活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥(ni)法(fa)廣泛(fan)應(ying)用(yong)于污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理工藝中，但是(shi)，無論是(shi)城市(shi)污(wu)(wu)水(shui)還是(shi)工業(ye)廢(fei)水(shui)‘);">工業(ye)廢(fei)水(shui)，在(zai)處(chu)理的(de)(de)過程中都將(jiang)產生大(da)量(liang)的(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)，用(yong)于處(chu)理或處(chu)置(zhi)剩余污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)費用(yong)約占污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理費用(yong)的(de)(de)50％[l]，因(yin)此迫切需要(yao)尋找解決的(de)(de)途徑。而最(zui)根本(ben)的(de)(de)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥(ni)處(chu)理的(de)(de)過程中，最(zui)大(da)幅度降低污(wu)(wu)泥(ni)產率。

目前，常用(yong)的(de)(de)降(jiang)低污泥產(chan)率的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)主要有延時曝氣法(fa)(fa)[2]、純氧曝氣法(fa)(fa)[3]、生物捕(bu)食法(fa)(fa)[4-5]、改(gai)變反應溫度[6]或者pH值(zhi)法(fa)(fa)[7]以(yi)及常用(yong)的(de)(de)厭(yan)氧硝化法(fa)(fa)等(deng)，但都存在(zai)(zai)著一(yi)定的(de)(de)不足(zu)，如：能耗高、經(jing)濟性差(cha)、 反應條(tiao)件(jian)難控制等(deng)。同以(yi)上各種方(fang)法(fa)(fa)相(xiang)比，在(zai)(zai)污水(shui)處(chu)理過程(cheng)(cheng)中(zhong)投(tou)加(jia)解偶聯劑能在(zai)(zai)不明顯降(jiang)低處(chu)理效(xiao)果的(de)(de)情況(kuang)下大幅度降(jiang)低污泥產(chan)率，展(zhan)示了誘人的(de)(de)前景和工程(cheng)(cheng)可行性，具有發展(zhan)推廣的(de)(de)潛力。

1 解偶聯劑削減污泥產率的理論基礎
從(cong)根(gen)本上說(shuo)，活性污泥法即微生物(wu)以廢(fei)水(shui)中的污染物(wu)質(基質)作(zuo)為生長的碳源(yuan)和能源(yuan)，將污染物(wu)從(cong)廢(fei)水(shui)中去(qu)除，并將其轉(zhuan)化(hua)為新(xin)細胞物(wu)質和CO2或者其他形式。寫成化(hua)學(xue)計量方程如下[8]：

碳源+能(neng)源+電子受(shou)體+營(ying)養物--→細胞生成量(liang)+CO2+還(huan)原后(hou)受(shou)體+最終產物　　　(1)

在大(da)多數情況下，生(sheng)(sheng)(sheng)長是平衡的，即(ji)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物生(sheng)(sheng)(sheng)長與基(ji)質利用是相(xiang)關的，那么(me)，去除(chu)1個單位基(ji)質就會產生(sheng)(sheng)(sheng)Y單位微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物量。

從(cong)上述計量(liang)(liang)(liang)方(fang)程(cheng)可看(kan)出，生(sheng)物合(he)成反(fan)應(ying)除了(le)物質反(fan)應(ying)外，還需要(yao)能(neng)夠(gou)與(yu)之相耦合(he)的(de)能(neng)量(liang)(liang)(liang)以形成新的(de)細胞(bao)，這(zhe)種能(neng)量(liang)(liang)(liang)主要(yao)由三磷(lin)酸腺苷(gan)(ATP)提供。

基質+ATP →細胞物質+ADP+PO43-+廢棄產(chan)物 　　　　　　(2)

其中，ADP(二磷(lin)酸(suan)腺(xian)苷)是ATP脫去一個磷(lin)酸(suan)后形成的(de)，其間(jian)釋放大量能量，用于細胞物質的(de)合(he)成。所以說，微生物產(chan)率(lv)的(de)大小與ADP的(de)量密切相關[9]。

而(er)ATP則主要是(shi)微生物分解代謝過程中通過ADP的氧化和磷(lin)酸化生成。

正常情(qing)況下，氧化(hua)(hua)反(fan)(fan)應(3)和磷酸(suan)(suan)化(hua)(hua)反(fan)(fan)應(4)是偶聯的，即生物將物質氧化(hua)(hua)的過(guo)程中同時伴隨著ADP轉化(hua)(hua)成(cheng)ATP的磷酸(suan)(suan)化(hua)(hua)過(guo)程。

根(gen)據(ju)英國生(sheng)化(hua)(hua)(hua)學家P.Michell于(yu)(yu)1961年提出(chu)的(de)(de)(de)“化(hua)(hua)(hua)學滲透(tou)學”觀點[10]，生(sheng)成(cheng)ATP的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)與(yu)磷(lin)酸(suan)化(hua)(hua)(hua)之間起偶(ou)聯(lian)(lian)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)因(yin)素(su)是(shi)H+的(de)(de)(de)跨膜(mo)梯度(du)(du)。即(ji)在(zai)微生(sheng)物體內，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程中釋(shi)放(fang)的(de)(de)(de)能量不斷(duan)地將細(xi)(xi)，胞(bao)(bao)(bao)內的(de)(de)(de)H+逆(ni)濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)泵出(chu)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)；而(er)由于(yu)(yu)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)的(de)(de)(de)選(xuan)擇(ze)性(xing)(xing)，H+不能自由透(tou)過(guo)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)，于(yu)(yu)是(shi)在(zai)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)兩(liang)側(ce)(ce)形成(cheng)一(yi)個(ge)質子(zi)跨膜(mo)梯度(du)(du)。細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)外的(de)(de)(de)H+只有(you)通過(guo)一(yi)個(ge)特異的(de)(de)(de)質子(zi)通道才能順(shun)著H+濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)進(jin)(jin)入(ru)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)內，H+順(shun)濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)方向運(yun)動(dong)所釋(shi)放(fang)的(de)(de)(de)自由能使ADP和PO43-結合生(sheng)成(cheng)ATP，所以說，生(sheng)成(cheng)ATP的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)與(yu)磷(lin)酸(suan)化(hua)(hua)(hua)之間起偶(ou)聯(lian)(lian)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)因(yin)素(su)是(shi)H+的(de)(de)(de)跨膜(mo)梯度(du)(du)。而(er)解偶(ou)聯(lian)(lian)劑(ji)可以增強細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)對H+的(de)(de)(de)通透(tou)性(xing)(xing)，促進(jin)(jin)H+被動(dong)擴散(san)通過(guo)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)膜(mo)，消(xiao)除細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)兩(liang)側(ce)(ce)的(de)(de)(de)質子(zi)梯度(du)(du)，所以不能再合成(cheng)ATP。即(ji)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)和磷(lin)酸(suan)化(hua)(hua)(hua)之間存在(zai)的(de)(de)(de)偶(ou)聯(lian)(lian)關系(xi)，可以通過(guo)投(tou)加解偶(ou)聯(lian)(lian)劑(ji)使其(qi)脫偶(ou)聯(lian)(lian)，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)反應(3)仍可以進(jin)(jin)行，而(er)磷(lin)酸(suan)化(hua)(hua)(hua)反應(4)不能進(jin)(jin)行，從而(er)導致合成(cheng)反應(2)無法進(jin)(jin)行，所以微生(sheng)物產(chan)率大幅度(du)(du)減小。

目前(qian)，用作(zuo)解偶聯(lian)劑的有2，4_二(er)硝基酚(2，4-dinitrophenol dNP)，羰基-氰-對-三氟甲氧基苯肼(FCCP)，雙香(xiang)豆素(dicoumarin)等，本文通過3h序批實驗對dNP在活(huo)性污(wu)泥中的解偶聯(lian)劑作(zuo)用進行了(le)分(fen)析研究(jiu)。

2 dNP對活性污泥產率和處(chu)理效果的影(ying)響

2.1 污泥(ni)來源及配水方案

污(wu)(wu)泥采用(yong)(yong)合肥(fei)某生活小區(qu)污(wu)(wu)水(shui)處理廠污(wu)(wu)泥，經實(shi)驗(yan)室培養。污(wu)(wu)泥培養用(yong)(yong)水(shui)和試驗(yan)用(yong)(yong)水(shui)由實(shi)驗(yan)室配(pei)制(zhi)。配(pei)水(shui)用(yong)(yong)蔗糖作為碳源(yuan)，CODCr的(de)質量濃度(du)(du)為1 700me／L用(yong)(yong)NaHCO3作為緩沖(chong)溶液(ye)，使溶液(ye)pH值(zhi)處于7.0左(zuo)右；氮源(yuan)由NH4Cl提(ti)供，無機氮的(de)質量濃度(du)(du)為52 mg／L； 磷源(yuan)由KH2PO4和Na2HPO4提(ti)供，總磷的(de)質量濃度(du)(du)為25mg／L；同時還提(ti)供鎂、鐵、鈣等細胞生長所(suo)需要(yao)的(de)營養物質和其他微量元素(su)及生長因子。

2.2 實驗方法

實驗裝置采(cai)用(yong)(yong)(yong)3L反(fan)應器，反(fan)應過程(cheng)中采(cai)用(yong)(yong)(yong)飽和NaHCO3溶(rong)液來調節pH值，使其始(shi)終保持在(zai)7.0左(zuo)右；用(yong)(yong)(yong)曝氣頭(tou)進(jin)行充(chong)氧曝氣，DO值始(shi)終控制在(zai)4.0 mg／L左(zuo)右，同時起到攪拌作用(yong)(yong)(yong)；反(fan)應在(zai)室(shi)溫(wen)(約22oC)下(xia)進(jin)行。

為減少內源(yuan)呼吸(xi)對微生(sheng)物產率的(de)影響，實驗只(zhi)進行3h。通(tong)過(guo)固(gu)定污泥(ni)濃度ρ(MLVSS)=1800mg／L和(he)有機物負荷(he)ρ(CODCr)=1 700mg／L，而改變dNP的(de)投加量，來測定dNP隨著其(qi)投加量從0mg／L增加到(dao)20mg／L的(de)變化對活(huo)性污泥(ni)產率和(he)處理效果的(de)影響。

2.3 實驗結果及(ji)分析

2.3.1 dNP投加量(liang)對污(wu)泥產率(lv)的(de)影響

通過(guo)實(shi)驗所(suo)得到的CODCr和MLVSS值，可(ke)得到dNP不(bu)同投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)下活(huo)性污(wu)泥的表觀產(chan)率Yobs，見圖(tu)1。投(tou)加(jia)(jia)dNP后，Yobs，呈明顯下降(jiang)趨勢(shi)，證明投(tou)加(jia)(jia)解(jie)偶聯劑(ji)確實(shi)可(ke)以有效(xiao)降(jiang)低污(wu)泥產(chan)率。當投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)僅(jin)為(wei)1 mg／L時，Yobs就降(jiang)低了16％，表明少(shao)量(liang)(liang)dNP即可(ke)對污(wu)泥產(chan)生(sheng)明顯的解(jie)偶作用；當dNP投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)為(wei)10mS／L時，Yobs忽(hu)然大幅(fu)度下降(jiang)，表明此投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)對污(wu)泥的解(jie)偶作用可(ke)能產(chan)生(sheng)了質的變化。

2.3.2 dNP投加量(liang)對處理效果的影響

dNP對活性污泥(ni)處理效(xiao)果的(de)(de)影響主要通過考察(cha)CODCr的(de)(de)變化來分(fen)析(xi)。圖2中可以(yi)看出CODCr的(de)(de)去除率(在(zai)dNP投加(jia)3h后(hou)測定)隨著不同dNP投加(jia)量的(de)(de)變化趨(qu)勢。當投加(jia)量控制在(zai)5 mg／L以(yi)內時(shi)，dNP能(neng)夠在(zai)不影響處理效(xiao)果的(de)(de)情況下有效(xiao)降低(di)活性污泥(ni)的(de)(de)產(chan)率。

2.3.3 機理分析

為了進一步分析這種變化(hua)產生(sheng)的(de)(de)原因，從3h的(de)(de)序(xu)批(pi)實驗(yan)中，以沒有(you)投(tou)加(jia)dNP的(de)(de)空白(bai)試(shi)驗(yan)為基礎，繪制了微(wei)生(sheng)物(wu)相(xiang)對(dui)增(zeng)長(chang)(chang)速率(lv)(ui／u0)和底物(wu)相(xiang)對(dui)去除速率(lv)(qi／q0)曲線(xian)，見圖3。其中ui與(yu)qi代表沒有(you)投(tou)加(jia)dNP的(de)(de)空白(bai)試(shi)驗(yan)中微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)增(zeng)長(chang)(chang)速率(lv)和底物(wu)的(de)(de)去除速率(lv)。

根據(ju)理(li)論分(fen)析，我們認(ren)為(wei)(wei)(wei)當dNP的(de)(de)投(tou)加量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)0時(shi)(shi)，微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)氧化反應和磷(lin)酸化反應處于耦合(he)狀態(tai)，即(ji)分(fen)解(jie)代謝產生(sheng)(sheng)的(de)(de)能量(liang)(liang)完全用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)成，此(ci)時(shi)(shi)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)增(zeng)長速(su)率(lv)和底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)消(xiao)耗速(su)率(lv)相(xiang)(xiang)關聯(lian)，如圖3所示(shi)，兩條(tiao)線的(de)(de)起點相(xiang)(xiang)重合(he)；投(tou)加dNP后，微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)增(zeng)長速(su)率(lv)立刻與底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)去除(chu)速(su)率(lv)分(fen)離(li)，且下(xia)(xia)降程(cheng)度(du)(du)(du)遠大(da)于底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)去除(chu)速(su)率(lv)，充分(fen)證明了(le)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)增(zeng)長速(su)率(lv)和底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)消(xiao)耗速(su)率(lv)已(yi)經(jing)(jing)不(bu)再處于完全耦合(he)狀態(tai)，而(er)是(shi)發生(sheng)(sheng)一定(ding)程(cheng)度(du)(du)(du)的(de)(de)解(jie)偶(ou)，即(ji)分(fen)解(jie)代謝產生(sheng)(sheng)的(de)(de)能量(liang)(liang)已(yi)經(jing)(jing)不(bu)是(shi)完全用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)成，而(er)是(shi)有一定(ding)程(cheng)度(du)(du)(du)的(de)(de)能量(liang)(liang)被濺溢(yi)掉(diao)；隨著投(tou)加量(liang)(liang)的(de)(de)增(zeng)加，微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)增(zeng)長速(su)率(lv)下(xia)(xia)降程(cheng)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)(yue)大(da)于底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)去降速(su)率(lv)，兩條(tiao)曲線的(de)(de)分(fen)離(li)程(cheng)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)采(cai)越(yue)(yue)(yue)明顯，顯示(shi)出解(jie)偶(ou)聯(lian)劑(ji)作用(yong)(yong)在(zai)逐漸增(zeng)強，當dNP投(tou)加量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)10mg／L時(shi)(shi)，污泥相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)增(zeng)長速(su)率(lv)下(xia)(xia)降程(cheng)度(du)(du)(du)達到底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)去除(chu)速(su)率(lv)程(cheng)度(du)(du)(du)的(de)(de)近兩倍之多，但此(ci)時(shi)(shi)底(di)(di)(di)物(wu)(wu)(wu)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)去除(chu)速(su)率(lv)也大(da)大(da)下(xia)(xia)降，說明解(jie)偶(ou)聯(lian)劑(ji)開(kai)始對(dui)(dui)(dui)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)產生(sheng)(sheng)較(jiao)大(da)的(de)(de)毒(du)害作用(yong)(yong)。

3 結語

實驗證明投(tou)加(jia)解(jie)偶聯劑dNP可(ke)以在不明顯影響處理效(xiao)果的(de)情況(kuang)下有(you)效(xiao)降低(di)活(huo)性污泥(ni)的(de)產率(lv)，且經濟(ji)有(you)效(xiao)的(de)投(tou)加(jia)量(liang)為重(zhong)1～5mg／L。而且，從實驗數據(ju)中可(ke)以明確分析到(dao)微生(sheng)物(wu)細胞合成(cheng)代謝和分解(jie)代謝之間的(de)能(neng)量(liang)解(jie)偶聯。

實驗(yan)證明投加(jia)解(jie)偶聯(lian)(lian)劑(ji)是一種有(you)效的(de)降(jiang)低(di)污泥產率的(de)方法，但是由于(yu)這些(xie)研究(jiu)尚處(chu)于(yu)起步階段，要(yao)將這些(xie)觀念和(he)方法應(ying)用于(yu)具(ju)體的(de)工程實踐(jian)，仍有(you)很多(duo)(duo)問題需(xu)要(yao)解(jie)決，例如，解(jie)偶聯(lian)(lian)劑(ji)大多(duo)(duo)為有(you)毒物質，投加(jia)解(jie)偶聯(lian)(lian)劑(ji)可(ke)能會引起其他的(de)副(fu)作用等。

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