（环境工程专业论文）宿轮虫培养方法研究.pdf

原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：邀武坠 e l 期： 立墨：型2 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：蝉导师签名：j 红埠日期：一j 赳 2 0 0 9 年6 月 上海大学硕士学位论文 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a iu n i v e r s i t yf o r t h ed e g r e e o fm a s t e ri ne n g i n e e r i n g 一一 t h e s t u d y o nc u l t u r em e t h o do f m d c a n d i d a t e ：s h e nc h e n g y u a n s u p e r v i s o r ：d i n gg u o j 5 u l a e r v l s o r 1 m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s c h o o lo fe n v i r o n m e n t a la n dc h e m i c a le n g i n e e r i n g ， s h a n g h a iu n i v e r s i t y j u n e ，2 0 0 9 i l 上海大学硕士学位论文 摘要 周丛轮虫是一类营附着生活的微型的后生动物，它们在污水生物处理中扮演 了促进污泥的絮凝化、提高细菌的活性、以及去除悬浮固体等重要角色，常被视 为标志污水生物处理性能良好的指示生物。因此，提高污水生物处理反应器中的 周丛轮虫的密度将有助于提高生物处理效率。一种比较容易实施的增加污水生物 处理反应器中周丛轮虫密度的方法是人工大量培养轮虫，然后将培养的轮虫投入 污水生物处理反应器中。为此，本文以城市生活污水生物处理反应器中常见的一 种周丛轮虫宿轮虫( h a b r o t r o c h as p ) 为培养对象，以建立高效、经济、便 利的大量培养周丛轮虫的方法为目标，探讨了用非活体食物代替传统的活体食物 的宿轮虫培养方法：此外，为了为研究污水生物处理系统中周丛轮虫与细菌的相 互关系奠定技术基础，在大量培养方法研究结果基础上，探讨了宿轮虫的无菌化 培养方法。本文的主要研究内容与研究结果如下： ( 1 ) 为建立用非活体食物代替传统的活体食物的轮虫培养方法奠定基础，首先 研究了宿轮虫的摄食特性。考虑到面粉易于制作成不同粒径的颗粒且营养 丰富，选择了面粉作为宿轮虫的食物以用于研究宿轮虫的摄食特性。研究 结果表明宿轮虫具有悬浮颗粒物摄食特性，因此在宿轮虫培养中可以用非 活体食物代替活体食物，从而可以免去在宿轮虫培养中首先需要培养作为 宿轮虫食物的活体生物的工序。 ( 2 ) 宿轮虫适宜摄食悬浮颗粒物的粒径范围在0 1 伽之间，而污水中悬浮颗 粒物的平均粒径范围主要在o 5 1 0 a m 间。由此可见，宿轮虫的摄食行为 恰好可以为水中不能由自由沉降的悬浮颗粒物的去除做出贡献。 ( 3 ) 通过实验比较了以细菌为食物与以非活体的米糠、干海带、面粉、螺旋藻 粉为食物时的宿轮虫生长特性。结果表明，以面粉、螺旋藻为食物时的宿 轮虫生长速率均高于以细菌为食物时的生长速率。而面粉和螺旋藻粉同时 添加时的宿轮虫生长速率更是比以细菌为食物时的生长速率高进两倍。因 此，用非活体食物代替细菌作为宿轮虫食物，不仅可简化宿轮虫的培养工 序而且培养效果更佳。 ( 4 ) 环境因子( 温度、p h 值、盐度、光照) 对宿轮虫生长影响实验结果表明， 宿轮虫最适宜生长的温度范围为2 5 一3 0 ，变温和恒温培养下宿轮虫的 上海大学硕士学位论文 生长速率无较大差异，不过环境温差变化幅度较大时，宿轮虫生长速率变 缓且种群增长不稳定；p h 为4 和1 1 分别是宿轮虫存活的下限和上限条件， 宿轮虫在p h 为6 时种群增长速度最快；盐度9 0 0 p p m 是宿轮虫生长的上 限条件，在盐度低于5 0 0 p p m 时盐度对宿轮虫的生长无明显影响；光照对 宿轮虫生长无明显影响。 ( 5 ) 分别运用单因子优化选择方法和多因子优化组合的响应曲面法进行了优 化宿轮虫大量培养条件的研究，由此得到的优化培养条件为：食物种类为 面粉、面粉浓度为7 8 x 1 0 6 粒m k 温度为2 8 4 、盐度为2 9 1 3 p p m 、以 及p h 值为6 1 9 。在此培养条件下获得的宿轮虫的最大种群密度，与以细 菌为食物的传统的培养方法相比高了一个数量级。 ( 6 ) 用非活体物质代替细菌作为宿轮虫的食物的培养方法的建立，为建立宿轮 虫无菌培养系奠定了技术基础。在宿轮虫无菌培养方法研究过程中，建立 了通过逐步灭菌实现宿轮虫无菌化的方法。该方法与传统的一次性灭菌方 法相比，克服了传统方法在轮虫存活率很低的条件下进行无菌化的缺点， 因此可降低对消毒条件的严格要求并提高无菌化成功率。 ( 7 ) 运用逐步灭菌方法，在确保卵孵化率约为5 0 的目标下，使用4 0 u l _ l 的 甲醛和4 u 玑的p r e v e n t o ld 7 作为灭菌剂，经过四次的对宿轮虫的抑菌培 养，均获得了无菌的宿轮虫种群。此外，使用4 u l l 的p r e v e n t o ld 7 进行 逐步灭菌获得的宿轮虫的种群繁殖速度与未经无菌化的宿轮虫种群相近， 表明经该方法获得的无菌化轮虫能够保持原有的生长特性。 关键词：宿轮虫；培养方法；摄食特性；大量培养；无菌培养 i i 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t p e r i p h y t i cr o t i f e ra so n ek i n do fs e s s i l em i c r o f a u n ap l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei n p r o m o t i n gf l o c c u l a t i o no ft h es l u d g e ，e n h a n c i n ga c t i v i t i e so fb a c t e r i a , a sw e l l a s r e m o v i n gs u s p e n d e dp a r t i c l e si nb i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t , s oi t i s u s u a l l y r e g a r d e da sag o o dw a t e rq u a l i t yi n d i c a t o ro r g a n i s mi nt h eb i o l o g i c a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h e r e f o r e ，i n c r e a s i n gt h ed e n s i t yo fp e r i p h y t i cr o t i f e rm a yi m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ar e l a t i v e l ye a s ym e t h o dt oi n c r e a s et h ed e n s i t yo f p e r i p h y t i cr o t i f e r si nb i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tr e a c t o ri sa d d i n gt h ep e r i p h y t i c r o t i f e r sw h i c ha r ea r t i f i c i a lm a s sc u l t i v a t i o n i n t ob i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t r e a c t o r s ot h ep u r p o s eo ft h i sr e s e a r c hi st os t u d yt h eh i g h l y - e f f i c i e n tm e t h o dc u l t u r e o fh a b r o t r o c h as pw h i c hi sac o m m o np c r i p h ：cr o t i f e r si nu r b a nd o m e s t i cs e w a g e ， a n dt oe x p l o r et h eb a c t e r i a - f r e ec u l t u r eo fh a b r o t r o c h as p ，s oa st oi n v e s t i g a t et h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e np e r i p h y t i cr o t i f e r sa n db a c t e r i a sb a s e do nt h er e s u ho fm a s s c u l t u r e t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) s i n c et h ep a r t i c l es i z eo ff l o u ri s f i n ea n de a s yt os i z ec l a s s i f i c a t i o n , d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z eo ff l o u rw a su s e dt os t u d yt h e t r a p p i n gp r o p e r t i e s o f h a b r o t r o c h as p t h er e s u l t ss h o w e dt h a th a b r o t r o c h as p c a np r e yo nf l o u rp a r t i c l e s i nr a n g eo f0 m mt o 鲰m ，w h i l et h ea v e r a g ep a r t i c l es i z eo fs u s p e n d e dp a r t i c l e si n w a s t e w a t e rm a i n l yw a si nt h er a n g eo f0 5 h mt o l o 弘m i ti n d i c a t e dt h a th a b r o t r o c h a s p c o u l dp r e yo ns u s p e n d e dp a r t i c l e s w h i c hc o u l dn o tb er e m o v e df r o mf r e e s e t t l e m e n t s oh a b r o t r o c h as p c o u l dp r o m o t et h ew a t e rc l a r i f i c a t i o n ( 2 ) t h eg r o w t hr a t e so fh a b r o t r o c h as p f e dw i t hb a c t e r i a , s i n g l ea n dm i x e d n o n b i o l o g i c a lf o o dw e r ec o m p a r e d r e s u l t ss h o w e dt h a ts p i r u l i n ap o w d e ra n df l o u r w e r et h eb e s tf o o d ，a n dt h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo fs p e c i f i cg r o w t hr a t eo f h a b r o t r o c h as p b e t w e e ns e p a r a t e l yc u l t u r i n ga n dm i x e dc u l t u r i n gw i t hs p i r u l i n aa n d f l o u r , w h i c hw a s0 6 4 d 一，0 6 1 f f l ，0 6 8 d 1 。r e s p e c t i v e l y f l o u rw o u l db et h eb e s tf o o d f o rh a b r o t r o c h as p d u et oi t se c o n o m i c a la n dc o n v e n i e n t a n d ，t h eo p t i m a l c o n c e n t r a t i o no ff l o u rf o r t h ec u l t u r eo fh a b r o t r o c h as p w a s5 0x1 0 6g r a i n m l ( 3 ) t h ee f f e c to fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ( t e m p e r a t u r e ，p h ，s a l i n i t y , i l l u m i n a t i o n 上海大学硕士学位论文 c o n d i t i o n ) o i lh a b r o t r o c h as p r e v e a l e dt h a tt h eo p t i m a lt e m p e r a t u r ew a si nt h er a n g e 0 f2 5 t 03 0 ，a n dt h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo ft h ep o p u l a t i o ng r o w t h r a t eo fh a b r o t r o c h as p b e t w e e nc u l t u r e dw i t ha l t e r n a t i n gt e m p e r a t u r ea n ds t e a d y t e m p e r a t u r e c u l t u r e dw i t hal a r g e rt e m p e r a t u r ev a r i a t i o n , t h ep o p u l a t i o ng r o w t hr a t e o fh a b r o t r o c h as p w a sr e l a t i v e l ys l o wa n du n s t a b l e t h eu p p e rl i m i ta n dl o w e rl i m i t o fp hv a l u e sw e r e4a n d1 1 ，r e s p e c t i v e l y a n dt h eo p t i m a lp hw a s6 t h eu p p e rl i m i t o fs a l i n i t yw a s9 0 0 p p m w h i l et h es a l i n i t yw a sl o w e rt h a n5 0 0 p p m ，i th a dn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so ft h eg r o w t hr a t eo fh a b r o t r o c h as p t h o u g ht h el i g h tw a s b e n e f i c i a lt oh a b r o t r o c h as p ，i tw a sn o tan e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rt h e i rg r o w t h ( 4 ) f o rm a s sc u l t u r eo fh a b r o t r o c h as p ，t h ec u l t u r ec o n d i t i o nw a so p t i m i z e db y s i n g l e - f a c t o ro p t i m i z a t i o n a n dm u l t i - f a c t o r o p t i m i z a t i o n t h eo p t i m a l c u l t u r e c o n d i t i o n sw e r e 嬲f o l l o w s ：7 8 x 1 0 6g r a i n m lo ff l o u rc o n c e n t r a t i o n , 2 8 4 ，s a l i n i t y f o r2 9 1 3 p p m ，p h6 1 9 ，a n dt h el a r g e s tp o p u l a t i o nd e n s i t y ( 1 8 7 i n d m l ) w a st w ot i m e s h i g h e rt h a nt h ep o p u l a t i o nd e n s i t y ( 7 7 i n d m l ) o fh a b r o t r o c h as p f e dw i t hb a c t e d a ( 5 ) o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ed i v e r s i f i c a t i o nt e n d e n c i e so fh a t c h i n ge f f i c i e n c y o fh a b r o t r o c h as p a n db a c t e r i ad e n s i t yi nr o t i f e rc u l t u r em e d i u mu n d e rt h ea c t i o no f b a c t e r i o s t a t sr e s p e c t i v e l y , an e wm e t h o dt oo b t a i nb a c t e r i a f r e er o t i f e rw a se s t a b l i s h e d c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lo n e - t i m ed i s i n f e c t i o nm e t h o d , t h en e wm e t h o dc a l l o v e r c o m et h ed e f e c to ft h et r a d i t i o n a lo n et h a tk i l l st h eb a c t e r i au n d e rl o wl i v a b i l i t yo f h a b r o t r o c h as p s o ，n e wm e t h o dh a sl o w e rr e q u i r e m e n tf o rt h ed i s i n f e c t i o nc o n d i t i o n a n dh i g h e rs u c c e s sp o s s i b i l i t y t h eb a c t e r i a - f r e ep o p u l a t i o no fh a b r o t r o c h as p w a s b o 也o b t a i n e db yu s i n gt h en e wm e t h o dt h r o u g h4 8 hb a c t e r i o s t a s i sc u l t u r ep r o c e s s w i t hm i x e da n t i b i o t i c , 4 0 u l r t , o ff o r m a l d e h y d ea n d4 u i _ lo fp r e v e n t o ld 7 r e s p e c t i v e l y a sd i s i n f e c t a n t s4t i m e st oi n s u r e 5 0 h a t c h i n g r a t ea ta r o u n d f u r t h e r m o r e ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e n p o p u l a t i o ng r o w t hr a t e so fh a b r o t r o c h as p w i t ha n dw i t h o u tb a c t e r i a k e y w o r d s ：h a b r o t r o c h as p ，c u l t u r em e t h o d s , p r e d a t o r yc h a r a c t e r i s t i c s ，m a s sc u l t u r e ， b a c t e r i a - f r e ec u l t u r e n 上海大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 周丛轮虫在污水处理中的作用1 1 1 1 污水生物处理中常见的周丛轮虫1 1 1 2 轮虫的捕食作用3 1 1 3 轮虫排泄物的作用5 1 1 4 轮虫指示水质的作用6 1 2 国内外轮虫培养技术的研究现状6 1 2 1 轮虫的大量培养技术6 1 2 2 轮虫的无菌培养技术7 1 3 本论文研究的目的、内容、创新性9 1 3 1 研究的内容和目的9 1 3 2 研究创新性1 0 第二章宿轮虫摄食特性的研究1 1 2 1 材料与方法1 1 2 1 1 实验材料1 1 2 1 2 实验方法1 1 2 2 结果与讨论1 3 2 2 1 面粉悬浮颗粒的粒径分布1 3 2 2 2 以不同粒径范围的面粉悬浊液为食物培养下宿轮虫的种群增长特性1 7 2 3 小结2 2 第三章食物对宿轮虫生长的影响2 3 3 1 材料与方法2 3 3 1 1 实验材料2 3 3 1 2 实验方法2 3 3 1 3 评价指标2 4 3 2 结果与讨论2 4 3 2 1 食物种类对宿轮虫生长的影响2 4 3 2 2 食物浓度对宿轮虫生长的影响2 7 3 3 小结3 0 第四章不同环境条件下的宿轮虫生长特性3 2 4 1 材料与方法3 2 4 1 1 实验材料3 2 4 1 2 实验方法3 2 4 1 3 评价指标3 3 4 2 结果与讨论3 3 4 2 1 温度对宿轮虫生长的影响3 3 4 2 2p h 值对宿轮虫生长的影响3 8 上海大学硕士学位论文 4 2 3 盐度对宿轮虫生长的影响4 0 4 2 4 光照对宿轮虫生长的影响4 3 4 3 小结4 5 第五章宿轮虫培养条件的优化4 6 5 1 材料与方法4 6 5 1 1 实验材料4 6 5 1 2 实验方法4 7 5 2 结果与讨论4 7 5 2 1 单因子最优化的条件组合培养实验4 7 5 2 2 多因子最优化的培养条件4 8 5 3 小结5 4 第六章宿轮虫无菌培养系的建立5 6 6 1 材料与方法5 6 6 1 1 实验材料5 6 6 1 2 实验方法5 8 6 1 3 评价宿轮虫生长的指标以及培养液中细菌的计数5 9 6 2 结果与讨论5 9 6 2 1 宿轮虫培养液中革兰氏细菌的密度5 9 6 2 2 抑菌剂对宿轮虫的毒性6 0 6 2 3 抑菌剂对宿轮虫卵的毒性和灭菌效果6 7 6 2 4 无菌培养系的建立7 3 6 3 小结7 6 第七章结论与展望7 8 7 1 结论7 8 7 2 展望8 0 参考文献8 1 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文和专利8 8 致谢8 9 2 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 生物处理法一直广泛应用于国内外水处理系统中。而水处理系统中常见的微 生物包括细菌、真菌、原生动物以及小型的后生动物，它们之间存在着竞争、捕 食、依存等各种关系，在污水生物处理过程中担当着不同角色，细菌和真菌是分 解者，它们以污水中的溶解性有机物为营养来源；原生动物以及一些小型后生动 物为消费者，它们以游离细菌以及水中的有机物和无机物为食1 1 1 。其中后生动物 中的轮虫在污水中的有益作用备受关注，其主要原因有：轮虫的轮盘旋转时产 生的牵引力破碎了活性污泥絮凝体，使破碎的絮凝体成为新的絮凝体的核心， 捕食悬浮的细菌，减少了悬浮的颗粒物从而提高了水的透明度，轮虫排出的代 谢粘质物质可促进活性絮凝体的形成【2 1 。 1 1 周丛轮虫在污水处理中的作用 周丛轮虫是一类在基质上( 活性污泥、生物膜等) 营周丛( 附着) 生活的小 型无脊椎动物。轮虫因其头部由纤毛组成的可转动的轮盘形如车轮故被称之为轮 虫。轮盘是轮虫的运动和摄食的器官。轮虫形体微小，长度约在4 - 4 0 0 0 比m 之间， 在污水生物处理系统中出现的轮虫一般在1 0 0 0 z m 以下，需在显微镜下才能较好 地观察到。在整个动物界中，轮虫的体形非常微小，轮虫门也是一个很小的门类。 1 1 1 污水生物处理中常见的周丛轮虫 在污水生物处理系统中，周丛轮虫主要分布于蛭形轮虫中，常见的有旋轮属 轮虫( p h i l o d i n as p ) 、轮虫属轮虫( r o t a r i as p ) 和宿轮属轮虫( h a b r o t r o c h as p ) 。 这些轮虫的重要特征为尾部末端有分叉的趾，内有腺体分泌的粘液，借以固着在 其它物体上，在污水中通常附着在活性污泥上生长。其基本形态如图1 - 1 所示。 在生物处理系统中，蛭形轮虫与其它生物比较，不仅属于体形较大的大型生物、 常处于生态位的最高位，而且可能在数量上成为优势种类。如在活性污泥中蛭形 轮虫的数量可达到4 5 0 0 仰m l1 3 1 ，在生物膜中蛭形轮虫的密度可高达1 0 0 0 0 个 c m 3 填料1 4 1 。 上海大学硕士学位论文 囊l 予 足 图1 - 1 蛭形轮虫的基本形态 f i g 1 - 1t h eb a s i cm o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fb d e u o i dr o t i f e r 在污水生物处理系统中，蛭形轮虫的有益作用比原生动物更受青睐，其原因 有：由于蛭形轮虫对食物的牵引力要远远大于缘毛类纤毛虫原生动物，因此在 食物的竞争中，蛭形轮虫比缘毛类纤毛虫原生动物具有明显的优势【5 l ；由于蛭 形轮虫是在营养缺乏时出现，所以与游泳性的原生动物比较，对能量的要求小； 并且虽然轮虫产卵时对能量要求较高，但孵化以及孵化后对能量要求低，因此轮 虫比原生动物更有生存竞争优势【6 】；因蛭形轮虫具有强有力的摄食悬浮固体的 能力，从而可为处理水中悬浮固体减少和透视度提高作出较大的贡献；蛭形轮 虫对活性污泥或生物膜的形成、细菌的活性有促进作用1 3 】。根据文献归纳污水中 几种蛭形轮虫的特征如下川： 表格1 - 1 污水中几种蛭形轮虫的特征比较 t a b l e l - 1c h a r a c t e r i s t i c sc o m p a r i s o no fb d e l l o i dr o t i f e r si nw a s t e w a t e r 2 上海大学硕士学位论文 1 1 2 轮虫的捕食作用 大多数轮虫通常以游离的细菌、藻类、及有机颗粒为食，而在污水生物处理 系统中，蛭形轮虫的摄食作用对污水的处理效果有着重大的影响，描述如下： 1 1 2 1 轮虫对细菌的捕食作用 处理后的污水中含有大量的致病性细菌如大肠杆菌，直接排入自然水体中会 造成新的污染。另外，丝状细菌在活性污泥中不断的繁殖，导致污泥膨胀现象的 出现。c u r d s 和f c ) r 【8 】观察到污水中有原生动物群落存在的条件下，细菌的数量 可以减少5 0 。而轮虫对细菌的捕食作用比原生动物具有更大的竞争力，原因在 于在食物的竞争中，蛭形轮虫比缘毛类纤毛虫原生动物具有明显的优势【习，且蛭 形轮虫对能量的要求小，因此轮虫比原生动物更有捕食竞争优势问。虽然目前对 于轮虫摄食细菌量的报道甚少，但可以由此推断出当有轮虫群落存在时细菌的减 少量会更大。 众多学者发现微型动物对细菌的捕食活动能促进细菌的生长，主要是由于微 型动物的捕食作用能使细菌生长维持在对数生长期，防止细菌种群的衰老，提高 了细菌酶的活力【9 1 。此外，对细菌的捕食还导致了良种的选择提高了细菌更新的 速度和效率1 1 0 l 。并且细菌的反捕食作用使得细菌的生长方式发生变化，絮状菌 胶团或菌链的方式生长，从而间接的提高了污水的净化效果。国内外关于原生动 物对细菌作用的研究甚多，而尚未出现关于轮虫的研究报道。结合轮虫的竞争优 势可见，轮虫对细菌的作用应大于原生动物的作用，因而对于轮虫与细菌之间的 相互作用具有很大的研究前景。 1 1 2 2 轮虫的捕食作用对水体净化的贡献 l a p i n s k ij 和t u n n a c l i f f ea 通过向污水处理系统中投入人工培养的旋轮属 轮虫的方法，证明了旋轮属轮虫对悬浮颗粒的去除速率和去除量与轮虫的数量成 正比1 1 1 i ，他们在每升水中投入1 0 0 ，0 0 0 只轮虫4 8 h 后水中的悬浮颗粒降低了2 0 ， 此时不加轮虫的水中悬浮颗粒物沉降去除了5 ，投入2 0 0 ，0 0 0 只l 的轮虫的水 中2 4 h 后悬浮颗粒下降了9 ，而在减少的悬浮固体中有一部分是由轮虫的捕食 作用去除的。此外，轮虫不仅能摄入微小的悬浮性有机物，还能通过渗透性营养 3 上海大学硕士学位论文 直接吸收溶解性有机物。须藤隆一等对蛭形轮虫在生物处理中的作用进行过一系 列的研究【5 ，1 2 1 ，在一项探讨轮虫在生物转盘中的作用的研究中，观察到生物转盘 系统接种过蛭形轮虫后，不仅透明度更好，而且有机物的去除率得到较大提高。 w hc y 等1 1 3 】比较了活性污泥工艺( a s ) 与活性污泥组合膜附着生物膜工艺 ( a s + m a b ) 的处理性能，在a s + m a b 出现了大量的轮虫，结果显示两种工艺 的处理水质t o c 相近，但a s 的硝化率很低，而a s + m a b 的硝化率超过了9 0 。 以上实验充分证明了轮虫还能减少水中的有机物。 在污水的生物处理中，轮虫的捕食作用对净化水体做出了很大的贡献。掌握 轮虫的捕食特性可更大程度的发挥其在污水处理中的作用，因而还需要更深入对 轮虫摄食特性的研究。 1 1 2 3 轮虫减少剩余污泥发生量的作用 根据生态学的理论，食物链越长，能量在传递过程中被消耗的比例就越大， 最终在系统中存在的生物量就越少。因此，延长食物链或强化食物链中的微型动 物的捕食作用均能达到减少剩余污泥产生量的目的。捕食者在活性污泥法中的捕 食活动影响生物的产生，这也是低污泥量产生( l s p ) 的原因【1 1 】。l e e 以蛭形轮 虫和一些原生动物为实验对象，用于削减污泥发生量的研究，认为相对原生动物 而言，轮虫在削减污泥产生量的过程中可能起着更大的作用，因为他发现当轮虫 的数量占优势时，剩余污泥的产量最小( l e e ，1 9 9 6 1 4 ) 。p e r e z e l v i r a e t a l ( 2 0 0 6 1 5 ) 的实验也证明了纤毛虫的单独作用下能使剩余污泥的发生量减少4 3 ，加入一些 后生动物共同作用后剩余污泥的产量下降至8 0 。同样w hc y 等的实验指出活 性污泥中大量出现轮虫对剩余污泥发生量的减少有很大的贡献f 1 3 1 。而须藤隆一 等对蛭形轮虫在污水生物处理中的作用进行了更细致的研究，研究指出在生物转 盘中接种过蛭形轮虫后剩余污泥的发生量明显有了减少【5 1 。可见，蛭形轮虫对减 少污泥发生量有着很大的贡献，它不仅体形较大，而且摄食能力很强，据报道轮 虫每天通过捕食消耗的丝状污泥能够达到其自身体重的数倍1 1 6 1 。 利用轮虫进行污泥减量的工艺不但能达到很高的污泥减量效果，还是一种能 耗低不产生二次污染的绿色工艺。国内外已出现大量关于这方面的研究，但是尚 未投入工业化应用，因此还需要对轮虫减少污泥产量的机理进一步的研究。 轮虫在污水中的捕食作用不仅在污水处理中有着很大的贡献，对富营养化水 4 上海大学硕士学位论文 体中藻毒素也有一定程度的降解作用。朱光灿等( 1 7 l 在对微生物降解藻毒素的实 验中发现，在反应器底部沉泥中发现较多的珍珠映毛虫、匕口虫、轮虫等微型动 物在摄食。这一发现对于受藻毒素污染的饮用水处理工艺的选择上有重要的参考 价值。轮虫在污水中的捕食作用是否还具有其他方面的贡献还需要进一步的探 讨。这将为更好的提高污水处理效果并且推动微型动物学的发展奠定基础。 1 1 3 轮虫排泄物的作用 1 1 3 1 轮虫排泄物对悬浮固体的絮凝沉降作用 目前，对于轮虫在污水生物处理中发挥了较大的贡献，已不能单单用其捕食 作用来解释，因而人们想到了轮虫排泄物的作用。l a p i n s k ij 和t u n n a c l i f f ea 通 过向污水处理系统中投入人工培养的旋轮属轮虫的方法，证明了旋轮属轮虫在活 性污泥法中对悬浮颗粒的去除作用，认为旋轮属轮虫去除悬浮颗粒的作用机制有 两个：通过捕食活动消费悬浮颗粒及促进悬浮颗粒的絮凝，其中通过絮凝的作用 而减少的悬浮生物量估计为悬浮固体的1 0 - - 2 5 n , 1 8 1 ，由此推断旋轮属轮虫的 排泄物具有絮凝的作用。前人的研究仅仅是推断的结果，轮虫排泄物的絮凝作用 还有待进一步的确定和证实。目前己有证明纤毛虫能分泌两种物质，一种是多糖 类碳水化合物，能改变悬浮颗粒的表面电荷，使悬浮颗粒集结起来，形成絮状物； 另外一种是粘阮，能把絮状物再联结起来，最大的絮状物直径可达3 衄【1 9 】。以、 上结果或许可以作为轮虫排泄物成分分析的依据，为进一步研究其排泄物的作用 奠定基础。 1 1 3 2 轮虫排泄物促进细菌生长的作用 细菌自己是不能产生促进自身生长的物质，而有些微型动物却能分泌促进细 菌生长的物质。有些细菌只要有一种像葡萄糖那样的炭源就能够生长，如果还有 氨基酸那样的物质，生长就能受到促进。另有一些细菌则需要一些特殊的物质才 能生长，如假单胞菌需要血红素和维生素b 1 2 。在有限的营养物质下，没有捕食 者的细菌生长极其缓慢；而有捕食者存在下，这些捕食者能释放出固定碳到微生 物群落中使得这些细菌生长更快而且有很高的活性【矧。历年来，众多研究表明 原生动物的排泄物中含有些生长因子主要包含维生素和一些相关的化合物如 氨基酸和核苷酸，都能有效的促进细菌的生长【2 1 , 2 2 , 2 3 】。也有研究指出这些排泄物 5 上海大学硕士学位论文 可能是生长因子，也有可能只是充当一种动因可以促进降解其他几乎不能降解的 底物，例如，细菌中的共代谢作用1 2 4 1 。然而轮虫的排泄物是否具有类似作用以 及具体作用的机理，均需要分析轮虫排泄物的具体成分乃至其排泄物作用于细菌 的具体实验证明。 1 1 4 轮虫指示水质的作用 由于轮虫通常生活在寡污带，且通过以上分析得出轮虫在污水生物处理过程 中具有促进污水净化的有益作用。因此，污水中出现轮虫时，则表示水质澄清良 好，出水清澈透明，酚类去除率在9 0 以上【2 5 捌。纤毛虫常用来作用污染物是否 存在的指示生物，沈韫芬等人曾将湖南石油化工厂曝气池中的证明了指示生物与 所指示的污水水质之间具有显著性的相关性【1 9 1 。而轮虫比纤毛虫对污染物更加 敏感【2 7 1 ，因此用来指示是否存在污染物效果更加明显。众多的研究证明轮虫不 仅可以作为低有机负荷的指示生物，还可以作为污泥成熟的标志1 2 s , 2 9 1 。因此可以 通过生物处理中的轮虫与环境变化的关系，确立活性污泥的生物监测技术，并使 其应用于污水处理生产运行质量控制的程序中去。 目前，在一些污水处理厂中，轮虫的出现与否以及轮虫数量的多少常被用来 表征污水处理性能的好坏，对于处理工艺的选择以及参数的调整都有其重要的意 义。不仅如此，轮虫的指示作用还被广泛应用在淡水水质的分析领域。李共国等 人曾利用千岛湖的轮虫群落结构评价水体的水质和营养状况i 训。同样，朱少东 等人通过研究宁波高教园区人工河2 0 0 4 - 2 0 0 5 年夏季轮虫的种类组成、数量、 生物量和多样性指数的水平变化和年间变化，并用轮虫污染指示种类和生物多样 性指数评价人工河水质污染及水质营养状况p 1 1 。 1 2 国内外轮虫培养技术的研究现状 1 2 1 轮虫的大量培养技术 为了获得大量培养的轮虫，有关轮虫的培养方法一直是研究的热点，国内外 出现了众多的研究，研究对象涉及了不同的种属，研究结果也相应不同 3 2 , 3 3 , 3 5 , 3 6 , 3 7 , 3 8 , 3 9 。但这些研究多以臂尾轮虫属、晶囊轮虫属、椎轮虫属等浮游生 上海大学硕士学位论文 活型的轮虫为对象【矧，因为这些轮虫通常作为培养的长须鲸和甲壳类幼虫的不 可或缺的有机食物，在水产业和渔业的研究上具有很大的价值。食物的选择对轮 虫的生长尤为重要，因为不同的食物可提供不同的营养。l u b z e n se ta l 的研究报 道了一些关于大量培养，比如用蓝藻和酵母粉培养b r a c h i o n u sp l i c a t i l i s 和 b r a c h i o n u sr o m n d i f o r m i s ，用大米培养厶i n e r m i s 的技术等【4 1 1 ，而传统培养蛭形轮 虫的食物为细菌和藻类。食物的粒径和密度也是影响轮虫种群增长的重要因素之 一，因为轮虫种群的增长直接受到可利用食物的量的限制【4 2 】。由于轮虫i = 1 部的 大小直接决定了轮虫捕食颗粒物的大小【4 3 删。因而不同种类的轮虫摄食的最佳粒 径范围不同【4 5 , 4 6 】，且轮虫捕食颗粒的最大粒径的大小还取决于轮虫本身的大小 4 7 1 。l a p i n s k i 的实验表明旋轮属轮虫的适宜食物粒经范围在0 2 3 a