測(cè)定活性污泥耗氧速率的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和實(shí)際應(yīng)用

何偉濤

（江門市碧源污水治理有限責(zé)任公司 廣東江門 529020）

1 前言

耗氧速率是指活性污泥（或水中生物）在20℃下進(jìn)行有氧呼吸作用所消耗氧氣的速率，單位是mgO2/（gMLVSS·h），它反映污泥活性、是判斷污泥活性是否受到抑制的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)耗氧速率低于內(nèi)源耗氧速率時(shí)說(shuō)明活性污泥活性完全受到抑制。

2 試驗(yàn)部分

2.1 儀器

YSI°5100型溶解氧儀或YSI°52型溶解氧儀；空調(diào)及生化培養(yǎng)箱；計(jì)時(shí)秒表；與儀器配套的生化培養(yǎng)瓶。測(cè)定有機(jī)污泥濃度（MLVSS）還需要：電子天平、烘箱、電阻高溫爐、稱物瓶、坩堝、定量濾紙、漏斗、量筒等。

2.2 試驗(yàn)步驟

從氧化溝好氧區(qū)取含活性污泥的混合液，立刻送至實(shí)驗(yàn)室測(cè)定耗氧速率。

從混合液樣品中均勻分取一部分用以測(cè)定有機(jī)污泥濃度（MLVSS），測(cè)定方法按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法CJ/T221-2005進(jìn)行操作。另一部分樣品放置在生化培養(yǎng)箱中恒溫至20℃。開啟溶解氧儀穩(wěn)定一段時(shí)間后，按儀器操作說(shuō)明進(jìn)行校正、設(shè)定參數(shù)，設(shè)定測(cè)定參數(shù)時(shí)把MLVSS數(shù)值輸入，溶解氧的起始值設(shè)定在3.0到4.0mg/L左右,溶解氧的結(jié)束值設(shè)定在1.0mg/L。

用玻棒攪拌混合液，使樣品均勻，同時(shí)也是給樣品充氧。在生化培養(yǎng)瓶中加入樣品至充滿，把溶解氧儀的探頭插入生化培養(yǎng)瓶中，瓶?jī)?nèi)不應(yīng)留有氣泡，以免引入復(fù)氧。最佳條件是先把室溫和樣品的水溫控制在20℃，可外加20℃水浴保持溫度。開啟攪拌后，儀器讀數(shù)在前段時(shí)間波動(dòng)會(huì)很大，不宜立刻開始讀數(shù)，稍等儀器讀數(shù)波動(dòng)不大時(shí)，按開始鍵開始讀數(shù)。當(dāng)儀器達(dá)到如下兩個(gè)條件中的任一條件時(shí)，測(cè)定結(jié)束并得到數(shù)據(jù)結(jié)果：（1）當(dāng)前溶解氧值低于預(yù)定的結(jié)束值，參考值：1.0mg/L（2）測(cè)量時(shí)間超過(guò)預(yù)定的測(cè)量時(shí)間，一般是10min。

內(nèi)源耗氧速率的測(cè)定：取滿一瓶生化培養(yǎng)瓶混合液樣品，經(jīng)濾紙或玻璃砂芯漏斗徹底濾去濾液，然后用蒸餾水把活性污泥從濾紙或玻璃砂芯漏斗上全部沖洗下來(lái)，用燒杯裝有，蒸餾水的用量不應(yīng)超過(guò)生化培養(yǎng)瓶的體積，用玻棒攪拌充氧，然后轉(zhuǎn)移至生化培養(yǎng)瓶中，加蒸餾水至剛滿，后續(xù)按耗氧速率測(cè)定相同的操作進(jìn)行。

3 體會(huì)與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 定義

耗氧速率（SOUR）等于氧吸收速率（OUR）除于有機(jī)污泥濃度（MLVSS）所得到。其中有機(jī)污泥濃度（MLVSS）含義是污泥中有機(jī)性固體物質(zhì)部分的濃度，相對(duì)于污泥濃度（MLSS）而言，在表示活性污泥活性部分?jǐn)?shù)量上，在精度方面更進(jìn)了一步，所以用MLVSS計(jì)算SOUR更具代表性。氧吸收速率（OUR）單位是mgO2/L·h，含義是每小時(shí)吸收或降低多少mg/L氧濃度。無(wú)論SOUR還是OUR均是污泥固有屬性，與測(cè)量體積（V）或取樣多少無(wú)關(guān)。

內(nèi)源耗氧速率也即內(nèi)源呼吸，是指微生物沒(méi)有在外界供給能源的情況下，而是利用自身內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能源物質(zhì)進(jìn)行呼吸所消耗氧的速率。

3.2 計(jì)算

如YSI°5100型溶解氧儀等儀器具備計(jì)算SOUR和OUR功能，使用方便，可按上述實(shí)驗(yàn)步驟即可得到結(jié)果。但對(duì)于不具備計(jì)算功能的溶解氧儀（如YSI°52）又如何進(jìn)行計(jì)算呢。作者的經(jīng)驗(yàn)如下：

用秒表計(jì)時(shí)，每1min讀一次氧濃度（mg/L）并記錄，直到氧濃度為1.0mg/L或測(cè)量時(shí)間超過(guò)15至20min為止，停止測(cè)定，其它操作同上述步驟一樣。這樣就得到時(shí)間（min）和氧濃度（mg/L）兩組數(shù)列，若求OUR，實(shí)質(zhì)是求該兩組數(shù)列回歸方程的斜率，可用最小二乘法計(jì)算，其中時(shí)間為自變量（X），氧濃度為因變量（Y），但是最小二乘法手動(dòng)計(jì)算較為復(fù)雜，本文建議使用微軟辦公軟件Excel進(jìn)行計(jì)算，把兩列數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)輸入Excel兩列中，利用SLOPE函數(shù)計(jì)算即可得到，單位：mg/O2/L·min，結(jié)果一定是負(fù)數(shù)，應(yīng)取絕對(duì)值計(jì)算。SOUR計(jì)算按公式1。

3.3 樣品存放時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)

樣品存放時(shí)間是指從取樣到測(cè)定之間時(shí)間，存放時(shí)間當(dāng)然是越短越好。如果取樣點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室距離很遠(yuǎn)，則需要專樣送檢，取樣后中途不保存。經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)際測(cè)定的結(jié)果表明：樣品存放時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)到的耗氧速率就變得越來(lái)越大；另外樣品存放時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)定時(shí)時(shí)間與氧濃度的關(guān)線越變得為非線性關(guān)系，趨向L形，即測(cè)定初期耗氧速率很大，然后趨緩。因此，若測(cè)得耗氧速率過(guò)大，并不能說(shuō)明污泥活性較強(qiáng)，還須先確定一下樣品是否存放得太久方可下結(jié)論，當(dāng)然，樣品存放過(guò)長(zhǎng)，就應(yīng)當(dāng)重新取樣。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：存放樣品時(shí)，打開樣品瓶蓋子能減緩對(duì)測(cè)定不利的影響，能延長(zhǎng)一些存放時(shí)間。

對(duì)于測(cè)定新鮮的樣品，由于氧濃度隨時(shí)間變化基本上呈現(xiàn)線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均在-0.98以上，測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)或短所計(jì)算出的斜率基本上相差不大，因此測(cè)定時(shí)間可以控制在10min范圍內(nèi)。測(cè)定過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)耗氧速率讀數(shù)極不穩(wěn)定，有較大變化的，呈非線性的，有可能是樣品存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)重新取樣并重新測(cè)定。

3.4 室溫和樣品水溫控制在20℃左右

例如在夏季，室溫遠(yuǎn)高于20℃，此時(shí)對(duì)溶解氧儀進(jìn)行校正，然后插入水溫為20℃的樣品中，開啟攪拌進(jìn)行測(cè)定，你會(huì)發(fā)現(xiàn)儀器讀數(shù)會(huì)慢慢地升高，而且需經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間后才能達(dá)到穩(wěn)定；而冬季情況則相反。這是由于校正時(shí)室溫偏離20℃較大所致。問(wèn)題是：在儀器探頭溫度尚未達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間段內(nèi)，若此時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定就會(huì)引起測(cè)量誤差，因此校正時(shí)先把室溫和樣品的水溫都控制在20℃左右恒溫。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)該預(yù)先開啟實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)一段時(shí)間，使室內(nèi)恒溫在20℃，而水樣可預(yù)先放置在20℃的生化培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫。

4 耗氧速率實(shí)際應(yīng)用情況

4.1 利用耗氧速率判斷污泥活性是否受到抑制

有文獻(xiàn)[2]由經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出“耗氧速率在5 mgO2/（gMLVSS·h）以下時(shí)，說(shuō)明污泥活性受到抑制”，作者認(rèn)為具體情況因不同的污水處理廠而異，此經(jīng)驗(yàn)但未必適用于其他污水處理廠，例如廣東江門市文昌沙水質(zhì)凈化廠的活性污泥耗氧速率多數(shù)時(shí)間是處于5 mgO2/（gMLVSS·h）以下，但處理效果還是不錯(cuò)的，這可能跟污泥負(fù)荷低有關(guān)。

另外一些關(guān)文獻(xiàn)[1]介紹：當(dāng)生化呼吸線在內(nèi)源呼吸線之上，說(shuō)明該廢水可生化處理；生化呼吸線位于內(nèi)源呼吸線之下，該廢水不可生化處理，廢水對(duì)生物有抑制作用。作者認(rèn)為此判斷方法較為合理。本文通過(guò)對(duì)文昌沙水質(zhì)凈化廠的好氧區(qū)的活性污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)該方法的實(shí)際應(yīng)用情況如表1。

表1 耗氧速率與內(nèi)源耗氧速率的比較

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，活性污泥的耗氧速率基本上都高于內(nèi)源呼吸線上，而出水都表現(xiàn)優(yōu)良，更準(zhǔn)確的描述是活性污泥中的微生物已適應(yīng)當(dāng)前污水水質(zhì)。

4.2 混合液中各種重金屬濃度高低與污泥耗氧速率的關(guān)系

很多金屬元素對(duì)微生物都具有抑制作用，但抑制強(qiáng)度或毒性則有高低之分。本文通過(guò)對(duì)3#和4#好氧區(qū)的污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定污泥耗氧速率以觀察某些金屬元素對(duì)污泥活性抑制強(qiáng)度。

3#和4#氧化溝中原有的金屬元素平均濃度如表2。

表2 氧化溝中原有的金屬元素平均濃度 （單位：mg/L）

每次實(shí)驗(yàn)均取320mL氧化溝的混合液，先測(cè)定一次未添加金屬元素前污泥的耗氧速率，然后分別加入銅、鉛、鐵、鎳、錳、鋅和三價(jià)鉻等標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測(cè)定一次耗氧速率。逐步增加上述標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，每次都測(cè)定一次耗氧速率。由于實(shí)驗(yàn)條件所限，每次未添加金屬元素之前的耗氧速率有所不同，為了能夠?qū)Ω鹘饘僭囟拘?、抑制?qiáng)度作出比較，在這里把金屬元素加入混合液后所測(cè)得耗氧速率與未添加金屬元素之前的耗氧速率相比（以百分比表示），這樣就才能有可比性。

圖1是把各金屬元素添加后下降的耗氧速率百分率與對(duì)應(yīng)添加的金屬濃度作圖。圖中添加同等濃度情況下，耗氧速率百分率下降越快，說(shuō)明該金屬元素的抑制作用越強(qiáng)。從圖1便可知7種金屬元素抑制強(qiáng)度由強(qiáng)到弱排序是：Zn＞Cu＞Ni＞Pb＞Fe＞Mn＞Cr3+。Zn、Cu、Ni、Pb等元素的抑制作用是即時(shí)發(fā)生的，而Fe和Mn是當(dāng)增加的濃度到一定程度后才開始呈現(xiàn)出抑制作用，三價(jià)鉻前段部分還呈現(xiàn)出一定的抑制作用，但增加到某一濃度后就基本沒(méi)有抑制作用了。

圖1 氧化溝混合液中重金屬濃度與耗氧速率的關(guān)系

5結(jié)語(yǔ)

活性污泥耗氧速率是反映微生物活性的重要指標(biāo)，利用耗氧速率與內(nèi)源耗氧速率進(jìn)行比較可以判斷污泥活性是否受到抑制，對(duì)處理系統(tǒng)異常變化能起到預(yù)警的作用。

[1]胡瓊玲.利用瓦勃氏呼吸儀研究廢水生物處理中的問(wèn)題.化工環(huán)保,1985.

[2]王洪臣.城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)管理.科學(xué)出版社,1997.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè).城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法CJ/T221-2005.2005.

[4]魏復(fù)盛.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法指南:中冊(cè).北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1994.

[5]火焰原子吸收分光光度計(jì)操作手冊(cè)ANALYTICAL METHODS.瓦里安公司.