四種微型動物對污泥減量的比較摘要：根據(jù)食物鏈中C元素形態(tài)的改變，通過測量特定系統(tǒng)中非固態(tài)C（氣態(tài)和液態(tài)）的增加速率來確定微型動物對污泥的減量速率。利用污水處理過程中可能出現(xiàn)的四種微型動物（紅斑顠體蟲、蚤狀溞、顫蚓和卷貝）攝食污泥，通過非固態(tài)C增加速率試驗(yàn)得到四種微型動物對污泥的減量速率分別為0.8、0.18、0.54、0.1mg-sludge/(mg-Microfauna.d)。對于體型較大的微型動物（顫蚓和卷貝），該方法所得結(jié)果與直接稱量法的結(jié)果吻合，對于體型較小的微型動物（紅斑顠體蟲），該方法所得結(jié)果與連續(xù)反應(yīng)器中表觀減量速率一致，均說明該方法結(jié)果可信。

關(guān)鍵字：污泥減量速率微型動物攝食1前言利用微型動物對生物污泥進(jìn)行減量，雖然減量程度有限、穩(wěn)定性有待加強(qiáng)，但由于能耗低、不產(chǎn)生二次污染，作為一種生態(tài)工程技術(shù)受到關(guān)注[1-3]。目前有關(guān)利用微型動物對污泥進(jìn)行減量的研究存在兩個爭論：一個是微型動物在城市污水處理中對污泥減量效果是否明顯[4-7]，另一個是具體哪些微型動物對污泥具有顯著的減量效果[8-10]。這兩個爭論均源于缺乏微型動物對污泥的攝食速率這一關(guān)鍵數(shù)據(jù)。而測量微型動物對污泥減量速率的困難在于體型較小的微型動物攝食量微小，實(shí)驗(yàn)室常用的萬分之一天平不能達(dá)到精確稱量的要求，同時微型動物和污泥分離困難，而利用放射性元素進(jìn)行示蹤試驗(yàn)比較復(fù)雜，因此，需要建立一種簡單準(zhǔn)確的微型動物對污泥減量速率的測量方法。本文從微型動物對污泥減量的原理出發(fā)，提出非固態(tài)C產(chǎn)生速率法并用目前相關(guān)研究中采用的直接測量法和間接測量法進(jìn)行佐證。2試驗(yàn)原理與試驗(yàn)方法2.1試驗(yàn)原理所謂污泥減量，從物質(zhì)形態(tài)來看，是將系統(tǒng)中的固態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體和液體，從物質(zhì)形態(tài)上達(dá)到減量目的?？疾煳勰嘀兴急壤畲蟮腃元素（50％）形態(tài)的轉(zhuǎn)變，，作為固態(tài)的活性污泥被微型動物攝食后，一部分轉(zhuǎn)化為微型動物自身（固態(tài)的C），另一部分則由于微型動物排泄、呼吸作用，形成溶解在水中的液態(tài)C和氣態(tài)C，從而達(dá)到污泥減量的效果。在相對封閉系統(tǒng)中微型動物攝食滅菌污泥（防止活菌代謝產(chǎn)生非固態(tài)C干擾），導(dǎo)致污泥中固態(tài)C向非固態(tài)C的轉(zhuǎn)化，通過測量非固體C轉(zhuǎn)化速率得到微型動物對污泥減量速率。預(yù)備試驗(yàn)驗(yàn)證，紅斑顠體蟲等微型動物對活菌并沒有選擇性攝食。2.2試驗(yàn)方法試驗(yàn)流程如圖2，從活性污泥曝氣池中分離并經(jīng)過消毒（包括0.4％NaCl催吐、0.005％NaOCl和0.1％青霉素和鏈霉素消毒）的不同數(shù)量的微型動物置于已經(jīng)消毒的安瓿瓶中（裝置見圖3），其中約1/3是滅菌污泥，其余是氣體（如圖3中左圖）。通過氣相色譜（TC-14,SHIMADZU,中國）測定安瓿瓶中的CO2；VOC分析儀（VOCdetector,PGM7240,RAESystem,Sunnyvale,美國）測定氣體中VOC（由于VOC測定儀是在線檢測，所以在測定VOC時使用的裝置如圖3中右圖，其中瓶體積為500ml，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連接管路的體積，忽略由于連接管路體積帶來的誤差，干燥劑可以防止水分對VOC測定的影響），同時用TOC儀（TOC-5000A,SHIMADZU,KYOTO,日本）測定水中TOC。圖2實(shí)驗(yàn)流程圖3實(shí)驗(yàn)裝2.3污泥減量計(jì)算方法微型動物對污泥減量速率RS計(jì)算如等式（1），RS=RNS-C/0.5=(RIC+ROC)/0.5=(RIC-G+RIC-S+ROC-G+ROC-S)/0.5,(1)其中，RS單位：mg-VSS/(mg-microfauna.d)，RNS-C為系統(tǒng)中非固態(tài)C增加速率，單位mg-C/(mg-microfauna.d)，RNS-C分為非固態(tài)無機(jī)C增加速率RIC和非固態(tài)有機(jī)C增加速率ROC，其中RIC和ROC又各分別包括氣體和液體中C的增加速率：RIC-G、RIC-S、ROC-G、ROC-S。系統(tǒng)中RIC的確定系統(tǒng)內(nèi)氣體中無機(jī)C（即CO2）和污泥中無機(jī)C（包括H2CO3、HCO3-和CO32-）滿足Henry定律，如圖4，雖然當(dāng)CO2在濃度較低時在水中和污泥溶液中有一些差異，但在濃度較高(>5000ppm)呈線性關(guān)系，且相對斜率非常接近，這主要是由于CO2濃度較低時，污泥溶液類似于緩沖溶液，可以通過污泥絮體過量吸附CO2，而當(dāng)這類吸附達(dá)到飽和以后CO2和液體中的無機(jī)C就滿足Henry定律。這樣就可以只測量氣體中CO2的增加速率，而后通過Henry常數(shù)得到無機(jī)C增加速率，即RIC=RIC-G/0.555。圖4污泥中無機(jī)C平衡系統(tǒng)中ROC的確定系統(tǒng)中氣體有機(jī)C的增加即是VOC的增加，如圖3中右圖裝置，在線測量系統(tǒng)中CO2濃度的同時測量其中VOC的濃度，當(dāng)CO2的濃度從1000增加到20000ppm時，VOC的濃度僅從400增加到700ppb，其濃度以及增加速率均不及CO2的0.1%，完全可以忽略系統(tǒng)中由于微型動物攝食導(dǎo)致VOC增加部分，即ROC≈ROC-S，ROC-S可以通過測量污泥溶液中TOC得到。這樣，微型動物對污泥減量速率可以如下公式計(jì)算：RS=(RIC-G/0.56+ROC-S)/0.5(2)3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1通過CO2測定確定微型動物代謝產(chǎn)生無機(jī)C速率以顫蚓為例，每隔一段時間（12h）測定含有不同數(shù)量（1－12ind）顫蚓瓶中氣體的CO2濃度。圖5CO2隨時間和顫蚓數(shù)量而改變?nèi)鐖D5，隨著時間和顫蚓數(shù)量的增加，氣體中CO2濃度隨之增加。由圖5數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到CO2的增加速率RCO2=275.87ppm/(ind-Tubifex.h)RIC=RCO2/1000000/24.5×18×12×24/0.5/0.555RIC的單位是mg-C/(mg-Tubifex.d).上式中，24.5是25oC時的理想氣體常數(shù)，18為安瓿瓶體積(ml),12為C原子量,24表示每天24小時，0.5表示每條顫蚓干重為0.5mg（為了便于比較不同微型動物，單位統(tǒng)一為干重，mg）。得到顫蚓對無機(jī)C增加速率RIC=0.23mg-C/(mg-Tubifex.d)。同樣試驗(yàn)還做過4次，當(dāng)顫蚓條數(shù)增加到20條時，試驗(yàn)用瓶的體積為35ml。計(jì)算得到RIC的范圍是0.2286-0.2522mg-C/(mg-Tubifex.d)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0095mg-C/(mg-Tubifex.d).3.2通過測定TOC確定微型動物導(dǎo)致水中溶解性有機(jī)C增加速率測量試驗(yàn)前后上清液（經(jīng)過0.45μm過濾）中TOC濃度的變化，TOC濃度的增加和顫蚓數(shù)量成正比（時間是試驗(yàn)整個試驗(yàn)過程），直線擬合計(jì)算得到的斜率0.0157mg-DOC/(ind-Tubifex.d)算得ROC=0.0157/0.5=0.0314mg-DOC/(mg-Tubifex.d)。將以上兩種速率相加，可以得到由于顫蚓的攝食，經(jīng)過自身對C的代謝導(dǎo)致非固態(tài)C增加的速率，進(jìn)而可以確定出微型動物對污泥減量的速率RS=(RIC-G/0.555+ROC-S)/0.5=(0.23+0.0314)/0.5=0.5228mg-sludge/(mg-Tubifex.d)。3.3直接測量顫蚓減量速率由于顫蚓體型較大，相對容易與污泥分離，所以通過測量不同數(shù)量顫蚓攝食以后污泥干重來確定顫蚓對污泥減量的比例。每組不同數(shù)量的顫蚓做7組平行試驗(yàn)，取其平均值，計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為誤差限。圖中部分標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，而且16條顫蚓對污泥的減量速率反而高于20條顫蚓的結(jié)果，說明即便顫蚓體型較大，和污泥分離相對容易，但直接秤量還是存在較大誤差。試驗(yàn)持續(xù)一天，通過直線擬合得到斜率為-0.32mg-sludge/(ind-Tubifex.d)，換算得到顫蚓的直接污泥減量速率為0.64mg-sludge/(mg-Tubifex.d)。前面通過計(jì)算非固態(tài)C增加速率得到的污泥減量速率是0.52mg-sludge/(mg-Tubifex.d)。這表明利用食物鏈中C形態(tài)變化計(jì)算得到的污泥減量速率的方法和直接測量的結(jié)果相同。在卷貝試驗(yàn)中也又類似結(jié)論。3.4間接測量紅斑顠體蟲對污泥的減量速率前面提到，在確定微型動物對污泥減量中使用的間接表觀減量，其計(jì)算過程如下：首先計(jì)算得到系統(tǒng)產(chǎn)率系數(shù)Y（如等式3）。對于紅斑顠體蟲和在不同條件下連續(xù)運(yùn)行的CAS反應(yīng)V：反應(yīng)器體積(L)；X：反應(yīng)器中污泥濃度(mg-VSS/L)；Q：流速(L/d)；C：COD濃度(mg/L)。下標(biāo)i，e，和w分別代表進(jìn)水、出水可以看出無論是去除負(fù)荷還是污泥齡的改變，污泥產(chǎn)率系數(shù)Y都和紅斑顠體蟲密度呈負(fù)相關(guān)。盡管Y可以受到其他因素的影響，可以粗略地將Y和紅斑顠體蟲密度進(jìn)行線性擬合，得到的斜率為ΔY。表觀減量速率RS可以通過等式（4）計(jì)算得到，結(jié)果列在表2中。RS=ΔY×ΔF/M/0.0005(4)ΔF/M：去除負(fù)荷（mg-COD/mg-VSS.d）；RS：表觀減量速率（mg-VSS/(mg-A.hemprichi..d)），單條紅斑顠體蟲干重為0.0005mg。RS的范圍在0.53-6.32mg-VSS/(mg-A.hemprichi.d)，該值受到影響的因素較多，而通過食物鏈中C形態(tài)變化得到的紅斑顠體蟲減量速率為0.8mg-VSS/(mg-A.hemprichi.d)，和RS相比較不容忽略，說明由于紅斑顠體蟲的攝食在活性污泥系統(tǒng)具有污泥減量的作用。3.5四種微型動物對污泥的減量速率由于四種微型動物中顫蚓和卷貝體型較大，也相對易于與污泥分離，所以有直接測量的結(jié)果。這兩種微型動物直接測量結(jié)果和通過食物鏈中C形態(tài)變化得到的減量速率相近。說明通過食物鏈中C形態(tài)變化得到的減量速率的試驗(yàn)方法可信，可以嘗試對比紅斑顠體蟲體型更小的微型動物進(jìn)行測試。微型動物對污泥減量速率的大小和微型動物的門或?qū)儆嘘P(guān)，寡毛綱環(huán)節(jié)動物要比節(jié)肢動物門甲殼綱和軟體動物門腹足綱動物對污泥的減量速率要高。推測可能和微型動物身體形狀有關(guān)，寡毛綱環(huán)節(jié)動物呈線形，在相同體積下，表面積要大于球體，使得其代謝更快。雖然，在實(shí)際試驗(yàn)中卷貝每日攝食量達(dá)到其自身體重的數(shù)倍，但由于所排遺的糞便量也大，所以其減量效果有限。不同種屬的微型動物，由于攝食導(dǎo)致固態(tài)C向液態(tài)和氣態(tài)C轉(zhuǎn)變的比例也不完全相同，如卷貝對污泥的減量速率中對液態(tài)和氣態(tài)C轉(zhuǎn)變比例相近，而其他三種動物都是氣態(tài)C要大于液態(tài)C。在同一種屬中也可能由于體型大小不同而導(dǎo)致污泥減量速率不同。紅斑顠體蟲減量速率要略高于顫蚓，主要的原因是紅斑顠體蟲較小，比表面積較顫蚓大，所耗散的能量高，對污泥的減量速率高。4結(jié)論1)通過測量特定系統(tǒng)非固態(tài)C增加速率確定微