活性污泥活性的表征及其檢測(cè)方法研究

李　靜，嚴(yán)　紅，肖本益

（1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085；2.大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116622）

活性污泥活性的表征及其檢測(cè)方法研究

李靜1，2，嚴(yán)紅2，肖本益1

（1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085；2.大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116622）

活性污泥法以其凈化效果好、管理方便等優(yōu)勢(shì)在污水處理中得以廣泛應(yīng)用。為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況、維持正常的處理效率、調(diào)控污水處理工藝的高效運(yùn)行，需要探索快速、簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)的表征活性污泥活性的指標(biāo)。對(duì)其常用檢測(cè)指標(biāo)的研究情況進(jìn)行綜述，重點(diǎn)闡述了4個(gè)可有效表征污泥活性的指標(biāo)（比耗氧速率、脫氫酶活性、比電子傳遞體系活性、比三磷酸腺苷）的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用、檢測(cè)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行比較，以期為活性污泥污水處理廠(chǎng)的有效管理提供參考。

活性污泥；活性；表征；檢測(cè)

活性污泥法是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的污水生物處理技術(shù)，隨著工程應(yīng)用的日益拓展，技術(shù)不斷改進(jìn)和完善，成為世界上80%以上城市污水處理廠(chǎng)普遍采用的方法〔1〕。實(shí)踐表明，它是當(dāng)前最有效可行的城市污水處理工藝〔2〕。活性污泥法主要通過(guò)吸附和生物氧化分解的方式去除污水中的溶解和膠狀有機(jī)物〔1〕，其污水處理效果主要依賴(lài)于污泥的活性。在實(shí)際處理過(guò)程中污泥活性受到多種因素的影響，如進(jìn)水水質(zhì)、溫度、pH、溶解氧和重金屬等。污水處理過(guò)程中為了保證處理效果，需對(duì)活性污泥的活性進(jìn)行監(jiān)測(cè)〔3〕。因此，研究各種污泥活性表征指標(biāo)，建立快捷、準(zhǔn)確、實(shí)用的污泥活性檢測(cè)方法是十分必要的。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)活性污泥活性的表征指標(biāo)及相應(yīng)檢測(cè)方法的研究大多是在考察某些參數(shù)的檢測(cè)方法時(shí)，嘗試性地探討其表征污泥活性的可行性。且目前的研究只是關(guān)注某個(gè)或某幾個(gè)指標(biāo)，尚缺乏綜合性評(píng)價(jià)，也沒(méi)有哪個(gè)指標(biāo)更適合表征污泥活性的文獻(xiàn)報(bào)道。筆者歸納總結(jié)了活性污泥活性常用表征指標(biāo)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，重點(diǎn)闡述其表征活性污泥活性及檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1　活性污泥活性的表征指標(biāo)

目前表征活性污泥活性的指標(biāo)有很多，包括比耗氧速率（SOUR）、脫氫酶活性（DHA）、電子傳遞體系（ETS）活性、比三磷酸腺苷（SATP）、污泥的沉降比（SV30）、污泥容積指數(shù)（SVI）、硝化速率〔4〕、pH〔5〕、過(guò)氧化氫酶活性〔6〕等。

1.1SOUR

SOUR是指單位活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)所利用氧的量，是評(píng)價(jià)污泥微生物代謝活性的一個(gè)重要指標(biāo)〔7〕。在活性污泥法中，微生物的生存及基質(zhì)的降解都需要消耗一定量的氧氣，因此SOUR可以間接反映污泥的活性生物量〔8〕。SOUR可以反映微生物新陳代謝的強(qiáng)弱及水力負(fù)荷對(duì)底物利用率的影響〔9〕。它受底物濃度及污泥活性的共同作用，體現(xiàn)了曝氣池中的總需氧量，并由于活性污泥法去除COD、氮等需要氧氣而成為表征污水處理效果的重要方法。另外，SOUR與微生物的呼吸及廢水中有機(jī)綜合體的生物降解速率直接相關(guān)，是一種測(cè)量微生物活性適當(dāng)且可行的分析方法〔10〕。

在活性污泥法中，SOUR容易受廢水類(lèi)型及有毒物質(zhì)等的影響〔11〕。根據(jù)不同時(shí)期污泥SOUR的變化可以判斷進(jìn)水特性及污泥性質(zhì)的變化。X.F.Wang等〔12〕研究了SOUR的變化、污染物濃度以及SBR工藝控制參數(shù)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，SOUR能有效反映SBR工藝的生化反應(yīng)進(jìn)程，且反映重金屬毒性作用的靈敏性高，與COD、DO和pH有很好的相關(guān)性。當(dāng)SBR系統(tǒng)中活性污泥受到重金屬污染后其活性降低，SOUR的抑制率與COD去除率的降低情況相似，這表明SOUR可以更有效地表征污泥活性的變化。孫曉瑩等〔13〕對(duì)SOUR在污水處理廠(chǎng)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)處理系統(tǒng)遭到有毒物質(zhì)（如重金屬、H2S等無(wú)機(jī)物和氰、酚等有機(jī)物）沖擊時(shí)，污泥中的SOUR會(huì)突然下降，因此SOUR可作為監(jiān)測(cè)進(jìn)水中是否含有毒物質(zhì)的最為靈敏的早期警報(bào)。

1.2DHA

在有機(jī)物的生物氧化過(guò)程中，脫氫酶是作用在代謝物上的第一種酶，是微生物降解有機(jī)污染物獲得能量的關(guān)鍵酶。脫氫酶能夠激活某些特殊的氫原子，使這些氫原子可以被適當(dāng)?shù)氖軞潴w脫除而將原來(lái)的物質(zhì)氧化，它在有機(jī)物的生物氧化導(dǎo)致電子得失的整個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，因此生物體的脫氫酶活性（DHA）很大程度上可反映生物體的活性。W.von Mersi等〔14〕首次采用DHA表征并檢測(cè)了污泥的活性。由于基質(zhì)脫氫是活性污泥法中污水生化處理反應(yīng)的關(guān)鍵步驟，這使得DHA成為表征污泥活性的一個(gè)重要指標(biāo)〔15〕。DHA的高低直接關(guān)系到有機(jī)物的降解速度，可以表征活性微生物對(duì)其基質(zhì)降解能力的強(qiáng)弱，反映處理體系內(nèi)活性微生物的量及生物處理設(shè)施的運(yùn)行效果〔16〕。

目前DHA已經(jīng)廣泛用于檢測(cè)活性污泥中微生物的呼吸活性〔17〕。通過(guò)檢測(cè)DHA可及時(shí)反映BOD負(fù)荷、pH、溫度、DO以及有毒物質(zhì)等對(duì)污泥活性的影響，并能體現(xiàn)出污水處理過(guò)程中活性污泥的濃度及活細(xì)胞數(shù)目〔16〕。Zhaosong Huang等〔18〕研究動(dòng)態(tài)好氧膜生物反應(yīng)器ADMBR的污水處理性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，DHA的變化與反應(yīng)器COD、NH4+-N、TP、TN等污染物的去除率變化情況相似，這說(shuō)明DHA可以反映污染物的去除效果，從而表征活性生物量及污泥活性。

1.3ETS活性

在活性污泥污水處理系統(tǒng)中，污染物的去除主要是通過(guò)污泥中微生物的代謝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中有機(jī)物的脫氫（即脫電子）過(guò)程是生物代謝的關(guān)鍵步驟。在微生物好氧代謝過(guò)程中，脫掉的電子會(huì)通過(guò)一系列電子載體（如O2、NO3-、SO42-、CO32-等）最終轉(zhuǎn)移到各種電子受體中，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的礦化，按電子親和力遞增順序排列的電子載體構(gòu)成了電子傳遞體系（ETS）〔7，19〕，這些電子的傳遞速率即 ETS活性。比電子傳遞體系活性（SETS活性）是指單位污泥電子的傳遞速率。檢測(cè)活性污泥系統(tǒng)中SETS活性時(shí)常用的人工電子受體有2，3，5-氯化三苯基四唑氮（TTC）及碘硝基氯化四氮唑藍(lán)（INT），因此SETS活性可分為T(mén)TC-SETS及INT-SETS兩種活性〔20〕。當(dāng)微生物的電子傳遞系統(tǒng)受到?jīng)_擊時(shí)，TTC接受電子的能力首先受到較大影響，從而影響污泥活性，因此TTC-SETS活性更適合檢測(cè)污泥活性，但其檢測(cè)過(guò)程中容易受到氧的干擾，還需要除氧步驟〔21〕。通過(guò)測(cè)定污泥中微生物的SETS活性可以間接指示微生物的呼吸活性，從而定量污泥活性〔22〕。ETS活性一方面可從微生物學(xué)角度反映污水生物處理系統(tǒng)中微生物降解有機(jī)物的能力，另一方面可從微生物活性的高低衡量有機(jī)物的降解速率以及污水處理設(shè)施的運(yùn)行效果，因此，ETS活性是一項(xiàng)分析、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)污水生物處理能力的重要指標(biāo)〔23〕。目前ETS活性是應(yīng)用較多的污泥活性評(píng)價(jià)方法之一。

ETS活性可以揭示有機(jī)物生物降解進(jìn)程的變化以及系統(tǒng)受到有毒物質(zhì)（如重金屬、H2S等無(wú)機(jī)物和氰、酚等有機(jī)物）的沖擊負(fù)荷，檢測(cè)ETS活性可以較早地預(yù)告污水中重金屬等有毒物質(zhì)引起污泥活性的變化，甚至可以反映毒性物質(zhì)影響污泥活性的等級(jí)〔21〕。譚學(xué)軍等〔23〕研究了SBR工藝系統(tǒng)中污泥的TTC-ETS活性變化，結(jié)果表明，SBR工藝中的TTCETS活性隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，即TTCETS活性隨著COD的去除而不斷降低，且提高處理系統(tǒng)的進(jìn)水有機(jī)物濃度可一定程度上提高TTCETS平均活性。重金屬一般會(huì)抑制某些酶系統(tǒng)的活性，進(jìn)而影響微生物的電子傳遞體系活性，其中有些重金屬容易與微生物的酶蛋白結(jié)合使之變性，而有些重金屬（如Cu2+、Hg2+、Ag+等）容易與酶分子上的—SH發(fā)生可逆結(jié)合降低酶的活性，從而抑制微生物的生長(zhǎng)。尹軍等〔21〕研究了不同濃度的 Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Ni2+、Pb2+、Ag+對(duì)污泥TTC-ETS活性和INT-ETS活性的影響，系統(tǒng)比較了這2個(gè)參數(shù)在表征污泥活性受重金屬抑制時(shí)的靈敏性。結(jié)果表明，兩者均可有效表征污泥活性受重金屬離子的影響，使重金屬離子呈現(xiàn)不同的毒性作用，且TTC-ETS活性反映重金屬毒性的敏感性大于INT-ETS活性。

1.4SATP

三磷酸腺苷（ATP）是微生物細(xì)胞一切生命活動(dòng)所需能量的直接來(lái)源。比三磷酸腺苷（SATP）是指單位污泥在單位時(shí)間內(nèi)所儲(chǔ)存的能量。整個(gè)新陳代謝過(guò)程中，一系列生化反應(yīng)及電子轉(zhuǎn)移釋放的能量以ATP的形式保存起來(lái)。ATP含量降低將導(dǎo)致污泥中微生物能量的匱乏，進(jìn)而使微生物的生長(zhǎng)受到影響。因此，SATP對(duì)正常的新陳代謝及能量分配有重要意義〔24〕。污泥中SATP的含量可表征生物降解過(guò)程中微生物數(shù)量的多少和新陳代謝速度的快慢，反映活性污泥的濃度，從而表征污泥的活性。此外在一定條件下，SATP能一定程度上反映微生物的動(dòng)力學(xué)特性和污泥的沉降性能。通過(guò)測(cè)定SATP能及時(shí)有效地反饋曝氣池的運(yùn)行信息，并能比較系統(tǒng)中不同處理時(shí)期活性污泥的量及活細(xì)胞數(shù)目，是衡量活性污泥系統(tǒng)中微生物活性的重要指標(biāo)〔25〕。

1.5其他指標(biāo)

污泥的沉降比（SV30）、污泥容積指數(shù)（SVI）、硝化速率〔7〕、pH〔8〕、過(guò)氧化氫酶活性〔9〕等有時(shí)也用于表征污泥活性。

污泥沉降比是指污泥混合液在100 mL量筒中靜止沉降30 min后污泥所占的體積百分比，而污泥的容積指數(shù)（SVI）是指污泥混合液經(jīng)過(guò)30 min靜置沉淀后單位污泥所占的容積，它們能反映污泥的松散凝聚程度以及沉降性能的變化，但不能真正體現(xiàn)污泥活性。符成澤等〔4〕采用硝化速率反映污泥活性的大小，從而間接反映水樣中生物的毒性。但污泥活性并非只有硝化作用一方面，因此用硝化速率來(lái)表征污泥活性不夠準(zhǔn)確。H.C.Shi等〔26〕研究表明，pH一定程度上可反映污泥的活性，pH偏離正常值時(shí)，生物活性有不同程度的下降，但對(duì)酸性環(huán)境的耐受能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)堿性環(huán)境的耐受能力。污水生物處理系統(tǒng)中的pH范圍較廣，pH變化并不能準(zhǔn)確反映污泥活性的變化。過(guò)氧化氫酶是一類(lèi)能夠催化氧化還原反應(yīng)的酶，通過(guò)活性污泥的過(guò)氧化氫酶作用可以分解對(duì)微生物有毒性的過(guò)氧化氫，從而保證污水的處理效率，因此過(guò)氧化氫酶活性可一定程度上表征污泥的活性，但污泥的過(guò)氧化氫酶活性對(duì)pH的變化非常敏感，強(qiáng)酸強(qiáng)堿狀態(tài)下過(guò)氧化氫酶活性較低，同時(shí)溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)抑制其活性〔6〕。由于溫度和pH是影響過(guò)氧化氫酶活性的關(guān)鍵因素，而這2種因素又很難控制，因此過(guò)氧化氫酶活性不能成為表征污泥活性的有效指標(biāo)。

以上指標(biāo)均存在不足，只能大致表征污泥活性受微生物環(huán)境因素的影響，并不是表征污泥活性的有效指標(biāo)。但在實(shí)際污水處理過(guò)程中，可通過(guò)它們快速判斷活性污泥是否受到影響，如通過(guò)SV30及SVI判斷污泥是否出現(xiàn)膨脹，若沉降性能變差，則應(yīng)加大曝氣量，延長(zhǎng)曝氣時(shí)間；pH若已偏離正常范圍，則污泥活性出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)采取有效措施，但通過(guò)這些指標(biāo)無(wú)法真正了解活性污泥變化的內(nèi)在原因。

2　4種活性污泥活性表征指標(biāo)的檢測(cè)方法

2.1SOUR

SOUR的測(cè)定通常采用分批試驗(yàn)法，包括密閉間歇曝氣和連續(xù)曝氣2種方法，兩者都是基于液相中氧氣補(bǔ)充量和消耗量之間的質(zhì)量平衡而求得SOUR，目前最常用的是密閉間歇曝氣法〔13〕。在實(shí)際應(yīng)用中由于測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)需添加試劑，SOUR已廣泛應(yīng)用于活性污泥的毒性物質(zhì)鑒別和在線(xiàn)毒性監(jiān)測(cè)〔27〕。盡管SOUR被認(rèn)為是測(cè)量污泥整體呼吸活性的一種簡(jiǎn)便技術(shù)，但其測(cè)量時(shí)所需的電極和溶氧儀可能會(huì)限制樣品測(cè)定的數(shù)量〔28〕。

2.2DHA

為了定量測(cè)定DHA，需通過(guò)作為受氫體的指示劑的還原變色來(lái)確定脫氫過(guò)程強(qiáng)度，常用的指示劑有亞甲基藍(lán)、刃天青、2，3，5-氯化三苯基四氮唑（TTC）等。這些指示劑從氧化狀態(tài)接受脫氫酶活化的氫而被還原時(shí)會(huì)發(fā)生顏色變化，通過(guò)比色法得到脫氫酶的活性，目前應(yīng)用較多的是TTC-DHA測(cè)定法。

亞甲基藍(lán)測(cè)定DHA是一個(gè)褪色過(guò)程。在生物新陳代謝過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)在脫氫酶作用下脫氫而被氧化，并將氫傳遞給亞甲基藍(lán)，藍(lán)色的亞甲基藍(lán)接受氫后轉(zhuǎn)化為無(wú)色的還原型亞甲基藍(lán)，依據(jù)其褪色速度可推測(cè)脫氫酶的活性。刃天青的測(cè)定與亞甲基藍(lán)基本相同，但反應(yīng)過(guò)程相對(duì)較復(fù)雜，其作為指示劑時(shí)顏色變化規(guī)律為藍(lán)色-紫色-粉紫色-粉紅色-白色，變色所需時(shí)間較長(zhǎng)〔29〕。TTC-DHA測(cè)定法是以氧化還原性染料TTC作為指示劑，無(wú)色的TTC被引入電子得失的反應(yīng)鏈后，在活性微生物細(xì)胞內(nèi)充當(dāng)最終受氫體，當(dāng)微生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)生脫氫反應(yīng)時(shí)，TTC會(huì)接受氫原子而被還原，還原后的TTC形成紅色的三苯基甲酯（TF），根據(jù)TF的生成量可反映脫氫酶活性〔30〕。TF可用特定的萃取劑（如丙酮）從細(xì)胞中提取，并用分光光度法測(cè)定濃度（485 nm）。

研究表明，采用DHA測(cè)定污泥活性能反映曝氣池中污泥性質(zhì)的變化，且測(cè)定方法簡(jiǎn)便、靈敏可靠，因此非常適于污水廠(chǎng)的日常運(yùn)行管理工作〔16〕。然而，由于DHA值代表的是一定時(shí)間內(nèi)電子傳遞的總和，而過(guò)低的生物量可能導(dǎo)致DHA測(cè)定困難，因此受污泥濃度的影響比較大〔31〕。另外，TTC-DHA測(cè)定法存在顯色淺、易褪色、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)定較費(fèi)時(shí)（約2 h）、不能及時(shí)準(zhǔn)確地反饋微生物群體的生物活性狀況及對(duì)處理系統(tǒng)中生物活性的量化不夠精確等問(wèn)題〔10，30-31〕。

2.3SETS活性

污泥SETS活性的檢測(cè)是向單位污泥混合液中加入電子受體（如氧化還原染料TTC或INT），這些電子受體在微生物電子傳遞體系的作用下會(huì)接受電子而生成TF，并發(fā)生顏色變化，通過(guò)測(cè)定吸光度的變化得到其生成速率，即SETS活性〔22〕。

在測(cè)定TTC-SETS活性時(shí)，首先需向污泥混合液中加入一定量偏堿性的Tris-HCl緩沖溶液以穩(wěn)定反應(yīng)體系的pH，在加入TTC時(shí)還需加入起到除氧作用的Na2SO3，測(cè)定過(guò)程生成的紅色TF可用丙酮萃取，并在485 nm下檢測(cè)，同時(shí)還需測(cè)定離心后的沉淀污泥干重，進(jìn)而得出單位污泥單位時(shí)間生成的TF〔21-22〕。INT-SETS活性的檢測(cè)方法與TTC-SETS活性的檢測(cè)大致相似，但由于INT的氧化還原電位較高而不受氧的干擾，因此沒(méi)有除氧步驟〔21〕。

SETS活性可以同時(shí)檢測(cè)的樣品數(shù)量不受限制，且操作簡(jiǎn)便，適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，所需儀器設(shè)備如水浴振蕩器和分光光度計(jì)等均為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器，但所用電子受體的價(jià)格相對(duì)較昂貴〔23〕。此外，目前測(cè)定污泥SETS活性時(shí)使用的萃取劑種類(lèi)很不一致，致使其測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法進(jìn)行橫向比較〔32〕。

2.4SATP

SATP的測(cè)定方法包括層析法、高效液相色譜分析法、紫外分光法和熒光素酶法等。這4種檢測(cè)方法中目前最常用的是熒光素酶法。

層析法通常以正丁醇+丙酮+冰乙酸+5%氨水+水（體積比7∶5∶3∶3∶2）為展開(kāi)劑，樣品在以硅膠GF為吸附劑的薄板上進(jìn)行層析并通過(guò)測(cè)定其吸收斑點(diǎn)的紫外吸光度而得到SATP值。高效液相色譜法測(cè)定SATP前需先用體積分?jǐn)?shù)為8%的高氯酸將其分離出來(lái)，再加入KCl使其與高氯酸反應(yīng)生成KClO4沉淀然后提取ATP，或者用三氯乙酸分離出ATP后用無(wú)水乙醚提取ATP，然后通過(guò)高效液相色譜測(cè)定ATP含量，其檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm〔33〕。紫外分光法是利用ATP在260 nm處的特征吸收峰，用Tris提取液提取ATP后測(cè)定離心上清液的吸光度，根據(jù)吸光度得到ATP含量，進(jìn)而計(jì)算SATP〔34〕。熒光素酶法測(cè)定ATP前，需先用Tris提取液將ATP從污泥混合液中提取出來(lái)，然后再依次加入熒光素和熒光素酶，在熒光素酶作用下ATP與熒光素結(jié)合反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熒光，由于產(chǎn)生的光和ATP含量成正比，采用生物發(fā)光儀檢測(cè)產(chǎn)生熒光的強(qiáng)度就可以選擇性定量測(cè)定ATP的含量，再計(jì)算得到SATP〔35〕。在實(shí)際檢測(cè)中，通常使用ATP檢測(cè)試劑盒，它可以精確定量地測(cè)試所需的提取劑和熒光素酶溶液，簡(jiǎn)化了操作步驟，避免資源浪費(fèi)。

污泥活性的SATP檢測(cè)方法具有分析操作簡(jiǎn)單、快速靈敏、急性毒性檢測(cè)的反應(yīng)時(shí)間短、穩(wěn)定性和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)〔34-35〕。但SATP檢測(cè)的影響因素較多（pH、有毒物質(zhì)CN-、S2-等環(huán)境因子），且常用的熒光素酶法所需儀器、熒光素酶或ATP檢測(cè)試劑盒等價(jià)格昂貴，熒光素酶配成溶液后不能反復(fù)凍融保存。

3　4個(gè)常用表征指標(biāo)及其檢測(cè)方法的比較

3.14個(gè)表征指標(biāo)的比較

由于原理不同，當(dāng)污泥活性受到進(jìn)水水質(zhì)、溫度、pH、溶解氧、重金屬等因素影響時(shí)，尤其是受到重金屬等有毒物質(zhì)沖擊時(shí)，污泥活性的4個(gè)表征指標(biāo)會(huì)表現(xiàn)出不同的敏感性。這些參數(shù)中，DHA和SATP都與微生物的新陳代謝途徑聯(lián)系起來(lái)，因此能夠區(qū)分活性和非活性的生物量，并且DHA與SOUR、ETS活性、SATP之間存在著良好的線(xiàn)性關(guān)系〔36〕。

L.G.Zhang等〔20〕研究發(fā)現(xiàn)，受到重金屬抑制時(shí)，盡管污泥的TTC-SDHA與系統(tǒng)COD的去除抑制程度相似，但污泥的SOUR對(duì)重金屬的影響更敏感。相比于INT-ETS與TTC-SDHA，SOUR更適合表征活性污泥受重金屬的影響。C.W.Kim等〔37〕用3個(gè)污泥活性指標(biāo)（DHA、SOUR及SATP）評(píng)估了有毒物質(zhì)（氯氣和過(guò)氧化氫）對(duì)污泥活性的抑制作用，結(jié)果表明，SATP相對(duì)而言最不敏感，而另2個(gè)指標(biāo)的敏感性相似。

有研究表明，當(dāng)活性污泥的SV30和SVI發(fā)生變化時(shí)，SATP能更加準(zhǔn)確地反映活性污泥的實(shí)際代謝狀態(tài)；當(dāng)活性污泥的MLSS和pH變化時(shí)，用DHA會(huì)更加準(zhǔn)確可靠〔38〕。TTC-DHA活性和TTC-SETS活性都是通過(guò)人工電子受體TTC接受電子而還原生成TF，并發(fā)生顏色變化，通過(guò)分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。TTC-SETS通過(guò)TF的生成速率來(lái)反映污泥活性，而TTC-DHA則通過(guò)TF的生成量來(lái)反映污泥活性，其值代表的是一定時(shí)間內(nèi)電子傳遞的總和，包括基質(zhì)產(chǎn)生的外源呼吸活性和自身內(nèi)源呼吸活性?xún)烧咧汀?0〕。DHA測(cè)定實(shí)質(zhì)是相同的，SOUR是直接測(cè)定系統(tǒng)中的最終受氫體，即氧的消耗速率；而TTCDHA是以氧化還原染料TTC作為人工受氫體以取代O2，測(cè)得的是最終與氧結(jié)合的氫原子量，在受到反應(yīng)異常的pH和有毒物質(zhì)對(duì)污泥活性的影響時(shí)，兩者具有很好的相關(guān)性〔39〕。

總之，從對(duì)有毒物質(zhì)的敏感程度來(lái)看，SOUR最為敏感，SATP相對(duì)最不敏感。DHA和SATP、DHA 與SETS活性、SOUR與DHA之間呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，在污水處理廠(chǎng)的日常管理中，它們均可反映污泥的活性。通常選用SOUR作為運(yùn)行管理中表征污泥活性的最佳指標(biāo)。

3.24個(gè)指標(biāo)常用檢測(cè)方法的比較

表1總結(jié)了4個(gè)指標(biāo)常用檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

從靈敏度、準(zhǔn)確性、快速性及經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)污泥活性4個(gè)指標(biāo)常用檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)它們均操作簡(jiǎn)便，靈敏可靠。從檢測(cè)的快速性來(lái)講，SOUR測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)需添加試劑，SATP檢測(cè)也較簡(jiǎn)單、快速，而DHA測(cè)定費(fèi)時(shí)（約2 h）且不夠精確。在指標(biāo)檢測(cè)的經(jīng)濟(jì)性方面，SATP需要較為昂貴的儀器，且熒光素酶或ATP檢測(cè)試劑盒等價(jià)格昂貴，此外DHA及SETS活性檢測(cè)需要的氧化還原染料比較昂貴。綜合而言，SOUR測(cè)定更適合表征污泥活性。

表1　表征污泥活性的4個(gè)指標(biāo)常用檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

4　結(jié)語(yǔ)

為使污水處理工藝高效運(yùn)行，需要快速而可靠的活性污泥微生物活性表征指標(biāo)及檢測(cè)方法。SOUR、DHA、SETS活性及SATP是4個(gè)常用且可有效表征污泥活性的指標(biāo)，它們之間有良好的相關(guān)性。通常選擇SOUR作為運(yùn)行管理中表征污泥活性的最佳指標(biāo)。最常用及最適合的檢測(cè)方法有SOUR測(cè)定、TTC-DHA測(cè)定、TTC-SETS測(cè)定以及熒光素酶法測(cè)定SATP，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，在污水處理廠(chǎng)條件不是很充裕的情況下均可使用，但主要以SOUR測(cè)定使用最為廣泛。

［1］Papadimitriou C，Palaska G，Lazaridou M，et al.The effects of toxic substances on the activated sludge microfauna［J］.Desalination，2007，211（1/2/3）：177–191.

［2］高升.活性污泥表面曝氣法處理工業(yè)污水實(shí)驗(yàn)研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.

［3］Cheng Li，Li Xiaochen，Jiang Ruixue，et al.Effects of Cr（Ⅵ）on the performance and kinetics of the activated sludge process［J］.Bioresource Technology，2011，102（2）：797-804.

［4］符成澤，李詠梅，顧國(guó)維.硝化速率法用于活性污泥活性測(cè)試的研究［J］.環(huán)境污染與防治，2006，28（4）：264-266.

［5］李繼香，喬亮，趙繼紅，等.pH值法測(cè)定污泥活性在工程上的應(yīng)用［J］.水處理技術(shù)，2007，33（12）：62-65.

［6］崔璟宜.活性污泥中過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定及影響因素分析［D］.長(zhǎng)春：吉林建筑大學(xué)，2013.

［7］任南琪，馬放.污染控制微生物學(xué)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002：105-117.

［8］Cokgor E U，Tas D O，Zengin G E，et al.Effect of stabilization onbiomass activity［J］.Journal of Biotechnology，2012，157（4）：547-553.

［9］Nguyen T T，Ngo H H，Guo Wenshan，et al.Effects of sponge size and type on the performance of an upflow sponge bioreactor in primary treated sewage effluent treatment［J］.Bioresource Technology，2010，101（5）：1416-1420.

［10］Oliver J，Sven K，Kaja K，et al.Effect of ozone on viability of activated sludge detected by oxygen uptake rate（OUR）and adenosine-5′-triphosphate（ATP）measurement［J］.Science&Engineering：The Journal of the International Ozone Association，2010，32（6）：408-416.

［11］Nguyen T T，Ngo H H，Guo Wenshan，et al.Evaluation of sponge tray-membrane bioreactor（ST-MBR）for primary treated sewage effluenttreatment［J］.BioresourceTechnology，2012，113：143-147.

［12］Wang X F，Jia Y G，Li D.The relationship between SOUR and some process parameters in activated sludge system［J］.Advanced Materials Research，2012，462：169-172.

［13］孫曉瑩，張軼凡，聶英進(jìn)，等.活性污泥比耗氧速率的測(cè)定及其在污水處理廠(chǎng)的應(yīng)用［J］.天津建設(shè)科技，2009，19（6）：56-59.

［14］von Mersi W，Schinner F.An improved and accurate method for determining the dehydrogenase activity of soils with iodonitrotetrazoliumchloride［J］.BiologyFertilityofSoils，1991，11（3）：216-220.

［15］Zhang Yue，Zhao Xinhua.The effects of powdered activated carbon or ferric chloride on sludge characteristics and microorganisms in a membrane bioreactor［J］.Desalination and Water Treatment，2014，52（37/38/39）：6868-6877.

［16］宋殿軍.TTC-脫氫酶活性法測(cè)定污水廠(chǎng)污泥活性［J］.黑龍江科技信息，2010（4）：7.

［17］Caravelli A，Giannuzzi L，Zaritzky N.Effect of chlorine on filamentous microorganisms present in activated sludge as evaluated by respirometry and INT-dehydrogenase activity［J］.Water Research，2004，38（9）：2395-2405.

［18］Huang Zhaosong，Qie Yan，Wang Zhende，et al.Application of deepsea psychrotolerant bacteria in wastewater treatment by aerobic dynamic membrane bioreactors at low temperature［J］.Journal of Membrane Science，2015，475：47-56.

［19］沈同，王鏡巖.生物化學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1990：56-73.

［20］Zhang L G，Yin Jun，Liu Lei.Characterization of metabolic activities of waste-activated sludge from the SBR process［J］.Journal of Environmental Science and Health，2009，44（8）：752-757.

［21］尹軍，譚學(xué)軍，任南琪.用TTC與INT-電子傳遞體系活性表征重金屬對(duì)污泥活性的影響［J］.環(huán)境科學(xué)，2005，26（1）：56-62.

［22］王建輝，尹軍，陸海，等.基于ETS活性的有機(jī)物降解與硝化過(guò)程中微生物動(dòng)力學(xué)［J］.化工學(xué)報(bào)，2014，65（2）：672-678.

［23］譚學(xué)軍，尹軍，王建輝，等.SBR工藝系統(tǒng)中污泥的TTC-ETS活性變化［J］.中國(guó)給水排水，2006，22（1）：41-45.

［24］Feng Xiaochi，Guo Wanqian，Yang Shanshan，et al.Possible causes of excess sludge reduction adding metabolic uncoupler，3，3’，4’，5-tetrachlorosalicylanilide（TCS），in sequence batch reactors［J］. Bioresource Technology，2014，173：96-103.

［25］張洛紅，李冰清，李興.ATP法和TTC法表征印染污泥性質(zhì)的適用性［J］.西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，27（6）：764-767.

［26］Shi H C，Ke Xiyong，Zhang Wei，et al.Study on the biological activity of activated sludge using a rapid biological activity tester［J］. Environmental Science，2004，25（1）：67-71.

［27］Maas C L A，Parker W J，Legge R L.Oxygen uptake rate tests to evaluate integrated fixed film activated sludge processes［J］.Water Environment Research，2008，80（12）：2276-2283.

［28］Wang Wei，Li Xiaochen，Wang Peifang，et al.Long-term effects of Ni（Ⅱ）on the performance and activity of activated sludge processes［J］.EcotoxicologyandEnvironmentalSafety，2013，92：144-149.

［29］Baran S，Bielińska J E，Oleszczuk P.Enzymatic activity in an airfield soil polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons［J］.Geoderma，2004，118（3/4）：221-232.

［30］頓咪娜，胡文容，裴海燕，等.脫氫酶活性檢測(cè)方法及應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2008，28（10）：1-4.

［31］Han Zhengshuang，Tian Jiayu，Liang Heng，et al.Measuring the activity of heterotrophic microorganism in membrane bioreactor for drinking water treatment［J］.Bioresource Technology，2013，130：136-143.

［32］尹軍，譚學(xué)軍，任南琪，等.污泥電子傳遞體系（ETS）活性測(cè)定中萃取劑的選擇［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（3）：413-417.

［33］Prévost D，Angers D A，Nadeau P.Determination of ATP in soils by high performance liquid chromatography［J］.Soil Biology and Biochemistry，1991，23（12）：1143-1146.

［34］尹軍，桑磊，李琳.ATP檢測(cè)在活性污泥工藝中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，24（3）：7-11.

［35］仇婷.活性污泥中的ATP濃度及檢測(cè)方法［J］.應(yīng)用科技，2013 （13）：86-87.

［36］張立國(guó).脫氫酶活性測(cè)定方法及其應(yīng)用研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2005.

［37］Kim C W，Koopman B，Bitton G.INT-dehydrogenase activity test for assessing chlorine an dehydrogen peroxide inhibition of filamentous pure cultures and activated sludge［J］.Water.Research，1994，28（5）：1117-1121.

［38］張洛紅，李興.活性污泥性質(zhì)檢測(cè)方法的比較研究［J］.工業(yè)用水與廢水，2011，42（6）：89-93.

［39］陳福霞.OUR和DHA用于評(píng)價(jià)污泥活性的比較［J］.石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2008，24（4）：45-46.

Research on the characterization and detection methods for the activity of activated sludge

Li Jing1，2，Yan Hong2，Xiao Benyi1
（1.Research Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China；2.College of Environmental and Chemical Engineering，Dalian University，Dalian 116622，China；）

Activated sludge process has widely been used for treating wastewater，because it has advantages，such as good purification effect，easy management，etc.In order to discover abnormal situations on time，maintain normal treatment effects，and regulate the efficient operation of wastewater treatment process，it is necessary to quest quick，easy，reliable and economic indicators which can characterize the activity of activated sludge.The situation of research on its commonly used detection indicators are summarized.The principles，characteristics，application，detecting methods，and advantages&disadvantages of four indicators which can effectively characterize the activity of activated sludge：specific oxygen uptake rate，dehydrogenase activity，the activity of specific electron transport system，and specific adenosine triphosphate are expounded emphatically，so as to provide references on effective management for wastewater treatment plants using activated sludge.

activated sludge；activity；characterization；detection

X703

A

1005-829X（2016）08-0005-06

國(guó)家自然科學(xué)基金（51378492）

李靜（1989—），碩士研究生。電話(huà)：18211137827，

E-mail：connie12138@126.com。通訊作者：肖本益，博士，副研究員。E-mail：byxiao@rcees.ac.cn。

2016-07-08（修改稿）