（环境工程专业论文）影响活性污泥产率的环境因素研究.pdf

i | ；f i ： 摘要 活性污泥法是城市污水处理厂广泛应用的生物处理技术，是生化法处理废 水的基本工艺。但它一直存在一个最大的弊端，那就是在运行过程中会产生大量 的剩余污泥。虽然城市污水处理厂中的污泥产量仅为所处理污水量的1 2 ， 但污泥处理设施的投资往往占到整个污水处理厂总投资的4 0 5 0 。由于污泥 的最终处置越来越困难，为了防止污泥的二次污染，最有效的措施是通过技术进 步和工艺改造等手段减少污泥的产生量。因此我们需要研究活性污泥产率( 真实 产率和表观产率) 都受到哪些环境因素的影响，并分析各影响因素的相对重要性， 这样我们就可以通过改变环境影响因素来减少污泥产量。 本文先提出一种改进的耗氧速率( 0 f 【瓜) 测量装置，以便用于后面实验数 据的测量，然后系统研究了不同的环境条件( 电子受体、温度、基质、重金属离 子和化学解偶联剂等) 对表观产率y 0 b s 、真实产率y h 以及衰减系数产生的影 响。通过上述一系列的实验研究，得出了一些新的认识和结论，主要包括： 1 设计了一种测量o u r 的新装置，利用该装置测得微生物的产率系数y h 和衰减系数都文献报道基本相符，表明这种装置可以比较准确的测定有机废 水的耗氧速率。 2 发现淀粉、蛋白质和苯酚三种基质的表观污泥产率和真实污泥产率 y - h 都具有相同规律，即：淀粉 蛋白质 苯酚，这说明易降解基质的污泥产率会 更高一些。不过y i 都要高于y k ，这可能是因为y h 不受细菌的捕食、死亡和 再生等作用的影响。进水中不同类型的基质会引起污泥内微生物菌群的变化，不 同菌群的微生物其细胞产率系数和内源代谢系数等都不同，这可能是造成污泥产 率差异的根本原因。 3 发现温度的变化不影响好氧污泥的y h ，原因可能在于代谢相同基质的污 泥内的微生物菌群相同，因此其细胞产率也相同，不受温度影响；但是低温y k 比高温的要大，这可能是因为在温度较高的条件下，内源呼吸作用较强，导致污 泥减量显著。 4 通过对不同电子受体( 0 2 、n q 。) 的比较研究，发现缺氧y h 仅为好氧 y h 的7 8 。这是由于不同电子受体需要不同的微生物种群，其细胞产率不同。 不过缺，好氧的y m 差异并不显著，可能是因为好氧污泥的内源呼吸作用更强。 5 n i + 、c r 6 + 离子浓度的改变会导致y h 的改变，低浓度增大，高浓度降低。 如3 m g l 时，y | 1 分别增加了1 0o a 和5 ，这说明活性污泥在微量金属元素的作 用下会触发应急反应；而1 5 m g l 时，y h 分别降低了2 5 和4 4 ，显示了重金 属离子的毒害作用。相同离子浓度下，c r 6 + 比n i + 对y h 的影响更加显著。 6 首次研究了解偶联剂对缺氧污泥产率的影响。类似于好氧污泥的研究结 果，解偶联剂也能降低缺氧污泥的污泥产率系数当2 ，4 ，5 一三氯酚( t c p ) 从0 m g l 增加到1 0 m g l 时，y h 降低了3 0 ，而y o h 却降低了5 4 ，说明表观 产率受其影响更加显著。 7 进一步通过实验数据的分析，发现t c p 比镍、铬对污泥增长的抑制作用 更强。虽然它们都能降低污泥产率，但是t c p 对污泥没有毒性，能促进污泥呼 吸作用，不影响出水的处理效果；而镍、铬在较高浓度下具有毒性，能抑制污泥 的呼吸作用，并显著降低出水处理效果。 关键词：活性污泥；污泥产率；重金属；解偶联剂 l ； 捌， 嘲， j a b s t r a c t a c t i v a t e ds l u d g et a - c a l m e n ti st h eb i 0 1 0 舀c a lt r e a t m e n te x t e n s w e l ya p p l i e di nc i t y s e w a g ep l 蛆t ，a n di st h et r a d i t i o n a lt e c h n o 蛔f o rb i o e h e m i e a l 做t m e n t m e t h o df o r w a s t e w a t 既b u tt l l e r ei sam a l p m e t i c cd u r i n gt h eo p e r a d o n ，w h i c hp r o d u c el a r g e q u a n t i t yo f r e , d u a ls l u d g e t h em v e s t m c l l ti nf l u d g et r e a t m e n t c o u n tf o r4 0 5 0 o ft o t a li n v e s t m e n to fw a s t e w a t e r 仃e a 伽e n tp l a n t ，a l t h o u 曲t h es l u d g ep r o d u c t i o n q u a n t i 可j u s tl 2 o f m e w a s t e w a t e rb e i l l gt r e a t e d a st h ef i n a ld i s p o s a lf o rs l u d g e i sah a r dw o r ka n di no r d e rt op r e v e n tt h e c o n d a r yp o l l u t i o np r o d u e c db yt h es l u d g e ， 也em o s te f f e e d v em e a s l l r ei st 0c u td o w nt h ep r o d u e e ds l u d g eq u a n t i t yb yi m p l y i n g a n da l t e r a f i o n0 f 也et e c h n o l o g y s oi ti sn c c e s s a r yt o 咖d yt h e 州r o 衄锄te f f e e t o r s t 0a c t i v 锄e ds l u d g ep r o d u e 虹o nr a t i o a ly i e i da n do b v i a t i o n ) ，i e l d ) a n da i l 由s i st h e r c l a t i v cs i g n i 6 c a 嘲o fe a c hf a e t o r si no r d e rt 0l e s s e nt h es l u d g c 班o d u e t i o nt h r o u g h a d j u s tt h ee n v i - o n m 酬f l t c t o 埽 a ni m p r o v e do u r c q u i p m e n tw a s p u tf o r w a r di l lt h i sp a p e r , a n dw a s u s e di n r e s tm e 鲫j l e m e n t t h ee f f e c t so fd i 丘舢t 既i r o 邱m e n tc o n d i d o m ( t e m p e r a t u r e 、 乳l b 蛐暇c c 、k ：a ：、r ym e t a la n d 咖c o u p l e dm e t a b o l i s m ) t oy 。崦y ha n dk dw e r e i n v e s t i g a _ 【c d 删e m i e a l l y a c c o r d i n gt 0t h es e r i 髂o f s t u d i e sa b o v e ，an u m b e ro fm a i n e o n e l l l s i o mc a l lb ed r a w n 越南u o w s ： 1 a n e w d e v i c co f m 础g o u r w 鹤& s i g n e c ka n d t h er e a ly i e l d ( y a n d k d 枨删w i 也w b i c h 缸e m a t c h t o t h ey ha n d r e p o l t e d j n 瓣酞姗a n d t h i si n d i c a t e dt h a tt h eo u ro fo 学l n i cw a s t e w a t e rc a l lb em e a s 删m i n gt h i sd e v i c e c o m 搿唧曲e l ye x a c t l y 2f o rt h ey o b ia n dy ht os t a r c h 、p r o t e i na n dp h e n o l ，t h e f ca r es a m eo r d e r l m e s so f s t a r c h p r o t e i n p h e n o l ，w h i c hs h o w 。dt h a tt h e a h i g h 日y i e l df o rm o r e d c 掣a 汹e lm e d i u m a n db o t hy h a r ch i g h e rt h a nt h ec o r r e s p o n d e dy o b s ，t h e m a y b e b e c a u s et h ey hn o ts u s c e p t i b l et op r e d a t o r y , d e a t h , r e g e n e r a t i o na n ds oo u t h e d i f f e r e n tt y p eo fm e d i u mi n i n f l u e n tc a l lr e s u l ti nt h ec h a n g eo fm i c r o o r g a n i s m m a k e u p ，a n dr e s u l ti nd i f f e r e n tc e l ly i e l da n d , w h i c hi st h eu l t i m a t er e a s o nf o r d i f f e r e n ts l u d g ey i e l d 3 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et e m p e r a t u r eh a sn oe f f e c to nt h ey ao fa e r o b i c s l u d g e ，t h i sw a sb e c a u s et h et h e r ew e r es 锄em i c r o o r g a n i s mm e t a b o l i z i n gt h es 锄e s u b s t r a t e b u tt h e r ew o r eh i g h a th i 曲t e m p e r a t u r et h a na tt h el o wt e m p e r a t u r e , 勰 t h e r ew a ss t r o n ge n d o g e n e s i sr e s p i r a t i o ni nh i g ht e m p e r a t u r e ，a n dr e s u l ti nn o t a b l e r e d u c t i o no f s l u d g e 4 t h ey ho fa n a e r o b i cw a sj u s to n l y7 8 o fa e r o b i ct h r o u g ht h ec o m p a r a b l e s t u d yo nt h ed i f f e r e n te l e c t r o na c c e p t e r ( 0 2 、n 0 3 ) t h i sw a sb e c a u s et h e r ew e r e d i f f e r e n tm i c r o o r g a n i s m sf o rd i f f e r e n te l e c t r o na c c e p t e r b u tt h e r ew e r en o tn o t a b l e d i f f e r e n c ei ny o b sf o ra n a e r o b i ca n da e r o b i c 。b e c a u s et h em d o g e a e s i sr e s p i r a t i o no f a e r o b i cs l u d g ei sm o r es t r o n g e r 。 5 t h ec o n c e n t r a t i o no fn i + a n dc ，c a nr e s u l ti nt h es h i ro fy h ，t h em o r e c o n c e n t r a t i o no f n i + a n dc ，t h el e s so f y h w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f n i + a n dc r 6 + w e r e3 m g l 。t h ey ah a sai n c r e a s eo f1 0 a n d5 r e s p e c t i v e l y , w h i c hs h o w e dt h a t t h eg r o w t ho fs l u d g en e e ds o m et r a c em e t a le l e m e n t s b u tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f n i + a n dc ，w e r eh i g ha s1 5 m g l ，t h ey hh a sad e c r e a s eo f2 5 a n d4 4 r e s p e c t i v e l y , w h i c hr e v e a l e dt h a tt h em e t a le l e m e n t sh a v et o x i c i t yt ot h es l u d g e a n d t h ec r 卯h a sm o r ea f f e c t i o nt oy ht h a nt h a to f n i + w h e na tt h es a m ec o n c a l l 洲o n 6 f o rt h ef i r s tt i m e , t h i sp a p e rs t u d yt h ea f f e c t i o no fu n c o u p l e dm e t a b o l i s mt o t h ed e n i t r i f i c a t es l u d g ey i e l d u n c o u p l e dm e t a b o l i s mc a nd e c r e a s ee m o x i cs l u d g ey i e l d , t h a ts a m et ot h a to f a e r o b i cs l u d g e t h e r ei sad e c r e a s eo f 3 0 t oy ha n d5 4 t oy c 岫 w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e r e 躺m o r ea f f e c t i o nt oy o b s 7 t h ef u r t h e rs t u d yi n d i c a t e dt h a tt h et c ph a dm o r er e s t r a i na c t i o nt os l u d g e i n c r e a s i n gt h a nt h a to fn i c k e la n dc h r o m i u m a l t h o u g hb o t ht c p ，n i c k e la n d c h r o m i u mg a l lc u td o w nt h es l u d g ey i e l d ，t c ph a dn ot o x i c i t yt os l u d g e , a n dc a n 、lja!；i；q # p r o m o t et h er e s p i r a t i o na c t i o no f s l u d g e ，a n ds ot c ph a sn oa f f e c t i o no nt h e 缸e 砌自1 t e f f i c i e n c y w h i l en i c k e la n dc h r o m i u r ah a v et o x i c i t yt 0s l u d g ea th i 曲c o n c e n t r a t i o n , s oh a v ei n h i b i t i o nt ot h e r e s p i r a t i o no f s l u d g ea n dr e d u c et h et r e a t m e n te f f i c i e n c y k e y w o r d s ：a c t i v a t e ds l u d g e ，s l u d g ep r o d u c t i o n r a t i o ，h e a v ym e t a l ，u n c o u p l e d v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得l 洼i 垫遗查基丝霞噩挂别直魉 的：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：套 签字日期：勿俨月卜日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) ， 学位论文作者签名：孪刁 c d 2 + c 阳 s n + 搿+ 。铬 的毒性取决于它的价态，在水中，铬以两种氧化态存在：六价铬和三价铬。c r ( v i ) 毒性强，而c 唧i i 毒性小得多，痕量时为生长所必须。在活性污泥系统，c r ( i i i ) 积累在细胞膜表面，而c r c v l ) 被转运到细胞内，在细胞内c r ( v d 被还原成三价铬， 并与细胞内物质发生反应。c h u a 5 1 】研究了痕量铬( 0 0 5 m g l 1 ) 对s b r 系统污泥的 影响，随着水力停留时间的不同，其对系统的影响也不一样。在l - m t 小于 2 5 天时，重金属对于有机物是强有力的竞争对手，妨碍微生物对有机物的吸收。 有机负荷和污泥浓度也影响铜离子毒性，s o l o t t o 5 2 研究了有机负荷和铜离子 毒性问的关系，发现有机负荷适当的变化不会明显改变铜离子的毒性。l a m b s 3 | 报道随着污泥浓度的增加，铜离子的毒性明显下降：当污泥浓度从2 1 0 m g l d 增加至4 0 0 0 r a g l - i 时，抑制率从8 0 下降到微不足道的3 。该结论对于通过提 高污泥浓度以减少金属离子对污水厂的影响有重要意义。 泥龄是毒性控制的重要参数，对大多数金属来说，延长泥龄能减轻毒性，不 受季节影响。镍的毒性随污泥泥龄增加而下降，但对镉则只影响吸收而不影响毒 性，对于汞的毒性则没有影响。实际上，在污水中只存在单一金属离子的情况很 少，多数情况下存在一种以上的重金属离子。一般说来多种重金属离子的存在会 产生以下三种行为：( 1 ) 协同作用，一种重金属离子的存在增加另一种的作用： ( 2 ) 拮抗作用，一种的存在削弱另一种的毒性；( 3 ) 非相关性：一种毒性不受另一 种存在的影响。尽管复合重金属离子的相互影响很复杂，但最终的毒性表现还是 依赖以下因素：金属离子的种类和浓度水平、金属离子投加的次序、介质中微生 物的类别、平均细胞停留时间、进水的类型和浓度以及p h 值。 l a w s o n l 5 4 的研究表明：铜和镍离子在呼吸率的测定中对氧化作用有协同抑 制，当锰同镉或锌离子在一起的时候也表现协同作用，氰化物和c u 、n i ，c l l 和 f e 、c r 贝a | 没有协同作用。而b a r t h l 4 8 j 究了混合金属离子对处理工艺的影响，发 现c u ，c r ，n i 和勖离子在混合物中的表现是相对独立的，在总浓度为8 9 m g l 1 的中试规模处理单元中，相互之间没有协同作用现象。 1 7 影响活性污泥产率的环境因素研究 d i l e k l 删发现结合镍和铬离子对活性污泥动力学的影响，联合影响相比较单一 金属离子能刺激驯化培养物的动力学参数i l 。和k s ，而对c o d c r 去除没有影 响，根据动力学常数，他们的复合影响为协同作用。 微生物对金属离子的毒性忍受可通过适当的驯化得到大大提高根据当前的 代谢适应假说，在驯化时被金属离子破坏了的酶被新合成酶取代或者失活的通道 被新的途径取代。驯化是细菌适应忍受重金属离子环境的过程，是一个适者生存 的过程，驯化中微生物排出重金属离子或合成解毒酶。驯化需要从细胞获得能量， 如果没有足够的能量和足量的酶，驯化均会失败。据报道，细菌主要通过拮抗和 驯化两种作用减轻毒性影响。冲击对未驯化系统的影响远大于驯化污泥，金属离 子浓度越高，恢复越慢。m o w a t i s 0 1 试验观察施加重金属离子后b o d 去除率的恢复 需要2 周的时间，这个时间被认为是驯化时间。驯化污泥的培养物比未驯化的能 忍受较高的金属离子浓度，因此在活性污泥法处理厂采用驯化微生物处理含金属 离子的废水潜力巨大。 工业废水中常含有这些重金属离子，它们是蛋白质的沉淀剂，可以使酶蛋白 失活，从而抑制微生物的呼吸。活性污泥在较高浓度重金属离子的作用下，不仅 呼吸作用会受到抑制，而且污泥产率也会相应的减少 5 5 。如铬离子的浓度大于 1 0 m g l 时能够明显降低污泥产量 5 6 1 ，镍离子对污泥产量和处理效率也有相同的 影响1 4 9 。a l b e r t o t s 刀等研究了锌和铜对活性污泥生长方式的影响，并建立了动力 学方程。其研究表明当锌的浓度大于5 m g l 时，污泥产量开始下降，等于1 0 m g l 时，产量下降达1 5 ，而当铜的浓度为1 0 m g l 时，产量下降了5 8 。 跚抵o n 观认为当镍的浓度在l 5 m g ，l 时，好氧系统中的微生物产率要 高于没有镍的情况。而且有越来越多的研究表明各种各样的生物处理系统( 微生 物f 蜘、藻类删和特定酶的活性1 6 1 1 ) 在低浓度镍的作用下都能增强处理能力，提 高微生物产率。 微生物群落，包括原生动物，后生动物和轮虫在有机物净化过程中扮演重要 角色。同时微生物群落结构的变化对处理厂的功能是有效的生物指标。重金属能 改变污泥微生物种群结构，以及种群的变化，某些特定种群的存在或缺少就可指 示重金属的剂量。这方面的研究以镜检可见的原生动物和活性污泥结构居多，如 1 8 影响活性污泥产率的环境因素研究 通过测定原生动物纤毛虫种类丰度，m a d o n i i 蚓给出5 种重金属对微生物群落的 毒性次序：c d + c u 2 + p b + z n 2 + c r - 1 + 。 k 眦【蜘报道了钒离子的浓度在2 o m g ，l 时开始对微生物的耗氧速率( o u r ) 产生抑制，高于8 0 r e g a l ，轮虫全部死亡，游动型纤毛虫由于缺少竞争开始大量 繁殖。在1 2 0 m g l 时，鞭毛虫数量急剧增长，一直维持在很高的水平。n e u f e l d w ) i 报道了高剂量重金属离子驯化过程中活性污泥中主要微生物种类的变化。 s i n g l e t o n 6 s 发现在铜和汞离子存在时，生存的原生动物增加，而细菌种群的多样 性下降，因此整个群落的稳定性下降。 总之，低浓度的重金属离子是微生物的生命过程中所必须的，但是大多数重 金属离子对活性污泥微生物有毒，特别是当离子浓度较高时毒性更大。有许多因 素影响着重金属离子的毒性，它们是金属种类( 价态) 和浓度、p h 值、微生物浓 度( m i s s ) 、泥龄、有机负荷、水力停留时间等、影响因子往往是相互共同作用的 生化动力学模型和常数是研究重金属对活性污泥工艺影响的有效方法，通过污泥 产率系数可以定量比较各种影响的程度。在重金属离子的作用下，包括原生动物 在内的微生物会受抑制，微生物的群落结构会发生变化，对于镜检可见的原生动 物和污泥菌胶团结构方面的研究较多，而对细菌群落的研究较少。 1 5 解偶联剂对污泥产率的影响 在废水处理的过程中投加解偶联剂是污泥减量化技术的一个重要方法，解偶 联剂能够使微生物的分解代谢与合成代谢发生解偶联作用，从而使分解代谢产生 的能量不被完全用于合成代谢，降低污泥产量。 微生物的新陈代谢要正常进行，必须提供合成细胞组分和维持生命活动所需 要的能量。生命体系最基本的特征之一是能够转变能量和利用能量。微生物细胞 的各项运动，如物质运输、基团转位、促进扩散、细胞分裂和鞭毛运动等都要利 用能量【阚。热力学第一定律指出，能量既不能创生，也不能消灭，只能从一种 形式转变为另一种形式。微生物生命活动所需要的化学能是由微生物将环境所提 供的能源( 或本身储存的能源) 进行能量形式的转变而获得的。微生物体内的这 影响活性污泥产率的环境因紊研究 种能量转变过程称为微生物的能量代谢m 。 微生物的能量代谢是通过微生物体内的生物氧化反应来实现的。微生物通常 将氧化反应所获得的能量都先转换成a t p ，当需要耗能时，a i - p 分子上的高能键 水解，将储存在高能键上的能量释放出来。a t p 是由二磷酸腺苷a d p ( a d e n o s i n e d i p h o s p h a t e ) 与分解代谢所产生的能量以及一个磷酸根结合而生成的 6 6 1 ，即： 分解代谢释放的能量十a d p + p i + a t p式1 7 微生物将a d p 合成a t p 的方式主要是氧化磷酸化( o x i d a t i v e p h o s p h o r y l a t i o n ) ，又称电子传递磷酸化 6 8 1 。在微生物体内的生物氧化反应中， 电子由底物通过一系列的电子载体被转给分子氧或其他有机分子，当电子从一个 电子载体转移到下一个电子载体时，能量被释放，这些被释放的能量与a d p 结 合生成a t p ，这就是氧化磷酸化。其中，氧化和磷酸化是两个不同的概念。氧化 是底物脱氢或失去电子的过程，而磷酸化是指a d p 与p i 合成a t p 的过程。大 量a t p 是在氧化磷酸化过程中产生的。 一般正常情况下，电子传递和磷酸化是紧密结合的，在有些情况下，电子传 递和磷酸化作用可以被解偶联。如解偶联剂使电子传递和a t p 的形成两个过程 相互分离，只抑制a t p 的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递产生的 自由能都以热量形式释放。 根据英国生化学家p m i t c h e l l t 卿于1 9 6 1 年提出的“化学渗透学”观点，生成 a t p 的氧化与磷酸化之间起偶联作用的因素是旷的跨膜梯度。即在微生物体内， 氧化过程中释放的能量不断地将细胞内的一逆浓度梯度泵出细胞膜，而由于细 胞膜的选择性，旷不能自由透过细胞膜，于是在细胞膜两侧形成一个质子跨膜梯 度。细胞膜外的矿只有通过一个特异的质子通道才能顺着口浓度梯度进入细胞 内，一顺浓度梯度方向运动所释放的自由能使a d p 和p 0 4 3 。结合生成a t p 。所以 说，生成a t p 的氧化与磷酸化之间起偶联作用的因素是旷的跨膜梯度。而解偶 联剂可以增强细胞膜对一的通透性，促进l r 被动扩散通过细胞膜，消除细胞两 侧的质子梯度，所以不能再合成a t p 。即氧化和磷酸化之间所存在的偶联关系可 以通过投加解偶联剂使其脱偶联，氧化反应仍可以进行，而磷酸化反应不能进行， 从而导致合成反应无法进行，所以微生物产率大幅度减小。 ￥，； ， rtiffrff 影响活性污泥产率的环境因素研究 根据理论推算【7 0 1 ，每消耗30 0 0m o l 的a t p 会生成1 0 0 m g 干细胞，但实际 观察到的产量明显低于理论估计值，这是因为解偶联剂能使电子传递失去正常的 控制，亦即不能形成离子梯度。造成过分的利用氧和燃烧底物，而能量得不到储 存，细胞不能合成。 解偶联剂分为天然解偶联剂和人工合成解偶联剂两种，虽然具有不同的分子 结构，但是都是弱酸性物质，都具有亲脂性。天然解偶联剂主要是棕色脂肪和其 他组织中的解偶联蛋白，主要存在于高等动物线粒体中。人工合成解偶联剂通常 为脂溶性小分子物质。 。 目前解偶联剂已用于活性污泥工艺中减少剩余污泥的产生，如硝基酚、氯酚、 3 ，3 ，4 ，5 一四氯水杨酰苯胺( t c s ) 、2 ，4 ，5 一三氯酚、甲酚、氨基酚等。 在小试规模连续流活性污泥法中，l 0 w 1 7 1 1 等人，指出加入对硝基酚时，污泥的产 生量可以减少4 9 ；当对硝基酚的质量浓度为1 2 0m g l 时，没有剩余污泥产 生。c h e n 等人同发现，当t c s 质量浓度为0 8m g l 时，污泥的产生量可以减 少7 8 ，而对底物的去除效率没有明显的影响，从这一结果可看出t c s 比p n p 更为有效。s t r a n d 等人嘲在污水生物处理系统中对1 2 种解偶联剂进行了污泥减 量的试验，试验发现t c p 在1 2 种解偶联剂中最为有效，且当t c p 的质量浓度 为5m g l 时，污泥可以减少5 0 。x i e l 7 4 1 在经过一系列正交实验后得出结论： 氨基酚比氯酚和硝基酚更为有效，氨基酚的质量浓度为2 0 m g l 时，没有剩余 污泥产生，但是c o d c r 的去除率下降了5 6 。y a n 9 1 7 5 】等在序批实验中研究了对 氯酚( p c p ) 、间氯酚( m o p ) 、间硝基酚( m n p ) 和邻硝基酚( o n p ) 4 种解偶联剂，研究 表明当其质量浓度在0 2 0 m g l 之间都能够有效降低污泥产率，而如果综合考 虑到污水的处理效果的话，m c p 最为理想，m c p 当质量浓度为2 0n a g l 时， 产率降低了8 6 9 ，c o d c r 去除率仅降低了1 3 2 。m a x i m ：等则在连续培养条 件下证明了2 , 4 二硝基酚( d n p ) 能够在不明显降低处理效果的情况下，有效降低 污泥产率，研究表明d n p 在连续投加的条件下，7 周平均的产率系数为0 3 0 ，而 空白样为o 4 2 ，b o d 5 的去除率没有明显变化1 7 6 。 可以确信，解偶联生化过程的能量消耗是一种减少活性污泥产生的有效途 径，o k e y 和s t e n s e l l 7 7 1 报道了由有机质子载体诱导的能量解偶联在p h o e n i x 和 影响活性污泥产率的环境因素研究 a l i z o e l a 污水处理厂工业化运用，但是应该认识到具有代谢作用的解偶联剂大多 数是非生物性的，对于环境有潜在危害作用 利用解偶联剂来减少剩余污泥的产生会增加溶解氧的消耗量。z u b a y t * q 发现， 向处于悬浮状的线粒体加入解偶联剂后溶解氧的消耗量增加了5 0 ，在活性污 泥系统中也发现了类似情况，例如没有t c p 存在时，s o u r ( 比耗氧速率) 为 g 9 0 2 ( g v s s d ) ，当t c p 存在时，s o u r 为2 0 8 9 0 2 ( g v s s d ) 。另外u 一和 x i e v 4 j 发现随着污泥浓度的提高，污泥减量的效率逐渐下降。微生物一开始对于 解偶联剂不能适应，但是为了保持低的污泥产量，需要不断地加入解偶联剂，总 有一天微生物会适应。s t r a n d h i 等人发现污泥经过长期驯化和适应，最终使解偶 联剂无法减少污泥产量。 1 6 耗氧速率( o u r ) 的测量原理与应用 在对污泥产率y _ 的研究中，我们要经常对污泥的耗氧速率进行测量，因此 需要对耗氧速率的测量原理有所了解，并常用装置进行改进。耗氧速率( o u r ) 是指单位体积、单位时间内活性污泥对氧气的消耗量。由于耗氧速率与废水处理 过程中微生物增长和基质降解这两个生化过程密切相关，因此许多学者都认为将 耗氧速率测量应用于活性污泥工艺的过程控制会非常有益。 现行的多数活性污泥工艺中，d o 被广泛用于对活性污泥工艺运行的调控。 但不足之处在于，d o 并不能及时揭示曝气池中微生物生长和基质降解实际情况， 不利于人们即时调整运行参数以应对水质的变化。以耗氧速率替代d o 来进行调 控可以弥补这个不足。 许多学者对耗氧速率的测量方法进行了研究，并提出了许多技术方案。但都 没有提出一个普遍得到认可、可全面解释各种测量方法的基本原理。1 9 9 3 年，国 际水质联合会意识到急需解决这一问题，并成立了一个工作组来攻克该课题【蜘。 1 6 1 耗氧速率的测量仪器 耗氧速率可用呼吸测量仪来测量，呼吸测量仪按复杂程度可分为两种，简单 影响活性污泥产率的环境因素研究 的手工组装仪器和复杂的全自动监测仪器。所有测量仪的一个共同特征就是都有 一个反应器，污泥、基质等都被放置在这个反应器中进行反应，同时测量其耗氧 速率。反应器中的气相和液相分别可以是连续流或者是静止流，一个简易的手工 组装呼吸测量装置( 气相连续流、液相静止流) 见图1 2 ： 。 。 ； ： 、 ” 。， 1 磁力搅拌器j2 曝气机；3 曝气头；4 橡皮密封塞； 5 排气管j 6 密封闽门；7 ；客船氧探头：b 溶解氧数显便9 反应器 为了获得反应器内氧的消耗量，我们可以采用两种方法进行测量，一种是测 量液相中的溶解氧浓度变化( 如图1 2 示) ；另一种是测量气相中的氧浓度变化。 下面我们依据所测氧浓度的相的不同来讨论呼吸测量法的测量原理。 1 6 2 液相基础的测量原理与应用 本原理是基于在液相中溶解氧的质量平衡。反应器内的液相通常含有微生物 和曝气产生的气泡，气泡被很好的混合在液相中。此时，液相中氧的质量平衡方 程是： 丢( 圪q ) = q 埘c 工期一c 工+ 圪吃口工( q 一巴) 一圪， 式1 8 式中：c l 液相中的溶解氧浓度5 c l - - 饱和溶解氧浓度； c i 矿进水中的溶解氧浓度； k l a l - - - - - 氧传质参数5 q i n - - - - 进水流量； 4 ，3 2 l 势 - t z 影响活性污泥产率的环境因素研究 q 。f 出水流量； r = 液相中微生物的耗氧速率( o u r ) ； v 产液相体积； 由于公式1 8 是关于液相中氧的质量平衡，所以式中没有包含气体流量。等号 右侧的第一和第二项代表了进出水中的溶解氧量。在大多数系统中，进水流量 q 。和出水流量q 。是相等的，则液相体积v l 是个常数。第三项描述了氧气从气泡 向液相中传递的量。最后一项代表了呼吸速率。在实践中，有好几种测定r 的简 化方法。 简化方法一 本简化法是使气相和液相都是静止流。这样，公式1 ，8 右边的一到三项都为零， 液相体积由于恒定成为一个常数被约去，公式简化为 车：，式1 9 言2 吖 式 此时为求得耗氧速率r