微型动物的观察与分析

时间：2023-03-08 理论教育版权反馈

【摘要】：在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细菌，原生动物构成其基本营养层次，然后是以细菌为食的掠食性原生动物占优势。原生动物能用来改善水质、评价和指示污水处理厂的运行和处理效果。原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系。原生动物在活性污泥中的作用为:分泌黏液可促进生物絮凝，吞食游离细菌和微小污泥有利于改善水质，可用于作为污水净化程度的指示生物等。

实验七　微型动物的观察与分析

1.观察和分析活性污泥中微型动物的目的

要了解污水处理过程的变化或处理水的好坏，最好直接观察分析细菌的生长情况。但是对于细菌的观察、分类，鉴定的时间很长，不能及时起指导生产的指示和预报作用。原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系:原生动物个体大，便于观察；对于环境变化比细菌敏感，能更早更容易反映环境的变化。直接观察原生动物的种类组成、数量、生长和变化状况，也能反映出细菌的生长和变化情况，即间接地评价污水处理过程和处理效果的好坏，起到指导生产的作用。

活性污泥是城市污水在活性污泥处理系统的反应主体，是由细菌、微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所组成的絮状体颗粒。良好的活性污泥具有很强的吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能，絮体的大小约为0.02～0.2mm，茶褐色，微具土壤味，密度1　005kg/m³，含水率99%。活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的生物相。在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细菌，原生动物构成其基本营养层次，然后是以细菌为食的掠食性原生动物占优势。

活性污泥法污水处理系利用活性污泥中的微生物在人工供氧的条件下，将污水中的有机物降解氧化为H₂O，CO₂，，NH₃-N，H₂S等无机物，同时微生物利用分解代谢过程中释放的能量将分解代谢过程中的中间代谢产物合成为新的细胞质组成部分，使微生物自身生长繁殖。由此可见，在污水生化处理中都是通过处理系统内的活性污泥微生物的代谢活动，将污水中的有机物氧化分解为无机物，从而使污水得以净化的。在污水处理过程中，微生物和它所处的处理系统环境条件（如温度、酸碱度、营养物质、毒物浓度和溶解氧等）是相适应的，在处理系统环境条件发生变化时，微生物的种类、数量及其活性也会随之发生相应的变化。在一定程度上，生物相能反映污水处理系统的处理质量及运行状况。因此，在污水处理系统运行过程时，可通过对活性污泥中生物相的观察来了解处理系统的运行状况，并根据观察的情况及时调整处理系统的控制因素，促使有利于氧化分解污水中有机物质的微生物生存。目前在污水处理系统运行管理中对生物相的观察，已越来越受到运行管理人员的重视。

城市污水处理厂的处理效果主要取决于活性污泥中的微生物。原生动物能用来改善水质、评价和指示污水处理厂的运行和处理效果。原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系。原生动物在活性污泥中的作用为:分泌黏液可促进生物絮凝，吞食游离细菌和微小污泥有利于改善水质，可用于作为污水净化程度的指示生物等。

2.活性污泥的生物相观察方法

活性污泥生物相系指活性污泥中微生物的种类、数量、优势度及其代谢活力等状况的概貌。污泥中的微生物和它所处的处理系统环境条件是相适应的，在处理系统的环境条件发生变化时，微生物的种类和数量及其活性也会产生相应的变化，通过对活性污泥的生物相观察来了解污泥中的微生物生长、繁殖和代谢活动以及它们之间的演替情况，可直接反映污水处理设施的运行状况及处理的效果。

活性污泥的沉降性能观察，先取曝气池中的新鲜活性污泥，盛放到100mL量筒中。静置5～15min后观察在静置条件下污泥的沉降速率，沉降后泥水界面是否分明，上清液是否清澈透明。

活性污泥的生物相观察一般通过光学显微镜来完成。先用低倍数光学显微镜观察污泥絮体的大小、形状、结构紧密程度，再转用高倍数显微镜观察污泥絮粒中的菌胶团细菌与丝状细菌的比例、絮粒游离细菌的多寡以及微型动物的状态，最后用油镜观察染色的涂片，分辨细菌的种类和观察细菌的情况。

3.运行状态下的活性污泥的生物相观察与控制

在污水处理系统运行过程中，我们除了利用物理、化学手段来测定活性污泥性质外，还可以通过观察污泥的生物相来监视污水处理的运行状态，以便及早发现异常情况，及时采取适当的对策，保证运行稳定，提高处理效果。

对污水处理系统的活性污泥生物相观察着重从如下几个方面观察。

（1）活性污泥的结构

活性污泥絮粒的大小、形状、紧密程度、构成絮粒的菌胶团细菌与丝状菌的比例及其生长情况能很好地反映污水处理状况。

活性污泥的污泥絮粒大、边缘清晰、结构紧密，呈封闭状，具有良好的吸附和沉降性能。絮粒以菌胶团细菌为骨架，穿插生长一些丝状菌，但丝状菌数量远少于菌胶团细菌，未见游离细菌，微型动物以固着类纤毛虫为主，如钟虫、盖纤虫、累枝虫等；还可见到楯纤虫在絮粒上爬动，偶尔还可看到少量的游动纤毛虫等，轮虫生长活跃。这是运行正常的污水处理设施的活性污泥生物相，表明污泥沉降及凝聚性能较好，它在二沉池能很快和彻底地进行泥水分离，处理出水效果好。在形成这种生物相结构时，应加强运行管理，以继续保持这种运行条件。

污泥出现絮体结构松散，絮粒变小，观察到大量的游动型纤毛虫类（豆形虫属、肾形虫属、草履虫属、波多虫属、滴虫属等）生物、肉足类生物（变形虫属和简便虫属等）急剧增加的生物相，出现这种生物相时，污泥沉降性差，影响泥水分离。产生的原因是由于污泥负荷过低，菌胶团细菌体外的多糖类基质会被细菌作为营养物用于维持生命需要，从而使絮体结构松散，絮粒变小。若同时观察到大量的游离细菌的生物相时，则是由污泥负荷过高引起的，这时污水中的营养物质丰富，促使游离细菌生长很好，絮凝的菌胶团细菌趋于解絮成单个游离菌，以增大同周围环境的比表面，同样使污泥结构松散，絮粒变小。此外，由于污泥絮粒的解絮或变小容易被微型生物吞噬，使得微型生物因食物充足而大量繁殖。如果污泥负荷过低，应采取减少污泥回流量，投加营养物质，缩短泥龄等方法提高污泥负荷运行；如果污泥负荷过高，则应采取减少进水流量，减少排泥等措施降低污泥负荷运行。

（2）生物活动的状态

污水处理系统的环境变化会对活性污泥中生物活动的状态产生反映，我们可通过观察污泥中的生物活动状态了解污水处理系统的运行状态。

在处理系统的环境不利于污泥中原生动物生存时，一般都会形成胞囊，这时原生质浓缩，虫体变圆收缩，体外围以很厚的被囊，以利渡过不良条件。如在进水pH突变时，可见钟虫呈不活跃状态，纤毛环停止摆动，轮虫缩入被甲内。在进水中难以分解或抑制性物质过多以及水温过低时，可见钟虫体内积累有未消化颗粒并呈不活跃状态，长期下去会引起虫体死亡；当水中溶解氧过高或过低时，可见钟虫的头端突出一个空泡，呈不活动状态。出现这些生物相时，应及时采取适当的对策，保证运行稳定，提高处理效果。

活性污泥中经常出现的丝状硫细菌，如发硫细菌、贝氏硫细菌等，对溶解氧水平反应非常敏感。当水中溶解氧不足时，能将水中的H₂S氧化为硫，并以硫粒的形式积存于体内；而当溶解氧大于1mg/L时，体内硫粒可被进一步氧化而消失。因此，可通过对硫细菌体内的硫粒的观察，间接地推测水中溶解氧的状况。

（3）同一种生物数量增减

运行正常的污水处理系统的活性污泥中，微生物种类、数量以及它们之间的数量比均保持相对恒定。在处理系统环境发生变化时，污泥中的微生物种类、数量以及它们之间的数量比会相应变化，以达到新的生态平衡，由此，我们可通过对污泥中的某种生物数量的变化来了解处理系统的运行状态。

污泥中出现球衣菌属、发硫菌属、诺卡氏菌属、各种霉菌等丝状微生物异常增长的生物相时，表明污泥将发生膨胀现象。丝状菌导致的污泥膨胀是因为丝状菌具有耐低营养，耐低氧，适合于高N/C污水的特性。在污水进水的BOD∶N或BOD∶P比例过高、pH偏低、BOD负荷高、小分子碳水化合物多、水温偏低、流入重金属等有毒物质时，可引起丝状菌过量繁殖。在生产实践中，我们可观察污泥中丝状细菌的数量和生长趋势，若有继续增多的趋势，应及时采取措施控制丝状细菌的生长，调整运行过程中的影响因素。

当出现絮体结构松散解絮，细小的絮粒成为轮虫的充足食物，使轮虫恶性繁殖，数量急剧上升时，表明污泥老化，此时应采取增加排泥的措施。

原生动物及轮虫类微型动物受有毒物质的影响比细菌更为敏感。因此，在生产运行过程中，可采用观察微型动物的生物相判断有毒物质对活性污泥的影响。楯纤虫属作为活性污泥法中最易受到影响的指标性生物，对毒物影响非常敏感。当出现椐楯纤虫属急剧减少的生物相时，就可以判定为受到了进水有毒物质的影响。此时，一方面采取提高曝气池的微生物浓度的措施，另一方面采取去除污染源的有毒物质。

（4）生物种类的变化

在正常运行阶段时，若污泥中生物的种类突然发生变化，可以推测运行状态亦在发生变化。因此在生产实践中，找出运行过程中的指示性生物，根据指示性生物的数量变化来了解污水处理的运行状况，预测处理效果。活性污泥中累枝虫、楯纤虫、裂口虫、钟虫的数量呈增长趋势时，出水水质明显变好，出水BOD₅值下降，出水悬浮物浓度也随之下降。在污泥结构松散转差时，常可发现游动纤毛虫大量增加，出水混浊、处理效果较差时，变形虫及鞭毛虫类原生动物的数量会大大增加。

当贝日阿托氏菌属、扭头虫属、新态虫属等能生活在溶解氧不足环境下的生物出现时，活性污泥呈黑色，并散发出腐败的臭味。出现这种生物相表明溶解氧不足，需要向曝气池内增加供氧量，提高溶解氧浓度。当经过持续地过度曝气，使溶解氧浓度超过5mg/L时，会出现大量的各种肉足类和轮虫类生物，这时应减少曝气量。

当污水浓度和BOD负荷低时，会以游仆虫属、旋口虫属、轮虫属、表壳虫属、鳞壳虫属等生物占优势，这种生物多，标志着硝化正在进行。出现这种生物相时，应及时提高BOD负荷运行。

当活性污泥出现恶化的情况，通过调整运行环境，出现漫游虫属、斜叶虫属、管叶虫属等生物时，表明活性污泥开始从恶化恢复到正常状态。

在培菌阶段对污泥中生物的种类的演替观察非常重要，它可用来指导培菌工作的进行。在培菌初期，水中有机物浓度很高，污泥未形成，这时可观察到大量的游离细菌及鞭毛虫；接着出现掠食很强的游动纤毛虫；随着培菌的进行，水中有机物浓度不断降低，游离细菌及鞭毛虫数量不断减少，游动纤毛虫因食物减少而不断减少；出现固着型纤毛虫，标志污泥基本形成；随着污泥成熟及净化程度好时，便会出现轮虫。

污水处理系统不管采用何种处理构筑物的形式及何种工艺流程，都是通过处理的活性污泥中微生物的代谢活动，将污水中的有机物质氧化为无机物质，从而使污水得以净化。从目前运行的污水处理厂的生物相实际观察和大量的文献介绍，污水处理系统处理效果都与污水处理系统中组成活性污泥的微生物种类、数量及代谢活力有关，可见污水处理系统的生物相对污水处理具有很好的指示作用。污水处理系统的运行管理主要是为污泥中的微生物提供一个较好的生存环境条件，以发挥活性污泥中的微生物最大的代谢活力，达到良好的污水处理效果。因此，在运行管理实践中，可通过对污泥的生物相观察来指导污水处理系统的运行管理，使处理系统实现稳定、高效的处理效果。

在污水处理系统的运行管理工作过程中，由于外部因素（如温度、酸碱度、营养物质、毒物浓度和溶解氧等）的变化，会使处理系统出现异常的问题（如二沉池飘泥、污泥膨胀、曝气池有臭味等），导致处理效果下降，严重时会使污水处理系统运行失败。因此，通过对污泥生物相的观察，判断污泥中微生物的种类、数量及活性的变化趋势，分析产生的原因，及时采取处理措施，预防污水处理系统的异常情况发生。

由于每个污水处理厂的进水质、处理工艺有差异，特别是工业污水，因其生产工艺、产品种类的原因，导致污水的种类繁多，成分各异，使得各处理系统的活性污泥生物相有很大差异。因此，在运行管理实践中，应通过长期的观察，找出本处理系统污水水质变化与生物相变化之间的关系，确定能判断污水处理系统的环境条件和处理水质好坏的指示性生物，可以通过对生物相的观察判断处理系统运行状态，从而用来指导运行管理。

4.原生动物的基本特征

（1）原生动物的形态

原生动物为真核原生生物，是单细胞的微型动物，由原生质和一个或多个细胞核组成。原生动物和多细胞动物相同，具有新陈代谢、运动、繁殖、对外界刺激的感应性和对环境的适应性等生理功能。原生动物个体很小，长度一般为100～300μm，它们都具有细胞膜。原生动物一般具有一个或两个以上的细胞核，其形状多种多样，它们在其细胞内产生形态的分化，形成能够执行各项生命活动和生理功能的胞器。在运动胞器方面有鞭毛、伪足和纤毛；在营养胞器方面有胞口、胞咽和食物泡；用来排出废料和调节渗透压的胞器有伸缩泡。

（2）原生动物的营养方式

原生动物的营养方式分为以下几类:①动物性营养，以吞食细菌、真菌、藻类或有机颗粒为主，绝大多数原生动物为动物性营养；②植物性营养，在有阳光的条件下，一些含色素的原生动物可利用二氧化碳和水进行光合作用合成碳水化合物；③腐生性营养，以死的机体或无生命的可溶性有机物质为主；④寄生性营养，以其他生物的机体（即寄主）作为生存的场所，并获得营养和能量。

（3）原生动物的类型

在污水处理中常见的原生动物有三类。

①肉足类。其细胞质可伸缩变形而形成伪足，作为运动和摄食的胞器，运动速度达3μm/s，典型的肉足类为变形虫属。

②鞭毛类。具有一根或一根以上的鞭毛，鞭毛长度与其体长大致相等或更长些，是运动器官，鞭毛类的运行速度达15～300μm/s。

③纤毛类。原生动物周身表面或部分表面具有纤毛，分为游泳型和固着型两种，游泳型包括草履虫属、肾形虫属、斜管虫属等，固着型常见的有钟虫属、累枝虫属、楯纤虫属等。纤毛类运动速度较快，可达200～1 000μm/s。

（4）活性污泥中其他微型动物

①活性污泥中的真菌。活性污泥中的真菌主要为丝状真菌，分属酵母菌及霉菌两大类。

真菌在活性污泥中的出现一般与水质有关，它常常出现于某些含碳较高或pH较低的工业废水处理系统中。

②活性污泥中的微型藻类。藻类是含有光合色素的一类生物，在光照下能进行光合作用，利用无机的CO₂和氮、磷盐来合成藻体（有机物），在活性污泥中数量及种类较少，大多为单细胞种类；沉淀池边缘、出水槽等阳光暴露处较多见，甚至可见附着层生长。在氧化塘及氧化沟等类占地大、空间开阔的构筑物中，数量及种类较多，呈藻菌共生状态，还可出现丝状，甚至更大型的种类。我们可在氧化塘等处理系统中，采用适当的方法采收藻类，以达到去氮、去磷的目的。

5.微型动物的作用

微型动物的指示作用有以下诸多方面。

（1）着生的缘毛目多时，处理效果良好，出水BOD₅和浊度低（如小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫）。这些缘毛目的种类都固定在絮状物上，并随之而翻动，其中还夹杂一些爬行的栖纤虫、游仆虫、尖毛虫、卑气管叶虫等，这说明活性污泥优质而成熟。

（2）小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时，往往就是优势菌种。

（3）如果大量鞭毛虫出现，而着生的缘毛目很少时，表明净化作用较差。

（4）大量的自由游泳的纤毛虫出现，指示净化作用不太好，出水浊度上升。

（5）如出现主要有柄纤毛虫（钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类）时，则水质澄清良好，出水清澈透明，酚类去除率在90%以上。

（6）根足虫的大量出现，往往是污泥中毒的表现。

（7）如在生活污水处理中，累枝虫的大量出现，则是污泥膨胀、解絮的征兆。

（8）而在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。

（9）在石油废水处理中，钟虫出现是理想的效果。

（10）过量的轮虫出现，则是污泥要膨胀的预兆。

另外在一些对原生动物不宜生长的污泥中，主要看菌胶团的大小，用数量来判断处理效果。

6.活性污泥微生物的显微镜观察及微型动物的计数

活性污泥是生物法处理废水的主体。污泥中微生物的生长、繁殖、代谢活动以及微生物之间的演替情况往往直接反映了处理状况。因此，我们在运行管理中除了利用物理、化学的手段来测定活性污泥的性质以外，还可借助于显微镜观察微生物的状态来判断废水处理的运行状况，以便及早发现异常情况，及时采取适当的对策，保证稳定运行，提高处理效果。为了监测微型动物演替变化状况，还需要定时进行计数。

采用显微镜对污水处理过程中的活性污泥生长、变化进行观察。特别是观察原生动物的形态和生理特征。显微镜的放大倍数采用16×10或16×40即可，观察到的原生动物应与标准图进行对照。通过原生动物的形态来确认其种类和特性，进而来分析其所处的生理状态或生理阶段，这能间接反映活性污泥的特性。

一、实验目的和要求

了解活性污泥中微型动物的种类、数量及生长状况。

二、材料与器皿

显微镜、载玻片、盖玻片、微型动物计数板、活性污泥样品。

三、方法与步骤

1.压片标本的制备

（1）取好氧池活性污泥混合液1～2滴，放在洁净的载玻片中央（如混合液中污泥较少可待其沉淀后，取沉淀的活性污泥一小滴加到载玻片上，如混合液中污泥较多，则应稀释后进行观察）。

（2）盖上盖玻片，即制成活性污泥压片标本。在加盖玻片时，要先使盖玻片的一边接触水滴，然后轻轻放下；否则易形成气泡，影响观察。

2.显微镜观察

（1）低倍镜观察　观察生物相的全貌，要注意污泥絮粒的大小，菌胶团和丝状菌的比例及其生长状况，并加以记录和作出必要的描述。观察微型动物的种类、活动状况，对主要种类进行计数。污泥絮粒大小对污泥初始沉降速率影响较大，絮粒大的污泥沉降快。

污泥絮粒性状是指污泥絮粒的形状、结构、紧密度及污泥中丝状菌的数量。镜检时可把近似圆形的絮粒称为圆形絮粒，与圆形截然不同的称为不规则形状絮粒。絮粒中网状空隙与絮粒外面悬液相连的称为开放结构，无开放空隙的称为封闭结构。絮粒中菌胶团细菌排列致密，絮粒边缘与外部悬液界限清晰的称为紧密的絮粒，絮粒边缘界线不清的称为疏松的絮粒。实践证明，圆形、封闭、紧密的絮粒相互间易于凝聚，浓缩、沉降性能良好；反之，沉降性能差。

活性污泥中丝状菌数量是影响污泥沉降性能最重要的因素。当污泥中丝状菌占优势时，可从絮粒中向外伸展，阻碍了絮粒间的浓缩，使污泥SV值和SVI值升高，造成活性污泥膨胀。根据活性污泥中丝状菌与菌胶团细菌的比例，可将丝状菌分成五个等级:

0级——污泥中几乎无丝状菌存在；

±级——污泥中存在少量丝状菌；

十级——存在中等数量的丝状菌，总量少于菌胶团细菌；

＋＋级——存在大量丝状菌，总量与菌胶团细菌大致相等；

＋＋＋级——污泥絮粒以丝状菌为骨架，数量超过菌胶团而占优势。

（2）高倍镜观察　用高倍镜观察可进一步看清微型动物的结构特征。观察时注意微型动物的外形和内部结构，如钟虫体内是否存在食物胞，纤毛环的摆动情况等。观察菌胶团时，应注意胶质的厚薄和色泽、新生菌胶团出现的比例。观察丝状菌时，注意丝状菌生长、细胞的排列、形态和运动特征，以判断丝状菌的种类，并进行记录。

（3）油镜观察　鉴别丝状菌的种类时，需要使用油镜。这时可将活性污泥样品先制成涂片后再染色，应注意观察丝状菌是否存在假分支和衣鞘，菌体在衣鞘内的空缺情况，菌体内有无储藏物质的积累和储藏物质的种类等，还可借助鉴别染色技术观察丝状菌对该染色的反应。

3.微型动物的计数

目前，通常采用的方法是:用1mL移液管，移取1mL清水到表面皿中。用一橡胶头小吸管，从表面皿中将1mL水全部吸尽，然后以均匀的速度徐徐滴下，记录1mL水的滴数，并重复数次，以减小误差。用橡胶头小吸管吸取摇匀的混合液，滴一滴于载玻片上，盖上盖玻片，用低倍显微镜从左到右或从上到下（注意应采用相同的方向顺序）进行原生动物的计数。应对盖玻片下所有原生动物进行记录，并重复数次。用一滴混合液中原生动物的记录数乘以计数吸管1mL水的滴数，即为每毫升活性污泥混合液的原生动物数。具体步骤:

（1）取活性污泥法曝气池混合液盛于烧杯内，用玻棒轻轻搅匀，如混合液较浓，可稀释成1∶1的液体后观察。

（2）取洗净的滴管1支（滴管每滴水的体积应预先测定，一般可选一滴水的体积为1/20mL的滴管），吸取搅匀的混合液，加一滴到计数板的中央方格内（见图1-12）。然后加上一块洁净的大号盖玻片，使其四周正好搁在计数板四周凸起的边框上。