活性污泥活性的表征及其检测方法研究

摘要：在污水处理中，活性污泥法的应用十分广泛，其原理主要是依赖于污泥的活性。而污泥的活性会受到多方面因素影响，例如体系温度、pH值和有毒有害物质等，所以建立多种污泥活性表征指标和相应的检测方法就显得十分关键。本文重点就活性污泥活性的表征及其检测方法进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键词：活性污泥法;表征指标;检测方法

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

当前对于活性污泥活性表征的研究，主要包括以下四个指标，即比耗氧速率（SOUR）、电子传递体系（ETS）活性、脱氢酶活性（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）

比耗氧速率实际是指活性污泥在单位时间内所消耗氧气的量，其是表征污泥微生物代谢活性的关键性指标。通常情况下，对于活性污泥来说，无论是微生物的生活还是基质的降解过程，都需要消耗一定量的氧气，所以通过表征SOUR可以有效反映出活性污泥微生物的新陈代谢强弱以及水力负荷对底物利用率的影响程度，一般来说该指标会受到底物浓度和污泥活性的影响，体现了曝气池的总需氧量，同时因为活性污泥法去除COD、氮等需要消耗一定的氧气，所以SOUR也就成为表征污水处理效果的重要指标。除此之外，比耗氧速率指标还与污泥微生物呼吸和污水中有机物降解速率存在关系，成为分析微生物活性的有效方法和手段。在传统的活性污泥法中，SOUR指标会受到污水类型和有毒物质的直接影响，所以直接根据不同阶段SOUR指标的变化情况，就可以有效分析进水特质和污泥性质的参数变化。相关研究工作人员通过研究SOUR在污水处理运行过程中监测发现，当系统受到有毒有害物质影响时，包括重金属、酚等有机物，污泥中比耗氧速率指标会极速降低，可见对于该指标的表征是监测污水中是否进入有毒物质的关键所在。

1.2 电子传递体系（ETS）活性

对于活性污泥处理过程，主要污染物是通过微生物代谢去除的，其中有机物的脱氢（去电子）过程就是生物代谢的重要环节。在微生物好氧代谢过程中，脱电子主要通过相应的电子载体转移到受体中，实现有机污染物的矿化处理。按照电子亲和力大小顺序而排列的载体构成了电子传递体系，即ETS，这些电子轉移或传递电力的速率称为ETS活性。而比电子传递体系活性，即SETS活性，其是表征单位污泥电子转移速率的关键性指标。在实际检测该指标活性时，通常会涉及两种人工电子受体，即TTC和INT。对于两种不同的SETS活性指标而言，当电子传递系统受到冲击时，TTC人工受体接受电子的能力所受影响最大，最终影响污泥活性参数，所以实际当中主要应用TTC-SETS进行污泥活性检测与表征。但是需要注意的是，应用TTC-SETS进行检测时会受到体系中氧气的干扰，因此实际开展检测时需要先进行除氧操作，以提升污泥活性检测质量。ETS活性不仅可以反映污水体系中微生物降解有机物的能力大小，而且还可以分析有机物的降解速率和污水处理运行效果，是目前应用比较广泛的一种污泥活性评价方法。

1.3 脱氢酶活性（DHA）

脱氢酶作为生物氧化代谢过程中的一种酶，在污水处理体系中可以从微生物降解有机污染物中获取一定能量，然后通过激活特殊氢原子，使其被适当的受氢体脱除而将原来的物质氧化。由于脱氢酶在有机物氧化致使电子得失过程中发挥着巨大的作用，所以脱氢酶活性（DHA）也就在一定程度上反映出生物体的活性特征。对于活性污泥活性表征和检测而言，由于基质脱氢是污水生化处理的重要环节，这为DHA表征污泥活性奠定了基础。当前该指标主要应用于检测活性污泥中微生物呼吸活性，在实际的表征中，通过检测DHA分析体系pH值、温度、BOD负荷以及有毒有害物质等对污泥活性的影响，还可以体现污水处理过程中活性污泥浓度及活细胞数目。

1.4 比三磷酸腺苷（SATP）

SATP是指单位污泥在单位时间内所存储的能量，对于生物代谢过程而言，伴随着生化反应和电子转移的进行，势必会涉及一定的能量释放以及能量存储（以ATP形式）。而对于微生物而言，一旦ATP指标降低，会导致污泥中微生物能量缺乏，限制了其进一步生长，所以SATP检测对于微生物的正常代谢及能量分配有着重要的作用。通常情况下，对于该指标检测可以分析微生物降解速率以及数量的多少，一方面反映出活性污泥的自身浓度大小，另一方面也能有效实现污泥活性的表征。

2 活性污泥活性的检测方法研究

2.1 S0UR检测

当前对于SOUR指标的检测主要涉及两种方法，即密闭间歇曝气法和连续曝气法，这两种方法都是在液相中氧气补充量和消耗量之间的质量平衡基础上进行检测分析，其中应用比较广泛的是密闭间歇式曝气法。相对比连续曝气法，密闭间歇曝气法具有操作便利、不需要添加试剂等优势。尽管SOUR指标检测可以很好地测定污泥整体的呼吸活性，但是受实际测定时所需电极和溶氧仪两方面的限制，使得样品的测定数目受到影响，所以检测质量会受到一定的干扰。

2.2 SETS活性检测

对于污泥SETS活性的检测，主要是向单位体系中加入人工电子受体，即TTC和INT，这两种受体在微生物电子转移和传递过程中接收电子而形成TF，这一过程常伴随着颜色的转变，所以通过测定吸光度的变化得到其生成速率参数，即SETS活性。对于TTC-SETS活性的检测，需要先向单位体系中加入适量的偏碱性的缓冲液，目的在于调节体系中的pH值，使其趋于稳定状态，接着在加入电子受体TTC时，为了避免体系中氧气的干扰，还需要加入一定的除氧剂亚硫酸钠（Na2SO3），在实际检测中生成的红色TF可以直接用丙酮进行萃取处理，然后在485nm下实施检测，称重离心后的沉淀污泥干重，最终得到单位污泥单位时间生成TH的量;对于INT-SETS活性的检测，整体与TTC-SETS检测相同，但是相对比TTC受体，INT电子受体的氧化还原点位较高，实际测定中不会受到体系中氧气的干扰，所以无须进行除氧操作。SETS活性检测不受样品数目的限制，而且操作便利，所涉及的设备也大都是比较常见的实验室常规仪器。其缺陷是所使用的人工电子受体成本较高，而且试验过程中萃取剂种类不一致，导致实验检测结果无法进行横向比较。

2.3 DHA检测

为了定量测定DHA，实际当中需要分析受氢体的指示剂还原变化情况来确定脱氢强度，常见的指示剂包括亚甲基蓝、刃天青和TTC等，以上这些指示剂从氧化状态接受脱氢酶活化的氢而被还原时会发生变色，接着通过比色法得到脱氢酶的活性，实际当中应用比较多的是TTC-DHA检测法。其主要是以氧化还原性染料TTC作为指示剂，本身无色的TTC在接受电子后，在微生物细胞内充当最终的受氢体，当发生脱氢反应时，TTC染料会由于接受氢原子而被还原，使得原本无色的TTC变成红色的TF，最终根据TF生成量分析脱氢酶活性。

2.4 SATP检测

通常对于SATP的检测包括四种方法，即层析法、紫外分光光度计法、液相色谱法和荧光素酶法，其中应用最广泛的是荧光素酶法。在实际应用荧光素酶检测前，需要先用提取液将ATP从体系中取出，然后依次加入荧光素和荧光素酶，在后者的催化作用下ATP会与荧光素发生反应形成荧光，所产生的荧光与ATP含量成正比，然后通过生物发光仪测定荧光强度就可以得到ATP的含量，最终计算得到SATP。

3 结束语

对于污泥活性的四种不同表征方法，受到体系温度、pH值以及有毒有害物质等影响，四种表征指标会出现不同的敏感性。而且四种表征指标的检测方法也存在各自的优势和缺陷，所以现实当中需结合实际情況进行指标选择。

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收稿日期：2020-05-07

作者简介：许国军（1986-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为自来水和污水检测，水厂生产工艺管理及水厂建设工作。