1 引言

　　廢水處理的活性污泥中的原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物等微型動(dòng)物具有捕食細(xì)菌，提高細(xì)菌群落活力，降低懸浮固體濃度和出水濁度，改善出水水質(zhì)等重要作用.研究微型動(dòng)物群落特征，分析微型動(dòng)物群落與廢水處理凈化效能間的關(guān)系，可以確定污水處理運(yùn)行狀態(tài)突發(fā)性改變的原因，以及評(píng)估污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀況.污泥生化指數(shù)(SBI)就是基于“微型動(dòng)物優(yōu)勢(shì)群落的改變與處理廠的環(huán)境和運(yùn)行狀況有關(guān)聯(lián)性，隨著水廠運(yùn)行狀況惡化微型動(dòng)物數(shù)量相應(yīng)減少”的原則提出的污泥特性評(píng)價(jià)方法，采用微型動(dòng)物群落特征量化評(píng)價(jià)污水處理廠運(yùn)行狀況.

　　微型動(dòng)物對(duì)處理系統(tǒng)環(huán)境狀況的改變非常敏感，如系統(tǒng)中存在的有毒有害物質(zhì)對(duì)微型動(dòng)物群落有顯著的影響.焦化廢水是公認(rèn)的難處理工業(yè)廢水，廢水中含有大量的酚類、有機(jī)腈類、PAHs、含氮雜環(huán)、含氧雜環(huán)等難降解污染物，其中，酚、氰化物等有毒有害物質(zhì)會(huì)降低細(xì)菌降解效率，對(duì)微型動(dòng)物也有潛在的毒害作用.但目前關(guān)于焦化廢水活性污泥法處理中的微型動(dòng)物群落特征尚不明確，微型動(dòng)物群落特征與工藝運(yùn)行之間的關(guān)系研究也鮮有報(bào)道.

　　因此，本研究通過(guò)焦化廢水活性污泥法實(shí)際工程處理中微型動(dòng)物群落的調(diào)查，探究焦化廢水生化處理中的微型動(dòng)物群落特征，分析微型動(dòng)物群落與出水水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)間的關(guān)系，以期為焦化廢水處理廠提高處理效果的運(yùn)行控制提供生物學(xué)理論依據(jù).

　　2 材料與方法

　　2.1 樣品采集

　　水樣采自安徽省馬鞍山市某鋼鐵企業(yè)焦化廢水處理廠.該廠采用A2/O2(厭氧/缺氧/一段好氧/二段好氧)為主體的組合式活性污泥法處理工藝，設(shè)計(jì)流量為120 m3 · h-1，其中，蒸氨廢水量為112 m3 · h-1，曝氣池實(shí)際水力停留時(shí)間為7~8 h.

　　調(diào)研以一段好氧池為對(duì)象，進(jìn)水水樣采集于進(jìn)入一段好氧池前的缺氧池出水，出水水樣和泥水混合液均采集于一段好氧池(6個(gè)平行池)中的1#池末端流向沉淀池的溢流口附近.其中，一段好氧池進(jìn)水CODCr為(712.10±187.47)mg · L-1，NH4+-N為(47.96±15.75)mg · L-1，揮發(fā)酚為(370.60±78.82)mg · L-1，氰化物為(15.23±9.74)mg · L-1.污泥混合液水樣使用100 mL塑料瓶采集約50 mL，空出部分以避免缺氧對(duì)樣品中微型動(dòng)物的影響.采樣時(shí)間為2014年4—6月，每隔4~6 d采集1次，采集16次，每次同時(shí)隨機(jī)采集4個(gè)平行污泥混合液水樣，共采集64個(gè)樣品.每次分別對(duì)4個(gè)平行樣品進(jìn)行微型動(dòng)物鑒定分析，然后取其均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

　　2.2 微型動(dòng)物的鑒別與分類計(jì)數(shù)

　　使用微量移液器(DRAGON大龍)移取25 μL搖勻后的污泥混合液，并置于光學(xué)顯微鏡(PH50系列)(×100或×400)下對(duì)微型動(dòng)物進(jìn)行鑒別并計(jì)數(shù)(只對(duì)活體計(jì)數(shù)).根據(jù)形態(tài)學(xué)和行為學(xué)特征并依照?qǐng)D譜、文獻(xiàn)將微型動(dòng)物按需要鑒定到種或類群.其中，原生動(dòng)物均鑒定到種，輪蟲(chóng)(rotifers)、線蟲(chóng)(nematodas)等微型后生動(dòng)物鑒定到類群(Madoni，1994).鑒定工作在5 h(最長(zhǎng)不超過(guò)8 h)內(nèi)完成，以避免微型動(dòng)物多度和豐富度在鑒別過(guò)程中改變.將活性污泥中微型動(dòng)物群落中常見(jiàn)的纖毛蟲(chóng)類原生動(dòng)物分為食菌型纖毛蟲(chóng)(Bacterivorous ciliates)和肉食型纖毛蟲(chóng)(Carnivorous ciliates)，其中，食菌型纖毛蟲(chóng)又分為匍匐型纖毛蟲(chóng)(Crawling ciliates)、固著型纖毛蟲(chóng)(Sessile ciliates)和游泳型纖毛蟲(chóng)(Swimming ciliates)等三大類群，但當(dāng)固著型小口鐘蟲(chóng)(Vorticella microstoma)和蓋纖蟲(chóng)屬(Opercularia spp.)大量存在時(shí)，必須作為獨(dú)立的關(guān)鍵類群?jiǎn)为?dú)列出，不包含在固著型纖毛蟲(chóng)內(nèi)(Madoni，1994).本研究中因小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)大量出現(xiàn)，故將其單獨(dú)列出.將所得數(shù)據(jù)按需要折算成個(gè)· mL-1.

　　2.3 理化和運(yùn)行參數(shù)的測(cè)定

　　進(jìn)出水生化需氧量(CODCr)、氨氮(NH4+-N)、酚(Phenols)和氰化物(CN-)按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)》方法測(cè)定;污泥沉降比(SV)采用30 min沉降直接讀數(shù)方法測(cè)定;混合液懸浮固體濃度(MLSS)采用稱重法測(cè)定;水中溶解氧(DO)、水溫(T)和水的酸堿度(pH)均在線讀取.

　　2.4 數(shù)據(jù)分析

　　群落中主要種或類群的頻度=某物種或類群出現(xiàn)的樣方數(shù)/調(diào)查樣地內(nèi)總樣方數(shù);多度是指一個(gè)數(shù)量上的比率，本文中指單位體積(mL)內(nèi)所包含微型動(dòng)物的個(gè)數(shù).采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析和因子分析(因子提取方法采用主成分分析法，因子旋轉(zhuǎn)方法采用最大方差法)，以分析生物學(xué)參數(shù)、處理效果及運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)系.為了滿足統(tǒng)計(jì)分析的需要，取4個(gè)平行樣的平均值，并在分析前將除pH以外的所有原始數(shù)據(jù)按對(duì)數(shù)公式x=ln(x+1)進(jìn)行轉(zhuǎn)換.

　　3 結(jié)果

　　3.1 微型動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

　　64個(gè)水樣中共鑒別出28種原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物.其中，固著型纖毛蟲(chóng)共有14種，即溝鐘蟲(chóng)(Vorticella convallaria)、春鐘蟲(chóng)(Vorticella vernalis)、鐘形鐘蟲(chóng)(Vorticella campanula)、污鐘蟲(chóng)(Vorticella putrina)、八鐘蟲(chóng)(Vorticella octava)、杯鐘蟲(chóng)(Vorticella cupifera)、小口鐘蟲(chóng)(Vorticella microstoma)、條紋鐘蟲(chóng)(Vorticella striata)、擴(kuò)張鐘蟲(chóng)(Vorticella extensa)、彎鐘蟲(chóng)(Vorticella hamata)、湖累枝蟲(chóng)(Epistylis lacustris)、瓶累枝蟲(chóng)(Epistylis urceolata)、彩蓋蟲(chóng)(Opercularia phryganeae)和集蓋蟲(chóng)(Opercularia coarctata);匍匐型纖毛蟲(chóng)共有4種，即銳利楯纖蟲(chóng)(Aspidisca lynceus)、有肋楯纖蟲(chóng)(Aspidisca costata)、盤狀游仆蟲(chóng)(Euplotes patella)和粘游仆蟲(chóng)(Euplotes muscicola);肉食型纖毛蟲(chóng)共4種，即鈍漫游蟲(chóng)(Litonotus obtusus)、固著吸管蟲(chóng)(Podophrya fixa)、浸漬錘吸管蟲(chóng)(Tokophrya infusionum)和楔形雙膜蟲(chóng)(Dichilum cuneiforme);有殼變形蟲(chóng)只有有棘鱗殼蟲(chóng)(Euglypha acanthophora)1種;鞭毛蟲(chóng)有蛞蝓鞭變形蟲(chóng)(Mastigamoeba limax)、尾波豆蟲(chóng)(Bodo caudatus)、球波豆蟲(chóng)(Bodo globosus)和小波豆蟲(chóng)(Bodo minimus)等4種;微型后生動(dòng)物只有輪蟲(chóng)(rotifers)1種，游泳型纖毛蟲(chóng)未觀察到.不同微型動(dòng)物出現(xiàn)的頻率與數(shù)量不同，微型動(dòng)物群落中主要種或類群的頻度和多度如表 1所示.部分常見(jiàn)微型動(dòng)物顯微圖片見(jiàn)圖 1.

表 1 微型動(dòng)物群落中主要種或類群的頻度與多度(n=64)

 圖 1 焦化廢水活性污泥中常見(jiàn)的微型動(dòng)物(a.小口鐘蟲(chóng)，100倍；b.溝鐘蟲(chóng)，100倍；c.有肋楯纖蟲(chóng)，400倍；d.輪蟲(chóng)，100倍)

　　由表 1可知，出現(xiàn)頻率較高(>50%)的種類有溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)和輪蟲(chóng)(rotifers).多度較大的種類有銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)、有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)、蛞蝓鞭變形蟲(chóng)(M. limax)和輪蟲(chóng)(rotifers).

　　微型動(dòng)物總多度最大為6.5×103個(gè)· mL-1，最小為0.8×103個(gè)· mL-1.其中，固著型纖毛蟲(chóng)和匍匐型纖毛蟲(chóng)為共優(yōu)勢(shì)群，多度最大((940±866)個(gè)· mL-1)，它們的平均相對(duì)多度分別為16.67%、17.04%.固著型纖毛蟲(chóng)的種類較多，分布于3個(gè)屬(鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)、累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)和蓋蟲(chóng)屬(Opercularia spp.))，含14個(gè)種，其中，鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)種類最多(10個(gè)種)，這與國(guó)內(nèi)多數(shù)正常運(yùn)行的活性污泥污水處理廠中(Chen et al., 2004;Zhou et al., 2006;2008)微型動(dòng)物優(yōu)勢(shì)群是相一致的，這是因?yàn)楣讨�型和匍匐型纖毛蟲(chóng)均與活性污泥絮體直接接觸(前者通過(guò)柄與絮體相連，后者爬行于絮體表面)(Zhou et al., 2008).固著型纖毛蟲(chóng)和匍匐型纖毛蟲(chóng)為優(yōu)勢(shì)群通常預(yù)示著活性污泥系統(tǒng)的高效運(yùn)行(Madoni，1994)，因此，從微型動(dòng)物群落組成優(yōu)勢(shì)群來(lái)看，該焦化廢水活性污泥法處理廠運(yùn)行良好.小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)、溝鐘蟲(chóng)(V.convallaria)、銳利楯纖蟲(chóng)(A.lynceus)、有肋楯纖蟲(chóng)(A.costata)和輪蟲(chóng)(rotifers)為優(yōu)勢(shì)種屬(圖 1)，其中，小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種.

　　整體上看，頻度越大對(duì)應(yīng)微型動(dòng)物種或類群的多度也越大，但也有例外，如溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)的頻度(69%)大于銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)(41%)和有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)(38%)，而后兩者的平均多度卻均大于溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)，這說(shuō)明某些種屬在系統(tǒng)中盡管數(shù)量較少，但可頻繁出現(xiàn).

　　3.2 微型動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)變化

　　微型動(dòng)物種數(shù)隨時(shí)間的變化而波動(dòng)，最大值出現(xiàn)在5月上中旬，物種數(shù)達(dá)11種，主要由鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)構(gòu)成.物種數(shù)最少出現(xiàn)在6月上旬，只有5種，是最多時(shí)的45.45%(圖 2a).微型動(dòng)物多度也呈多峰型變動(dòng)，最明顯的高峰出現(xiàn)在4月下旬，達(dá)6.4×103 個(gè)· mL-1;最小出現(xiàn)在5月中下旬，為1.5×103 個(gè)· mL-1(圖 2b)，只有最大值的23.44%.

 圖 2 微型動(dòng)物物種數(shù)(a)和多度(b)的日變化(數(shù)據(jù)為平行樣平均值) 

　　不同類群微型動(dòng)物的變化規(guī)律不同，主要類群相對(duì)多度隨時(shí)間的變化如圖 3所示.其變化主要有以下幾種類型：①“前低后高”型，主要為固著型纖毛蟲(chóng)，4月份固著型纖毛蟲(chóng)所占比重相比較小，隨后逐漸增大，到6月上中旬呈現(xiàn)兩個(gè)高峰分別達(dá)到87.1%、85.0%，之后呈下降趨勢(shì);微型后生動(dòng)物4月份平均相對(duì)多度波動(dòng)較大，5月初直到6月中下旬波動(dòng)不大，6月下旬呈明顯上升趨勢(shì);②“前高后低”型，匍匐型纖毛蟲(chóng)4月份和5月份所占比例大體相近，到6月份匍匐型纖毛蟲(chóng)明顯減小，以致后期幾乎消失;其他類型的微型動(dòng)物(包括鞭毛蟲(chóng)、有殼變形蟲(chóng)等)也有類似的規(guī)律;③“平穩(wěn)型”，肉食型纖毛蟲(chóng)在整個(gè)研究期間內(nèi)平均相對(duì)多度變化不大，且處于較低水平，平均相對(duì)多度為4.41%.

 圖 3 微型動(dòng)物群落相對(duì)多度變化(數(shù)據(jù)為平行樣平均值) 

　　結(jié)合圖 2和圖 3可知，微型動(dòng)物群落在物種種數(shù)、多度和群落結(jié)構(gòu)上隨時(shí)間呈動(dòng)態(tài)變化.在整個(gè)調(diào)研期間，多度隨時(shí)間波動(dòng)較大的種類有銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)(方差為2.40×105)、有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)(方差為2.44×105)、小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)(方差為3.16×105)、楔形雙膜蟲(chóng)(D. cuneiforme)(方差為1.15×105)、蛞蝓鞭變形蟲(chóng)(M. limax)(方差為5.99×105)和輪蟲(chóng)(rotifers)(方差為1.42×105);波動(dòng)變化較小的有盤狀游仆蟲(chóng)(E. patella)(方差為6.88×103)、杯鐘蟲(chóng)(V. cupifera)(方差為1.50×103)、湖累枝蟲(chóng)(E. lacustris)(方差為4.87×103)、固著吸管蟲(chóng)(P. fixa)(方差為1.32×103)和有棘鱗殼蟲(chóng)(E. acanthophora)(方差為0.14×103)等.

　　由于焦化廢水中含有大量酚、氰、硫氰化物等多種有毒有害物質(zhì)(任源等，2007;Parimal et al., 2014)，并且濃度變化大，如4月份一段好氧池中揮發(fā)酚濃度變化大(方差為18.63)，6月份揮發(fā)酚濃度相對(duì)穩(wěn)定(方差為0.19)，這樣可能對(duì)細(xì)菌和微型動(dòng)物的活力均有抑制作用，使得活性污泥中微型動(dòng)物組成結(jié)構(gòu)(圖 3)隨時(shí)空變動(dòng)比較大，群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如優(yōu)勢(shì)群固著型纖毛蟲(chóng)(包括小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma))4月、6月的平均相對(duì)多度分別為33.93%、64.88%，6月的平均相對(duì)多度比4月高出30.95%.

　　3.3 微型動(dòng)物群落與處理性能之間的關(guān)系

　　為了探究微型動(dòng)物與處理性能之間的關(guān)系，選取了微型動(dòng)物頻度、多度較大的5個(gè)微型動(dòng)物類群，其中包含7個(gè)種屬的微型動(dòng)物.此外，還選用微型動(dòng)物總的多度、物種種數(shù)、SBI值等指標(biāo)，分析它們與焦化廢水一段好氧處理出水水質(zhì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)間的相關(guān)性，結(jié)果如表 2所示.

 表 2 微型動(dòng)物生物學(xué)參數(shù)與出水水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)間的相關(guān)性分析

　　從表 2可見(jiàn)，有6個(gè)生物學(xué)參數(shù)與出水水質(zhì)或運(yùn)行參數(shù)存在著顯著的相關(guān)性(p<0.05).其中，生物學(xué)參數(shù)與出水水質(zhì)之間，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與出水氨氮(r=-0.740，p<0.01)、氰化物(r=0.509，p<0.05)，吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)與出水氨氮(r=-0.593，p<0.05)，微型動(dòng)物多度與出水氨氮(r=-0.539，p<0.05)，微型動(dòng)物種數(shù)與出水氰化物(r=0.619，p<0.05)，以及SBI值與出水氨氮(r=-0.566，p<0.05)、氰化物(r=0.606，p<0.05)相關(guān)性顯著，可見(jiàn)累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)的大量出現(xiàn)預(yù)示著較低的出水氨氮濃度和較高的出水酚、氰濃度;吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)的大量出現(xiàn)預(yù)示著較好的硝化效果，而其他生物學(xué)參數(shù)與出水水質(zhì)的相關(guān)性不顯著(p>0.05).

　　生物學(xué)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)之間，固著型纖毛蟲(chóng)與DO(r=0.594，p<0.05)、污泥容積指數(shù)SVI(r=-0.570，p<0.05)，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與DO(r=0.514，p<0.05)，SBI值與DO(r=0.533，p<0.05)之間存在顯著相關(guān)性.污泥沉降指數(shù)SVI與多個(gè)生物學(xué)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)為負(fù)(r<0).可見(jiàn)固著型纖毛蟲(chóng)數(shù)量大預(yù)示著水中溶解氧較高，污泥沉降性好;累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)的大量出現(xiàn)同樣預(yù)示著較高的溶解氧.

　　SBI值與出水氨氮濃度顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，說(shuō)明微型動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的合理性直接關(guān)系到系統(tǒng)的硝化效果.SBI值而與出水酚(p=0.124)、氰(p<0.05)等非常規(guī)污染物出水濃度的相關(guān)性系數(shù)為正(r>0)，與預(yù)期結(jié)果相反，這一點(diǎn)與前人的研究結(jié)論相一致.

　　為了更好地理清并理解參數(shù)(變量)在系統(tǒng)中的作用及參數(shù)與參數(shù)之間的相互關(guān)系，對(duì)上述生物學(xué)參數(shù)(指微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬)及性能參數(shù)進(jìn)行了因子分析.根據(jù)因子所能解釋總信息量的程度(要求在85%以上)選取了7個(gè)因子，它們概括了原始變量所包含信息量的86.0%，分析結(jié)果如表 3所示.

表 3 微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬與系統(tǒng)性能參數(shù)因子分析
 

　　表 3顯示了微型動(dòng)物關(guān)鍵種類與活性污泥系統(tǒng)參數(shù)(變量)之間的關(guān)系，變量與因子間的緊密程度取決于旋轉(zhuǎn)后負(fù)荷系數(shù)的絕對(duì)值.當(dāng)變量負(fù)荷系數(shù)的絕對(duì)值大于0.5時(shí)，說(shuō)明該變量與對(duì)應(yīng)因子緊密相關(guān)，該變量是對(duì)應(yīng)因子組成中的重要變量(Esteban et al., 1991).

　　如表 3所示，第1個(gè)因子對(duì)累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)多度、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)多度、氨氮濃度和水中溶解氧濃度等4個(gè)參數(shù)有較大絕對(duì)值的負(fù)荷系數(shù)(>0.5，下同)，其中，氨氮濃度和水中溶解氧濃度直接與硝化效率有關(guān)，且它們之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)和吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)多度均與硝化效率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與相關(guān)性分析的結(jié)果相一致(表 2).既然氨氮濃度、溶解氧濃度、累枝蟲(chóng)屬和吸管蟲(chóng)屬都是決定硝化效率的環(huán)境因子，因此，將因子1定義為硝化效率因子，該因子為總方差解釋量的21.86%.

　　與第2個(gè)因子緊密相關(guān)的變量只有銳利楯纖蟲(chóng)(A.lynceus)、肋楯纖蟲(chóng)(A.costata)、溝鐘蟲(chóng)(V.convallaria)和輪蟲(chóng)(rotifers)等生物學(xué)參數(shù)，且除有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)與其余變量之間呈明顯的負(fù)相關(guān)以外，其他變量之間呈正相關(guān)關(guān)系.因此，因子2可定義為生物學(xué)因子，該因子解釋了原始變量所包含信息量的19.22%.

　　第3個(gè)因子解釋了原始變量所包含信息量的13.81%，對(duì)應(yīng)變量中負(fù)荷系數(shù)絕對(duì)值較大的原始變量有pH、MLSS、SVI等，且pH與SVI呈正相關(guān)，MLSS與其余變量之間存在明顯的負(fù)相關(guān).pH、MLSS、SVI都是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的控制參數(shù)，故可將該因子定義為運(yùn)行控制因子.

　　第4個(gè)因子概括了原始變量所包含信息量的9.16%，該因子對(duì)揮發(fā)酚和氰化物出水濃度等有毒有害污染物變量有絕對(duì)值較大的負(fù)荷系數(shù)，且它們之間呈正相關(guān)，可將因子4定義為毒害物質(zhì)因子.

　　第5個(gè)因子概括了原始變量所包含信息量的8.51%，該因子可定義為有機(jī)物降解效率因子，因?yàn)樵撘蜃迂?fù)荷系數(shù)絕對(duì)值較大的只有小型鞭毛蟲(chóng)多度和出水CODCr等變量，且它們之間呈負(fù)相關(guān)，這與相關(guān)性分析結(jié)論相一致(表 2).

　　因子6和7分別概括了原始變量所包含信息量的7.05%和6.43%，與它們緊密相關(guān)的變量分別只有小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)和水溫.

　　通過(guò)對(duì)微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬或類群與系統(tǒng)一段好氧處理單元出水水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)之間的Pearson相關(guān)性分析和因子分析發(fā)現(xiàn)，某些微型動(dòng)物種屬或類群與出水水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)之間存在著顯著的相關(guān)關(guān)系，這些微型動(dòng)物種或類群可作為相應(yīng)處理性能參數(shù)的指示微生物，以便為系統(tǒng)運(yùn)行控制提供指導(dǎo).如前文所述，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)多度與出水氨氮濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.740，p<0.01)，這與因子分析結(jié)果相一致(表 3)，說(shuō)明好氧池中累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)大量生長(zhǎng)預(yù)示著出水氨氮濃度低，好氧系統(tǒng)硝化效果好，即累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)可作為該好氧系統(tǒng)硝化效果好的指示微生物.同理可知，可作為硝化效果好的指示微生物有累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.);可作為氰化物降解效果較差的指示微生物有累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.);水中溶解氧含量較高的指示微生物種屬或類群有累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、固著型纖毛蟲(chóng)(不包括小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)，下同);可作為污泥沉降性好的指示微生物類群有固著型纖毛蟲(chóng).

　　4 討論

　　4.1 微型動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)異于常規(guī)污水處理

　　焦化廢水處理廠微型動(dòng)物種類和數(shù)量少于常規(guī)污水處理廠.調(diào)研的焦化廢水處理廠微型動(dòng)物種數(shù)為3~11種，微型動(dòng)物數(shù)量為0.8×103~6.5×103個(gè)· mL-1，其中，纖毛蟲(chóng)數(shù)量為0.63×103~4.3×103 個(gè)· mL-1(表 1)，纖毛蟲(chóng)數(shù)量相比高效運(yùn)行的常規(guī)污水處理廠(>104 個(gè)· mL-1)明顯相對(duì)較少.焦化廢水一段好氧池中微型動(dòng)物種類和數(shù)量(圖 2)比常規(guī)污水處理廠(Chen et al., 2004; Liu et al., 2008)相對(duì)較少，種數(shù)和數(shù)量較少的微型動(dòng)物群落其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差(Liu et al., 2008).微型動(dòng)物群落組成結(jié)構(gòu)的變化會(huì)直接影響到生態(tài)營(yíng)養(yǎng)鏈中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而影響到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定(Liu et al., 2008)，使得焦化廢水處理運(yùn)行不穩(wěn)定.經(jīng)一段好氧處理后的出水CODCr((152.92±45.77)mg · L-1)、揮發(fā)酚((11.12±2.36)mg · L-1)和氰化物濃度((1.22±0.78)mg · L-1)均相對(duì)較高，不能達(dá)到國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際情況與理論分析相吻合.

　　焦化廢水處理廠微型動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種屬不同.高效運(yùn)行的活性污泥法污水處理廠原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)數(shù)量較大，種類豐富，相比小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)，溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)占優(yōu)勢(shì)，但沒(méi)有一種原生動(dòng)物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，往往以固著型和匍匐型纖毛蟲(chóng)為共優(yōu)勢(shì)類群(Madoni，1994).焦化廢水處理污泥系統(tǒng)中盡管也以固著型和匍匐型纖毛蟲(chóng)((940±866)個(gè)· mL-1)為共優(yōu)勢(shì)群，在整個(gè)微型動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)中仍占優(yōu)勢(shì)，但與小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)((815±562)個(gè)· mL-1)相比優(yōu)勢(shì)并不明顯.小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)是一種腐生種，它對(duì)諸如低溶解氧、高污染物負(fù)荷、有毒有害物質(zhì)進(jìn)入等極端環(huán)境條件有很強(qiáng)的耐受力，故它的大量生長(zhǎng)預(yù)示著其生存環(huán)境的惡劣，這正與焦化廢水中含有大量的有毒有害物質(zhì)對(duì)微型動(dòng)物有潛在的毒害作用的事實(shí)相吻合.

　　4.2 微型動(dòng)物群落與處理性能間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系

　　在活性污泥法廢水處理廠中，出現(xiàn)頻率較高、相對(duì)多度較大的某些微型動(dòng)物種屬或類群與處理廠運(yùn)行環(huán)境、處理效果有著密切的聯(lián)系，然而焦化廢水處理中微型動(dòng)物群落與處理性能間存在的關(guān)系卻較為復(fù)雜：①絕大多數(shù)微型動(dòng)物種屬或類群與處理性能參數(shù)間的相關(guān)性不顯著.由表 2所示的生物學(xué)參數(shù)與出水水質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)可知，所列舉12個(gè)微型動(dòng)物種屬或類群中只有3個(gè)(固著型纖毛蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.))與處理性能顯著相關(guān)(p<0.05)，其余9個(gè)微型動(dòng)物種屬或類群與出水水質(zhì)相關(guān)性并不顯著(p>0.05).這與多數(shù)常規(guī)廢水活性污泥法處理中微型動(dòng)物群落與處理性能之間的相關(guān)性分析結(jié)論不一致;②SBI活性污泥生物性能評(píng)價(jià)體系對(duì)焦化廢水活性污泥性能的評(píng)估失準(zhǔn).由表 2可知，SBI值與出水酚(p=0.124)、氰(p<0.05)等毒害物質(zhì)相關(guān)系數(shù)為正(r>0)，這與Madoni的理論(1994)不符.以上分析說(shuō)明高毒性工業(yè)廢水中微型動(dòng)物群落與處理性能之間的相互關(guān)系與常規(guī)污水處理相比更為復(fù)雜.

　　4.3 因子分析方法在微型動(dòng)物與處理性能關(guān)系分析中應(yīng)用

　　因子分析是一種實(shí)用的統(tǒng)計(jì)分析方法，通過(guò)變量之間的線性組合找出能解釋變量總信息量最大的組合變量以減少變量個(gè)數(shù)，確定與系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的潛在的重要因素，同時(shí)呈現(xiàn)變量與變量之間的相互關(guān)系，且可為相關(guān)性分析結(jié)論提供佐證(Zhou et al., 2006;2008)，該方法在探究活性污泥微型動(dòng)物與處理性能間的關(guān)系方面已得到相關(guān)應(yīng)用.本文通過(guò)因子分析，進(jìn)一步探究了生物學(xué)參數(shù)之間及其與廢水處理性能參數(shù)之間的交互關(guān)系，起到了很好的作用：①提取潛在共性因子，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)信息.將與系統(tǒng)有關(guān)的眾多變量重新組合成新的因子，并分別定義為硝化效率因子、生物學(xué)因子、運(yùn)行控制因子、毒害物質(zhì)因子和有機(jī)物降解效率因子等，以便更好地理解系統(tǒng)眾多原始變量之間的相互關(guān)系及系統(tǒng)所包含的主要信息，對(duì)這些因子合理的命名結(jié)果表明，硝化效率、微型動(dòng)物關(guān)鍵種屬數(shù)量、運(yùn)行控制條件、水中毒害物質(zhì)濃度及有機(jī)物降解效率等因素對(duì)系統(tǒng)有著潛在的重要影響.②便于分析微型動(dòng)物種間關(guān)系.由表 3可知，銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)、輪蟲(chóng)(rotifers)相互之間存在著明顯的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明它們能很好穩(wěn)定地存在于微型生態(tài)系統(tǒng)中，存在類似的“協(xié)同”關(guān)系.可能的原因是銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)、溝鐘蟲(chóng)(V. convallaria)等原生動(dòng)物與輪蟲(chóng)(rotifers)后生動(dòng)物構(gòu)成穩(wěn)定的食物鏈關(guān)系.累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，可視作伴生種屬;此外，銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)與有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)之間存在著明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)與有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)同一屬之間存在“競(jìng)爭(zhēng)”關(guān)系，處于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，在Esteban等(1991)和Martín-Cereceda等(1996)的研究中也得到過(guò)類似的結(jié)論.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結(jié)論

　　1)本研究中焦化廢水活性污泥法處理系統(tǒng)中微型動(dòng)物種類和數(shù)量相對(duì)偏低，分別為3~11種和0.8×103~6.5×103 個(gè)· mL-1.

　　2)焦化廢水處理活性污泥微型動(dòng)群落中固著型和匍匐型纖毛蟲(chóng)為共優(yōu)勢(shì)類群，其中，固著型小口鐘蟲(chóng)(V. microstoma)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，出現(xiàn)頻率最高，相對(duì)多度最大;另外，鐘蟲(chóng)屬(Vorticella spp.)所包含的種類最多.

　　3)焦化廢水活性污泥中微型動(dòng)物組成結(jié)構(gòu)隨時(shí)空變動(dòng)比較大，群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如6月比4月固著型纖毛蟲(chóng)的平均相對(duì)多度高出30.95%.

　　4)焦化廢水對(duì)微型動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響復(fù)雜，使生物學(xué)參數(shù)與處理性能之間的關(guān)系變得復(fù)雜，如絕大多數(shù)微型動(dòng)物種屬與出水水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)相關(guān)性不顯著，SBI活性污泥評(píng)價(jià)體系對(duì)焦化廢水活性污泥性能的評(píng)估失準(zhǔn).

　　5)因子分析揭示了與系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的潛在的重要影響因素及某些微型動(dòng)物種屬間的相互關(guān)系，如累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)與吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)存在著“協(xié)同”關(guān)系，銳利楯纖蟲(chóng)(A. lynceus)與有肋楯纖蟲(chóng)(A. costata)存在著“競(jìng)爭(zhēng)”關(guān)系.

　　6)某些微型動(dòng)物種屬或類群可作為系統(tǒng)處理性能的指示微生物，為該廢水處理廠運(yùn)行控制提供指導(dǎo).如累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、吸管蟲(chóng)屬(Podophrya spp.)可作為硝化效果好的指示微生物，累枝蟲(chóng)屬(Epistylis spp.)、固著型纖毛蟲(chóng)可作為水中溶解氧含量較高的指示微生物.