1 引言

　　活性污泥中的有機(jī)成分主要是由棲息在活性污泥上的微生物群體及被微生物吸附的有機(jī)物組成，微生物則主要由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物構(gòu)成.活性污泥中的微生物以異養(yǎng)好氧細(xì)菌為主，增殖速率較高，具有較強(qiáng)的分解有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為無機(jī)物的功能.但污泥脫水后微生物生存環(huán)境發(fā)生了變化，外源營養(yǎng)物質(zhì)中斷，微生物處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，代謝產(chǎn)物擴(kuò)散難度大，微生物種群及數(shù)量變化較大，導(dǎo)致污泥穩(wěn)定性差，在供氧不足時(shí)，極易腐化發(fā)臭，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染.如何保持脫水污泥好養(yǎng)狀態(tài)，加快微生物代謝速率，是污泥處理處置關(guān)注的重點(diǎn)之一.

　　蚯蚓在自然界物質(zhì)循環(huán)過程中的重要作用已廣為人知，其能把不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為微生物可利用的有機(jī)物，增加微生物活性和基質(zhì)利用程度.研究表明，蚯蚓與微生物的協(xié)同作用可加速有機(jī)物的分解.根據(jù)蚯蚓的生活習(xí)性和生態(tài)位，結(jié)合污水處理工藝和污泥特點(diǎn)，將蚯蚓引入污水處理工程領(lǐng)域，目前已成為相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一.研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓參與污泥處理過程，會(huì)顯著影響污泥理化性質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定處理系統(tǒng)、加快污泥降解具有促進(jìn)作用.雖然微生物是污泥降解的關(guān)鍵者，但蚯蚓將直接或間接地改變微生物的活動(dòng)，最終影響系統(tǒng)的處理效果，因此，探索接種蚯蚓后污泥微生物相的變化具有重要意義.基于以上考慮，本文主要研究蚯蚓對(duì)污泥微生物量及其活性的影響，旨在為探索該過程中微生物作用的機(jī)理和提高蚯蚓處理污泥的效率提供理論依據(jù).

　　2 材料與方法

　　?2.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　實(shí)驗(yàn)所用赤子愛勝蚓(Eisenia foetida)為實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng).污泥為取自蘭州市七里河污水處理廠的脫水污泥，將此污泥制成5 mm粒徑的顆粒污泥，作為實(shí)驗(yàn)用污泥.污泥含水率為80.62%±0.01%，pH=6.77±0.01，電導(dǎo)率(EC)為(573.00±8.49)μS · cm-1，有機(jī)質(zhì)(OM)為71.2%±7.7%，溶解性有機(jī)碳(DOC)為(16.69±0.16)mg · g-1，總氮(TN)為(51.7±1.6)mg · g-1，C/N為6.20±0.03，微生物碳量(MBC)為(105.60±1.66)mg · g-1，脫氫酶活性(DHA)為(314.60±18.40)mg · g-1 · h-1(以TPF計(jì)).

　　實(shí)驗(yàn)用6個(gè)反應(yīng)器，尺寸為φ36 cm×12 cm，每個(gè)反應(yīng)器中加4 kg顆粒污泥.3個(gè)對(duì)照組不添加蚯蚓，3個(gè)蚯蚓處理組中各放100條蚯蚓，每條重約1.0 g.反應(yīng)器上覆蓋塑料膜保濕，深色覆蓋物遮光，每個(gè)反應(yīng)器每天人工翻動(dòng)1次.實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為(25±1)℃.實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行60 d，每10 d取樣進(jìn)行測定.一部分鮮樣直接用來測定OM，MBC和DHA，另取一部分陰干，研磨，過100目篩，測其它理化指標(biāo).

　　2.2 測定方法

　　pH、EC按照水土比50 ∶ 1(mL/g)溶解，磁力攪拌0.5 h，離心取上清液用pH酸度計(jì)、電導(dǎo)率儀測定;OM采用灼燒法(550 ℃，5 h)測定;DOC采用硫酸-重鉻酸鉀容量法(魯如坤，2000)測定;MBC測定時(shí)參考熏蒸提取-容量分析法，并加以改進(jìn)，在熏蒸處理前將污泥制成均一的細(xì)小顆粒;DHA參考TTC還原法進(jìn)行測定.

　　2.3 數(shù)據(jù)處理

　　數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，通過T檢驗(yàn)分析不同處理間的差異性，并進(jìn)行指標(biāo)間的相關(guān)性分析，顯著性定義為p<0.05.

　　3 結(jié)果與討論

?　　3.1 理化性質(zhì)的變化

　　在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，蚯蚓處理組與對(duì)照組的pH、EC、OM、DOC隨時(shí)間的變化如圖 1所示.實(shí)驗(yàn)前20 d，蚯蚓處理組與對(duì)照組的pH、EC、OM均無顯著差異(p>0.05)，20 d后呈顯著差異(p<0.05).由圖 1a可看出，pH穩(wěn)定在7左右，蚯蚓處理組比對(duì)照組pH變化范圍小，表明蚯蚓處理組污泥平抑有機(jī)酸與氨化作用的能力較強(qiáng).基質(zhì)代謝產(chǎn)物的積累會(huì)影響反應(yīng)體系的pH，pH的變化又會(huì)對(duì)微生物生長繁殖和酶活性產(chǎn)生顯著影響.反應(yīng)體系pH變化幅度越小，表明代謝產(chǎn)物的不良積累越少，越有利于微生物分解代謝能力及其酶活性的高效發(fā)揮.脫水污泥好氧消化過程通常只發(fā)生在污泥表面水膜層的微環(huán)境中，因此，將實(shí)驗(yàn)污泥造粒(約5 mm)來增加污泥表面水膜層的面積，通過每日翻混保證反應(yīng)體系中氧的供給，使降解過程更近似于活性污泥法的延續(xù)，因此，代謝產(chǎn)物積累速率緩慢，這可能是20 d后pH才發(fā)生變化的原因.圖 1b中蚯蚓處理組較對(duì)照組的EC高，說明蚯蚓的參與能提高污泥礦化速率.圖 1c表明，蚯蚓可加快OM的降解，蚯蚓與微生物協(xié)同作用效果優(yōu)于微生物單獨(dú)作用.由圖 1d可看出，前20 d蚯蚓處理組DOC小于對(duì)照組且呈顯著差異(p<0.05)，40~60 d蚯蚓處理組DOC大于對(duì)照組且呈顯著差異(p<0.05).由于DOC表征微生物易利用的有機(jī)碳，其含量與微生物量及活性有密切關(guān)系(衛(wèi)東等，2011).前期蚯蚓處理組DOC低可能是因?yàn)轵球镜拇碳ぷ饔么龠M(jìn)了微生物量的增長，從而加快了對(duì)DOC的利用.而后期蚯蚓處理組DOC較高可能源自蚯蚓攝食對(duì)微生物量的限制，減小了對(duì)DOC的利用.

　　圖 1 pH、EC、OM、DOC隨時(shí)間的變化(*表示在給定時(shí)間蚯蚓處理組和對(duì)照組之間有顯著差異(p<0.05)，下同)

　　3.2 蚯蚓對(duì)MBC和DHA的影響

　　MBC是反映微生物量大小的重要指標(biāo).圖 2a中蚯蚓處理組和對(duì)照組MBC均呈大致相同的減小趨勢，前10 d變化劇烈，10 d后相對(duì)平緩.MBC持續(xù)降低表明微生物數(shù)量在不斷減少，這是因?yàn)橐环矫妫钚晕勰嘟?jīng)沉淀脫水后，微生物處于內(nèi)源呼吸期;另一方面，在脫水污泥顆粒表面附著的水膜中，有機(jī)物的降解依然在繼續(xù)，但營養(yǎng)物質(zhì)持續(xù)減少，兩種因素均限制了微生物數(shù)量的增長，造成MBC不斷降低.

　　圖 2a顯示，前30 d蚯蚓處理組MBC顯著高于對(duì)照組(p<0.05)，之后又顯著低于對(duì)照組(p<0.05)，穩(wěn)定在4.45~6.49 mg · g-1之間.這可能是因?yàn)榍捌隍球攫ひ杭芭判刮飳?duì)微生物的刺激作用促進(jìn)了微生物的增長(Aira et al., 2007);而后期隨著營養(yǎng)物質(zhì)的不斷減少，蚯蚓取食微生物的作用導(dǎo)致蚯蚓處理組MBC顯著低于對(duì)照組.

　　脫氫酶是一種胞內(nèi)酶，參與有機(jī)物的氧化磷酸化，其活性大小能表征活性微生物對(duì)基質(zhì)降解能力的強(qiáng)弱，可反映所有微生物的活性.由圖 2b可看出，蚯蚓處理組與對(duì)照組DHA呈相同的減小趨勢，前20 d下降明顯，20 d后趨于平緩，40 d后基本穩(wěn)定在較低水平，這表明污泥降解速率先快后慢(Fernández-Gómez et al., 2010b); 而DHA穩(wěn)定在較低水平說明污泥中大部分有機(jī)物已被降解.前30 d蚯蚓處理組比對(duì)照組DHA高，但無顯著性差異(p>0.05)，40 d后蚯蚓處理組DHA顯著低于對(duì)照組(p<0.05)，穩(wěn)定在2.98~6.40 mg · g-1 · h-1(以TPF計(jì))之間.前期蚯蚓刺激作用提高了微生物量，加速了OM的降解，導(dǎo)致后期OM含量較低，又由于DHA和OM 存在顯著正相關(guān)性(p<0.01)(表 1)，使得后期DHA處于較低水平，最終產(chǎn)物更加穩(wěn)定.此外，也有研究認(rèn)為DHA較低是由于蚯蚓對(duì)微生物的攝食作用造成的.具體參見 污水處理技術(shù)資料或污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔

　　表 1 對(duì)照組和蚯蚓處理組MBC、DHA、pH、EC、OM、DOC相關(guān)矩陣

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　　3.3 MBC、DHA、pH、EC、OM、DOC的相關(guān)關(guān)系

　　從表 1可以看出，蚯蚓處理組和對(duì)照組中MBC、DHA與OM呈顯著正相關(guān)，但與pH與EC之間無顯著相關(guān)性，表明污泥OM是MBC和DHA的主要限制因素.由蚯蚓處理組和對(duì)照組MBC、DHA及OM的變化曲線(圖 1c、圖 2)推測，微生物對(duì)污泥OM的降解起主要作用，蚯蚓則加快了降解的進(jìn)程，這與Sen等(2009)利用蚯蚓處理制糖工業(yè)廢棄物的研究結(jié)果一致.DOC與MBC、DHA之間無相關(guān)關(guān)系，可能與基質(zhì)性質(zhì)不同有關(guān)(Fernández-Gómez et al., 2010b).蚯蚓處理組與對(duì)照組中MBC和DHA 均呈顯著正相關(guān)，表明污泥微生物量與其活性存在密切關(guān)系.

　　4 結(jié)論

　　脫水污泥的降解速率呈先快后慢的變化趨勢，接種蚯蚓可減小體系pH的變化幅度，加速有機(jī)物的礦化.相比對(duì)照組，蚯蚓處理污泥后，MBC和DHA顯著降低.蚯蚓顯著提高了處理系統(tǒng)前期MBC，加速OM的降解，從而導(dǎo)致后期MBC與DHA較低，處理產(chǎn)物更加穩(wěn)定.