测定活性污泥耗氧速率的经验总结和实际应用

何伟涛

（江门市碧源污水治理有限责任公司 广东江门 529020）

1 前言

耗氧速率是指活性污泥（或水中生物）在20℃下进行有氧呼吸作用所消耗氧气的速率，单位是mgO2/（gMLVSS·h），它反映污泥活性、是判断污泥活性是否受到抑制的技术指标。当耗氧速率低于内源耗氧速率时说明活性污泥活性完全受到抑制。

2 试验部分

2.1 仪器

YSI°5100型溶解氧仪或YSI°52型溶解氧仪；空调及生化培养箱；计时秒表；与仪器配套的生化培养瓶。测定有机污泥浓度（MLVSS）还需要：电子天平、烘箱、电阻高温炉、称物瓶、坩埚、定量滤纸、漏斗、量筒等。

2.2 试验步骤

从氧化沟好氧区取含活性污泥的混合液，立刻送至实验室测定耗氧速率。

从混合液样品中均匀分取一部分用以测定有机污泥浓度（MLVSS），测定方法按行业标准方法CJ/T221-2005进行操作。另一部分样品放置在生化培养箱中恒温至20℃。开启溶解氧仪稳定一段时间后，按仪器操作说明进行校正、设定参数，设定测定参数时把MLVSS数值输入，溶解氧的起始值设定在3.0到4.0mg/L左右,溶解氧的结束值设定在1.0mg/L。

用玻棒搅拌混合液，使样品均匀，同时也是给样品充氧。在生化培养瓶中加入样品至充满，把溶解氧仪的探头插入生化培养瓶中，瓶内不应留有气泡，以免引入复氧。最佳条件是先把室温和样品的水温控制在20℃，可外加20℃水浴保持温度。开启搅拌后，仪器读数在前段时间波动会很大，不宜立刻开始读数，稍等仪器读数波动不大时，按开始键开始读数。当仪器达到如下两个条件中的任一条件时，测定结束并得到数据结果：（1）当前溶解氧值低于预定的结束值，参考值：1.0mg/L（2）测量时间超过预定的测量时间，一般是10min。

内源耗氧速率的测定：取满一瓶生化培养瓶混合液样品，经滤纸或玻璃砂芯漏斗彻底滤去滤液，然后用蒸馏水把活性污泥从滤纸或玻璃砂芯漏斗上全部冲洗下来，用烧杯装有，蒸馏水的用量不应超过生化培养瓶的体积，用玻棒搅拌充氧，然后转移至生化培养瓶中，加蒸馏水至刚满，后续按耗氧速率测定相同的操作进行。

3 体会与经验总结

3.1 定义

耗氧速率（SOUR）等于氧吸收速率（OUR）除于有机污泥浓度（MLVSS）所得到。其中有机污泥浓度（MLVSS）含义是污泥中有机性固体物质部分的浓度，相对于污泥浓度（MLSS）而言，在表示活性污泥活性部分数量上，在精度方面更进了一步，所以用MLVSS计算SOUR更具代表性。氧吸收速率（OUR）单位是mgO2/L·h，含义是每小时吸收或降低多少mg/L氧浓度。无论SOUR还是OUR均是污泥固有属性，与测量体积（V）或取样多少无关。

内源耗氧速率也即内源呼吸，是指微生物没有在外界供给能源的情况下，而是利用自身内部储存的能源物质进行呼吸所消耗氧的速率。

3.2 计算

如YSI°5100型溶解氧仪等仪器具备计算SOUR和OUR功能，使用方便，可按上述实验步骤即可得到结果。但对于不具备计算功能的溶解氧仪（如YSI°52）又如何进行计算呢。作者的经验如下：

用秒表计时，每1min读一次氧浓度（mg/L）并记录，直到氧浓度为1.0mg/L或测量时间超过15至20min为止，停止测定，其它操作同上述步骤一样。这样就得到时间（min）和氧浓度（mg/L）两组数列，若求OUR，实质是求该两组数列回归方程的斜率，可用最小二乘法计算，其中时间为自变量（X），氧浓度为因变量（Y），但是最小二乘法手动计算较为复杂，本文建议使用微软办公软件Excel进行计算，把两列数据分别对应输入Excel两列中，利用SLOPE函数计算即可得到，单位：mg/O2/L·min，结果一定是负数，应取绝对值计算。SOUR计算按公式1。

3.3 样品存放时间不能过长

样品存放时间是指从取样到测定之间时间，存放时间当然是越短越好。如果取样点到实验室距离很远，则需要专样送检，取样后中途不保存。经长期实际测定的结果表明：样品存放时间越长，测到的耗氧速率就变得越来越大；另外样品存放时间越长，测定时时间与氧浓度的关线越变得为非线性关系，趋向L形，即测定初期耗氧速率很大，然后趋缓。因此，若测得耗氧速率过大，并不能说明污泥活性较强，还须先确定一下样品是否存放得太久方可下结论，当然，样品存放过长，就应当重新取样。实验证实：存放样品时，打开样品瓶盖子能减缓对测定不利的影响，能延长一些存放时间。

对于测定新鲜的样品，由于氧浓度随时间变化基本上呈现线性关系，相关系数均在-0.98以上，测定时间长或短所计算出的斜率基本上相差不大，因此测定时间可以控制在10min范围内。测定过程中当发现耗氧速率读数极不稳定，有较大变化的，呈非线性的，有可能是样品存放时间过长，应重新取样并重新测定。

3.4 室温和样品水温控制在20℃左右

例如在夏季，室温远高于20℃，此时对溶解氧仪进行校正，然后插入水温为20℃的样品中，开启搅拌进行测定，你会发现仪器读数会慢慢地升高，而且需经过一段较长时间后才能达到稳定；而冬季情况则相反。这是由于校正时室温偏离20℃较大所致。问题是：在仪器探头温度尚未达到稳定的时间段内，若此时对样品进行测定就会引起测量误差，因此校正时先把室温和样品的水温都控制在20℃左右恒温。

在进行实验之前应该预先开启实验室的空调一段时间，使室内恒温在20℃，而水样可预先放置在20℃的生化培养箱内恒温。

4 耗氧速率实际应用情况

4.1 利用耗氧速率判断污泥活性是否受到抑制

有文献[2]由经验总结得出“耗氧速率在5 mgO2/（gMLVSS·h）以下时，说明污泥活性受到抑制”，作者认为具体情况因不同的污水处理厂而异，此经验但未必适用于其他污水处理厂，例如广东江门市文昌沙水质净化厂的活性污泥耗氧速率多数时间是处于5 mgO2/（gMLVSS·h）以下，但处理效果还是不错的，这可能跟污泥负荷低有关。

另外一些关文献[1]介绍：当生化呼吸线在内源呼吸线之上，说明该废水可生化处理；生化呼吸线位于内源呼吸线之下，该废水不可生化处理，废水对生物有抑制作用。作者认为此判断方法较为合理。本文通过对文昌沙水质净化厂的好氧区的活性污泥进行实验，检验该方法的实际应用情况如表1。

表1 耗氧速率与内源耗氧速率的比较

通过实验发现，活性污泥的耗氧速率基本上都高于内源呼吸线上，而出水都表现优良，更准确的描述是活性污泥中的微生物已适应当前污水水质。

4.2 混合液中各种重金属浓度高低与污泥耗氧速率的关系

很多金属元素对微生物都具有抑制作用，但抑制强度或毒性则有高低之分。本文通过对3#和4#好氧区的污泥进行实验，测定污泥耗氧速率以观察某些金属元素对污泥活性抑制强度。

3#和4#氧化沟中原有的金属元素平均浓度如表2。

表2 氧化沟中原有的金属元素平均浓度 （单位：mg/L）

每次实验均取320mL氧化沟的混合液，先测定一次未添加金属元素前污泥的耗氧速率，然后分别加入铜、铅、铁、镍、锰、锌和三价铬等标准溶液，再测定一次耗氧速率。逐步增加上述标准溶液浓度，每次都测定一次耗氧速率。由于实验条件所限，每次未添加金属元素之前的耗氧速率有所不同，为了能够对各金属元素毒性、抑制强度作出比较，在这里把金属元素加入混合液后所测得耗氧速率与未添加金属元素之前的耗氧速率相比（以百分比表示），这样就才能有可比性。

图1是把各金属元素添加后下降的耗氧速率百分率与对应添加的金属浓度作图。图中添加同等浓度情况下，耗氧速率百分率下降越快，说明该金属元素的抑制作用越强。从图1便可知7种金属元素抑制强度由强到弱排序是：Zn＞Cu＞Ni＞Pb＞Fe＞Mn＞Cr3+。Zn、Cu、Ni、Pb等元素的抑制作用是即时发生的，而Fe和Mn是当增加的浓度到一定程度后才开始呈现出抑制作用，三价铬前段部分还呈现出一定的抑制作用，但增加到某一浓度后就基本没有抑制作用了。

图1 氧化沟混合液中重金属浓度与耗氧速率的关系

5结语

活性污泥耗氧速率是反映微生物活性的重要指标，利用耗氧速率与内源耗氧速率进行比较可以判断污泥活性是否受到抑制，对处理系统异常变化能起到预警的作用。

[1]胡琼玲.利用瓦勃氏呼吸仪研究废水生物处理中的问题.化工环保,1985.

[2]王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理.科学出版社,1997.

[3]中华人民共和国建设部.中华人民共和国城镇建设行业.城市污水处理厂污泥检验方法CJ/T221-2005.2005.

[4]魏复盛.水和废水监测分析方法指南:中册.北京：中国环境科学出版社,1994.

[5]火焰原子吸收分光光度计操作手册ANALYTICAL METHODS.瓦里安公司.