曝氣強(qiáng)度對蠕蟲捕食污泥過程的影響

張曉琦,田 禹*,王 強(qiáng)(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱150090；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150090；.黑龍江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150056)

曝氣強(qiáng)度對蠕蟲捕食污泥過程的影響

張曉琦1,2,田 禹1,2*,王 強(qiáng)3(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱150090；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150090；3.黑龍江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150056)

利用寡毛綱蠕蟲-水絲蚓(Limnodrilus sp.)的捕食實(shí)現(xiàn)污泥量的削減,并針對曝氣強(qiáng)度對蠕蟲捕食污泥過程的影響,考察了不同的曝氣強(qiáng)度所引起的蠕蟲活性、泥水性質(zhì)和污泥減量效能等的變化.結(jié)果表明:蠕蟲對曝氣強(qiáng)度的耐受能力有限,其受損程度與曝氣強(qiáng)度和時間正相關(guān),低強(qiáng)度的間歇曝氣下蠕蟲受損數(shù)量較低,為總數(shù)的 1.7%.蠕蟲的組織乳酸脫氫酶活力在 2.8～9.5m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度下明顯升高,表現(xiàn)了較高的物質(zhì)代謝和能量消耗水平.較低的曝氣強(qiáng)度下污泥上清液中硝酸鹽氮的累積較輕.蠕蟲對污泥的捕食能夠抑制低曝氣強(qiáng)度下溶氧缺乏所引起的污泥容積指數(shù)(SVI)增加,改善污泥的沉降性.在2.8m3/(m2·h)的間歇曝氣下,污泥減量效率比連續(xù)曝氣的污泥減量效率更穩(wěn)定.

：曝氣；蠕蟲；捕食；污泥減量；污泥容積指數(shù)；脫氮

目前,我國城市污水污泥的產(chǎn)量迅猛增長,2011年,全國廢水排放總量為652.1億t[1],大部分廢水采用活性污泥法進(jìn)行處理,處理過程中約40%～60%的進(jìn)水 BOD轉(zhuǎn)化為污泥[2].這些污泥富含氮、磷等有機(jī)質(zhì)和重金屬等污染物,具有污染和可生物利用的雙重屬性[3].由于產(chǎn)量高和污染大,污泥的處理與處置已成為當(dāng)前迫切需要解決的重大環(huán)境問題.由于傳統(tǒng)的污泥處置技術(shù)如填埋、焚燒、農(nóng)用等存在能源耗費(fèi)或二次污染等技術(shù)瓶頸[4],尋求低能耗、低二次污染的污泥處理新技術(shù)成為了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注熱點(diǎn).

生物捕食技術(shù)是近年來的新興發(fā)展方向,具有純生態(tài)、低能耗和低二次污染的優(yōu)點(diǎn).污水污泥是一個微生物生態(tài)系統(tǒng),由底物(污染物)到污泥中的細(xì)菌和真菌類微生物組成了食物鏈,通過在污水污泥中投加污泥捕食者—微型動物,可以延長這一食物鏈.根據(jù)食物鏈理論,低營養(yǎng)級的物質(zhì)和能量以10%～20%的低轉(zhuǎn)化效率被高營養(yǎng)級利用,因此,微型動物的生長必將消費(fèi)大量的污泥,從而明顯地削減污泥濃度[5-6].20世紀(jì) 90年代, Ratsak等[5]發(fā)現(xiàn)了微型動物的污泥捕食現(xiàn)象,此后Rensink[7-8]和Lee等[9]開始了對生物捕食技術(shù)的探索;Hendrickx等[10-11]、Huang等[12]、Tian等[13]和 Wei等[14]設(shè)計(jì)了多種新型的生物捕食污泥減量反應(yīng)器,探討了污泥減量的效能.近年來,污水處理系統(tǒng)中的水生寡毛綱動物的污泥減量性能引起了關(guān)注.水生寡毛綱顫蚓科的水絲蚓在污水處理行業(yè)稱為“蠕蟲”,具有較強(qiáng)的污泥吞食能力,在我國分布廣泛,是微型動物捕食技術(shù)較理想的“捕食者”.根據(jù)蠕蟲自身的生物特性,在生物捕食系統(tǒng)中提供適宜其生長的環(huán)境條件是實(shí)現(xiàn)污泥減量的前提和關(guān)鍵.然而,已有研究更關(guān)注污泥捕食效能,而較少地關(guān)注蠕蟲的生長活性.

蠕蟲是低等環(huán)節(jié)動物,在自然水體中,頭部扎入底泥,尾部在水中搖擺,以穴居的方式生活, 對來自環(huán)境的物理刺激敏感[15],在感知環(huán)境異常后迅速縮入洞穴躲避.在污泥環(huán)境中,為保證蠕蟲在較高的密度下生存和捕食,必須提供合理的輔助供氧措施.曝氣是將空氣中的氧強(qiáng)制向液體中轉(zhuǎn)移的過程[16].利用空氣壓縮機(jī)曝氣是生物捕食系統(tǒng)常用的供氧方式.以往的研究中雖然對生物捕食系統(tǒng)的溶解氧濃度進(jìn)行過探討[11],但曝氣對蠕蟲捕食污泥過程的作用和影響鮮有報(bào)道.由于蠕蟲畏懼環(huán)境中的物理刺激,曝氣引起的泥水循環(huán)流動可能對蠕蟲的生長存在不利影響,以至于降低污泥減量效能.同時,蠕蟲捕食過程引起泥水性質(zhì)的變化,如營養(yǎng)物質(zhì)的釋放和污泥沉降性的改變等,這些性質(zhì)變化關(guān)系到捕食后污泥的后續(xù)處理,而不同曝氣強(qiáng)度下的蠕蟲捕食對泥水性質(zhì)的影響程度也可能不同.因此,本研究以曝氣強(qiáng)度為切入點(diǎn),探討不同的曝氣強(qiáng)度引起的蠕蟲生理活性、捕食效能、污泥沉降性能和污泥上清液水質(zhì)變化,以期解析曝氣強(qiáng)度和蠕蟲捕食污泥過程的內(nèi)在關(guān)聯(lián),獲得保障蠕蟲良好生長和穩(wěn)定捕食污泥的最佳曝氣條件,為完善生物捕食技術(shù)提供理論研究基礎(chǔ)和技術(shù)參考.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

挑取個體強(qiáng)壯、顏色鮮紅并且活性較好(在水體中尾部擺動活躍、觸碰后收縮反應(yīng)靈敏)的寡毛綱、顫蚓科、水絲蚓屬(Oligochaeta, Tubificidae, Limnodrilus sp.)的蠕蟲待用.蠕蟲來源于自然環(huán)境,因此實(shí)驗(yàn)前以自來水對其進(jìn)行溫和沖洗,并置于室溫自來水中過夜,以清除蟲體表面和腸胃中的泥土、枯葉等雜質(zhì).

污泥取自哈爾濱市太平污水處理廠的污泥回流泵房,原污泥濃度為 7000mg/L左右.取回的污泥采用SBR方法進(jìn)行培養(yǎng),污泥的培養(yǎng)采用人工模擬污水.正式實(shí)驗(yàn)時調(diào)節(jié)污泥濃度為3000mg/L左右.

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)一:利用空氣壓縮機(jī),以微孔曝氣方式對蠕蟲捕食污泥過程進(jìn)行供氧.調(diào)節(jié)供氣量,在污泥中分別施加曝氣強(qiáng)度為 2.8,4.7,9.5m3/(m2·h)的連續(xù)曝氣以及 2.8m3/(m2·h)的間歇曝氣(曝停比為5min:15min)并投加蠕蟲,投加比約為 12g/L,以不投加蠕蟲的同樣污泥作為對照,污泥停留時間為3d,比較原污泥和捕食后污泥、對照污泥的容積指數(shù)(SVI)、污泥濃度(MLSS)和污泥上清液的三氮和化學(xué)需氧量(COD)濃度,測定蠕蟲組織中的乳酸脫氫酶(LDH)活力,評估曝氣強(qiáng)度對生物捕食過程的影響.設(shè)置平行實(shí)驗(yàn) 3次.污泥濃度、污泥容積指數(shù)(SVI)和上清液水質(zhì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測定[17-18].乳酸脫氫酶的活力使用南京建成生物工程研究所研制的 LDH試劑盒相應(yīng)方法測定.

實(shí)驗(yàn)二:控制曝氣強(qiáng)度分別為 2.8,4.7,9.5, 18.9,37.9m3/(m2·h),對裝有300mL污泥混合液的燒杯持續(xù)曝氣,另設(shè)一燒杯以2.8m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度間歇曝氣(曝停比為 5min:15min);以不施加曝氣的污泥混合液作為對照.每個燒杯中投加20條蠕蟲并置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),溫度為(25±1) .℃每天對燒杯中體長完整的蠕蟲進(jìn)行清點(diǎn)和計(jì)數(shù),用以計(jì)算因曝氣受損的蠕蟲比例,連續(xù)觀察3d.此實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次.上述觀察和計(jì)數(shù)結(jié)束后,在2.8m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度下分別以連續(xù)曝氣和間歇曝氣的方式培養(yǎng)蠕蟲直至 20d,計(jì)算因曝氣受損的蠕蟲個數(shù)比例.

1.3 計(jì)算

2 結(jié)果與分析

2.1 曝氣對污泥減量效率的影響

圖1 連續(xù)和間歇曝氣條件下的污泥減量效率比較Fig.1 Comparison of sludge reduction efficiency under continuous and intermittent aeration conditions

如圖 1所示,曝氣強(qiáng)度對污泥減量程度和穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的影響,當(dāng)以 2.8,4.7m3/(m2·h)曝氣強(qiáng)度實(shí)施連續(xù)曝氣時,污泥減量效率隨著時間的延長發(fā)生明顯波動,考察期內(nèi)平均污泥減量效率分別為23.5%和21.6%.當(dāng)以9.5m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度實(shí)施連續(xù)曝氣時,污泥減量效率明顯降低,考察期內(nèi)平均污泥減量效率僅為 7.9%.相比之下,2.8m3/(m2·h)的間歇曝氣有利于污泥減量效率的穩(wěn)定,在考察期內(nèi)平均污泥減量效率為 28.7%.污泥捕食效率的波動和降低是蠕蟲生長和捕食污泥能力的不穩(wěn)定造成的.蠕蟲具有敏感的神經(jīng)系統(tǒng),較強(qiáng)的曝氣一方面引起蠕蟲的“逃縮”反應(yīng),在神經(jīng)元的作用下[14],使其肌肉收縮,從而進(jìn)食受阻;另一方面也可能造成蠕蟲身體的物理損傷,使能有效作用于污泥的蠕蟲數(shù)量減少.

2.2 曝氣對蠕蟲活性的影響

2.2.1 蠕蟲斷裂比例 蠕蟲是身體柔軟的無脊椎環(huán)節(jié)動物,當(dāng)曝氣強(qiáng)度過大時蠕蟲會被氣泡和水流的剪切力折斷.由表 1可見,在未曝氣和2.8m3/(m2·h)間歇曝氣的水體中,蠕蟲在 3d的考察期內(nèi)體長完整,受損蠕蟲的比例為 0;當(dāng)曝氣強(qiáng)度≥4.7m3/(m2·h)時,蠕蟲受損程度遞增,并與曝氣時間和強(qiáng)度正相關(guān).以 37.9m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度連續(xù)曝氣3d后,蟲體斷裂過度、形成了數(shù)段短小的體節(jié),以至于無法計(jì)算其斷裂比例.上述結(jié)果證明了蠕蟲對曝氣的有限的承受能力.已有研究表明,寡毛綱動物身體斷裂后可能具有再生能力,斷面的肌肉形成結(jié)節(jié)狀的再生芽基,從而重新發(fā)育為完整的個體,但其再生能力與斷裂水平有關(guān),當(dāng)蠕蟲體節(jié)損失過多則不易再生[19].根據(jù)觀察,本研究中過度斷裂的蠕蟲體節(jié)難以在污泥中再生.這些斷裂的蠕蟲體節(jié)在剛剛斷裂時能夠扭動,隨著在污泥中停留時間的延長,在曝氣的擾動下會逐漸失活、變白,最終在污泥中自溶消失.因此,蠕蟲的斷裂和受損嚴(yán)重時會顯著影響生長的穩(wěn)定性,進(jìn)而影響其捕食活性.

根據(jù) 3d的考察結(jié)果,2.8m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度對蠕蟲造成的物理損傷較小.因此,進(jìn)一步延長蠕蟲的停留時間為 20d,考察了以這一曝氣量進(jìn)行間歇和連續(xù)曝氣時蠕蟲的受損程度.結(jié)果表明,在 20d的考察期內(nèi),平均受損蠕蟲個數(shù)比例分別為 5.6%和 1.7%.這說明對于蠕蟲生長和生存而言,低強(qiáng)度的間歇曝氣優(yōu)于連續(xù)曝氣,也說明即使是曝氣強(qiáng)度較低的間歇曝氣條件下,少量的蟲體斷裂也是不能避免的.

表1 不同曝氣強(qiáng)度下蠕蟲的受損比例(%)Table 1 Percentage of injured worm number under different aeration intensities (%)

圖2 不同曝氣強(qiáng)度下的蠕蟲組織乳酸脫氫酶活力Fig.2 Lactate dehydrogenase activity in worm tissue under different aeration intensities

2.2.2 蠕蟲生存的溶解氧 水生寡毛綱蠕蟲是通過皮膚呼吸的環(huán)節(jié)動物,皮膚表面遍布稠密的微血管,血紅素豐富,在溶解氧充足的環(huán)境下表現(xiàn)為鮮紅色,當(dāng)溶解氧缺乏時,血液與氧結(jié)合不暢表現(xiàn)為灰白色.將蠕蟲放置入裝滿泥水混合物的密閉三角瓶中,考察其生存能夠耐受的溶解氧下限,觀察結(jié)果表明,當(dāng)溶解氧濃度為 0.7mg/L 時蠕蟲體表的紅色基本正常,蠕蟲抱團(tuán);當(dāng)污泥中溶解氧濃度僅為0.2mg/L時,蠕蟲顏色呈灰白色,匍匐于瓶底,仍能生存,將此蠕蟲放入溶解氧濃度為2.0mg/L的泥水混合物中,蠕蟲顏色立刻恢復(fù)為鮮紅色;當(dāng)溶解氧濃度降至 0mg/L,蠕蟲死亡.因此認(rèn)為蠕蟲能夠適應(yīng)較低溶解氧環(huán)境,對低曝氣強(qiáng)度具有適應(yīng)能力.

2.2.3 蠕蟲的乳酸脫氫酶變化 蠕蟲捕食污泥的過程中,蠕蟲的生存和生長需要消耗能量,能量消耗水平與環(huán)境條件的變化密切相關(guān).乳酸脫氫酶是動物糖代謝過程中的末端關(guān)鍵酶系,動物組織中乳酸脫氫酶的活力表征其能量代謝的活躍程度[20].LDH活力升高,說明蠕蟲代謝旺盛,能量消耗較大.由圖2可見, 2.8～9.5m3/(m2·h)的曝氣強(qiáng)度對蠕蟲的能量代謝水平有顯著的促進(jìn)作用,蠕蟲的 LDH活力和對照值相比提高了 6.3%～27.4%.這說明這一曝氣范圍下,蠕蟲維持生命代謝的酶活性提高,這是由于其活動強(qiáng)度增大造成的,即蠕蟲隨著氣泡和水流擺動的過程加強(qiáng)了肌體消耗.從能量供給的角度考慮,適當(dāng)?shù)哪芰肯目赡軙龠M(jìn)其對糖代謝底物的需求,從而增加蠕蟲對污泥的食欲.過大的曝氣[曝氣強(qiáng)度為18.9m3/(m2·h)]對蠕蟲的LDH活力則有抑制作用,推斷可能是由于激烈的曝氣對蠕蟲正常的生理機(jī)能造成了一定的破壞,一些機(jī)能代謝由于曝氣環(huán)境的不適停止活動[20].觀察發(fā)現(xiàn),在長期連續(xù)曝氣下的蠕蟲蟲體比間歇曝氣的蟲體略瘦弱,這說明雖然蠕蟲的能量代謝在連續(xù)曝氣時較大,但由于曝氣對蠕蟲的驚擾,消耗的能量無法有效地通過進(jìn)食而補(bǔ)充.結(jié)合蠕蟲在不同曝氣強(qiáng)度下的污泥減量效率和受損程度,認(rèn)為低曝氣強(qiáng)度的間歇曝氣對污泥捕食、蠕蟲生長和能量代謝具有積極影響.

2.3 不同曝氣條件對污泥上清液的營養(yǎng)物釋放的影響

2.3.1 污泥上清液的氮素濃度 蠕蟲的捕食和排泄會引起污泥中有機(jī)物向水相的釋放.首先比較了初始污泥和不同曝氣強(qiáng)度下蠕蟲捕食后污泥的上清液氮素濃度,結(jié)果如圖 3所示.在各個曝氣強(qiáng)度下,經(jīng)蠕蟲捕食的污泥上清液中都觀察到了氨氮的釋放現(xiàn)象,但捕食后水體的氨氮濃度仍然較低,僅為 0.0057～0.0093mg/L.強(qiáng)曝氣[9.5m3/ (m2·h)]下捕食后污泥上清液的氨氮濃度低于其他較低曝氣強(qiáng)度下的濃度,這一方面是由于較強(qiáng)的曝氣對氨氮的吹脫作用,另一方面也是由于蠕蟲在這一曝氣強(qiáng)度下斷裂相對較多,活性降低,捕食的污泥較少,因此向污泥中釋放的排泄物較少.

圖3 曝氣強(qiáng)度對污泥上清液氮素濃度的影響Fig.3 Effect of aeration intensity on nitrogen concentrations in supernatant of sludge

當(dāng)曝氣強(qiáng)度較低[2.8m3/(m2·h)]時,捕食后污泥上清液的硝酸鹽氮累積程度較輕,并產(chǎn)生少量的亞硝酸鹽氮;而曝氣強(qiáng)度提高后[4.7,9.5m3/ (m2·h)],污泥上清液中的硝酸鹽則發(fā)生明顯的累積.這是由于曝氣強(qiáng)度較低可導(dǎo)致污泥沉積,污泥沉積層內(nèi)部存在一定的缺氧區(qū),促進(jìn)了微生物反硝化作用的進(jìn)行,有利于硝酸鹽的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化[21];當(dāng)曝氣強(qiáng)度增高后,污泥趨于混合,污泥內(nèi)部溶解氧濃度提高,溶解氧將穿透活性污泥絮體,破壞絮體內(nèi)部的缺氧環(huán)境,抑制了氧敏感性酶-硝酸還原酶的活性,從而阻礙了微生物反硝化作用的進(jìn)行,影響了硝酸鹽的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化.綜合比較不同曝氣條件下污泥上清液的氮素濃度變化,發(fā)現(xiàn)在蠕蟲捕食污泥過程中雖然存在輕度的氨氮釋放,但維持較低的曝氣強(qiáng)度有利于緩解水體的硝酸鹽累積和氮素的脫除.

2.3.2 污泥上清液的COD濃度 由圖4可見,蠕蟲捕食引起了污泥中 COD的釋放,曝氣強(qiáng)度為2.8m3/(m2·h)的間歇和連續(xù)曝氣下,捕食后污泥上清液最終COD濃度分別約為初始濃度的2.8和2.9倍;當(dāng)曝氣強(qiáng)度提高至4.7m3/(m2·h)時,捕食后污泥上清液COD濃度為初始濃度的2.3倍;而當(dāng)曝氣強(qiáng)度為9.5m3/(m2·h)時,捕食后污泥上清液COD濃度約為初始濃度的0.6倍.蠕蟲捕食污泥過程中存在COD釋放和COD降解兩個作用,上述結(jié)果說明 COD釋放作用大于降解作用.相比于低曝氣強(qiáng)度,較高曝氣強(qiáng)度下捕食后 COD濃度較低,這一方面是由于此曝氣強(qiáng)度下蠕蟲捕食污泥效率較低,相應(yīng)的營養(yǎng)物釋放較低;同時,較高曝氣強(qiáng)度下供氧更充分,污泥對污染物的有氧代謝能力也相應(yīng)提高.然而,由于較低的曝氣強(qiáng)度下更有利于蠕蟲對污泥的捕食,在保證蠕蟲有效捕食的前提下,捕食過程中會不可避免地發(fā)生COD的明顯釋放.

圖4 曝氣強(qiáng)度對污泥上清液COD濃度的影響Fig.4 Effect of aeration intensity on COD concentrations in supernatant of sludge

2.4 曝氣對污泥SVI的影響

由圖 5可見,當(dāng)曝氣強(qiáng)度為 2.8～4.7m3/(m2·h)時,對照組污泥的SVI值上升了7.8%～22.9%,而蠕蟲捕食后污泥的 SVI值均略低于初始值,證實(shí)了在這一曝氣強(qiáng)度范圍下,蠕蟲的捕食作用可以改善污泥的沉降性并抑制污泥的膨脹.對比這一曝氣強(qiáng)度范圍的捕食后污泥 SVI值可以發(fā)現(xiàn),2.8m3/(m2·h)的間歇曝氣下蠕蟲捕食后污泥的SVI值降低幅度更大,蠕蟲對污泥SVI膨脹的抑制作用也更為明顯,這也間接證明了這一曝氣強(qiáng)度下蠕蟲對污泥的作用更充分.污泥沉降性的改善是由于污泥絮體結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致的[22].蠕蟲對污泥的撕扯、吞食、消化和排泄作用可以看作是“生物溶胞”的過程,一方面,被吞食的菌體在蠕蟲腸道水解酶的作用下發(fā)生破壁水解,經(jīng)過蠕蟲消化后剩余殘?jiān)懦鲶w外,這部分殘?jiān)饕獮榇x產(chǎn)物、未消化完全的菌體碎片和污泥中無法被消化降解的無機(jī)成分,Hendrickx等[23]證實(shí),蠕蟲的糞便密度高于污泥,因此更容易被濃縮.與此同時,蠕蟲對污泥絮體的撕扯也導(dǎo)致污泥絮體粒徑的迅速降低,疏松的污泥發(fā)生解絮作用,污泥粒徑降低,使其沉積時絮體間的空隙減少,污泥體積降低.

溶解氧與污泥的沉降性密切相關(guān),當(dāng)溶解氧濃度較低時,污泥SVI上升,存在膨脹的可能[24-25].當(dāng)曝氣強(qiáng)度為 2.8～4.7m3/(m2·h)時對照組污泥的SVI值上升即是由于溶解氧傳質(zhì)不均勻造成的.而當(dāng)曝氣強(qiáng)度為9.5m3/(m2·h)時,對照污泥的SVI呈降低趨勢,也證明了溶解氧較高時對SVI值的抑制作用.試驗(yàn)中觀察到曝氣強(qiáng)度為 2.8～4.7m3/ (m2·h)的對照污泥底部有發(fā)黑、厭氧的情況出現(xiàn),但當(dāng)有蠕蟲存在時污泥沒有厭氧的跡象,可見蠕蟲的擺動和穿行也促進(jìn)了污泥中氧的傳輸,從而緩解了污泥因?yàn)檠跞狈Χ鴮?dǎo)致的 SVI上升、沉降性變差的趨勢.因此,可以認(rèn)為在較低的曝氣強(qiáng)度下,蠕蟲的捕食能夠改善污泥的沉降性能.

圖5 曝氣強(qiáng)度對捕食后污泥沉降性的影響Fig.5 Effect of aeration intensity on sludge settling after predation by worms

3 結(jié)論

3.1 低強(qiáng)度的間歇曝氣有利于蠕蟲捕食污泥性能的穩(wěn)定.蠕蟲在2.8m3/(m2·h)的間歇曝氣下平均污泥減量效率為28.7%.

3.2 當(dāng)曝氣強(qiáng)度≥4.7m3/(m2·h)時,蠕蟲受損程度與曝氣時間和強(qiáng)度成正比.以2.8m3/(m2·h)的間歇曝氣20d后,受損蠕蟲的平均個數(shù)比例較低,為總體的1.7%.

3.3 在曝氣強(qiáng)度為2.8～9.5m3/(m2·h)的污泥捕食過程中,蠕蟲的乳酸脫氫酶活力升高,說明曝氣使蠕蟲代謝旺盛,能量消耗增大.

3.4 捕食過程中污泥上清液中存在輕度的氨氮釋放,當(dāng)曝氣強(qiáng)度為2.8,4.7m3/(m2·h)時,污泥形成沉積層,水體的硝酸鹽累積減少,有利于氨氮的轉(zhuǎn)化.

3.5 蠕蟲的捕食作用可以緩解低曝氣強(qiáng)度時污泥的微膨脹趨勢,改善污泥的沉降性.

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“中國青年女科學(xué)家獎”評選揭曉 3位生態(tài)環(huán)境專家獲獎

第十屆“中國青年女科學(xué)家獎”頒獎儀式日前在北京舉行,來自全國的10位青年女科學(xué)家獲此殊榮,其中3位是生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的科學(xué)家.

她們是北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系研究員孟智勇、北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授許鳳和云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副院長于黎.

孟智勇長期致力于中尺度(水平尺度為2～2000km)災(zāi)害性天氣的研究,她在對北京2012年7月21日暴雨過程的研究中首次證實(shí)了北京歷史上極其罕見的龍卷風(fēng)天氣的發(fā)生,為災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)警提供了重要觀測證據(jù).

許鳳從事生物質(zhì)高值化利用研究,建立了秸稈全組分清潔分離新技術(shù)體系,保持了分離組分(纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)較高的化學(xué)和生物反應(yīng)活性,可以作為生產(chǎn)生物乙醇、可降解塑料包裝薄膜和環(huán)保膠黏劑的原料,實(shí)現(xiàn)了變廢為寶,提高了可再生資源的利用效率.

于黎主要從事我國西南部珍稀瀕危動物的分子進(jìn)化研究,不僅揭示了它們的起源和演變過程,而且發(fā)展了分子進(jìn)化的相關(guān)理論,推動了生物多樣性演變機(jī)制及資源生物持續(xù)利用的分子基礎(chǔ)研究,具有重要的保護(hù)生物學(xué)價值.

“中國青年女科學(xué)家獎”評選始于 2004年,旨在表彰和獎勵在基礎(chǔ)科學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域取得重大科研成果的女性青年科學(xué)家,以促進(jìn)科技進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展.

摘自《中國環(huán)境報(bào)》

2013-12-27

Effect of aeration intensity on the process of sludge predation by worms.

ZHANG Xiao-qi1,2, TIAN Yu1,2*, WANG

Qiang3(1.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China；2.School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China；3.Heilongjiang Provincial Research Institute of Environmental Sciences, Harbin 150056, China). China Environmental Science, 2014,34(2)：345～351

Sludge reduction can be achieved through the predation by oligochaeta worm-Limnodrilus sp.. To analyze the effect of aeration intensity on the process of sludge predation, changes in worm activity, sludge properties and sludge reduction efficiency under different intensities of aeration were investigated. The results showed that these worms had limited tolerance to aeration intensity. The number of injured worms increased with the increasing aeration intensity and retention time in sludge, and fewer injured individuals (1.7% of the total)was found under the mild intermittent aeration. The lactate dehydrogenate activity of worms was higher under the aeration intensity of 2.8～9.5m3/(m2·h), which may imply the higher level of material metabolism and energetic consumption of the worms at those aeration conditions. Less nitrate accumulation was found in the supernatant of sludge during the predation under the lower aeration intensity, and the increase in sludge volume index (SVI) caused by lack of dissolved oxygen was restrained by the worms, showing their performance for improving sludge settling. The sludge reduction of worms for the intermittent aeration of 2.8m3/(m2·h) was more stable than those for continuous aerations.

aeration；worm；predation；sludge reduction；sludge volume index；nitrogen removal

X703.5

：A

：1000-6923(2014)02-0345-07

張曉琦(1982-),女,黑龍江哈爾濱人,哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院博士研究生,主要從事污泥減量化處理研究.

2012-05-10

城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(2011DX01);國家創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(51121062)

* 責(zé)任作者, 教授, hittianyu@163.com, ciciliar@163.com