草履虫净化生活污水能力的研究及其实用价值分析

1、草履虫净化生活污水能力的研究及其实用价值分析本项目曾获第二十一届(2006年)全国青少年科技创新大赛微生物学类三等奖。【摘要】本文以草履虫为研究对象，建立了一套采集、培养并自主创新使用水槽电极分离法来高效分离出草履虫的方法。利用生物学、微生物的知识，设计出草履虫在净化生活污水中的实验方案，并检测了几个技术指标，得出经草履虫处理后污水的BOD、平均有机氮、悬浮物浓度降低率等值分别为84.59、53.10、39.43%。通过研究发现草履虫对生活污水的净化效果较好，有潜在应用的价值，基本符合社会的应用要求。【关键词】草履虫，培养，分离，污水净化【Abstract】This essay regards paramecium as research object, sets up a way of gather, culture and separating paramecium effectively by using the Water-bath. Utilize the knowledge of biology, microorganism, design the parameciums

2、experiment scheme to purify the living-sewage, and measure several technical indicator, obtaining BOD, TN ,the reduce rate of the suspended matter . Its 84.59%, 53.10%, 39.43% respectively. After the researching, we find that parameciums purification result to the living-sewage is better. There is potential value ,basically accord with the application requirement of the society.【Key words】paramecium, culture, separate, sewage purification.目前我国的水体污染令人担忧，污染程度已相当于发达国家5060年代的严重时期。据统计，大约有77%的废水未经处理直接

3、排放，工业废水处理达标率约在58%左右，而我国城市生活污水处理起步较晚，现有设备污水处理量不到污水总量的20%1；大量有毒有害物质流入水域，造成城市河段水体污染严重；湖泊的富营养化加剧；原来清澈透明的水体，变得污黑混浊，臭气熏天。河湖富营养化和河道黑臭是我国城市水环境普遍现象。据调查：75的城市湖泊水域富营养化；50%城市地下水受到严重污染2。这一系列环境恶化事件，不仅严重制约了人类的发展，而且给人类的健康带来了诸多不良影响，水体污染带来的一系列问题已经引起了人们的广泛关注。加强环境保护，阻止环境进一步恶化，已经迫在眉睫。微生物与污水净化有着极为密切的关系，尤其是微生物中的原生动物，在水体污染治理中起重要作用。微生物经过“吞食”水中的有机物颗粒、细菌、藻类等，通过其自身的代谢作用，将其转化为对环境无害、或危害更小的物质，从而使环境得到净化3。草履虫是单细胞原生动物的典型代表动物，在分类学上隶属于纤毛钢。它具有抗污性高，净化污水，吞噬细菌和单细胞藻类的习性4。据统计，一只草履虫每小时大约能够形成60个食物泡，每个食物泡中大约含有30个细菌，因此，一只草履虫每天大约能够吞食43000个细菌

4、，这在微生物的吞食能力中来看是较为罕见的，因此从这个角度来看，草履虫在水污染的生物净化和防治中起到很重要的作用。本文通过使用自主创新的水槽电极分离法分离草履虫并培养草履虫，再通过对比实验研究草履虫在污水净化中的作用，进而揭示以草履虫为代表的原生动物在水质净化及环境监测上的重要价值。一、实验材料与方法1.1 草履虫的形态和结构先简单介绍一下草履虫的形状：草履虫的体长只有80300微米，且身体前端圆，中间较宽，后端脚尖，外形象一只放着草鞋，所以被叫做草履虫。它的全身长了纤毛，当它游泳的时候，从身体的前端开始，有一道沟斜着伸向身体的中部，在沟的后端有口，所以被称为口沟。口沟里有一个胞口，下面连着胞咽。全身的纤毛都会有节奏地摆动，由于口沟的存在和纤毛的长度不同，草履虫是旋转着前进的。对于一个细胞而言，其最重要的当然是它的细胞核，而草履虫为单细胞生物，所以它的细胞核就显得尤其重要，草履虫的细胞核通常有两个，一个大核与一个小核。（如图1）大核，主要对营养代谢起重要作用；小核，主要与生殖作用有关。细胞核每天以24小时的周期变化着，中午12时的体积最小，以后逐渐增大，到午夜24时的体积最大。为了进一步

5、研究这种有趣的原生生物，我们必须采用一些方法来收集并培养它，具体方法如下。1.2 草履虫的采集草履虫多生活于有机质较多的池塘或湖泊中，尤喜生活于细菌丰富的水中。据经验，在排放生活污水的水沟中，污泥变黑，黑泥表面有白色膜，这很可能就是草履虫，在此采回的草履虫为佳。具体方法是：取一个500毫升的透明广口瓶（或烧杯），在污水沟中白色膜较多的地方，用瓶口沿轻轻地刮下白色膜，注意不要刮得过厚，以免采入大量污泥。将含有样品的混合液体带回实验室后静置一段时间，即可观察分离，草履虫的形态及结构；若是较宽的水域，则可沿水边用木棒将水搅动，待底部沉渣、泥沙泛起水面时，再用500毫升透明的广口瓶立即舀上半瓶水，即可看到瓶里的水中有一些小白点在移动，这很可能就是草履虫。同时要采取一些原地的水生植物茎叶、丝状藻类或漂浮物（草木、碎屑等）放进瓶内，以保持草履虫原来的生活环境。若草履虫浓度过低，则可用25号筛绢（网孔为0.05mm）做成手提的小网，在水中来回拖拉过滤，使网到的草履虫数量浓集，然后对着广口瓶翻转网底，把富含草履虫的水倒入瓶内，即可显著提高采集效果6。1.3 草履虫的培养1.3.1 培养液制备草履虫的培

6、养液有许多种，从材料收集难易程度、培养效果、设备仪器等多方面因素考虑，我选择了煮沸的稻草液腐败馒头5。其制作方法是：将当年或前一年的稻草秆剪成3cm长的节段，取10g左右，置于1000ml的水中煮沸后，再继续煮1015min。待水凉1824h后，取20ml倒入培养皿中，再加5克腐败馒头，待培养草履虫使用。1.3.2 草履虫的分离用上述方法采集到的草履虫中往往含有各种原生动物或其它小型生物及杂质，要想从中获得草履虫，就必须将其从混合液中分离出来。常用的分离方法有牛肉汁引诱法、酸碱驱赶法、盐性驱赶法等5。这些方法都是基于草履虫的趋性，但这种趋性特异性不高，分离出的草履虫仍混杂有其它小型生物，达不到理想效果，而毛细吸管吸取法比较烦琐，根据草履虫弱电流时一般趋向负极，强电流的趋向正极的特性，在这采用自主创新的水槽电极分离法。具体方法如下：长方形水槽注入清水，在水槽两端，分别插入连有两节电池(电压共36V)的导线，组成直流电路。用吸管吸取水样注人水槽正极一端水面上，几分钟后，因草履虫有趋向负极的特性，而从正极游向负极，杂质未动，用吸管便可在负极吸取无杂质虫体，注入准备好的纯净营养液中进行纯培养，

7、可得到理想的草履虫。这是一种快速高效将草履虫分离的方法。其原理如图2所示。1.3.3 培养及保存草履将接种有草履虫的培养液的广口瓶，放在恒温培养箱中进行培养，培养液的容器口要用纱布包严。大约4天后，就会有大量草履虫出现。如果是长期培养，就要定期更新培养液。这是因为随着虫体大量繁殖，培养液中营养逐渐减少，而虫体排出代谢物却又不断增加，这就会引起草履虫数量减少甚至全部死亡。因此在培养过程中可每隔3天左右须更新一次培养液。更新时，用吸管从培养皿底部吸去培养液及沉淀物，每次要吸去一半培养液，加入等量新鲜培养液。二、结果与分析2.1 草履虫在污水治理中的应用在水体污染的治理中，微生物起着十分重要的作用。通常，我们对微生物采取两种相反的方法。一方面对有害微生物予以消灭或控制；另一方面对有益微生物予以利用。利用微生物的代谢作用使有机污染物降解成CO2和水或转化为无害的物质3。废水处理、废气处理和固体废物处理中都有生物处理法。作为草履虫而言，它在污水治理中的应用主要如下：2.1.1 指示作用原生动物中有的种类及数量对水质因素（如溶解氧、pH值等）的变化较敏感，故可以作为鉴定污水污染程度的指示生物5，例

8、如钟虫和轮虫对溶解氧和毒物特别敏感。就草履虫而言，它可以在水污染治理和毒性检测中作为指示性微生物4，即草履虫主要大量出现于受重污染和有机物很多的水中。2.1.2 净化作用草履虫是原生动物的重要代表，而原生动物又是生态平衡中不可缺少的一种动物。草履虫通过吞食等方式来吸收污（废）水中溶解性有机物，从而起到对废水的净化作用。例如：在自然状态下，细菌分解有机物的能力强，将有机物转化为细菌的细胞和无机物质。无机物质又被藻类转化为藻类的细胞，这些细菌和藻类又成为草履虫及其原生动物的食物，水中的鱼常以草履虫及其原生动物等微小生物为食，鱼类又是人类的食物。当人类再一次将废物排入海中时，水中的细菌又将其分解，如此循环下去，从而保持了生态平衡。2.2 草履虫对污水净化的探讨在本研究中，我自主设计了一个实验来对草履虫在污水治理中的净化作用加以探讨。实验的具体步骤及结果如下：2.2.1 草履虫的培养.如前面介绍的培养方法所述。.取样考虑到一个地方采样有片面性，我选取了3个不同的地方进行污水的采样。我分别在重庆科技学院院办食堂污水排放口，重庆市大渡口区马王4村生活污水排放口及重庆市渝中区南国丽景小区生活污水排放

9、口分别采集了污水样本。采集方法及标号：在污水排放口用大烧杯分多次将污水采集到一个20L的桶内，密封保存，标上标号。其标本号及对应地址如下：表1 样品采集标号及对应地址标号采集地址1重庆科技学院院办食堂污水排放口2重庆市大渡口区马王4村生活污水排放口3重庆市渝中区南国丽景小区生活污水排放口采集完成后，我将其样品带回学校实验室来进行实验。.实验方法把取来的每份原水分别装在两个储液瓶（储液瓶容积20L）内（3份样品，共6个储液瓶），分别标为A1，B1（以样品1为例，其它依此类推）。在B1储液瓶内加入前面培养的草履虫。A1不做此操作。对A1，B1两个储液瓶分别用陶瓷曝气头进行曝气，每曝气8h后静沉1h，倒出上清液，监测这两个上清液的BOD（碘量法），过滤后的BOD（对该上清液进行过滤后再监测），有机氮（凯氏定氮法，纳氏试剂分光光度法测氨氮），悬浮物浓度（重量法）。该实验再重复做两次，得到三个监测值，取其平均。.实验结果对污水未加草履虫和加入草履虫前后的BOD，过滤后的BOD，有机氮，悬浮物浓度进行比较，数据如下：由上述实验数据可以看出，在污水中加入草履虫后，可以在一定程度上改善出水水质。这主要是由于在该污水中存在较为丰富的有机物，草履虫能够吸收污水中的溶解性有机物，通过本身的细菌代谢作用，一部分降解、合成为细胞物质，另一部分降解、氧化为水分、二氧化碳、氨等。从而使出水中的各项指标值（过滤前的BOD，过滤后的BOD，平均有机氮，悬浮物浓度）得到下降，即改善了出水水质。三、讨论EM是一种新型的复合微生物制剂，它的代表性微生物主要有光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌。EM对去除污水中BOD5、平均有机氮量、悬浮物的影响在日本县志川立图书馆采用6处理生活污水中有报道9。生物滤池内含多微孔活性瓷球，表面积大，可作为生物氧化的载体并且具有活性炭的性能，便于微生物对污水中的有机物进行充分氧化分解11。二者与草履虫对

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