原生动物在水处理中的作用

原生动物在水处理中的作用

原生动物是一类形体微小，能独立生存的单细胞的真核生物，种类繁多、分布广、数量大其在水处理等领域都占有相当重要的地位.

1 原生动物概述

1.1 原生动物的存在方式及种类

原生动物在地球上无处不在，既有自由生活的，也有寄生的。寄生的原生动物其寄主多样，包括人类和各类动物甚至植物。自由生活的原生动物更是“四海为家”，各类淡水、半咸水及咸水中都生存着各种各样的原生动物。[1] 据报道，迄今已经命名的原生动物有6.5万种，其中1万种是寄生虫，一半以上是化石种。在生活的种中，肉足虫有250种是寄生虫，1.13万种是自由生活种(包括有孔虫约4,600种) ；鞭毛虫约1,800种是寄生虫，5,100种是自由生活种；“孢子虫”(新分类中包括顶复合器门、微孢子虫门、奇异孢子门和粘体虫门等) 约5,600种，全部为寄生虫；纤毛虫中有2,500种寄生虫和4,700种自由生活种。另外，还有数千种已发现的原生动物尚未命名。[2]

1.2 原生动物的结构与功能

原生动物是最简单的生物。每个原生动物是一个单独的细胞，但这个单细胞可执行多细胞生物的所有功能—摄食、消化、运动和生殖，完成这些功能的细胞器的复杂性远远高于多细胞生物中细胞和组织的特化程度。

原生动物除了具有线粒体、叶绿体、高尔基体和内质网等与其他细胞相似的细胞器外，还有一些特殊的细胞器。原生动物完成各种功能依靠细胞器，仲缩泡是将胞质中多余的水分排出的胞器。液体是通过1个叫海绵体的膜状小泡和管状的结构来收集的。收集的液体运到伸缩泡，随后从质膜上的孔排出体外。伸缩泡在淡水原生动物中十分常见，因为溶解在淡水原生动物细胞质中的溶质浓度远高于外界环境中溶质的浓度，于是水不断地通过质膜扩散到细胞质，这是通过溶质的浓度梯度进行的。若不是有一些补偿机制，水会不断地流进原生动物，直到通过质膜的渗透梯度降到零，或者原生动物破裂。而细胞完成此功能是在保持胞内溶质浓度相对稳定的范围内进行的，原生动物的胞质即使被稀释一点，原生动物就会受到伤害。伸缩泡的功能不仅是防止肿胀，而且可以使细胞内的溶质浓度保证生理功能的正常进行，即伸缩泡必须保持胞内的体积和溶质浓度的恒定。伸缩泡最终排出的是胞内多余的液体，即溶质必须在残余液体排出之前在细胞内从水中分离出来。目前尚不知水从胞质中是通过何种机制分离的，也不知液体是通过何机制排到体外的。伸缩泡不断地充满和释放，每分钟进行几次或许多次，每个个体可能有几个伸缩泡。[2]

多数原生动物缺乏特殊的循环、呼吸和排泄结构，它们的相对体表面积很大，气体交换可以通过完全暴露的体表进行，代谢的废物可以通过扩散排出，也可以很容易地吸收周围环境液体中溶解的营养。原生动物和其他动物一样，直接从外界摄取营养物质。例如，大多数原生动物食细菌类颗粒物质，或食细菌分解的生物体碎片。也有一些原生动物食其他类小动物或原生动物。甚至有些种类营寄生生活。

2 原生动物的应用

2.1 原生动物作为指示生物在污水监测中的应用

各种生物对环境要求不一。指示生物又叫生物指标物，就是指那些在一定地区范围内，能通过其特性、数量、种类和种群等变化，指示环境或某一环境因子特征的生物[5]。

在水质监测方面，许多原生动物对水体生态环境变化的反应要比仪器敏感得多。它们对水体中主要化学物质都具有一定的耐受限和最适度，为评价水质状况提供了可靠的依据，因此可作为指示动物，来指示特定水环境条件的变化。国外对原生动物在水质监测方面的作用研究报道很多，我国用原生动物来临测和评价水质的研究工作开展的也很活跃。[6]

天然水体受到一定程度的污染后，由于自然界物理、化学及生物等过程的作用，会使污染得

到净化。根据其特点可以将水体划分为多污性水体，a-中污性水体，β-中污性水体和寡污性水体。[5]

原生动物种类多，所适应的范围广，但是最适生长范围还是比较窄的。因此很可能有的常见种类出现在三个污染水体中，甚至四个污染水体都有再现，但是从数量上是某一、二个水体最多。所以必须考虑数量之多寡。在应用中最好是采用常见而又占优势的种类来指示该水体的污染程度。[7]

多污性水体的原生动物有：施氏肾形虫、变豆形虫、闪瞬目虫、梨形四膜虫、小口钟虫、及扭头虫、齿口虫等[8]。a-中污性水体的原生动物有：鞭毛虫如草履唇滴虫、卵形隐滴虫、变形鞭毛虫及袋鞭虫等；纤毛虫如锐利木盾形虫、螅状独缩虫、僧帽斜管虫、僧帽肾形虫、盘状游行虫、尾草履虫等；变形虫如齿表壳虫、普通表壳虫、池沼多核变形虫、古纳旧虫等。β-中污性水体的原生动物有：鞭毛虫如红球虫、葡萄合尾滴虫、衣滴虫等；纤毛虫如珍珠映毛虫、三刺榴弹虫、双环栉毛虫、天鹅长吻虫和娇旋口纤虫等；变形虫如卡罗林多核变形虫、大变形虫等。寡污性水体原生动物有：鹅长颈虫、无色额口虫、钟形钟虫、截形平鞘虫、Mayorella 等。[7]

有人对长江洞庭湖原生动物种群进行调查，发现优势种类，基本上属于a-β中污性种类。而理论分析结果恰恰表明，该河段属II 级水标准。由此可见，由原生动物的功能营养种类群和优势种类监测评价河流的有机污染，具有一定的可靠性。[9]还有人提出了各种纤毛虫对环境的最大范围和最适范围，包括温度、O2、CO2、H2S 、NH4+、游离NH3、NO2细菌等因子， 并提出该纤毛虫是哪一类污染级别的指示生物。如施氏肾形虫，能耐受低水平的溶解氧、高NH4+，似乎可在其他纤毛虫都不适宜的任何条件下生长，故有人将它看作为真正的多污性水质指示生物。另如扭头虫、齿口虫等，只有含H2S 的多污性水体中发生，可作为H2S 指示生物。在寡污性水体中发现的鹅长颈虫，由于需要氧，对NH4+的耐受性很低，可作为寡污性水体的指示生物。[7]

2.2 原生动物在污水净化中的应用

近年来，人们利用生物的生理活动，建立高效净化污染环境以及将污染转化为资源的技术系统，许多微生物和原生动物都可以净化污水[7]。原生动物在污水处理过程中的作用是：(1)直接利用污水中的有机物质；(2)促进絮凝过程；(3)对细菌等吞食能力[6]。很多国家为解决日趋严重的环境污染问题，建立各种污水处理厂，一般采用活性污泥法、渗透过滤、流离生物床法等[10]。

2.3 原生动物在治理蓝藻水华中的应用

近年来，蓝藻水华是一个典型的生态问题，生态问题只能用生态学方法去解决，控制和治理藻华的关键是找到一种能够直接有效杀死或者抑制藻类生长的因子，经济而便于大规模使用，而且不会造成二次污染，使用化学杀藻剂虽然可以在一段时期内有效的控制水华，但是价格昂贵，而且可能产生二次污染，即使化学杀藻剂不快速产生负面影响，也会增加湖泊底泥中有害物质的浓度，而生物控藻因子(主要是微生物制剂) 则不会产生类似问题，是一种很有前景的控藻因子。

自然界中有很多生物都可以抑制藻类的生长，原生动物是水生食物链中的重要环节，很多原生动物可以取食藻类，有些甚至以藻类为惟一食物。在湖泊和海洋水生态系统中，藻类生物量的下降往往伴随着原生动物数量的急剧增加。比较各种控藻生物因子的环境适应力、繁殖能力、控藻效力、宿主范围、对宿主改变的适应能力以及不利环境下的抗逆性等多种因素，人们认为原生动物是一种很有实用前景的控藻因子。原生动物作为控藻因子有以下优势：(1)原生动物取食范围广。已经分离到取食微囊藻、鱼腥藻、束丝藻等滇池优势藻种的原生动物。

(2)原生动物食量大，实验室中观测到，只要原生动物数目达到某一阀值，体系中的藻细胞会被迅速消耗殆尽。(3)很多原生动物在食物耗尽时会形成包囊，度过食物缺乏期。当藻类

重新增多时，包囊又会破壁复苏成为食藻营养体。(4)包囊结构具有很强的抗逆性，这种形式容易包装和运输。(5)容易繁殖原生动物可以利用有机培养基大量发酵培养。[12] 3 应注意的问题

利用原生动物对污水监测，不能定量分析出水中各种化学物质种类及含量。同时，生态系统的复杂性使人们较难精确地测出化学毒物对环境的危害。

利用原生动物处理污水，要注意系统负荷量，如系统负荷量超过一定限度，由此建立的微生态系统就会遭到破坏，这一生态系统的恢复时间较长。因此用生物技术处理污水要特别考虑度、O2、pH 值、营养物质、流速等多种因素。