活性污泥的培养驯化和生物膜的挂膜

活性污泥的培养、驯化和生物膜的挂膜徐亚同华东师范大学（上海200062）摘要废水生物处理的处理工艺经确定，并设计建造投入运行时，首先要培养活性污泥，并经驯化后使之能适应不同的工业废水。对膜法处理系统须进行活性污泥挂膜。本文介绍了活性污泥的培养、驯化和生物膜挂膜的常用方法。关键词：废水生物处理污泥培养驯化挂膜CultivationandAcclimationofActivatedSludgeandBiofilmColonizationXUYa-tongEastChinaNormalUniversity(Shanghai,200062)Abstract:Aftertheconstructionofbiologicalwastewatertreatmentplant,thefirstthingwemustdoistoculturetheactivatedsludge,andacclimateittothedifferentindustrialwastewater.Biofilmcolonizationmustbedoneiftheprocessisthebiologicalfilmprocess.Thegeneralmethodsofcultivationandacclimationofactivatedsludgeandbiofilmcolonizationareintroducedinthispaper.Keywords:biologicalwastewatertreatment;activatedsludgecultivation;acclimation;colonization1培菌前的准备工作在建成废水生物处理构筑物后，须作下述工作才能投产：(1)阅读设计单位及建造厂商的说明书、管理手册等；(2)检查整个系统的装备；熟悉管线、各装置功用、泵及设备的位置；(3)在管线上标明流动方向；(4)检查灯光、仪表、指示器、记录仪等；(5)清除施工时遗留在池内的碎石、电焊条、水泥等杂物；(6)池子渗漏性检验，加注清水后观察有无渗漏；为节省清水可用泵抽取河水等代替，有渗漏应立即修补；(7)调试及联动试车，在无渗漏后可将各装置在清水中试运行，例如检查阀门、曝气系统、管道等，沉淀池出水堰水平调节。2培菌方法所谓活性污泥的培养，就是为活性污泥的微生物提供一定的生长繁殖条件，即上一章提到的营养物质、溶解氧、适宜的温度和酸碱度等，在这种情况下，经过一段时间，就会有活性污泥形成，并且在数量上逐渐增长，并最后达到处理废水所需的污泥浓度。生活污水厂的培菌过程较为简单，我们可在温暖季节，先使曝气池充满生活污水，闷曝（即曝气而不进污水）数小时后即可连续进水。进水量从小到大逐渐增加，连续运行数天后即可见活性污泥开始出现并逐渐增多。由于生活污水营养合适，所以污泥很快就会增长至我们所需的浓度。为了加快这一进程，我们还可适当增加培菌初期所需营养物的浓度，例如投加一些浓质粪便或米泔水等以提高营养物浓度、设有初沉池的处理系统可让废水超越初沉池而直接进入曝气池。培菌时期（尤其是初期），由于污泥尚未大量形成，污泥浓度较低，故应控制曝气量，使之大大地低于正常运行期的曝气量。对一些含有毒物质的工业废水还可以投入一定量的经筛选所得的菌种，或废水流过的下水道里捞来的污泥，以利于以后的驯化。由于工业废水的水质及营养等原因，工业废水处理系统的培菌往往较困难。我们曾在实践中成功地采用过以下几种方式：2.1采用数级扩大培菌根据微生物生长繁殖快的特点，仿照发酵工业中的菌种—→种子罐—→发酵罐数级扩大培养的工艺，因地制宜，寻找合适的容器，分级扩大培菌。例如1975年我们在上海金山石化总厂水质净化厂7.5万米3/天规模的处理系统中培菌，采用1,500米3的混合检测池—→一条曝气池—→整个曝气池三级扩大培菌的方案。先在容积相对较小的混合检测池中培菌，投加厂生活区化粪池中的浓质粪便以增加废水的浓度和营养，随后以工业水充满并按上述方法培菌。生成的污泥先贮存于曝气池中的一条廊道中，然后加以扩大，最后又用同样的方式将污泥再次扩大至整个曝气池。实践表明本法适用于规模较大的处理系统。2.2干污泥培菌取水质类型相同、已正常运行的处理系统中脱水后的干污泥作为菌种源进行培菌。例如我们取同兴袜厂染色废水处理系统中板框压滤后的干污泥，作为安徽某印染厂活性污泥处理系统的种源。将占曝气池总体积1%左右的干污泥，加少量水捣碎，然后再添加工业水和适量浓质粪便，按上法培菌，污泥很快形成并增长至所需浓度。由于干污泥易于运输，本法适合于邻近无生化处理系统的偏僻地区。2.3工业废水直接培菌某些厂的工业废水营养成分较全，如罐头食品厂、肉类加工厂、豆制品厂等，我们即可用这类工业废水直接培菌。另一类工厂的废水，虽然营养成分尚全，但浓度不足，培菌周期往往较长，对这类废水我们可适当增补一些如工厂中的废淀粉浆料、食堂的米泔水、面汤水（碳源）或尿素、硫氨、氨水（氮源）等营养，以加快培菌的进程。例如上海第三印染厂即以本厂印染废水再增补部分营养，顺利培养出所需的活性污泥。2.4有毒或难生物降解的工业废水的培菌对有毒或难生物降解的工业废水只能先以生活污水培菌、然后再用工业废水驯化。3培菌过程中生物相的演替在培菌过程中，随着环境条件的变化，其中主要是BOD（即营养物浓度）的不断降低，系统中微生物的种类与数量也相应地起着变化。图1活性污泥培养过程中生物的演替培菌时间吸管虫动鞭毛虫植鞭毛虫轮虫固着型纤毛虫细菌游动型纤毛虫变形虫类各类生物出现的相对数量由于细菌和鞭毛虫类能通过细胞膜的渗透作用，将溶解于水中的有机物质吸收到体内作为营养，因此它们能在高度污染的、未经处理的水域中大量繁殖。变形虫类能用伪足吞噬固体有机物碎屑以摄取营养，因此亦必须生存于有机物丰富、污染程度较高的水域中。在培菌初期，水中有机物浓度（BOD）很高，污泥尚未形成，还没有明显处理效果，这时曝气池中可见大量游离细菌，接着出现的是植鞭毛虫的杆囊虫和动鞭毛虫的波多虫等，此外还能看到一定数量的变形虫，但不久就出现了掠食细菌能力更强的纤毛虫类原生动物：先是小型的掠食细菌的游动型纤毛虫如豆形虫、肾形虫等大量出现，继而出现掠食小型纤毛虫的漫游虫、裂口虫和草履虫等。随着培菌的进展，水中有机营养逐渐被消耗，异养细菌的数量下降，游动型纤毛虫逐步让位给固着型纤毛虫，它们以尾柄固着在污泥絮体上生长。因此，钟虫类固着型纤毛虫的出现和增长就标志着活性污泥的逐步形成和增长。与此同时，匍匐型纤毛虫如楯纤虫等也出现于污泥间，它们以有机残渣和死的生物体为食。随着污泥日趋成熟，处理效果也越来越高，水中有机物减少到极低时，便相继出现了吞噬散落污泥的轮虫，故轮虫的出现是污泥成熟及净化程度高的标志。培菌过程中微生物的有规律演替见图—1。4驯化在工业废水处理系统的培菌阶段后期，将生活污水和外加营养量逐渐减少、工业废水比例逐渐增加，最后全部受纳工业废水，这个过程称为驯化。在污泥驯化过程中，污泥中的微生物发生着两个变化。其一是能利用该废水中有机污染物的微生物数量逐渐增长，不能利用的则逐渐死亡、淘汰；其二是能适应该废水的微生物，在废水有机物的诱发下，产生能分解利用该物质的诱导酶。我们知道，细菌对有机物的分解，必须在酶的参与下才能进行。酶是一种蛋白质，分子量很大，酶还有很强的专一性。因此，要分解废水中的多种有机物，必须要有许多种酶，并且每种酶要有一定的数量。但细菌体积很小，不能容纳那么多的酶，因此只有在某种有机物存在的情况下，使细菌诱发产生出一定数量的对这种化学物质有催化作用的酶，这就是所谓的诱导酶。图2说明大肠杆菌最初依靠菌体内固有的分解葡萄糖的酶，以葡萄糖作为基质形成生长的第一次高峰，因此氧化葡萄糖的酶也称为组成酶。在葡萄糖耗尽后，该菌在乳糖的诱发下，产生能分解乳糖的酶，利用乳糖作为基质使之形成第二次生长高峰，故氧化乳糖的酶称为诱导酶。时间细菌数目的对数0图2大肠杆菌在以葡萄糖和乳糖作碳源的培养基中的二次生长曲线在驯化时，需注意使工业废水比例逐渐增加，生活污水比例逐渐减少。每变化一次配比时，须保持数天，待运行稳定后（指污泥浓度未减少，处理效果亦正常），才可再次变动配比，直到驯化结束。对有毒成分较少、营养较全的工业废水也可同时进行培菌和驯化，即在培菌一开始即投加一定数量的工业废水，随着污泥的增长，工业废水数量及比例也逐渐增加。实践表明这一方法可加速培菌及驯化的整个过程，并可减少对生活污水的需要量。5挂膜生物膜系统处理废水是依靠附着生长在填料表面上的生物膜的氧化分解能力。因此，在投入运行前须使填料上长出生物膜，这一过程称为挂膜。挂膜过程可分两步。首先按照培养活性污泥的方法，培养出适合于待处理废水的活性污泥；然后将活性污泥置于氧化槽中（生物转盘法），不进水使盘片慢慢旋转12～24小时，或将氧化塔底部集水槽中的活性污泥用泵抽入上方布水器中淋下（生物滤池法），使污泥在滤池内反复循环，这时已有少量污泥微生物粘附在填料上，其后开始进水，进水量由小到大，随生物膜的增长而加大。由于填料上的微生物已适应这一水质，故可利用废水中有机物不断繁殖生长，使膜不断增厚，最后达到所需的生物量，系统便可进入正常运行。另一种挂膜的方法是直接培养生物膜，操作可参照活性污泥的培养及驯化步骤进行。对有毒工业废水处理系统的挂膜，初期进水应以生活污水为主，以后逐渐减少生活污水的比例并增加工业废水的量。整个过程周期稍长，但可省去污泥培养这一步骤。开始挂膜时，进水流量应小于设计值，可按设计流量的20～40%启动运转。在外观可见已有生物膜生成时，流量可提高至60～80%，待出水效果达设计要求时，即可提高至设计值。挂膜所需的环境条件与活性污泥培菌时相同，要求进水具有合适的营养、温度、pH等，同时避免毒物的大量进入；因初期膜量较少，反应器内充氧量可稍少（对生物转盘，转速可稍慢），使溶解氧不至过高。在冬季13℃时挂膜，整个挂膜周期将比温暖季节时挂膜延长2～3倍。主要参考文献1徐亚同等，污染控制微生物工程，化学工业出版社，北京，2001。2徐亚同等，废水生物处理，同济大学出版社，上海，1999。3徐亚同，废水中氮磷的处理，华东师大出版社，上海，1996。4徐亚同等，环境微生物学，华东师大出版社，上海，1994。5徐亚同主编，废水处理工，中国劳动与社会保障出版社，北京，2005。6徐亚同，废水生物处理的运行和管理，华东师大出版社，上海，1989。7徐亚同，废水生物处理运行管理和异常对策，化学工业出版社，北京，2003。8谢冰，徐亚同，废水生物处理原理和方法，化学工业出版社，北京（出版中）9徐亚同，废水生物处理的运行和管理，中国轻工业出版社，北京，2009。