王慧慧

摘要：研究了好氧活性污泥饥饿储存过程中，存放条件对污泥活性的影响，探究了污泥活性降低后，是否可以成功二次启动、能够使污泥成功恢复活性的最长存放时间及最短启动时间。结果表明：当不同光照条件和不同基质浓度的好氧絮状活性污泥在恒温25℃条件下存放365 d后，呼吸速率OUR变为0.03～0.05mgO2/（L·min）。经过4次驯化实验，累计生化时闯60 h，污泥样品被重新激活。存放过程中，污泥活性随着存放时间的延长呈一致规律性的降低。长期饥饿后的好氧絮状活性污泥经过多次驯化，都能够被重新激活。活性损失量和二次启动累计耗时随着存放时间增加而增多。延长闲置时间，污泥不会完全丧失活性，再次运行时，可直接进行驯化，一段时间内即可二次启动。

关键词：好氧活性污泥;二次启动;污泥活性;呼吸速率

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0098-05

1引言

活性污泥法，是污水处理领域中最常用的生化处理方法之一。根据各地污水处理厂的进水水质不同，目前逐渐衍生出诸如厌氧活性污泥法、好氧活性污泥法、氧化沟法、AB法及接触氧化法等多种活性污泥法工艺。这些工艺的本质都是通过工作人员前期对活性污泥进行调试驯化，使得活性污泥菌群微生物保持较高的活性，能够达到高效的处理效果。

水处理行业中，有许多季节性特征明显、特定季节需要停产搁置的项目，在淡季时厂里污水站部分反应器闲置停用，而操作和环境的变化会对废水处理系统产生影响。由于活性污泥微生物是污水处理的主体，因此，饥饿环境必然会对反应器的运行造成极大影响。从环境工程的角度，储存稳定性，活性污泥的物理化学特性和再活化性能对其工程实践至关重要。

目前已有许多学者探究了不同特性下的污泥储存，并考察了污水处理系统中微生物在饥饿条件下的种群结构变化。胡怡杉等采用聚合酶链式一变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术发现在贫营养条件下膜生物反应器和传统活性污泥工艺反应器中的微生物均会发生明显的种群结构变化;刘文龙等利用Illumina高通量测序平台分别考察了活性污泥好氧饥饿处理3 d、7d、14 d和30 d后的微生物种群结构特性及差异，并发现功能细菌的种群丰度随着好氧饥饿时间的延长均逐渐减少。高敬等对活性污泥生长机理和动力学规律进行研究，发现基质投加方式对有机碳基质储存与消耗有重要影响。

以厌氧氨氧化污泥和好氧顆粒污泥为研究对象的有关报道相对较多。这两种污泥都具有较好的应用潜力;但是，厌氧氨氧化菌是中温菌、体积小、易流失、细胞产率低、世代时间长（11 d），对于氧气、温度、营养物质等一系列环境因素变化极为敏感，导致厌氧氨氧化微生物很难快速富集、反应器很难快速启动。好氧颗粒污泥经历长期闲置或储存后，会出现优势菌衰减、厌氧内核水解、丝状菌过度生长等功能结构的破坏性变化，该过程受到储存时间、营养基质和环境温度等因素的影响，并且存在常温下储存易发生解体和失活，活化难度高，启动时间长等问题，在实际工程中相对于好氧絮状污泥应用受到限制。絮状污泥长期以来被各地污水处理站广泛应用，该技术不仅运行高效、经济合理，而且工艺十分简单，操作便利。

目前，很少看到文献报道过，储存基质、光照条件对好氧絮状活性污泥长期储存和后续再活化性能的相关研究。本研究对好氧絮状活性污泥长时间搁置存放后，探究污泥的活性变化规律，并考察了活性污泥能否快速重新恢复活性，以期对实际应用提供有用的信息和为反驳前人的常有观点找出证据。

2材料和方法

2.1试验样品的制备

好氧活性污泥取自郑州市五龙口污水处理厂，污泥取回后进行充氧曝气6 h，去除残留的有机物和氨氮等。调节初始污泥浓度MLSS为3400 mg/L，以葡萄糖为唯一基质碳源。

考虑光照条件（光照与黑暗）、基质浓度（COD为50mg/L、100 mg/L和300 mg/L）和存放时间（35 d、50 d、75 d、100 d、150 d、200 d、300 d、365 d）3个影响因素进行样品分装，如表1所示。

2.2试验样品的存放方法

每个污泥混合液样品容积为500 mL，分装并储存在密闭聚乙烯容器中。黑暗条件下样品用黑色遮光布遮蔽，避免光照影响。

存放聚乙烯容器采用的智能人工气候箱设定条件：恒温25℃，湿度恒定70。白天黑夜各12 h交替运行，白天光照中等强度66%，黑夜光照为0。

2.3活性污泥的二次启动方法

基于两种活性污泥再次启动方式，即：先闷曝数小时再加营养驯化、直接加营养驯化。研究表明，直接加营养驯化的启动时间更短。

因此，试验采用直接加营养（蔗糖）驯化的方式，对存放后的污泥样品进行二次启动。同时，机械搅拌进行充氧生化。存放时间较长的污泥，有必要进行多次驯化，直到二次启动成功。

2.4污泥活性的测定

2.4.1呼吸速率OUR测定

采用溶解氧测定仪测定溶解氧DO，将溶解氧DO与时间t的关系作图，分析活性污泥的内源呼吸速率OUR值。恒温25℃条件下，测得初始污泥呼吸速率OUR：0.618 mg/（L·min）。

2.4.2有机物降解速率分析

污泥样品中，加入营养（按COD为400 mg/L计算，用白糖配制），开始机械搅拌方式进行充氧生化，然后计时开始，每两个小时（2 h）测定一次水样COD，直至COD降至50 mg/L停止，记录所用时间，做COD—t曲线，和初始污泥降解速率比较。污泥保藏前测得其COD去除速率为35 mgCOD/（L·h）。

所有样品的有机物降解速率COD—t的测定，均在SBR反应器中进行，条件：水浴恒温25℃，采用机械搅拌充氧方式充氧（溶解氧DO大小一致），每间隔2个小时，直接取样，并测定其COD大小，COD的测定采用消解法测定。

2.4.3其他项目测定

混合液体悬浮物（MLSS），污泥体积指数（SVI）和氮（NH⁴⁺-N）用标准方法测定。

3结果与讨论

3.1光照条件下外部基质浓度和储存时间对活性污泥储存的影响

3.1.1不同基质条件和时间下活性污泥内源呼吸速率的变化规律

呼吸速率OUR作为活性污泥的重要代谢指标，可以有效地用于表征活性污泥的活性。但在测定过程，由于考虑到多组样品的对照实验，而外源呼吸速率测定的影响因素众多，又因为内源呼吸速率和外源呼吸速率呈现正比例关系，变化规律表现一致，均能够反应活性污泥的活性大小;活性污泥微生物进入休眠期的时刻与污泥的类型和污泥龄的长短无关，均为272h。所以本实验从保藏35 d开始探究，此时基质已消耗殆尽，测定的呼吸速率为内源呼吸速率。结果如表2所示。

可见保藏时间为35 d时，基质浓度为50、100、150mg/L的污泥样品的内源呼吸速率值均小于初始污泥的呼吸速率0.618 mg/（L·min），分别下降了47.73%、39.64%和一一%。当OUR减小时，表明微生物进入休眠状态，且OUR减小值越大，进入休眠状态的微生物数量越多，污泥活性越小。因此，污泥活性与初始相比有所下降。随着样品储存时间延长至100 d时，3种不同基质浓度的污泥内源呼吸速率逐渐降低，但降低速率有区别：基质浓度100 mg/L>基质浓度300 mg/L>基质浓度50 mg/L。说明当存放100 d時，污泥活性均在下降，但活性下降速度有所不同。当保藏时间增加到300 d时，三种不同基质浓度的污泥样品的内源呼吸速率值均下降至0.023～0.026 mg O2/（L·min）。说明好氧活性污泥经过长时间300 d存放，污泥活性会随时间推移而逐步降低;且存放时基质浓度对污泥内源呼吸速率影响不大。储存时间继续延长至365 d，发现污泥样品的内源呼吸速率不仅没有消失，反而比300 d时有所升高，这是由于污泥对保藏条件的适应性。这与Gao的结论一致，长期饥饿条件下，微生物可以通过内源性呼吸维持活性，并不会由于储存时间过长而失活。

3.1.2不同基质条件和时间下活性污泥的有机物去除能力

活性污泥净化污水的过程分为初期吸附和微生物代谢两个阶段。吸附对废水中污染物的去除机理以絮凝及吸附为主，以吸收和氧化为辅。污泥比内源呼吸速率OUR高说明活性生物所占比例高，表现为有机物去除速度快。因此，为了进一步验证储存过程中污泥活性的变化规律，继续对污泥样品进行有机物去除速率分析。污泥样品中，加人营养（按COD为400mg/L计算，用白糖配制），测定单位时间内每个污泥样品的COD去除速率，以进行有机物去除能力的鉴定。新鲜好氧活性污泥生化降解有机物，1 h内平均COD去除速率为33.8 mg/（L·h）。

样品存放365 d过程中，光照条件下不同基质和时间对有机物去除能力的影响结果见表3。当保藏时间为35d时，不同基质浓度的污泥样品的有机物降解速率与初始污泥的有机物去除速率33.8 mg/（L·h）相比分别下降了21.01%、15.68%。和对应OUR值的变化规律相一致，再次说明了污泥样品经过35 d的存放出现了活性降低的现象。3种不同基质浓度的污泥储存100d，有机物去除速率逐渐降低，但降低速率依然有：基质浓度100 mg/L>基质浓度300 mg/L>基质浓度50mg/L这一规律。说明当存放100 d时，和OUR值表征的结果相同：污泥活性下降速度和基质浓度有关。当保藏时间增加到365 d时，在这一过程中虽然部分取样点出现去除速率上升的现象，但总体与100d时相比，依然呈现下降趋势，三种不同基质浓度的污泥样品的有机物去除速率均下降至16.79～12.40 mg/（L·h）。说明好氧活性污泥经过长时间365 d存放，污泥活性会随时间推移而逐步降低;与此同时，污泥也会对保藏饥饿条件出现适应性应对。

3.1.3不同基质条件和时间下活性污泥的二次启动时间

从存放过程中污泥样品的呼吸速率和有机物去除速率的变化趋势可知，即使经过365d长期储存，仍然具有被重新激活的潜力。当污泥样品对有机物的去除率达85%以上时，证明好氧絮状污泥的活性得到恢复。探究不同存放条件下样品的活性恢复时间可以对未来工程实践提供借鉴意义。光照条件下各组活性污泥样品的二次启动时间见图1。

从图1中可以看出，存放35 d后，污泥样品启动时间达24 h。存放50 d后，两次驯化都不能成功启动，需要三次驯化，才能够恢复到初始污泥相当的水平;启动时间累计达到30 h。存放75 d、100 d、150 d、200 d、300d后，分别需要34 h、40 h、46 h、51 h、55 h的启动可以重新恢复活性。说明好氧活性污泥在饥饿条件下储存之后，活性逐渐降低。经过365 d存放，污泥经历4次的驯化实验，累计生化时间60h，重新被恢复到初始污泥的水平。在光照条件下，3种不同基质浓度的污泥需要的启动时间均相同。说明基质浓度对活性污泥的二次启动没有影响。

3.2黑暗条件下外部基质浓度和储存时间对活性污泥储存的影响

3.2.1不同基质条件和时间下活性污泥内源呼吸速率的变化规律

黑暗条件下活性污泥样品内源呼吸速率的变化如表4所示。可见污泥样品经35 d的保藏，不同基质浓度下的污泥样品的内源呼吸速率值均小于初始污泥的呼吸速率0.618 mg/（L·min），分别下降了32.68%、16.99%，均大于各自光照条件下保藏的样品呼吸速率。说明活性污泥在黑暗条件下经过35 d存放，活性与初始状态相比同样有所下降;但下降速度小于光照条件下的污泥。

与光照条件的样品相同的是：储存时间延长至100d时，三种不同基质浓度梯度的污泥的内源呼吸速率逐渐降低，但依然存在：基质浓度100 mg/L>基质浓度300 mg/L>基质浓度50 mg/L的降低速率上的不同。当保藏时间增加到300 d时，三种不同基质浓度的污泥样品的内源呼吸速率值均下降至0.025～0.031 mgO2/（L·min），比光照条件下的内源呼吸速率值增加8.70%～24.00%。说明好氧活性污泥经过长时间300d存放，光照条件下污泥活性的变化规律在黑暗条件依然成立，并且黑暗条件下总体样品的活性略微高于光照条件下的样品活性。储存时间继续延长至365d，发现黑暗条件下污泥样品的内源呼吸速率同样比300 d时有所升高。

3.2.2不同基质条件和时间下活性污泥的有机物去除能力

黑暗条件下不同储存时间和基质浓度对有机物去除能力的影响结果见表5。保藏35 d时，基质浓度为50 mg/L和100 mg/L的污泥样品的有机物降解速率与初始污泥相比分别下降了10.65%和13.02%，均大于各自光照条件下保藏的样品有机物去除速率。同样说明了活性污泥在黑暗条件下存放35 d后，与初始状态相比污泥活性有所下降;但高于光照条件下存放的污泥。与光照条件的样品相同的是：存放100 d时，3种不同基质浓度的污泥的有机物去除速率逐渐降低，但基质浓度为100 mg/L的样品去除速率依然最高。储存时间增加到365 d，光照条件下污泥活性的变化规律在黑暗条件依然成立，同样说明污泥活性会随饥饿储存时间延长而逐步降低，但不会完全丧失活性，仍然具有被重新启动的潜力。

3.2.3不同基质条件和时间下活性污泥的二次启动时间

黑暗条件下各组活性污泥样品的二次启动时间见图2。从图2中可以看出，黑暗条件下3组不同基质浓度的污泥样品的活性变化规律和二次启动情况规律均和光照条件下样品活性变化及启动时间相一致，说明有无光照对活性污泥的二次启动没有影响。目前的研究已表明：EPS，特别是PN和微生物群落在好氧颗粒污泥的储藏和重新激活过程中做主要贡献。对于好氧絮状污泥的重新被激活，还需要后续更加细致的研究。

4结论

本文研究了好氧絮状污泥长时间未利用的活性变化规律以及当活性降低后，还能否成功二次启动、能够成功二次启动的污泥最长存放时间及最短启动时间。得出以下结论。

（1）好氧活性污泥经过365 d存放，污泥活性会随保藏时间的延长而逐步降低。

（2）经过365 d储存的污泥样品仍然有活性恢复的潜力，经过多次驯化，均可以成功地二次启动。

（3）存放过程中，随着时间的推移，活性污泥的二次启动累计时间逐渐变长，但是最短可以控制在60 h。

（4）好氧活性污泥的存放过程，不同存放条件下[基质（COD）;光照与否]，六组样品的活性变化规律和二次启动情况规律均一致。