镜检技术，观察指示微生物具体变化，进而判断有机负荷变化；通多高通量微生物检测16SrRNA，检测该水样微生物种群优势菌种种类及占比，从而得出系统内发生硝化反应、反硝化反应等微生物现存比例状态，最终微生物的检测为污水工艺参数调整提供依据。

图1 水体微生物食物链

3.2 指示预警

（1）进水异常。现有污水处理厂在线采用2h自动监测，或者人工多点混合平均测样，但实际运行，可能会出现少量出现在检测时间盲区内的进水。利用镜检生物相技术可以观察指示微生物活性变化，判断是否有重金属污水、超标废水或者毒物进入对微生物造成抑制或者直接致死，及时工艺调控，以防止具有特征浓度的废水对系统造成冲击，导致生物法处理出现异常。在分析微生物活性变化的过程中，可根据微生物细胞增殖、代谢、死亡变化周期，来分析上游废水的排放情况，同样可预测若出现相同条件的未来，该如何进行应对。

（2）生物池异常。考虑溶解氧，营养物质，水温，pH等，结合长期日常检测项目和镜检生物相，记录生物池内微生物变化到稳定状态下世代变化，在不同有机负荷条件下的微生物变化，原生动物和微型后生动物捕食细菌类的时间意义（如图2），判断絮体的状态，进而分析污水处理系统内部即将发生、已发生或者预判未来同等情况作出指示预警。

4 小结

近年来，在不断的实践和创新中，生物法成为了处理污水中最常用且经济的工艺方式。微生物是生物法中的最重要的主体，它虽然不能直接体现出水质数据变化，但从预警性而言，有着特殊的作用。通过镜检观察指示微生物的生物相，判断指示微生物活性变化，从而科学合理的分析判断系统内前后变化规律，让污水处理工艺分析能够很快得到判断过去，预测未来。

图2 活性污泥形成过程中生物相的变迁［4］