环境科学与工程实验：活性污泥耗氧速率和废水可生化性评价

（一）实验目的

（1）理解耗氧速率、废水可生化性与毒性的基本概念。

（2）掌握BI-2000型电解质呼吸仪的使用方法。

（3）理解耗氧速率在废水生物处理动力学研究中的作用。

（4）掌握废水可生化性与毒性的评价方法。

（二）实验原理

1.BI-2000型电解质呼吸仪工作原理

BI-2000型电解质呼吸仪由磁力搅拌和温控系统、反应瓶、CO₂捕捉器、电解单元和计算机软件系统组成。活性污泥和待测废水混合盛放于反应瓶中，由磁力搅拌和温控系统进行搅拌和恒温，微生物消耗废水中的基质，同时消耗反应瓶中的氧气并产生CO₂，CO₂被捕捉器中的KOH溶液吸收，导致反应瓶中压力下降，开关电极检测到压力下降后接通电解单元的电流，电解硫酸溶液产生氧气补充反应瓶中被消耗的氧气，计算机软件通过记录整个实验过程产生的氧气量来间接反映反应瓶中消耗的氧气量。

图2-18 BI-2000型电解质呼吸仪

2.耗氧速率表征活性污泥动力学和废水可生化性与毒性的原理

活性污泥的耗氧速率是评价污泥微生物代谢活性的一个重要指标。在日常运行中，污泥OUR值的大小及其变化趋势可指示处理系统负荷的变化情况，并可以此来控制剩余污泥的排放。活性污泥的OUR值若太大，高于正常值，往往提示污泥负荷过高，这时出水水质较差，残留有机物较多；污泥OUR值长期低于正常值，这种情况往往符合延时曝气处理系统，这时出水中残存有机物较少、处理完全，但若长期运行，也会使污泥因缺乏营养而解絮。处理系统在遭受毒物冲击而导致污泥中毒时，污泥OUR的突然下降常是最为灵敏的早期警报。此外，还可通过测定污泥在不同工业废水中的OUR值的高低，来判断该废水的可生化性及污泥承受废水毒性的极限程度。同时OUR也是研究废水生物处理过程动力学和微生物学的关键参数，尤其在活性污泥数学模型水质划分与表征、动力学和化学计量学参数的测量、校核与识别中，该参数的准确测定尤为重要。

（三）实验仪器及材料

（1）BI-2000型电解质呼吸仪。

（2）烧杯、移液管、滴管、量筒。

（3）玻璃纤维滤纸。

（4）污水处理厂活性污泥。

（5）0.5mol/LH₂SO₄溶液、0.45g/mLKOH溶液。

（6）COD为1000mg/L的合成废水、葡萄糖等易降解基质配置。

（7）浓度为750mg/L的酒精溶液。

（8）浓度为1000mg/L的苯酚溶液。

（四）实验步骤

1.测定活性污泥的耗氧速率

（1）设备和软件的启动

①向温度控制单元的水浴池中加入自来水至2/3高度处，检查各阀门和电源是否完好。

②依次开启计算机显示器和主机、呼吸仪主机和温度控制单元的电源，打开需要用到的磁力搅拌器，预热1.5h。

③双击计算机桌面上的“BI-2000”图标或单击任务栏左下角的“Start”按钮，滚动鼠标选择“Program”下的“BI-2000”，单击以打开控制软件，设置水浴温度。

（2）反应器单元的制备与组装

①在KOH捕集器中放入一条扇形的玻璃纤维滤纸，注入5.0mL0.45g/mL的KOH溶液，在捕集器接头处的外部均匀涂上润滑脂，然后置于架子上。

②在电解单元下部的外表面均匀涂上润滑脂并与KOH捕集器组装在一起，旋转接头直至润滑脂透明且无气泡，向电解池中注入体积约为其总容积1/3的0.5mol/L的H₂SO₄电解质溶液。

③在电解池的盖子的接头处的内壁均匀涂上润滑脂并将其盖在电解池上，旋转至润滑脂透明且无气泡以保证密封良好，同时，要注意对齐两者上的小孔，清除孔中多余的润滑脂。

④关闭搅拌器。将分别装有BOD为100mg/L、200mg/L、400mg/L等水样的反应瓶放在水浴池中。放上隔栅以固定反应瓶的位置，待反应瓶内部水样达到平衡温度，约需0.5h后，向其中加入污泥并放入搅拌转子，把电解单元和反应瓶组装在一起连接好4-pin的连接电缆。

（3）实验开始和实验过程管理(www.xing528.com)

①启动实验：打开搅拌器，在“BI-2000”操作软件中选择“File”的次级菜单中的“StartCell”，单击该选项进入“StartSample”对话框，完成对话框内各项参数设置，单击“OK”启动实验。

②实验管理：选择“File”的次级菜单中的“CellDisplay”，单击该选项进入“Cell Display”窗口，在此监控实验状态并进行实验管理，包括实验的暂停、恢复和停止等。

③数据查看：在“CellDisplay”窗口中选中所要查看数据的反应器的编号，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选中并单击“ViewData”。

④图形显示：选择“Graph”次级菜单的“DisplayGraph”，单击以进入“Graph Curves”对话框，完成对话框设置即可查看图形。

⑤数据保存：选择“File”的次级菜单中的“SaveCell”，单击该选项进入“SaveCell Data”对话框，完成对话框内各项参数设置，单击“OK”。

（4）通过过滤100mL的污泥样品，烘干称重后计算出MLSS以间接指示接种的活性污泥浓度。

2.工业废水可生化性和毒性的测定

（1）待上述反应瓶的OUR重新降至最低并保持恒定一段时间后，即是污泥的内源呼吸耗氧速率。打开这3个反应瓶，由少至多加入乙醇或苯酚，即可进行工业废水的可生化性和毒性测定，也可另取污泥样品，利用新鲜污泥开始实验。

（2）重新密闭好反应瓶后，分别按照1的步骤测定它们的耗氧速率。

（五）结果与分析

1.活性污泥耗氧速率的测定

根据MLSS浓度、反应时间和累积耗氧量，采用下式计算污泥的耗氧速率OUR并将实验数据记录在表2-19中。

表2-19 活性污泥耗氧速率的测定实验数据记录表

式中 A_i——i时刻的累积耗氧量

2.评价工业废水的可生化性和毒性

将第二组实验测得的最大OUR及其计算得到的相对耗氧速率记录在表2-20中，其中，相对耗氧速率如图2-19。

式中 OUR_S——污泥对被测废水的耗氧速率

OUR₀——污泥的内源呼吸耗氧速率

图2-19 相对耗氧速率图

表2-20 评价工业废水可生化性和毒性实验数据记录表

利用相对耗氧速率，依图2-18评价各种废水的可生化性或毒性。

（六）注意事项

（1）实验前确保所有反应器单元清洁，以免使微生物受到污染。

（2）若不需温度控制，请关闭温度控制器电源以节约电能，若要使用温度控制器，必须先在水浴池中加入自来水，检查并确定各管道畅通，然后再打开电源以免烧坏设备。

（3）在进行时间较短的实验时，请不要启用泄露检测功能，若要进行泄露检测，请关闭搅拌设备，检测完成后再开启搅拌设备。

（4）要保持连接反应器单元和呼吸仪主机的电缆处于自然伸展状态，切勿随意弯曲折叠。

（七）思考题

（1）影响污泥耗氧速率的因素有哪些？

（2）可生物降解基质浓度对污泥耗氧速率有何影响？

（3）对实验污泥有抑制的苯酚是否一定不可降解？