低温城市污水处理中比耗氧速率与有机物的相关性分析

韩 义 刘 莹 赵万理 孙文玥 李亚静 袁阿会 任志敏，2 田 曦，2*

（1、长春工程学院，吉林 长春130012 2、吉林省城市污水处理重点实验室，吉林 长春130012）

我国北方冬季气温寒冷，低温条件对城市污水活性污泥法的生物处理存在着生物活性低、污泥易膨胀、污水处理效果差等现象。比耗氧速率是表征污泥微生物代谢活性的一个重要指标，它指单位质量的活性污泥在单位时间内所利用氧的量；化学需氧量（Chemical oxygen demand，CODCr）是指能够在水中被氧化的物质在化学氧化过程中所消耗的氧气量。它是一个综合的指标[1]，以每公升水消耗的氧气毫克来表示有机物对水的污染程度。CODCr值越高，水的污染越严重（通常认为是有机污染引起的）。CODCr是反映水体有机污染程度的指标，但CODCr测定的标准分析方法使用硫酸银和硫酸汞等试剂容易对受纳水体造成二次污染。根据EPS 与细胞相结合的紧密程度不同，可将EPS 分为粘液层（slime bound extracellular polymeric substances，SB-EPS）、松散结合的胞外聚合物（loosely bound extracellular polymeric substances，LB-EPS）和紧密结合的胞外聚 合 物（tightly bound extracellular polymeric substances，TB-EPS）[2-3]。

本研究测定11℃生活污水在间歇运行活性污泥反应器中的SOUR、CODCr及EPS，探讨紧密结合的胞外聚合物（TB-EPS，BEPS）的吸附性能，采用SPSS22.0 检验水样SOUR、CODCr及BEPS 的三者的相关度水平，建立相关性联系，以期用SOUR 表征间歇运行活性污泥反应器的单个周期中曝气阶段有机物的去除效果。

1 材料与方法

1.1 样品采集

本次试验的水样来源于间歇运行活性污泥反应器，一天运行2 个周期，单个反应周期为12h，瞬时进水，曝气7h，沉淀4h，闲置1h，曝气量为3.5mg/L，PH 控制在8.0-8.5 之间。实验在恒温房内控制水温保持在11±1℃。

本次试验共采集5 个水样，包含6 个历时，历时1 水样的取样时间为上午10 点即曝气1h，之后隔1 个小时取样一次，共计6 个历时的水样。

1.2 比耗氧速率的测定

耗氧速率（OUR）的测定采用密闭间歇曝气法，测定之前将待测污泥曝气至溶解氧浓度达8mg/L，然后将溶氧仪探头插入三角瓶中，采用橡胶塞密封，将三角瓶置于磁力搅拌器上使污泥保持完全混合状态，每隔30s 记录一次溶解氧读数，连续读数10min 或至溶解氧浓度降低至2mg/L 以下，绘制溶解氧- 时间曲线，可得到的直线斜率即为耗氧速率（OUR），根据式（1）即可计算得到SOUR[4]。

1.3 CODCr 的测定

CODCr检测方法采用国家标准方法《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》GB11914-89[5]。

1.4 污泥胞外聚合物（EPS）的提取及检测方法

污泥胞外聚合物（EPS）的提取方法参考国内外学者[6-7]对EPS 提取的研究成果，并结合本实验室研究条件制定。将原污泥样从间歇运行活性污泥反应器中取出50ml 污泥放入离心管中，离心管的规格为50ml，用离心机以4000rpm 离心5min，弃去上清液；在离心管内加入常温和70℃的0.05%NaCl 溶液恢复到初始体积，用玻璃棒搅拌均匀，再用离心机以4000rpm 离心10min，弃去上清液；之后用常温0.05%NaCl 溶液恢复到初始体积，60℃水浴加热30min，搅拌均匀后离心机以4000rpm 离心15min，上清液为TB-EPS。

测量EPS 中蛋白质（PN）含量的方法为考马斯亮蓝法。测量EPS 中多糖（PS）含量的方法为蒽酮比色法。

2 结果与讨论

2.1 曝气阶段水样的OUR、SOUR 及CODCr 结果分析

由图1 可知，SOUR 值随反应时间的增加逐渐降低，SOUR随时间的变化趋势基本跟COD 的降解效果相同，都是随处理时间的增加而降低。SOUR 是因为发生吸附反应逐渐变小。反应器曝气处理低温污水阶段，BEPS 总量呈先上升后下降再上升的趋势，BEPS 总量的变化与好氧颗粒污泥的稳定性有关；反应器对低温污水曝气结束时，EPS 总量的浓度升高明显，说明此时细菌产生胞外聚合物物以抵抗外界的变化。

图1 SOUR、COD 及BEPS 总量随反应器曝气时间变化图

当反应器处理污水1h 后，即曝气60min 后，根据式（1）计算得SOUR 为0.08783mgO2/（gMLSS·min）。据报道，活性污泥的SOUR 值通常为0.1333～0.3333mgO2/（gMLSS·min）。因为进水为经配制后生活污水，表明11℃时反应器内F/M过低，所以，以后可对进水增加有机物含量，观察微生物活性的改善情况，可逐步增加原进水有机物的含量，直到观察到理想的处理效果。

2.2 SOUR 与CODcr 的皮尔森相关系数分析结果

图2 SOUR 与CODcr 及SOUR 与BEPS 皮尔森相关性散点图

图2 可看出，曝气阶段SOUR 与CODcr 的线性关系较好，线性关系为正相关，拟合方程为SOUR=2.01×10-3CODcr+0.01。而SOUR 与BEPS 的线性关系一般，线性关系为负相关，拟合方程为SOUR=0.21-2.02×10-3BEPS。

表1 SOUR、CODcr 及BEPS 的皮尔森相关系数表

表1 可知，SOUR 与CODcr 的皮尔森相关系数为0.855，相关性显著。因此SOUR 可以通过线性拟合关系得到低温污水的CODcr。但是SOUR 与BEPS 的无明显相关性，故不可用SOUR表征低温污水中紧密结合的胞外聚合物。

3 结论

3.1 在污水温度为11 时，间歇运行活性污泥反应器处理城市污水时的比耗氧速率随处理时间增加而降低，EPS 总量的浓度升高明显，说明此时细菌产生胞外聚合物物以抵抗外界的变化。

3.2 采用SPSS22.0 软件进行分析，反应器SOUR 与CODcr的相关度水平较高，皮尔森相关性系数为0.855，相关性较好；但SOUR 与BEPS 的无明显相关性。