低溫城市污水處理中比耗氧速率與有機物的相關性分析

韓 義 劉 瑩 趙萬理 孫文玥 李亞靜 袁阿會 任志敏，2 田 曦，2*

（1、長春工程學院，吉林 長春130012 2、吉林省城市污水處理重點實驗室，吉林 長春130012）

我國北方冬季氣溫寒冷，低溫條件對城市污水活性污泥法的生物處理存在著生物活性低、污泥易膨脹、污水處理效果差等現象。比耗氧速率是表征污泥微生物代謝活性的一個重要指標，它指單位質量的活性污泥在單位時間內所利用氧的量；化學需氧量（Chemical oxygen demand，CODCr）是指能夠在水中被氧化的物質在化學氧化過程中所消耗的氧氣量。它是一個綜合的指標[1]，以每公升水消耗的氧氣毫克來表示有機物對水的污染程度。CODCr值越高，水的污染越嚴重（通常認為是有機污染引起的）。CODCr是反映水體有機污染程度的指標，但CODCr測定的標準分析方法使用硫酸銀和硫酸汞等試劑容易對受納水體造成二次污染。根據EPS 與細胞相結合的緊密程度不同，可將EPS 分為粘液層（slime bound extracellular polymeric substances，SB-EPS）、松散結合的胞外聚合物（loosely bound extracellular polymeric substances，LB-EPS）和緊密結合的胞外聚 合 物（tightly bound extracellular polymeric substances，TB-EPS）[2-3]。

本研究測定11℃生活污水在間歇運行活性污泥反應器中的SOUR、CODCr及EPS，探討緊密結合的胞外聚合物（TB-EPS，BEPS）的吸附性能，采用SPSS22.0 檢驗水樣SOUR、CODCr及BEPS 的三者的相關度水平，建立相關性聯系，以期用SOUR 表征間歇運行活性污泥反應器的單個周期中曝氣階段有機物的去除效果。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本次試驗的水樣來源于間歇運行活性污泥反應器，一天運行2 個周期，單個反應周期為12h，瞬時進水，曝氣7h，沉淀4h，閑置1h，曝氣量為3.5mg/L，PH 控制在8.0-8.5 之間。實驗在恒溫房內控制水溫保持在11±1℃。

本次試驗共采集5 個水樣，包含6 個歷時，歷時1 水樣的取樣時間為上午10 點即曝氣1h，之后隔1 個小時取樣一次，共計6 個歷時的水樣。

1.2 比耗氧速率的測定

耗氧速率（OUR）的測定采用密閉間歇曝氣法，測定之前將待測污泥曝氣至溶解氧濃度達8mg/L，然后將溶氧儀探頭插入三角瓶中，采用橡膠塞密封，將三角瓶置于磁力攪拌器上使污泥保持完全混合狀態，每隔30s 記錄一次溶解氧讀數，連續讀數10min 或至溶解氧濃度降低至2mg/L 以下，繪制溶解氧- 時間曲線，可得到的直線斜率即為耗氧速率（OUR），根據式（1）即可計算得到SOUR[4]。

1.3 CODCr 的測定

CODCr檢測方法采用國家標準方法《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》GB11914-89[5]。

1.4 污泥胞外聚合物（EPS）的提取及檢測方法

污泥胞外聚合物（EPS）的提取方法參考國內外學者[6-7]對EPS 提取的研究成果，并結合本實驗室研究條件制定。將原污泥樣從間歇運行活性污泥反應器中取出50ml 污泥放入離心管中，離心管的規格為50ml，用離心機以4000rpm 離心5min，棄去上清液；在離心管內加入常溫和70℃的0.05%NaCl 溶液恢復到初始體積，用玻璃棒攪拌均勻，再用離心機以4000rpm 離心10min，棄去上清液；之后用常溫0.05%NaCl 溶液恢復到初始體積，60℃水浴加熱30min，攪拌均勻后離心機以4000rpm 離心15min，上清液為TB-EPS。

測量EPS 中蛋白質（PN）含量的方法為考馬斯亮藍法。測量EPS 中多糖（PS）含量的方法為蒽酮比色法。

2 結果與討論

2.1 曝氣階段水樣的OUR、SOUR 及CODCr 結果分析

由圖1 可知，SOUR 值隨反應時間的增加逐漸降低，SOUR隨時間的變化趨勢基本跟COD 的降解效果相同，都是隨處理時間的增加而降低。SOUR 是因為發生吸附反應逐漸變小。反應器曝氣處理低溫污水階段，BEPS 總量呈先上升后下降再上升的趨勢，BEPS 總量的變化與好氧顆粒污泥的穩定性有關；反應器對低溫污水曝氣結束時，EPS 總量的濃度升高明顯，說明此時細菌產生胞外聚合物物以抵抗外界的變化。

圖1 SOUR、COD 及BEPS 總量隨反應器曝氣時間變化圖

當反應器處理污水1h 后，即曝氣60min 后，根據式（1）計算得SOUR 為0.08783mgO2/（gMLSS·min）。據報道，活性污泥的SOUR 值通常為0.1333～0.3333mgO2/（gMLSS·min）。因為進水為經配制后生活污水，表明11℃時反應器內F/M過低，所以，以后可對進水增加有機物含量，觀察微生物活性的改善情況，可逐步增加原進水有機物的含量，直到觀察到理想的處理效果。

2.2 SOUR 與CODcr 的皮爾森相關系數分析結果

圖2 SOUR 與CODcr 及SOUR 與BEPS 皮爾森相關性散點圖

圖2 可看出，曝氣階段SOUR 與CODcr 的線性關系較好，線性關系為正相關，擬合方程為SOUR=2.01×10-3CODcr+0.01。而SOUR 與BEPS 的線性關系一般，線性關系為負相關，擬合方程為SOUR=0.21-2.02×10-3BEPS。

表1 SOUR、CODcr 及BEPS 的皮爾森相關系數表

表1 可知，SOUR 與CODcr 的皮爾森相關系數為0.855，相關性顯著。因此SOUR 可以通過線性擬合關系得到低溫污水的CODcr。但是SOUR 與BEPS 的無明顯相關性，故不可用SOUR表征低溫污水中緊密結合的胞外聚合物。

3 結論

3.1 在污水溫度為11 時，間歇運行活性污泥反應器處理城市污水時的比耗氧速率隨處理時間增加而降低，EPS 總量的濃度升高明顯，說明此時細菌產生胞外聚合物物以抵抗外界的變化。

3.2 采用SPSS22.0 軟件進行分析，反應器SOUR 與CODcr的相關度水平較高，皮爾森相關性系數為0.855，相關性較好；但SOUR 與BEPS 的無明顯相關性。