污泥性質(zhì)分析方法

1、1 SOUR比耗氧速率(specific oxygen uptake rate, SOUR)根據(jù) MLVSS、測定時(shí)間 t 和溶解氧變化率計(jì)算。測定異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌的耗氧速率，通過外加葡萄糖(COD 500mg/L)、淀粉(COD 500mg/L)、NH4Cl(20mgN/L)、和 NaNO2(20mgN/L)。 而內(nèi)源呼吸速率則沒有外加基質(zhì)。25攝氏度來用污泥婷氧速率(OUR)曲奧測定方法對(duì)污泥總好包速率和污泥有機(jī)分解 活性快及污泥循化活性進(jìn)行測定.誤方法首先測定活性污泥的總好氧速率計(jì)算 得到活性污噩的總活性，然后通過溺加硝化反應(yīng)的抑制劑，使污泥的硝化過程受 到抑制，此時(shí)SB定的活性污泥的好氧

2、速率即為活性污泥氧化有機(jī)物的活性，而二 者之差即為活性月泥的硝化活性導(dǎo)試驗(yàn)采用的抑制劑是NaClOjlB ?mj 丙烯成硫 腿恥NiCK3會(huì)迅速對(duì)供化細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用，ATU劇會(huì)迅速抑制亞硝酸細(xì)菌的 活性-污濕活牲測定的美健是測定活性循泥混合液在分解基質(zhì)的過程中溶髀氧的變 化土活性測定的試驗(yàn)裝置由1部分浦成，據(jù)力攪拌器一溶解新儀、反應(yīng)瓶.其中反度瓶的體材是事先經(jīng)過校正的，反應(yīng)瓶的瓶曰與將解氧儀之間需保證 良好的密閉特性，磁力攪拌器用于保證沔泥混合液與基質(zhì)良好的混和與反應(yīng)。測定步驟；首先，取一定量的污混樣品于高心瓶中，置于高心機(jī)進(jìn)行泥水分商再取 去離子水對(duì)分離的污泥浸泡，再故置于離心機(jī)中分高-以

3、砒保除去瘟來殘留 的基質(zhì).按最終需要達(dá)到的濃度在反應(yīng)瓶內(nèi)加入相應(yīng)的基質(zhì)溶轆到規(guī)定的體積.基 質(zhì)tfi成應(yīng)盡量與進(jìn)水水質(zhì)相接近，本試驗(yàn)中的基質(zhì)為過虐掉大顆粒物質(zhì)后滅 菌的生活污水。加入基質(zhì)之前應(yīng)對(duì)基質(zhì)進(jìn)行曝氣，-般以溶解氧水平達(dá)到 6mg/L為宜然后將溶懈氧探頭置入錐形瓶內(nèi)，并使椎形瓶口密封好，開始計(jì)時(shí)，并同 時(shí)記錄溶解氧隨時(shí)初的變化.此時(shí)得到的好機(jī)速率即河混的總好氧速率日當(dāng)溶解氧降到31嘰左布時(shí)，加入20mM (2Jlg/LJ的NaClOj以抑制砧 酸細(xì)菌的活性。然后，再次刪量溶解裁隨時(shí)間的變化。污泥總好氧活性與該 好匏速率之差即為污泥的硝酸細(xì)菌的好輒活性最后,若溶解氧濃度降到2m&!左右時(shí)加

4、入SmgLATU以抑制亞硝酸 細(xì)菌的活性，并潦定溶解氧隨時(shí)間的變化。(4)中得到的好乳速率與該野氧速 率之差即為亞硝蠢細(xì)菌的氧化活性皖合4)和(5)中得到的結(jié)果，可以計(jì)算出 污泥的總稔化活性-取50mL混合液，5000 r/min下離心5 min，去掉上清液，用蒸餾水將泥團(tuán)重新 懸浮至原體積，5000 r/min下離心5 min，再去掉上清液，如此連續(xù)操作3次后， 將泥團(tuán)裝入帶密封塞的300 mL溶解氧瓶中，然后用所配營養(yǎng)液補(bǔ)充溶液體積至 300 mL。在測量過程中，保證溶解氧儀探頭與橡膠瓶塞緊密連接，并將密封的 廣口瓶置于磁力攪拌器上，磁力攪拌器可保證混合液中污泥呈懸浮狀態(tài)194。根據(jù)MLV

5、SS和溶解氧變化率求得污泥的比好氧速率(Specific Oxygen Utilization Rate，SOUR)195SOUR =(DO -DO )/0 xMLVSS)(2-12)式中DO0測定讀數(shù)初始時(shí)DO值，mg/L； DOt測定讀數(shù)結(jié)束時(shí)DO值，mg/L。2膜阻膜污染通常由兩部分組成：膜孔污染以及泥餅層污染。根據(jù)Darcy公式，可 以計(jì)算出過濾總阻力、膜孔污染阻力及泥餅層阻力。APJ =(2-29)r RtR = R + R + R(2-30)式中J膜通量，L/(m2h)；AP 膜兩側(cè)壓力差，kPa；r 濾液動(dòng)力學(xué)粘度，Pa-s；Rt膜過濾總阻力，m-1；Rm膜自身阻力，m-1；Rc

6、泥餅層阻力，m-1；Rp膜孔污染阻力，m-1。根據(jù)Darcy公式，測定不同通量條件下的過膜壓力并進(jìn)行回歸，計(jì)算出膜自 身阻力Rm；膜過濾結(jié)束時(shí)，結(jié)合此時(shí)的過膜壓力，通量以及濾液粘度，計(jì)算出 膜的總阻力Rt；將膜組件取出，用自來水沖洗掉表面泥餅層，測定清水通量及相 應(yīng)的過膜的壓力，獲得Rm和Rp之和；在此基礎(chǔ)上，減去阻力Rm，得到膜孔污 染阻力Rp；將總阻力Rt減去Rm和Rp得到泥餅層阻力Rc。3親疏水性接觸角能夠表征污泥混合液的相對(duì)疏水性，可以用于計(jì)算污泥的表面熱力學(xué) 性質(zhì)，如表面張力、表面自由能等。使用水、甲酰胺和二碘甲烷為測試液體測 定(JC2000A型，上海中晨科技有限公司)。將污泥混合

7、液稀釋，用0.45 Um醋 酸纖維膜抽濾，用超純水沖洗膜表面兩次，將其放在1%瓊脂板上，以保持污泥水分。測定前，將膜粘到載玻片上，室溫干燥20min。然后，采用靜滴技術(shù)，將 超純水、甲酰胺和二碘甲烷滴到膜片上，將滴片過程拍攝下來，用圖像分析軟件 分析計(jì)算接觸角。每個(gè)樣品測定8次，取平均值75。13.2相對(duì)疏水性相對(duì)疏水性（RH）報(bào)據(jù)WHen等口的研究方法測定.具體猝驟為：首先測定活性污泥濃 度MLSSp然后取適量同樣的活性污泥樣品在室溫下350。中血高心分離10 min.然后用 T部緩沖溶液稀驛至原體根。在僵溫下（冰水?。┏暦鬯? mim將紫體粉碎成單個(gè)細(xì)胞和 小的微生物群體而盡量不使細(xì)胞造

8、到破壞.在粉捽后的活性薄泥懸浮液中加入適置十六烷. 在適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣认螺啡?0 mine之后混合液移入分液漏斗沉淀分離30min,懸浮液分為 兩相。取下層水相測定MLSSea(2.4)（1）污泥樣品的制備與接觸角測定將510 ml污泥樣品稀釋于50100 ml蒸餾水中，然后在抽濾裝置中用0.45 濾膜邊緩慢攪拌邊進(jìn)行抽濾，直至將液體抽干，污泥均勻的沉積于濾膜表面形成 一層污泥層。將沉積污泥層連同濾膜粘在載玻片上，放置于50C恒溫箱中輕柔 干燥2小時(shí)，取出進(jìn)行接觸角測定。本研究中采用接觸角法測定污泥樣品的表面 能參數(shù)，包括 Lewis 酸分量（Y + ）、Lewis 堿分量（Y-）以及 Lifs

9、hitz-van der Waals 分量（Ylw ）。檢測液體為蒸餾水、丙三醇和二碘甲烷。i TOC o 1-5 h z 在已知檢測液體的表面能（YLW，Y+，Y-）以及污泥樣品表面和檢測液體 p1p1p1的接觸角（9），采用Young-Dupre公式（2-19）和（2-20） 199計(jì)算獲得污泥樣品的表面能參數(shù)（YLW，Y +， Y-）。ii i(2-19)y = y lw + 2 .(2-19)pi pi. pi pi(2-20(2-20)（1 + cos 0） y = 2（ 7 lw y lw + J,+Y - + i:y - Y + ）pl i pli pl * i pl（2）表面張

10、力作用能的計(jì)算污泥的相對(duì)親疏水性可以用通過污泥絮體相互作用的單位面積總界面自由 能（agif1 ）進(jìn)行定量分析，它主要由單位面積界面自由能lw分量（aglw） 和單位面積界面自由能的Lewis酸堿分量（AGab）組成，其計(jì)算公式如下：y0(2-21)(2-22)A(2-21)(2-22)AGLW = 2(%： YLW _ (yLW )(： YLW _ t YLW )GAB = 2：Y+ (胰-+ yY_ _邛-)+ 2：Y_(iY + + 泊+)-2(：y+Y- + ：Y-Y+) y0 211、2、 2、 1、1*21 11 1(2-23)式中1，2分別代表污泥絮體和水。XDLO理論描述了物質(zhì)

11、相互之間單位面積的作用能，包括酸堿作用能（AB）、 Lifshitz-van der waals作用能（LW）和靜電排斥能（EL）。本研究把污泥絮體間的相互作用看作面與面之間的作用200計(jì)算式如下所示：Exdlvo = Elw + Eab + Eel（ 2-24）121121121121單位面積的LW、EL和AB作用能可由式（2-25）至式（2-28）獲得：（2-25）EjLW（h） = -A（2-25）（2-26）（2-27）（2-26）（2-27）（2-28）Eab （h） = AG ABexp（ ）121y0入Eel （h） = kg2 （1 coth（kh） +）121 r 0 七si

12、nh（kh）式中h0Born排斥作用引起的最小作用距離（0.158 nm）；s流體介電常數(shù)；s 0 真空電容率；s R T /(2F21 )s R T /(2F21 )；0 r gSdebayT絕對(duì)溫度；Rg氣體常數(shù)；FFaraday 常數(shù)；人一一離子強(qiáng)度；& 1膜表面電勢；人AB酸堿作用能衰減長度。4分形維數(shù)分形維數(shù)用于將絮體結(jié)果定量化，用Matlab7.0進(jìn)行圖像分析，將RGB圖 轉(zhuǎn)換為二值圖，提取污泥絮體并計(jì)算周界分形維數(shù)（DP）、圓度（R）、形狀系 數(shù)（FF）和三維縱橫比（AR）。取適量污泥混合液，經(jīng)堿性美蘭簡單染色后利用顯微鏡（BX51，Olympus） 觀察活性污泥絮體形態(tài)，并對(duì)其

13、進(jìn)行放大拍攝，獲得污泥絮體的真彩圖。本文中 圓度、形狀因子和三維縱橫比等形態(tài)學(xué)參數(shù)的計(jì)算是借助軟件Image Pro-Plus 6.0 （Media Cybernetics， INC）對(duì)上述照片進(jìn)行分析實(shí)現(xiàn)的。首先在Matlab 8.0環(huán) 境條件下將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像；然后利用Image Pro-Plus 6.0計(jì)算出污泥絮體 的面積、周長、特征長度和特征寬度等。具體計(jì)算如下：（1） 圓度（Roundness）圓度是指絮體接近理論圓的程度，Ro0,1 ，絮體形狀越接近圓，圓度Ro越接近1。4兀-area ,R =（2-14）O length（2） 形狀因子（Form Factor）形狀因子對(duì)絮

14、體邊界粗糙度非常敏感，圓的形狀因子等于1FF =件地（2-15） perimeter 2（3） 三維縱橫比（Aspect Ratio）三維縱橫比能較好地反映絮體伸展程度，絮體向外延伸越多，縱橫比越大， 圓的縱橫比等于1，AR 0,+AR = 1 + 4*燮-同）（2-16） 兀-width式中area絮體面積，um2；length絮體特征長度，um；width絮體特征寬度，U m；perimeter絮體周長，U m。另外，為了能夠較為準(zhǔn)確的定量絲狀菌濃度，本研究選擇使用絲狀菌長度與 污泥絮體面積的比值這一參數(shù)。采用骨骼化法確定絲狀菌長度，同時(shí)通過計(jì)算絮 體投影面上的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)獲得絮體的面積。我

15、們可在二值圖像的基礎(chǔ)上按式 （2-17）、（2-18）分別計(jì)算菌絲長度和絮體面積197,198。E . 絲狀菌長度=NX1.122x F l （2-17）EFLI/FAI =MgeT1菌長度（2-18）工 絮體面積image式中N絲狀菌骨架所占據(jù)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；Fcal計(jì)算因子，表示每個(gè)像素所代表的長度，口 m/pixel； 1.122校正因子。5熒光顯微鏡觀察6泥P7 SEM使用掃描電子顯微鏡（SEM）（Quanta 200, FEI）觀測MBR反應(yīng)器中粘附于中 空纖維膜表面的污泥層的形態(tài)。將污染后的膜組件取出，從中部剪下一段，浸入 含有2.5%戊二醛的磷酸緩沖液中（0.1 M, pH=7.2

16、） 4 h，采用磷酸緩沖液清洗，隨 后依次米用50%、75%、90%、95%和100%的乙醇進(jìn)行脫水，用叔丁醇清洗三 次，冷凍后抽真空干燥，用離子濺射儀在樣品表面鍍上一層金屬膜后在SEM下 觀測拍照。用于對(duì)比的未污染的潔凈膜直接噴金后觀測。采用電子掃描顯微鏡（型號(hào)：Hitachi S-3400N，Japan）觀察受污染的膜表面 形態(tài)。樣品在掃描前要先進(jìn)行預(yù)處理20：2.5%的戊二醛固定，磷酸緩沖溶 液清洗，不同濃度的乙醇進(jìn)行脫水，叔丁醇清洗，冷卻后抽真空抽真空， 樣品固定，鍍金屬膜58。制備好的樣品置于掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察和 拍照，攝取樣品表面的二次電子形貌。并利用與掃描電鏡組合的能量色散

17、X射 線光譜儀（EDX ）進(jìn)行膜表面污染物元素分析。采用掃描電子顯微鏡（S-3000N，Hitachi，Japan）觀察各反應(yīng)器中的污泥形 態(tài)。污泥樣品和膜絲樣品的預(yù)處理步驟如下195：（1） pH=7.2，濃度為2.5% 戊二醛溶液固定；（2）0.2 mol L-1磷酸鹽緩沖溶液清洗；（3） 50%、70%、 90%、100%的乙醇溶液進(jìn)行梯度脫水；（4）叔丁醇清洗；（5）冷凍干燥；（6） 噴金。預(yù)處理后在電子顯微鏡下進(jìn)行觀察和能譜分析（EDX）。8原子力顯微鏡分析在兩MBR系統(tǒng)運(yùn)行到達(dá)終點(diǎn)（TMPN30KPa）時(shí)從反應(yīng)器中取出被污染的 膜組件，各剪一段5cm左右的膜絲，用自來水將外面粘附的

18、泥餅層沖洗掉，將 膜絲放置50C的烘箱烘干48小時(shí)，之后用刀片切下一段5mm左右的膜絲，因 為該實(shí)驗(yàn)室用的是中空纖維膜絲，所以為了在觀察中保持膜表面平整，需要用刀 片將膜絲從中間切開并展平，用雙面膠將膜絲外表面朝上貼在載玻片上，注意整 個(gè)操作過程中切勿用手碰觸膜絲表面，以防膜絲受到污染影響觀察效果，我們以 干凈的膜絲為對(duì)照對(duì)MFC-MBR系統(tǒng)與傳統(tǒng)MBR系統(tǒng)中污染后的膜絲進(jìn)行了表 面原子力顯微鏡的觀察，掃描范圍為10X10umo對(duì)掃描完的圖像進(jìn)行處理與計(jì) 算，得出膜表面平均粗糙度Ra、均方粗糙度Rms以及平均高度。9三維熒光光譜分析實(shí)驗(yàn)過程中，按2.3.1提取方法提取出污泥S-EPS、LB-E

19、PS及TB-EPS，放 入1cm石英比色皿，以超純水為空白，在熒光光譜儀(Jasco FP-6500)中進(jìn)行三 維熒光掃描。光譜儀采用氙弧燈作為激發(fā)光源，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度為5nm，激 發(fā)光波長范圍為220nm400nm，發(fā)射光波長為250500nm，掃描步長均為2nm， 掃描速度為1200nm/min。掃描完后自動(dòng)進(jìn)行儀器熒光光譜校正。10紅外分析采用傅里葉變換紅外光譜儀(型號(hào)：SPECTRUM ONE B)進(jìn)行反應(yīng)器中污 泥S-EPS、LB-EPS、TB-EPS以及泥餅污染物和膜表面的紅外光譜分析，首先將 EPS及泥餅層在恒溫培養(yǎng)箱中50 C烘干，將燒杯壁上殘留的粉末刮下來保存。 操作過程

20、中取一定量的粉末與適量的KBr混合進(jìn)行研磨，在用壓片機(jī)其壓制成 半透明的薄片，迅速在中紅外(4000400nm-1)下進(jìn)行掃描。更換衰減全反射 (ATR)附件測定膜表面污染物的化學(xué)組成。11凝膠色譜分析采用高效液相色譜儀(SHIMAZU)測定S-EPS、LB-EPS與TB-EPS的分子 量分布情況，色譜柱采用凝膠過濾色譜柱(GFC Water 250)，檢測器為紫外檢 測器，流動(dòng)相采用 0.1mol/L NaCl、0.002 mol/L NaH2PO4、0.002 mol/L Na2HPO4 的磷酸鹽緩沖液，流速0.4ml/min，進(jìn)入柱子之前樣品和流動(dòng)相均先經(jīng)過0.45 U m的膜過濾。12

21、 EPS的提取與測定12.1 EPS的提取取50ml污泥混合液，在4000r/min下離心5min，取上清液經(jīng)0.45 U m的膜 過濾得到溶解性胞外聚合物(S-EPS)。之后用50 C的0.85%的NaCl溶液補(bǔ) 足體積至50ml攪拌使污泥再懸浮，立即用旋轉(zhuǎn)混合器混合一分鐘后將污泥混合 液在4000r/min條件下離心10min，取上清液經(jīng)0.45 U m的膜過濾得到松散結(jié)合 態(tài)EPS (LB-EPS)。將剩余的污泥團(tuán)用0.85%的NaCl溶液再懸浮至50ml，在80 C條件下水浴提取30min,然后在4000 r/min條件下離心15min，取上清液 經(jīng)0.45 U m的膜過濾得到緊密結(jié)合態(tài)EPS (TB-EPS)。SMP和EPS分別是指可溶性有機(jī)物和污泥胞外聚合物，它們的主要成分是 蛋白質(zhì)和多糖。本實(shí)驗(yàn)采用熱法提取EPS。首先取一定量的污泥混合液，于 5000rpm轉(zhuǎn)速下離心5分鐘，移出上清液，并用0.45 U m濾膜過濾，所得濾液 即為SMP；將上述泥樣用蒸餾水定容至50ml，水浴(80C) 30分鐘，然后用同 樣的方法離心并過濾，所得濾液即為EPS。實(shí)驗(yàn)以蛋白質(zhì)和多糖的總量作為SMP 和EPS的定量標(biāo)準(zhǔn)，采用苯酚-硫酸法測定多糖濃度，以標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液繪制標(biāo) 準(zhǔn)曲線；蛋白質(zhì)的濃度采用Folin分光光度法檢測，以牛血清蛋白