活性污泥活性的表征及其檢測方法研究

摘要：在污水處理中，活性污泥法的應(yīng)用十分廣泛，其原理主要是依賴于污泥的活性。而污泥的活性會(huì)受到多方面因素影響，例如體系溫度、pH值和有毒有害物質(zhì)等，所以建立多種污泥活性表征指標(biāo)和相應(yīng)的檢測方法就顯得十分關(guān)鍵。本文重點(diǎn)就活性污泥活性的表征及其檢測方法進(jìn)行研究分析，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：活性污泥法;表征指標(biāo);檢測方法

Abstract：In wastewater treatment，activated sludge process is widely used，and its principle mainly depends on the activity of sludge.The activity of sludge will be affected by many factors， such as system temperature，pH and toxic and harmful substances， so it is very important to establish a variety of characterization indicators and corresponding detection methods of sludge activity.This paper focuses on the characterization of activated sludge activity and its detection methods for reference and reference.

Key words：Activated sludge method;Characterization index;Detection method

當(dāng)前對于活性污泥活性表征的研究，主要包括以下四個(gè)指標(biāo)，即比耗氧速率（SOUR）、電子傳遞體系（ETS）活性、脫氫酶活性（DHA）以及比三磷酸腺苷（SATP）。

1 活性污泥活性的表征研究

1.1 比耗氧速率（S0UR）

比耗氧速率實(shí)際是指活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)所消耗氧氣的量，其是表征污泥微生物代謝活性的關(guān)鍵性指標(biāo)。通常情況下，對于活性污泥來說，無論是微生物的生活還是基質(zhì)的降解過程，都需要消耗一定量的氧氣，所以通過表征SOUR可以有效反映出活性污泥微生物的新陳代謝強(qiáng)弱以及水力負(fù)荷對底物利用率的影響程度，一般來說該指標(biāo)會(huì)受到底物濃度和污泥活性的影響，體現(xiàn)了曝氣池的總需氧量，同時(shí)因?yàn)榛钚晕勰喾ㄈコ鼵OD、氮等需要消耗一定的氧氣，所以SOUR也就成為表征污水處理效果的重要指標(biāo)。除此之外，比耗氧速率指標(biāo)還與污泥微生物呼吸和污水中有機(jī)物降解速率存在關(guān)系，成為分析微生物活性的有效方法和手段。在傳統(tǒng)的活性污泥法中，SOUR指標(biāo)會(huì)受到污水類型和有毒物質(zhì)的直接影響，所以直接根據(jù)不同階段SOUR指標(biāo)的變化情況，就可以有效分析進(jìn)水特質(zhì)和污泥性質(zhì)的參數(shù)變化。相關(guān)研究工作人員通過研究SOUR在污水處理運(yùn)行過程中監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)受到有毒有害物質(zhì)影響時(shí)，包括重金屬、酚等有機(jī)物，污泥中比耗氧速率指標(biāo)會(huì)極速降低，可見對于該指標(biāo)的表征是監(jiān)測污水中是否進(jìn)入有毒物質(zhì)的關(guān)鍵所在。

1.2 電子傳遞體系（ETS）活性

對于活性污泥處理過程，主要污染物是通過微生物代謝去除的，其中有機(jī)物的脫氫（去電子）過程就是生物代謝的重要環(huán)節(jié)。在微生物好氧代謝過程中，脫電子主要通過相應(yīng)的電子載體轉(zhuǎn)移到受體中，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的礦化處理。按照電子親和力大小順序而排列的載體構(gòu)成了電子傳遞體系，即ETS，這些電子轉(zhuǎn)移或傳遞電力的速率稱為ETS活性。而比電子傳遞體系活性，即SETS活性，其是表征單位污泥電子轉(zhuǎn)移速率的關(guān)鍵性指標(biāo)。在實(shí)際檢測該指標(biāo)活性時(shí)，通常會(huì)涉及兩種人工電子受體，即TTC和INT。對于兩種不同的SETS活性指標(biāo)而言，當(dāng)電子傳遞系統(tǒng)受到?jīng)_擊時(shí)，TTC人工受體接受電子的能力所受影響最大，最終影響污泥活性參數(shù)，所以實(shí)際當(dāng)中主要應(yīng)用TTC-SETS進(jìn)行污泥活性檢測與表征。但是需要注意的是，應(yīng)用TTC-SETS進(jìn)行檢測時(shí)會(huì)受到體系中氧氣的干擾，因此實(shí)際開展檢測時(shí)需要先進(jìn)行除氧操作，以提升污泥活性檢測質(zhì)量。ETS活性不僅可以反映污水體系中微生物降解有機(jī)物的能力大小，而且還可以分析有機(jī)物的降解速率和污水處理運(yùn)行效果，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種污泥活性評價(jià)方法。

1.3 脫氫酶活性（DHA）

脫氫酶作為生物氧化代謝過程中的一種酶，在污水處理體系中可以從微生物降解有機(jī)污染物中獲取一定能量，然后通過激活特殊氫原子，使其被適當(dāng)?shù)氖軞潴w脫除而將原來的物質(zhì)氧化。由于脫氫酶在有機(jī)物氧化致使電子得失過程中發(fā)揮著巨大的作用，所以脫氫酶活性（DHA）也就在一定程度上反映出生物體的活性特征。對于活性污泥活性表征和檢測而言，由于基質(zhì)脫氫是污水生化處理的重要環(huán)節(jié)，這為DHA表征污泥活性奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前該指標(biāo)主要應(yīng)用于檢測活性污泥中微生物呼吸活性，在實(shí)際的表征中，通過檢測DHA分析體系pH值、溫度、BOD負(fù)荷以及有毒有害物質(zhì)等對污泥活性的影響，還可以體現(xiàn)污水處理過程中活性污泥濃度及活細(xì)胞數(shù)目。

1.4 比三磷酸腺苷（SATP）

SATP是指單位污泥在單位時(shí)間內(nèi)所存儲(chǔ)的能量，對于生物代謝過程而言，伴隨著生化反應(yīng)和電子轉(zhuǎn)移的進(jìn)行，勢必會(huì)涉及一定的能量釋放以及能量存儲(chǔ)（以ATP形式）。而對于微生物而言，一旦ATP指標(biāo)降低，會(huì)導(dǎo)致污泥中微生物能量缺乏，限制了其進(jìn)一步生長，所以SATP檢測對于微生物的正常代謝及能量分配有著重要的作用。通常情況下，對于該指標(biāo)檢測可以分析微生物降解速率以及數(shù)量的多少，一方面反映出活性污泥的自身濃度大小，另一方面也能有效實(shí)現(xiàn)污泥活性的表征。

2 活性污泥活性的檢測方法研究

2.1 S0UR檢測

當(dāng)前對于SOUR指標(biāo)的檢測主要涉及兩種方法，即密閉間歇曝氣法和連續(xù)曝氣法，這兩種方法都是在液相中氧氣補(bǔ)充量和消耗量之間的質(zhì)量平衡基礎(chǔ)上進(jìn)行檢測分析，其中應(yīng)用比較廣泛的是密閉間歇式曝氣法。相對比連續(xù)曝氣法，密閉間歇曝氣法具有操作便利、不需要添加試劑等優(yōu)勢。盡管SOUR指標(biāo)檢測可以很好地測定污泥整體的呼吸活性，但是受實(shí)際測定時(shí)所需電極和溶氧儀兩方面的限制，使得樣品的測定數(shù)目受到影響，所以檢測質(zhì)量會(huì)受到一定的干擾。

2.2 SETS活性檢測

對于污泥SETS活性的檢測，主要是向單位體系中加入人工電子受體，即TTC和INT，這兩種受體在微生物電子轉(zhuǎn)移和傳遞過程中接收電子而形成TF，這一過程常伴隨著顏色的轉(zhuǎn)變，所以通過測定吸光度的變化得到其生成速率參數(shù)，即SETS活性。對于TTC-SETS活性的檢測，需要先向單位體系中加入適量的偏堿性的緩沖液，目的在于調(diào)節(jié)體系中的pH值，使其趨于穩(wěn)定狀態(tài)，接著在加入電子受體TTC時(shí)，為了避免體系中氧氣的干擾，還需要加入一定的除氧劑亞硫酸鈉（Na2SO3），在實(shí)際檢測中生成的紅色TF可以直接用丙酮進(jìn)行萃取處理，然后在485nm下實(shí)施檢測，稱重離心后的沉淀污泥干重，最終得到單位污泥單位時(shí)間生成TH的量;對于INT-SETS活性的檢測，整體與TTC-SETS檢測相同，但是相對比TTC受體，INT電子受體的氧化還原點(diǎn)位較高，實(shí)際測定中不會(huì)受到體系中氧氣的干擾，所以無須進(jìn)行除氧操作。SETS活性檢測不受樣品數(shù)目的限制，而且操作便利，所涉及的設(shè)備也大都是比較常見的實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器。其缺陷是所使用的人工電子受體成本較高，而且試驗(yàn)過程中萃取劑種類不一致，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果無法進(jìn)行橫向比較。

2.3 DHA檢測

為了定量測定DHA，實(shí)際當(dāng)中需要分析受氫體的指示劑還原變化情況來確定脫氫強(qiáng)度，常見的指示劑包括亞甲基藍(lán)、刃天青和TTC等，以上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)生變色，接著通過比色法得到脫氫酶的活性，實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用比較多的是TTC-DHA檢測法。其主要是以氧化還原性染料TTC作為指示劑，本身無色的TTC在接受電子后，在微生物細(xì)胞內(nèi)充當(dāng)最終的受氫體，當(dāng)發(fā)生脫氫反應(yīng)時(shí)，TTC染料會(huì)由于接受氫原子而被還原，使得原本無色的TTC變成紅色的TF，最終根據(jù)TF生成量分析脫氫酶活性。

2.4 SATP檢測

通常對于SATP的檢測包括四種方法，即層析法、紫外分光光度計(jì)法、液相色譜法和熒光素酶法，其中應(yīng)用最廣泛的是熒光素酶法。在實(shí)際應(yīng)用熒光素酶檢測前，需要先用提取液將ATP從體系中取出，然后依次加入熒光素和熒光素酶，在后者的催化作用下ATP會(huì)與熒光素發(fā)生反應(yīng)形成熒光，所產(chǎn)生的熒光與ATP含量成正比，然后通過生物發(fā)光儀測定熒光強(qiáng)度就可以得到ATP的含量，最終計(jì)算得到SATP。

3 結(jié)束語

對于污泥活性的四種不同表征方法，受到體系溫度、pH值以及有毒有害物質(zhì)等影響，四種表征指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)不同的敏感性。而且四種表征指標(biāo)的檢測方法也存在各自的優(yōu)勢和缺陷，所以現(xiàn)實(shí)當(dāng)中需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行指標(biāo)選擇。

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收稿日期：2020-05-07

作者簡介：許國軍（1986-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)樽詠硭臀鬯畽z測，水廠生產(chǎn)工藝管理及水廠建設(shè)工作。