解偶聯(lián)劑對活性污泥產(chǎn)率的影響及機(jī)理研究

1、解偶聯(lián)劑對活性污泥產(chǎn)率的影響及機(jī)理研究摘要：以2，4_二硝基酚(dNP)為解偶聯(lián)劑，采用序批式實(shí)驗(yàn)分析研究了投加解偶聯(lián)劑dNP對活性污泥法處理效果和污泥產(chǎn)率的影響，并闡述了這種影響產(chǎn)生的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)說明，當(dāng)污泥濃度(LVSS)為1800gL，(Dr)為1700gL，dNP投加量為5gL時(shí)污泥產(chǎn)率降低達(dá)19，處理效果僅降低1，實(shí)驗(yàn)同時(shí)說明dNP經(jīng)濟(jì)有效的投加量為15gL。關(guān)鍵詞：污水處理活性污泥產(chǎn)率解偶聯(lián)劑2,4_二硝基酚EfietsfUnuplernYieldfAtivatedSludgeandehanisTherefAbstrat：Theeffetsfanunupler(DNP)ntheres

2、ultfthetreatentbyativatedsludgepressandtheyieldfsludgeereanalyzedandstudiedusingbath-sequentialtestethdith2，4-dinitrphenl(DNP)astheunupler，andtheehanisfthegeneratinfsuheffetsasexpunded.Itasshnbytheteststhathenthenentratinfsludge，(LVSS)，as1800gL，the(Dr)as1700gLandthedsagefDNPas5gL,theyieldfsludgedere

3、asedby19hiletheeffiienyfthetreatentdereasedby1nly.ThetestsalsshedthattheenieffetivedsagefDNPasl5gL.Keyrds：asteatertreatent；ativatedsludge；sludgeyield；unupler；DNP活性污泥法廣泛應(yīng)用于污水處理工藝中，但是，無論是城市污水還是工業(yè)廢水，在處理的過程中都將產(chǎn)生大量的污泥，用于處理或處置剩余污泥的費(fèi)用約占污水處理費(fèi)用的50l，因此迫切需要尋找解決的途徑。而最根本的方法是在活性污泥處理的過程中，最大幅度降低污泥產(chǎn)率。目前，常用的降低污泥產(chǎn)率的方法

4、主要有延時(shí)曝氣法2、純氧曝氣法3、生物捕食法4-5、改變反響溫度6或者pH值法7以及常用的厭氧硝化法等，但都存在著一定的缺乏，如：能耗高、經(jīng)濟(jì)性差、反響條件難控制等。同以上各種方法相比，在污水處理過程中投加解偶聯(lián)劑能在不明顯降低處理效果的情況下大幅度降低污泥產(chǎn)率，展示了誘人的前景和工程可行性，具有開展推廣的潛力。1解偶聯(lián)劑削減污泥產(chǎn)率的理論根底從根本上說，活性污泥法即微生物以廢水中的污染物質(zhì)(基質(zhì))作為生長的碳源和能源，將污染物從廢水中去除，并將其轉(zhuǎn)化為新細(xì)胞物質(zhì)和2或者其他形式。寫成化學(xué)計(jì)量方程如下8：碳源+能源+電子受體+營養(yǎng)物-細(xì)胞生成量+2+復(fù)原后受體+最終產(chǎn)物(1)在大多數(shù)情況下，生

5、長是平衡的，即微生物生長與基質(zhì)利用是相關(guān)的，那么，去除1個單位基質(zhì)就會產(chǎn)生Y單位微生物量。從上述計(jì)量方程可看出，生物合成反響除了物質(zhì)反響外，還需要可以與之相耦合的能量以形成新的細(xì)胞，這種能量主要由三磷酸腺苷(ATP)提供?；|(zhì)+ATP細(xì)胞物質(zhì)+ADP+P43-+廢棄產(chǎn)物(2)其中，ADP(二磷酸腺苷)是ATP脫去一個磷酸后形成的，其間釋放大量能量，用于細(xì)胞物質(zhì)的合成。所以說，微生物產(chǎn)率的大小與ADP的量親密相關(guān)9。而ATP那么主要是微生物分解代謝過程中通過ADP的氧化和磷酸化生成。正常情況下，氧化反響(3)和磷酸化反響(4)是偶聯(lián)的，即生物將物質(zhì)氧化的過程中同時(shí)伴隨著ADP轉(zhuǎn)化成ATP的磷酸化

6、過程。根據(jù)英國生化學(xué)家P.ihell于1961年提出的“化學(xué)浸透學(xué)觀點(diǎn)10，生成ATP的氧化與磷酸化之間起偶聯(lián)作用的因素是H+的跨膜梯度。即在微生物體內(nèi)，氧化過程中釋放的能量不斷地將細(xì)，胞內(nèi)的H+逆濃度梯度泵出細(xì)胞膜；而由于細(xì)胞膜的選擇性，H+不能自由透過細(xì)胞膜，于是在細(xì)胞膜兩側(cè)形成一個質(zhì)子跨膜梯度。細(xì)胞膜外的H+只有通過一個特異的質(zhì)子通道才能順著H+濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，H+順濃度梯度方向運(yùn)動所釋放的自由能使ADP和P43-結(jié)合生成ATP，所以說，生成ATP的氧化與磷酸化之間起偶聯(lián)作用的因素是H+的跨膜梯度。而解偶聯(lián)劑可以增強(qiáng)細(xì)胞膜對H+的通透性，促進(jìn)H+被動擴(kuò)散通過細(xì)胞膜，消除細(xì)胞兩側(cè)的質(zhì)子

7、梯度，所以不能再合成ATP。即氧化和磷酸化之間存在的偶聯(lián)關(guān)系，可以通過投加解偶聯(lián)劑使其脫偶聯(lián)，氧化反響(3)仍可以進(jìn)展，而磷酸化反響(4)不能進(jìn)展，從而導(dǎo)致合成反響(2)無法進(jìn)展，所以微生物產(chǎn)率大幅度減校目前，用作解偶聯(lián)劑的有2，4_二硝基酚(2，4-dinitrphenldNP)，羰基-氰-對-三氟甲氧基苯肼(FP)，雙香豆素(diuarin)等，本文通過3h序批實(shí)驗(yàn)對dNP在活性污泥中的解偶聯(lián)劑作用進(jìn)展了分析研究。2dNP對活性污泥產(chǎn)率和處理效果的影響2.1污泥來源及配水方案污泥采用合肥某生活小區(qū)污水處理廠污泥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)。污泥培養(yǎng)用水和試驗(yàn)用水由實(shí)驗(yàn)室配制。配水用蔗糖作為碳源，Dr的質(zhì)

8、量濃度為1700eL用NaH3作為緩沖溶液，使溶液pH值處于7.0左右；氮源由NH4l提供，無機(jī)氮的質(zhì)量濃度為52gL；磷源由KH2P4和Na2HP4提供，總磷的質(zhì)量濃度為25gL；同時(shí)還提供鎂、鐵、鈣等細(xì)胞生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)和其他微量元素及生長因子。2.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)裝置采用3L反響器，反響過程中采用飽和NaH3溶液來調(diào)節(jié)pH值，使其始終保持在7.0左右；用曝氣頭進(jìn)展充氧曝氣，D值始終控制在4.0gL左右，同時(shí)起到攪拌作用；反響在室溫(約22)下進(jìn)展。為減少內(nèi)源呼吸對微生物產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)只進(jìn)展3h。通過固定污泥濃度(LVSS)=1800gL和有機(jī)物負(fù)荷(Dr)=1700gL，而改變dNP

9、的投加量，來測定dNP隨著其投加量從0gL增加到20gL的變化對活性污泥產(chǎn)率和處理效果的影響。2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.3.1dNP投加量對污泥產(chǎn)率的影響通過實(shí)驗(yàn)所得到的Dr和LVSS值，可得到dNP不同投加量下活性污泥的表觀產(chǎn)率Ybs，見圖1。投加dNP后，Ybs，呈明顯下降趨勢，證明投加解偶聯(lián)劑確實(shí)可以有效降低污泥產(chǎn)率。當(dāng)投加量僅為1gL時(shí)，Ybs就降低了16，說明少量dNP即可對污泥產(chǎn)生明顯的解偶作用；當(dāng)dNP投加量為10SL時(shí)，Ybs突然大幅度下降，說明此投加量對污泥的解偶作用可能產(chǎn)生了質(zhì)的變化。2.3.2dNP投加量對處理效果的影響dNP對活性污泥處理效果的影響主要通過考察Dr的變化來

10、分析。圖2中可以看出Dr的去除率(在dNP投加3h后測定)隨著不同dNP投加量的變化趨勢。當(dāng)投加量控制在5gL以內(nèi)時(shí)，dNP可以在不影響處理效果的情況下有效降低活性污泥的產(chǎn)率。2.3.3機(jī)理分析為了進(jìn)一步分析這種變化產(chǎn)生的原因，從3h的序批實(shí)驗(yàn)中，以沒有投加dNP的空白試驗(yàn)為根底，繪制了微生物相對增長速率(uiu0)和底物相對去除速率(qiq0)曲線，見圖3。其中ui與qi代表沒有投加dNP的空白試驗(yàn)中微生物的增長速率和底物的去除速率。根據(jù)理論分析，我們認(rèn)為當(dāng)dNP的投加量為0時(shí)，微生物的氧化反響和磷酸化反響處于耦合狀態(tài)，即分解代謝產(chǎn)生的能量完全用于生物合成，此時(shí)微生物增長速率和底物消耗速率相

11、關(guān)聯(lián)，如圖3所示，兩條線的起點(diǎn)相重合；投加dNP后，微生物相對增長速率立即與底物相對去除速率別離，且下降程度遠(yuǎn)大于底物相對去除速率，充分證明了微生物的增長速率和底物消耗速率已經(jīng)不再處于完全耦合狀態(tài)，而是發(fā)生一定程度的解偶，即分解代謝產(chǎn)生的能量已經(jīng)不是完全用于生物合成，而是有一定程度的能量被濺溢掉；隨著投加量的增加，微生物相對增長速率下降程度越來越大于底物相對去降速率，兩條曲線的別離程度越采越明顯，顯示出解偶聯(lián)劑作用在逐漸增強(qiáng)，當(dāng)dNP投加量為10gL時(shí)，污泥相對增長速率下降程度到達(dá)底物相對去除速率程度的近兩倍之多，但此時(shí)底物相對去除速率也大大下降，說明解偶聯(lián)劑開場對微生物產(chǎn)生較大的毒害作用。3

12、結(jié)語實(shí)驗(yàn)證明投加解偶聯(lián)劑dNP可以在不明顯影響處理效果的情況下有效降低活性污泥的產(chǎn)率，且經(jīng)濟(jì)有效的投加量為重15gL。而且，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以明確分析到微生物細(xì)胞合成代謝和分解代謝之間的能量解偶聯(lián)。實(shí)驗(yàn)證明投加解偶聯(lián)劑是一種有效的降低污泥產(chǎn)率的方法，但是由于這些研究尚處于起步階段，要將這些觀念和方法應(yīng)用于詳細(xì)的工程理論，仍有很多問題需要解決，例如，解偶聯(lián)劑大多為有毒物質(zhì)，投加解偶聯(lián)劑可能會引起其他的副作用等。參考文獻(xiàn)：1YuLiu.EffetfheialunuplernthebservedgrthyieldinbathulturefativatedsludgeJ.atRes，2000，34(7)

13、：2025-2030.2axine，TS.Biassyieldredutin：isbiheiala-nipulatinpssibleithutaffetingativatedsludgepresseffiienyJ.atSiTeh，1998，38(8)：137-144.3hirterJR.Theusefhigh-purityxygenintheativatedsludgepress.USA：RPress，1978.4周可新，許木啟，曹宏，等.利用微型動物削減剩余污泥量的研究J.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2022，4(1)：1-5，5RatsakK，KiB，VerseveldH.BiassredutinandineralizatininreaseduettheiliatetetrahyenapyrifrisgrazingnthebateriupseudnasfluresensJ.atSiTeh，1994，29(7)：119-128.6TianS，LishanL，urphyKLInvestigatinsintexessativatedsludgeauulatinatlteperaturesJ.atRes，1994，28(3)：501-509.7YuLiu.heiallyreduedexesssludgeprdutinintheativatedsludgepressJ.hesphere，