污水处理系统产生的微生物

摘要

本文讨论了污水处理过程中产生的微小动物和其他微生物。

引言

水生微生物在未经同意的情况下出生，过着短暂的生命，很快就以（可能）痛苦的方式死亡。微生物的一个食物来源是人类废水，其中包括粪便和（在某些情况下）磨碎的食物残渣等。

有许多类型的废水处理系统，这里我只讨论几种常见的类型。

你家的废水去往哪种处理系统取决于你住在哪里。通常你可以在网上查找关于你所在地污水处理设施的一般信息，比如搜索"{albany ny sewage treatment plant}"。

化粪池系统

许多农村地区居民使用现场污水处理设施，最常见的是化粪池系统。关于这种废水处理类型的更多信息，请参见"化粪池系统产生的微生物"。

活性污泥

活性污泥法是一种常见的大规模二级废水处理类型。

National Small Flows Clearinghouse (2003)说（第1-2页）：

活性污泥厂是当今最流行的生物处理工艺，用于较大型设施或小型成套设备。[...]

活性污泥法被广泛用于大城市和社区，在那里需要经济地处理大量废水。活性污泥法工厂也是医院或酒店等隔离设施、集群情况、住宅区和小社区的良好选择。

纽约市的废水系统采用活性污泥设计。NYC DEP (n.d.)："二级处理被称为活性污泥法。[...]泵入大型曝气池的空气将废水和污泥混合，刺激天然存在于污水中的需氧细菌和其他微小生物的生长。"

Huler (2010)报道说，"活性污泥法"被"北卡罗来纳州罗利东南部的纽斯河废水处理厂"使用。

活性污泥中的微生物

维基百科（"活性污泥"）说，活性污泥系统中的生物絮体"主要由腐生细菌组成，但也有重要的原生动物群落成分，主要由变形虫、螺旋虫、缘毛虫（包括钟虫）和一系列其他滤食性物种组成。其他重要成分包括运动和固着的轮虫。"

Madoni (2010)，第4页："自由生活的原生动物[...]通常在活性污泥厂的混合液中发现，经常报告的数量级为3–20 × 10⁶个/升。据估计，原生动物生物量可达250 mg/升（干重）"。

Glymph (2013)说（第138页）"后生动物在较长龄系统中占主导地位，包括泻湖处理系统。" Theobald (2014)同意："后生动物-在较长龄系统中占主导地位，包括泻湖"。而Seman (n.d.)说（第58页）："后生动物的优势表明污泥老化"。我不确定这里的"占主导地位"是什么意思。肯定不是指个体生物的数量。我甚至不确定它是否指生物量？也许它只是意味着比正常情况下有更多的后生动物？关于泻湖的更多信息，请参见本文下面的"泻湖"部分。

众所周知，大多数动物需要氧气才能生存。^a Maine Lagoon Task Force (2003)报告说，原生动物也是如此："原生动物是严格需氧的。"因此，厌氧条件基本上排除了原生动物和后生动物。Glymph (n.d.)同意（第13页）："原生动物必须有氧气才能生存。缺氧会严重限制存在的原生动物的种类和数量。"然而，Theobald (2014)声称一些原生动物可以在没有氧气的情况下生存："一些原生动物需要氧气，一些需要很少的氧气，还有一些可以在没有氧气的情况下生存。"

Myers (2011)在3分20秒时说："线虫和轮虫都可以表明细菌生物量较老，在废水中表明净化程度较高或来自附着生长系统的接种。"这句话的最后一部分是否意味着线虫和轮虫在附着生长废水处理系统（本文后面讨论）中更为丰富，因此从这些系统取出的污泥用于接种时含有比悬浮生长处理系统通常更多的这类生物？？

Wisconsin Department of Natural Resources (2010)指出（第1-2页）"随着活性污泥变老，会更常见地看到有柄纤毛虫和轮虫。如果污泥太老，轮虫和线虫将占主导地位。"它用以下图表说明了这一点（第4页）：

微生物组成

National Small Flows Clearinghouse (2003)，第3页：

活性污泥由混合的微生物群落组成，约95%是细菌，5%是高等生物（原生动物、轮虫和更高等的无脊椎动物）。[...]

最主要的微生物是需氧细菌，但也有大量的真菌和原生动物。在长时间曝气的系统中最常见轮虫和线虫。

Seman (n.d.)报告（第36页）原生动物"占活性污泥微生物的约3%"。

Glymph (2013)给出了活性污泥中按生物类型的细分（第25页）：

细菌（95%）
原生动物（4%）
后生动物（1%）

这些来源都没有具体说明这些百分比使用的是什么度量，但我猜是质量而不是原始生物数量？要看出这一点，考虑到细菌通常是0.5到5微米，而轮虫通常是0.1到0.5毫米。即使我们保守地假设一个细菌是5微米，一个轮虫是0.1毫米 = 100微米，这意味着体积和质量的差异大约是(100/5)³ = ~10⁴。所以如果废水中1%的个体生物是轮虫，95%是细菌，那么轮虫在质量上会比细菌多10⁴ * 0.01 / 0.95 = ~100倍。但这显然不是事实，你可以在像这个和这个这样有帮助的视频中看到。Madoni (2010)确认（第3页）细菌即使在质量上也占主导地位："细菌是最直接参与废水处理的生物。它们在数量和生物量上都超过所有其他群体"。

我的印象是，许多原生动物在大小上更接近后生动物而不是细菌。^b例如，钟虫有一个最大0.15毫米的"钟"和最长1毫米的柄。壳虫有一个最大0.3毫米直径的壳。扁虫是0.1到0.15毫米。等等。由于原生动物和后生动物在大小上的这种接近，我假设以下表格，取自Wisconsin Department of Natural Resources (2010)的第2页，实际上确实代表计数而不是生物量：

我给Toni Glymph-Martin发了电子邮件，询问像"活性污泥中95%的微生物是细菌"和"4%是原生动物"（Glymph n.d.，第9页）这样的陈述是指个体细胞数量还是质量。Glymph-Martin回复说："它们更多是按数量和质量。[细菌的]百分比可以在95-99%之间"（个人通信，2017年9月25日，经许可引用）。

与堆肥的比较

如果活性污泥异养生物量的~1%是后生动物（轮虫、线虫、缓步动物等），这与堆肥箱相比如何，后者是处理食物废物的另一种潜在方式？Tomasik（"丰度..."）中的"Brady (1974)"表显示，例如，线虫生物量是10到100，而细菌生物量是400到4000。^c仅考虑这两种生命形式，线虫构成约10/(10 + 400) = 100/(100 + 4000) = ~2%的生物量，这与活性污泥相似。然而，土壤还含有显著的蚯蚓生物量（约为细菌生物量的25%）。我想知道这是否是因为蚯蚓比微小动物寿命更长，所以它们积累了更多的静态生物量？我不知道活性污泥中是否有任何类似蚯蚓的动物具有长寿命和高生物量。^d因此，土壤/堆肥中由后生动物构成的生物量百分比可能比活性污泥中更高。

话虽如此，代谢率可能是比单纯的静态生物量更好的道德相关性指标。我不知道细菌、线虫和蚯蚓之间的代谢率如何比较，尽管我会推测较大的生物每单位生物量的代谢率较低，符合克莱伯定律。在这种情况下，土壤中蚯蚓相对于较小动物的高总生物量可能并不意味着相对于较小动物有相应高的总代谢率？

感知能力

在我看来，后生动物（动物）是每单位代谢最具感知能力的废水生物，但这是有争议的，我不确定我对原生动物的感知能力的看法。后生动物与原生动物不同，有神经系统。

Glymph (n.d.)解释说，虽然许多原生动物吃细菌，但一些原生动物吃其他原生动物（第12页）：

如果污泥继续老化（通常太老），没有食物或细菌可以吃，吃原生动物的原生动物开始占主导地位。吸管虫之所以得名，是因为它的头部有"吸管"或触手伸出。吸管虫会等待一个毫无戒心的原生动物，然后将其吸入触手，分泌毒素使其麻痹，然后开始吸食其体液。

我很好奇这个过程对被捕食的生物是否痛苦。被捕食的生物是否挣扎逃脱？它的身体是否产生内部应激反应？

Serpil Demir (2016)展示了吸管虫Podophrya捕获一个猎物生物（在1分13秒处），该生物可见地挣扎逃脱约1.5分钟（直到约2分45秒）。我假设被捕食的生物在这个过程中可能正在经历一些内部生理变化，尽管我不知道它们是什么或它们在多大程度上符合我们对"（初级）痛苦"的概念。

当然，一些后生动物也吃原生动物。例如，Glymph (n.d.)解释（第14、16页）：

在较长龄系统或较老的污泥中可能会看到大量的线虫。它们不会对整体处理有贡献，而是以细菌、原生动物、真菌为食，有时还会吃其他线虫。一些线虫有牙齿，一些有一个可以刺入猎物的矛，然后用矛像吸管一样吸入食物。[...]

缓步动物[...]有头部，有眼睛和嘴巴，它们用嘴巴刺穿食物，然后吸出内部。[...]

在较长龄系统中，有柄纤毛虫和后生动物将占主导地位，主要是因为它们能够在剩余很少营养物质时竞争，并能够以其他原生动物为食。

处理设施占地面积可能可以忽略不计

活性污泥处理的一个小优点是，处理建筑和其他结构覆盖了土地并防止植被在上面生长。防止植被生长减少了土壤生物的食物和栖息地，从而防止一些无脊椎动物出生。然而，相对于废水处理厂处理的有机物体积，防止的植被生长是可以忽略不计的，如下面的计算所示。

Diggelman and Ham (2003)报告（表2，第505页，"POTW"列）将100公斤湿食物废物倒入下水道负责2.4 * 10^-4平方米的土地使用，这是由于废水基础设施。^e我不确定是否所有这些土地面积都防止了植被生长，因为废水处理厂可以在不同建筑之间有草地，但让我们保守地假设所有这些土地面积都防止了植被生长。由于废水处理厂设计使用寿命为30年（第507页），这实际上是(2.4 * 10^-4平方米) * (30年) = 7 * 10^-3平方米-年的土地使用，为方便起见，我将其四舍五入为10^-2。

大多数类型土地上的净初级生产力往往在每平方米-年~10³克的数量级（Tomasik "净..."）。因此，将100公斤食物废物倒入下水道所覆盖的土地面积本来会产生大约(10^-2平方米-年) * (每平方米-年10³克) = ~10克植被。显然，被送入下水道的100公斤 = 100,000克食物废物的分解过程对无脊椎动物痛苦的影响远比防止~10克植被生长更为重要。

附着生长系统

过滤床

维基百科（"二级处理"）：

细菌、原生动物和真菌的生物膜形成在介质表面，并吃掉或以其他方式减少有机含量。过滤器去除少量悬浮有机物，而大部分有机物支持微生物在过滤器中进行的生物氧化和硝化过程中的繁殖和细胞生长。通过这种好氧氧化和硝化，有机固体被转化为生物膜，被昆虫幼虫、蜗牛和蠕虫啃食，这有助于维持最佳厚度。

维基百科（"滴滤池"）："滴滤池中发展的生物膜可能会变得几毫米厚，通常是一个胶状基质，其中包含许多种类的细菌、纤毛虫和变形虫原生动物、环节动物、线虫和昆虫幼虫以及许多其他微型动物。"

虽然我没有具体的数字，但上述描述让我认为，相对于每单位进入的有机物，滴滤池可能比活性污泥系统支持更多的无脊椎动物？或者也许滴滤池只是支持更大尺寸的无脊椎动物，如苍蝇幼虫和蜗牛，而活性污泥系统仍然有大量较小尺寸的轮虫和线虫？

Madoni (2010)关于渗滤池（我假设与滴滤池相同？）说，第4页："纤毛虫门是对渗滤池微动物群贡献最大个体数量的原生动物门。纤毛虫的范围从每毫升液体500到10,000个个体"。这是每升5 x 10⁵到10⁷个，似乎与上面提到的活性污泥系统中自由生活的原生动物"每升3–20 × 10⁶个细胞"相当。

Sarai (1975)

Sarai (1975)，第238-39页：

[滴滤]池支持一个复杂的微生物群落，如细菌、藻类、真菌、原生动物和轮虫，以及蜗牛和昆虫幼虫等啃食者。[...]苍蝇幼虫遍布整个过滤床。成年苍蝇停留在过滤器壁和附近建筑物上。它们对工厂工人和附近居民造成滋扰。工厂操作员使用各种方法来控制它们[...]。

显然，在正常负荷下，正常的昆虫种群（约100只幼虫/100平方厘米）通过啃食活动有助于过滤效率，防止堵塞并允许细菌旺盛生长。有机物过度负荷会导致更高的昆虫种群，造成滋扰并降低效率，因为生物膜减少而幼虫贡献的固体增多。

我不完全清楚"100平方厘米"的表面积是什么意思，但Sarai (1975)讨论了"岩石表面积"（第238页），所以我猜它指的是单个岩石的实际表面积（而不仅仅是从过滤器表面向下延伸的假想垂直圆柱体的顶部表面积）。

Sarai (1975)研究了三个具有不同苍蝇幼虫密度的"滴滤污水处理厂"（第238页）。描述苍蝇幼虫最多的过滤器时，Sarai (1975)报告（第238-39页）该"过滤器在6英寸深度以下有非常高密度的蛾蚋幼虫[...]，最大密度在18英寸处，那里一些岩石几乎被幼虫覆盖。幼虫密度在24英寸以下减少。在所有深度都发现蛹，在18英寸以下更常见。成虫主要停在墙上，一些在过滤介质内的空间中。"

旋转生物接触器

维基百科（"二级处理"）："旋转圆盘支持污水中存在的细菌和微生物的生长，这些微生物分解和稳定有机污染物。"

Madoni (2010)，第4页："[旋转生物接触器]系统中原生动物的定量重要性已经从生物量方面确定[...]：测得的纤毛虫生物量值为314 μg/平方厘米（干重）"。

细菌对可变食物的反应

Westerling (2014)描述了附着生长系统中细菌与活性污泥等悬浮生长系统相比的不同进食行为：

根据Denn的说法，悬浮生长技术通常难以应对高度可变的废物流。"细菌[即细菌]习惯于吃一定量的食物，当这些食物被拿走时，它们会把彼此视为食物，"他解释道。"它们都相互接触，所以它们开始自相残杀，减少你的总生物数量。"

"对于附着生长，"他继续说，"它们不会去寻找其他细菌。当食物减少时，它们基本上学会少吃，就像你我一样。如果我们习惯吃很多，但由于某种原因我们负担不起像以前那样多的食物，我们会学会用更少的食物生存。这是同样的道理。"

这两种方法之间的细菌总痛苦量可能有所不同，尽管不清楚哪一种更好。

蚯蚓过滤器

从无脊椎动物痛苦的角度来看，我见过的可能最糟糕的废物处理形式是蚯蚓过滤器，它使用细菌和蚯蚓来分解废水中的有机物。维基百科（"蚯蚓过滤器"）报道："蚯蚓过滤器最常用于污水处理（无论是在集中处理还是现场污水处理设施中）和农工业废水处理。"幸运的是，我的印象是这些系统不太常见？？

堆肥厕所

维基百科（"好氧..."）关于Clivus Multrum堆肥厕所说："在腔室内，尿液和粪便不仅被好氧细菌独立分解，还被真菌、节肢动物和蚯蚓分解。"

泻湖

维基百科（"污水处理"）："泻湖或池塘通过在大型人工池塘或泻湖中储存提供沉淀和进一步的生物改善。这些泻湖高度好氧，通常鼓励本地大型水生植物，特别是芦苇的定植。小型滤食性无脊椎动物，如水蚤和轮虫物种，通过去除细小颗粒物极大地协助处理。"

Maine Lagoon Systems (2008)：

截至1980年，美国约有7,000个废水稳定泻湖在使用。今天，所有二级废水处理设施中有三分之一包括某种类型的池塘系统。其中，刚刚超过90%的流量为每天100万加仑或更少。但池塘也可以用于较大城市的废水处理。这个国家一些最大的池塘系统位于北加利福尼亚，为桑尼维尔（人口105,000）、莫德斯托（人口150,000）、纳帕（人口175,000）和斯托克顿（人口275,000）等城市服务。

Maine Lagoon Task Force (2003)：

泻湖和池塘在功能上类似于活性污泥系统，但生物固体质量要少得多。[...]泻湖和池塘的功能比活性污泥系统慢10-20倍，因为它们的生物量较少。[...]细菌负责泻湖系统中大部分活动。[...]轮虫和线虫（蠕虫）是在泻湖系统中发现的动物。

值得记住的是，并非泻湖所有的异养生产力都来自废水分解。这些泻湖也可以像普通池塘一样生长藻类，其中一些生产力会在没有外部有机物输入的自然池塘中发生。当然，流入的营养物可能会增加生产力，从而增加无脊椎动物的痛苦，相对于自然池塘中会发生的情况？维基百科（"兼性泻湖"）："废水营养物可能会导致精炼池中的藻类在原始废物被分解后继续生长。"换句话说，废水可能通过其含有的有机物直接喂养异养生物，也可能间接喂养异养生物，因为流入的营养物刺激了更多的藻类生长。

Tomasik（"浮游动物产生..."）对纽约州北部两个"兼性曝气废水处理泻湖"产生的浮游动物数量进行了粗略计算。

Maine Lagoon Task Force (2003)指出："在泻湖和池塘中发现自由分散的、絮状的和丝状细菌，类似于活性污泥系统中发现的细菌。池塘中发现的许多细菌是可运动的。"如果我们认为一个可运动的细菌在其他条件相同的情况下比一个不可运动的细菌更有感知能力，这一事实可能有一点道德相关性，也许是因为可运动的细菌必须能够导航？

稳定塘

Babu (2011)

Babu (2011)报告（第3页）："废水稳定塘（WSP）是发展中国家最常用的废水处理技术，特别是在热带地区。[...]废水稳定塘的主要缺点是需要相对较大的面积进行建设。"从最小化无脊椎动物种群的角度来看，用水覆盖大面积土地并不明显是坏事，因为用水覆盖土地意味着陆生植物无法在那片土地上生长。不幸的是，更多的水生植物和藻类可以在更大面积的水中生长。

Babu (2011)创建了"在乌干达坎帕拉的热带条件下建造和运行的试点规模废水稳定塘"（第13页）。池塘1是对照组，池塘2到4有实验性的"挡板"（"涂有玻璃纤维材料的平板木板"）以增加细菌附着的表面积（第22-23页）。下表显示了每升浮游动物的数量（第32页）：

以下是生物量数字（第33页）：

浮游动物"在白天使用一升塑料容器采样"（第27页）。Babu (2011)指出（第31-32页）：

存在摇蚊科的摇蚊幼虫（血虫），它们被看到附着在生物膜上。然而，它们没有被计数；只计数了水柱中的微型无脊椎动物。从表2.3 [我上面复制的表格]中可以看出，桡足类和枝角类的数量要么很少，要么缺失。甲壳类浮游动物表现出昼夜迁移，在夜间移动到水面，白天移动到底部。桡足类可以检测并避免机械冲击[...]，可能大多数甲壳类浮游动物检测到采样器的机械干扰并避开了被采样。

浮萍覆盖

注：我没有深入研究本小节讨论的问题。我只是将其作为进一步调查的起点。

在他的"引言"中，Babu (2011)提到（第5页）：

Schumacher和Sekoulov (2002)观察到藻类生物膜增加了池塘pH值（由于光合作用消耗二氧化碳）。由此产生的高pH值导致氮去除减少[...]。这表明可能脱氮过程受到影响；这对处理过程不利。先前的研究（Caicedo 等人，2005）表明，藻类和浮萍系统的组合可以抵消高pH的影响。在浮萍池中，光线穿透受限，因此藻类生产力几乎不存在。这些池塘中报告了稳定的6.8至7.0的pH值和相对较低的氧气水平。

换句话说，浮萍限制藻类生产力可能起到避免高pH的作用。限制藻类生产力对于减少未来异养生物种群的目标也是好的，因为较少的藻类可能意味着较少的动物吃那些藻类。然而，我担心浮萍本身可能高度生产，在这种情况下，浮萍覆盖实际上不会减少总生产力？Cross (1994)说浮萍："[一些作者]总结了许多早期研究，证明这种水生植物的生产力异常高。每年每公顷10-20吨的干重增加是正常的。"我想知道这是否取决于浮萍是否被收获？？

Nandini (1999)

Nandini (1999)研究了印度的稳定塘。这些池塘看起来如下，原始污水从顶部进入，净化后的水从底部流出。

Nandini (1999)发现以下桡足类和枝角类密度（图7）和轮虫密度（图8）：

Nandini (1999)在"讨论"中提到（第154页）：

污水稳定塘中的细菌负荷可能非常高，在很大程度上这是通过纤毛虫原生动物和鞭毛虫高密度的发展来控制的（Curds和Fey 1969；Rivera 等人 1986, 1987；Madoni 1991；Vaqué和Pace 1992）。众所周知，浮游动物，特别是枝角类和轮虫也能有效地以细菌为食（Vaqué和Pace 1992, Starkweather 等人 1979）。在这项研究中，轮虫中达到最高密度的是Hexarthra mira和Filinia longiseta，它们主要以细菌为食（Koste 1978）。在亚洲其他地方（Green和Lan 1974）对污水稳定塘的研究中，以细菌为食的物种如Brachionus calyciflorus、Hexarthra mira、Filinia longiseta和Epiphanes macrourus构成了轮虫群的主体。因此，即使在没有可食用的绿藻的情况下，由于高细菌负荷，也可以维持高密度的浮游动物（Uhlmann 1980）。

我不是专家，但我理解上述段落是说稳定塘中的浮游动物不仅仅是以新生长的藻类为食，还吃了以污水本身有机物为食的细菌？也就是说，部分浮游动物生产来自污水的有机物？无论如何，这种区别可能不是非常重要，因为最终决定浮游动物痛苦的是稳定塘支持的浮游动物总数量，无论是以废水细菌还是新生长的藻类为食。但这一点有助于澄清稳定塘是否只是因为它们是（营养丰富的）池塘而有浮游动物，还是因为它们还获得额外的有机物输入。

与活性污泥的比较

虽然我没有具体的数字，但根据我读到的定性信息，无脊椎动物在泻湖和稳定塘中通常比在活性污泥系统中更丰富，至少每单位呼吸的有机物是这样。部分原因我假设是因为较慢的系统允许更复杂的异养生物有更多时间生长和繁殖。这是否意味着使用活性污泥系统而不是泻湖或池塘会减少世界总的无脊椎动物数量？这并不清楚，因为泻湖和池塘覆盖的面积比活性污泥厂大，因此取代了更多的陆生无脊椎动物。完整的比较是在

1. 活性污泥系统中产生的无脊椎动物 + 不需要被泻湖或池塘覆盖的剩余土地上的无脊椎动物，与
2. 泻湖或池塘产生的无脊椎动物（吃进入废物中的有机物和在水中生长的藻类）。

没有具体数据，不清楚这些总数中哪个更大。

其他信息

Summers (2014)说"我曾经操作过一个污水处理厂"，尽管他没有具体说明是什么类型。他说有时排放物可能含有大量轮虫，但这是一个不好的迹象，因为它表明"固体水平太高。这意味着太多的'营养物'被释放回生态系统，可能是一条溪流。"

维基百科（"处理池"）说关于处理池："池中存在几种无脊椎动物，它们维持藻类水平并帮助沉淀物沉积在底部。由于蚊子对维护池塘的人来说是个问题，添加食蚊鱼和其他几种捕食鱼类是好的，以控制虫害。它们主要用于蚊子控制，因为处理池是蚊子绝佳的繁殖地。"

Nandini et al. (2004)

Nandini et al. (2004)研究了"四种枝角类物种，即Alona rectangula、Ceriodaphnia dubia、Moina macrocopa和Daphnia pulex在墨西哥城Iztacalco处理厂废水中的种群生长模式"（第59页）。目标之一是评估这些甲壳类动物"在水产养殖中作为鱼类幼虫的初级饲料"的潜力（第64页），因此作者希望看到大量种群。作者尝试在四个不同的水箱中培养枝角类：

• 含有Chlorella vulgaris（一种"单细胞绿藻"）的对照水箱（第60页）。
• 水箱A—"原始废水"："水箱A中的废水是原始形式，其中大的漂浮有机物被允许沉淀"（第60页）。
• 水箱B—"部分处理的废水"："在水箱B中，有机物被允许分解，并使用连续曝气和水循环进行部分处理"（第60页）。
• 水箱C—"处理过的废水，但未氯化"："水箱C是最后一个阶段，但在水被泵出用于工业用途如洗车中心之前的一个阶段"（第60页）。

枝角类种群通常会生长，然后"在达到承载能力后开始下降"（第60页）。以下是枝角类的峰值丰度，以每毫升（不是每升）个体数表示：

出生的枝角类总数可能略高于这些峰值丰度，因为在达到峰值丰度之前有一些死亡（"遇到死亡个体时将其清除"，第60页），而且我猜测在达到峰值丰度之后也有一些出生。

富营养化

维基百科（"污水"）："污水含有可能导致接收水体富营养化的营养物质"。

Wikipedia（"污水处理"）：

一项浮游植物研究发现，高营养物浓度与污水排放有关。高营养物浓度导致高叶绿素a浓度，这是海洋环境中初级生产力的代表。高初级生产力意味着高浮游植物种群，很可能也意味着高浮游动物种群，因为浮游动物以浮游植物为食。然而，排放到海洋系统中的污水也会导致更大的种群不稳定性。

Leibenluft (2008)："有证据表明，泵回当地水流中的[污水处理]排放物确实会影响它们的化学成分和水生生物。"如果营养物的增加在某种程度上增加了藻类生长但没有使水体缺氧，这可能是不好的。如果富营养化严重到导致缺氧，净影响就不那么明确了，因为在这种情况下，后生动物会做更少的分解，尽管总的可食用食物会更多。我假设在西方国家，污水处理排放物很少导致接收水体完全缺氧？？

BWB (2014)报告说，柏林的废水经过处理以减少输出水中的营养物负荷（第25页）："可以去除废水中97%的磷酸盐。"

Diggelman and Ham (2003)报告说，美国威斯康星州麦迪逊市的麦迪逊大都会污水处理区废水处理厂"提供废水的三级处理"，包括"脱氮和去除磷"（第507页）。

Lundie and Peters (2005)

Lundie and Peters (2005)从各种环境影响指标的角度研究了处理食物废物的不同方法。使用垃圾处理器被发现比将食物废物处置在垃圾填埋场贡献了约3倍的"富营养化潜力"（表3，第284页）。话虽如此，相对于人们造成富营养化的所有方式，使用垃圾处理器只构成总量的2.1%（表4，第284页）。Simmons (2014)总结了这一发现："水槽处理器负责水中约2.1%的营养物过载——这个百分比比垃圾填埋和堆肥高得多——但相对而言，与非点源污染（即来自农场和富含肥料的雨水径流）相比，这个比例相当小。"

值得注意的是Lundie and Peters (2005)研究的澳大利亚地点的一些独特特征。作者解释说，富营养化潜力"由污水处理厂从悬浮物和污水水相中去除营养物的能力控制。邦迪污水处理厂（STP）是一个'高速初级'工厂，因此约50%的进水氮和磷在处理后的污水中释放"（第281页）。^f另一方面："在韦弗利市议会地区，处理后的污水被释放到塔斯曼海的密度分层（'密跃层'）以下。这通常防止它与阳光接触，富营养化终点的风险很低"（第283页）。话虽如此，即使最初释放的营养物在透光层以下，也许它们最终会向上迁移并在以后刺激浮游植物？？

食物废弃物与一般污水

Diggelman and Ham (2003)指出"废水系统是碳限制系统。向碳限制的废水系统添加食物废物碳有助于从污水中净去除营养物（氮和磷），如果营养物与碳一起被同化到生物量中并作为污泥从系统中去除"（第512页）。如果这种效应显著，我想知道将食物废物倒入下水道是否实际上减少了富营养化，即使冲洗尿液和粪便会增加富营养化？

有机废物排放

Lundie and Peters (2005)关于邦迪污水处理厂解释（第277-78页）："处理后的废水排放到海洋水环境中。这种废水含有一些来自"被垃圾处理器磨碎的食物残渣的有机物。

我对以下来自Stevens et al. (1985)第24页的段落的理解是，废水处理厂的排放物可能含有一些可以促进浮游动物生长的有机物：

花鲈工作组成员Charles Hanson提出了一个替代假说来解释浮游生物种群的减少。无机营养物浓度没有下降，但Hanson假设在20世纪70年代上半叶，河口点源排放的废物处理改善减少了系统中有机物的贡献，可能导致了Suisun湾和[萨克拉门托-圣华金]三角洲生产力的下降，特别是在被浮游动物食用的微生物的生产方面。在幼年花鲈集中的时间和地点，浮游动物的丰度与Hanson基于Suisun湾和西部三角洲六个点源排放的生化需氧量（BOD）数据的有机负荷指数有很好的相关性[...见我下面复制的图]。[...]

这些结果表明，废物处理的变化可能导致河口浮游动物和花鲈生产的减少，可能在花鲈衰退中起重要作用。花鲈工作组得出结论，这个假说值得更详细的检查。这种检查将需要更仔细地评估系统中所有来源的有机输入，可能基于一些除BOD以外的测量。使用BOD作为有机碎屑作为生态系统能量来源价值的衡量标准可能夸大了废水排放的贡献。

污水污泥

虽然污水中的一些有机物在二级处理或释放到接收水体时被吃掉和呼吸掉，但污水中剩余的有机物最终成为沉积在处理系统水箱底部的污泥。

二级处理污泥含有各种微生物。例如，Glymph (2013)显示（第2页）"混合液被泵入二级沉淀池，其中含有微生物的生物固体与液体分离。"从那里，"一些二级固体被废弃到固体处理/加工。"我假设这种污泥可能含有动物和细菌？

数量

维基百科（"污水污泥"）：

废水处理过程的总污泥产量是初级沉淀池（如果它们是过程配置的一部分）的污泥加上生物处理步骤的过剩污泥的总和。例如，初级沉淀产生约110–170 kg/ML [千克/兆升]的所谓初级污泥，在美国或欧洲，150 kg/ML被认为是市政废水的典型值。[...]在生物处理过程中，活性污泥法产生约70–100 kg/ML的废活性污泥，而滴滤池过程在生物部分产生的污泥略少：60–100 kg/ML。这意味着使用初级沉淀池的活性污泥法的总污泥产量在180–270 kg/ML范围内，是初级污泥和废活性污泥的总和。

维基百科（"污水污泥"）还说："当新鲜污水或废水进入初级沉淀池时，约50%的悬浮固体物质将在一个半小时内沉淀下来。"但除了悬浮有机物外，废水还含有溶解有机物，二级处理的目标是去除这些溶解有机物（Malik 2014）。^g我想知道所有有机物中悬浮与溶解的比例是多少？

Albany County Sewer District (2016)："初级处理去除废水中约25-35%的生化需氧量（BOD）和40-60%的悬浮固体"（第7页）。BOD是可被微生物食用的有机物的衡量标准。"25-35%"的平均值是30%，所以让我们假设这就是初级处理去除的BOD量。然后，二级处理"使用微生物在排放到哈德逊河之前去除剩余悬浮固体和BOD的85-95%"（第8页）。让我们假设二级处理去除剩余BOD的90%。剩余的BOD是起始量的(100%-30%) = 70%，所以二级处理去除大约90% * 70% = 63%的起始BOD量。我想知道这个BOD去除量中有多少是由于二级处理期间的呼吸，有多少是作为二级污泥去除的。

ClearCove (2014)报告："初级污泥含有更高的沼气生产潜力，因为它是通过重力捕获的，因此其能量含量尚未被消耗。二级污泥的沼气潜力较低，因为二级处理过程中的微生物已经消耗了大部分能量含量，留下的主要是惰性生物量。"

污泥处理

维基百科（"污水污泥处理"）描述了处理污水污泥的主要方法，包括消化（厌氧或好氧）、堆肥和焚烧。如果我不得不猜测这些不同处理方法涉及的无脊椎动物数量，我会假设堆肥最多，其次是好氧消化，而厌氧消化或焚烧可能几乎没有无脊椎动物。然而，我对这些过程知之甚少，所以我推测的排名可能是错误的。

如果我们也想减少细菌种群以及无脊椎动物种群，焚烧似乎是最好的，因为它以非感知的方式释放污泥中包含的能量，而消化或堆肥污泥会产生大量细菌。焚烧的一个缺点是，如果污泥含有无脊椎动物（它含有吗？），焚烧至死可能对这些动物来说是痛苦的。加热至死对线虫来说可能是痛苦的这一想法并非纯粹的推测，因为"暴露于有害温度时，秀丽隐杆线虫会通过撤退反射做出反应。[...]秀丽隐杆线虫对热的伤害反应在几个方面类似于高等生物"（Wittenburg and Baumeister 1999）。

无论如何，维基百科（"污水污泥处理"）说："污泥焚烧不太常见，因为人们担心空气排放问题，以及需要补充燃料（通常是天然气或燃料油）来燃烧低热值污泥并蒸发残余水分。"尽管如此，例如，Albany County Sewer District (2016)报告他们的污泥被"脱水和焚烧"（第8页）。Albany County Sewer District (2016)解释："带式压滤机上形成的脱水污泥蛋糕接下来在多层炉中焚烧。焚烧过程产生的灰烬然后在最终处置到填埋场之前存储在泻湖中"（第15页）。^h

基于先验推测，我会猜测厌氧消化给定数量的污泥比好氧消化支持更少的细菌，因为我认为厌氧消化从污泥中提取的生物可用能量更少。一种看法是，厌氧消化产生甲烷气体，可以燃烧成CO₂，而好氧消化直接产生CO₂。燃烧甲烷沼气产生的能量不是为细菌提供动力。

我不知道污泥堆肥是否会产生多细胞动物以及细菌，但我猜它会，因为大多数形式的好氧堆肥都涉及一些无脊椎动物。维基百科（"污水污泥处理"）关于堆肥说："堆肥是一个好氧过程，将污水污泥与农业副产品碳源如锯末、稻草或木屑混合。在有氧的情况下，消化污水污泥和植物材料的细菌产生热量，杀死致病微生物和寄生虫。"病原体杀死的热量至少暂时减少了堆肥堆中的无脊椎动物数量？

维基百科（"污水污泥处理"）还描述了"干燥床"技术，这是"许多国家使用的，特别是在发展中国家，因为它们是一种廉价简单的方法来干燥污水污泥。"特别是考虑到这些床"通常不加盖"，我猜无脊椎动物会在它们上面定居？

维基百科（"污水污泥处理"）解释了选择污泥处理方法："空气干燥和堆肥可能对农村社区有吸引力，而有限的土地可用性可能使好氧消化和机械脱水更适合城市，规模经济可能鼓励大都市地区采用能源回收替代方案。"

维基百科（"蚯蚓堆肥"）报告"蚯蚓堆肥也可以用于处理污水污泥。"这似乎不好，因为蚯蚓堆肥会产生大量无脊椎动物，因为这个过程是好氧的，并且发生在蚯蚓可以忍受的温度下。我不了解的印象是，污水污泥的蚯蚓堆肥并不很常见。

Lotzof (n.d.)

Lotzof (n.d.)讨论了"使用蚯蚓养殖作为污水污泥和其他有机废物稳定方法"，并说："尽管有科学支持这个过程，蚯蚓养殖仍然是一个小规模产业，很少有大规模设施处理大量有机废物。"

Lotzof，隶属于Vermitech Pty Limited公司，解释道：

Vermitech通过开发专有设备和工艺，创建了一个可以持续且经济有效地稳定包括污水污泥在内的广泛有机废物的系统。[...]

来自广泛的污水和水处理厂的污泥正在被稳定，最终产品被出售。脱水污泥直接从处理厂取出并喂给蚯蚓，无需任何预先堆肥或老化。

系统已安装在多个地点，最大的是在澳大利亚昆士兰州布里斯班的Redland，每周处理能力为400立方米。

每周处理400立方米相当于每天400/7 ≈ 60立方米。Lotzof (n.d.)解释说"至关重要的是，喂食量要与蚯蚓每天消耗的量相匹配。"所以蚯蚓集体每天消耗约60立方米？Lotzof (n.d.)还说："蚯蚓每天吃自身体重的一半到全部。在此基础上，Redland站将含有80到160吨蚯蚓生物量。"所以每天吃60立方米似乎意味着每天吃~80吨。如果输入污泥的密度略高于水（密度为1千克/升 = 1吨/立方米），这是有道理的。

在网上，我看到过估计一只蚯蚓的质量在一克左右，可能略高或略低。例如，Worms Etc (2013)说Eisenia hortensis蚯蚓"平均每只约1.5克（0.05盎司），但每只可重达7克（1/4盎司）。"假设每只蚯蚓（包括幼虫）~1克，~80吨蚯蚓生物量将是~8000万只蚯蚓。

污泥处置

维基百科（"污水处理"）说："脱水污泥可能被焚烧或运输到场外处置在填埋场或用作农业土壤改良剂。"

将处理过的污泥（又称"生物固体"）施用于土地似乎在增加植物生产力方面略微不利，尽管如果不使用污泥，可能会使用人工肥料。如果生物固体还含有未分解的有机物，它们可能会喂养土壤中的虫子（？），这也是不幸的。相比之下，填埋场中的分解可能主要由细菌完成，因为厌氧条件？

维基百科（"污水污泥"）解释："经处理后，污水污泥要么被填埋，要么被焚烧，要么施用于农田，或者在某些情况下，零售或免费赠送给公众。"维基百科（"污水污泥"）还说关于美国："截至2004年，约60%的所有污水污泥被施用于土地作为土壤改良剂和种植作物的肥料。"Huler (2010)说"全国范围内约50%的污泥被重复使用"作为生物固体，但"许多城市仍将其污泥填埋。"NPR (2013)："在美国，废水处理厂产生的约55%的污水污泥被回收为生物固体。"然而，大量污泥"仍然最终进入填埋场或在大型工业焚化炉中处理"。

脚注

1. 维基百科（"厌氧生物"）："除了三种厌氧的甲壳动物外，所有已知的复杂多细胞生命都是需氧的，即需要氧气才能生存。"  （返回）
2. 话虽如此，Glymph (2005)说"后生动物比大多数原生动物大"（第65页）。而Theobald (2014)："后生动物[...]比大多数原生动物大"。

   Maine Lagoon Task Force (2003)说原生动物的大小通常在0.01到0.2毫米之间。  （返回）

3. 为简单起见，我忽略了放线菌，它们也是细菌。包括它们只会使细菌生物量大约翻倍。  （返回）
4. 我猜测家庭堆肥箱为食物分解提供了一个更稳定、长期的环境，而废水处理中不存在这种环境，这可能是堆肥箱能够支持更大的生物，如蚯蚓的部分原因？

   Madoni (2010)，第3页："在所有异养生物中，只有原生动物和生命周期短于污泥停留时间的小型后生动物能够在这些[生物废水处理]过程中竞争。"  （返回）

5. 我无法根据Diggelman and Ham (2003)第507页给出的输入数字完全弄清楚这个数字是如何计算的，但我们还是继续使用它吧。  （返回）
6. 大多数污水处理厂是否过滤掉更多的营养物？如果是这样，在大多数其他情况下富营养化潜力是否会更低？  （返回）
7. 事实上，Glymph (2013)说（第33页）："细菌只能消耗可溶性有机物。不溶性有机物或颗粒物必须转化为可溶性形式，然后才能被细菌消耗。"  （返回）
8. 由于带式压滤机在焚烧之前（Albany County Sewer District 2016，图2，第17页），我想知道污泥中存在的任何无脊椎动物是否会在那里被压碎，然后再被烧掉？  （返回）