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摘 要：壳聚糖作为一种天然高分子絮凝剂，在污水处理中应用较多，特别是作为絮凝剂的运用，具有絮凝效果好、无毒无害、不会造成二次污染等优点。本文以活性污泥为研究对象，考察了不同浓度的壳聚糖对活性污泥异养菌产率系数 （YH）和自养菌产率系数 （YA）的影响。结果表明，一定浓度的壳聚糖能降低YH和YA，对微生物具有一定的抑制作用。
关键词：壳聚糖;活性污泥;异氧菌产率系数;
中图分类号：O636.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.03.017
Chitosan Impact on YH and YA of Activated Sludge
LIU Ye-nan， HU Qing， JIN Yan-ru， HU Jin-cheng， ZHANG Chun-hua
（Dalian Nationalities University， Department of Environmental Science and Engineering， Dalian， Liaoning 116600， China）
Abstract： Chitosan， as a natural polymeric flocculant， is widely used in sewage treatment processes. It possesses advantages of good flocculation， harmless and no secondary pollution. This article studied the impact of chitosan in different concentrations on activated sludge heterotrophic yield coefficient （YH） and activated sludge yield coefficient of autotrophic bacteria （YA）.The experiment results showed that chitosan in certain concentrations can reduce YH and YA， and can produce inhibitory action to microorganisms.
Key Words：chitosan;activated sludge;YH ;YA
废水中氮、磷等元素未经处理直接排入受纳水体会导致水体富营养化。目前的除磷工艺主要包括生物法处理、化学沉淀法处理、结晶法处理以及吸附法处理等[1-2]。其中吸附除磷法因其工艺简单而得到广泛应用[3-4]。壳聚糖无毒性、对环境无害、安全可靠;分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团[5]，能够和磷酸根离子等阴离子结合，是一种良好的天然絮凝剂。陈亮等[6]研究了相同脱乙酰度不同分子量壳聚糖的生化性，结果表明：一定浓度的壳聚糖在活性污泥中不可生化，并且在一定程度上对微生物具有抑制作用，随着壳聚糖分子量的降低对微生物的抑制作用越来越明显。秦冰等人[7]研究了壳聚糖对微生物的影响以及壳聚糖处理废水效率，其试验结果同样表明，壳聚糖对微生物具有一定的抑制作用，但是可以改善絮体结构，强化沉降性能，提高污水处理的效率。本研究将通过测定活性物中添加壳聚糖前后活性污泥异养菌产率系数（YH）和自养菌产率系数（YA）的变化，研究壳聚糖对微生物影响。
1 材料和方法
1.1 污泥的预处理
将取自污水处理厂的活性污泥800 mL置于混凝实验烧杯中，加入一定量的壳聚糖（浓度分别为0，15，25，35 mg·L-1），快速搅拌（300 r·min-1）0.5 min，中速搅拌（150 r·min-1）10 min，慢速搅拌（70 r·min-1）10 min 。分别将未加壳聚糖以及加入壳聚糖的活性污泥用去离子水清洗3次，尽可能去除污泥中的影响试验测定的干扰成分，备用。
1.2 耗氧速率的测定
将待测污泥倒入BOD分析瓶中，置于磁力搅拌器上将污泥混匀，曝气，使污泥混合液的溶解氧（DO）达到 6 mg·L-1以上，停止充气，密封，插入溶解氧测定仪，记录DO值，测定污泥 MLVSS 并计算耗氧速率。
1.3 YH和YA的测定
YH和YA的分析测定见参考文献[8]。
（1）YH测定。分别取上述两种污泥500 mL，加入丙烯基硫脲（浓度为10 mg·L-1）。预曝气2 h 以上，将污泥转入耗氧速率测定装置，分别在0.5，1，3，5，7，10 min记录DO的变化。然后加入已知CODCr的人工污水50 mL（可生物降解COD含量为ΔS），每2 min记录DO值，直到30 min停止，过滤污泥混合液，分析滤液CODCr。△S为加入污水与30 min时滤液CODCr差值，可得到图1所示的曲线[6]。
YH=1-△O/△S （1） 由DO变化曲线求得ΔO，按式（1）即可求得YH。
（2）YA测定。分别取上述污泥500 mL，预曝气2 h以上，将污泥转入耗氧速率测定装置，分别在0.5，1，3，5，7，10 min记录DO的变化。然后加入氯化铵（氮浓度5 mg·mL-1）（氨氮ΔN），每2 min记录DO值，直到30 min停止，得到类似 YH测定中的DO 变化曲线。
YA = 4.57-ΔO /ΔN （2）
由 DO 变化曲线求得ΔO，按式（2）即可求得YA。
2 结果与讨论
2.1 YH的变化
壳聚糖加入浓度分别为0，15，25，35 mg·L-1时，DO的变化曲线如图2所示，YH随壳聚糖添加浓度的变化图3所示。
由图3可以看出，壳聚糖的添加量在0～0.035 g·L-1的范围内，添加壳聚糖导致自养菌产率系数YH降低，说明壳聚糖对微生物的生长具有一定的抑制作用。但是添加的壳聚糖浓度不同，降低的幅度也不同，说明壳聚糖浓度与抑制作用的强若有关。
2.2 YA的变化
壳聚糖加入浓度分别为0，15，25，35 mg·L-1时，DO的变化曲线如图4所示，YA随壳聚糖添加浓度的变化图5所示。
由图5可以看出，壳聚糖的添加量在0～0.035 g·L-1的范围内，壳聚糖也导致异养菌产率系数YA减小，不同浓度壳聚糖对微生物生长的抑制作用不同。用产率系数的变化率（dYH/dc）表征抑制作用的强弱。从图3和图5还可以看出，单位质量浓度壳聚糖异养菌产率系数（YH）变化量的绝对值为0.092，远大于单位质量浓度壳聚糖自养菌产率系数（YA）变化量的绝对值0.000 03，说明壳聚糖对异养菌的抑制作用更明显。
秦冰等[5]认为壳聚糖对微生物的抑制作用作主要是分子中的-NH2在酸性条件下， 与H+结合生成的阳离子聚电解质可吸附带负电荷的细菌， 使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均， 打破了在自然状态下细胞壁合成与溶解平衡， 使细胞壁趋于溶解， 细胞膜内物质渗出，导致细菌溶解而死亡。
3 结 论
（1）一定浓度的壳聚糖能导致自养菌和异养菌的产率系数减小，对微生物的生长具有一定的抑制作用。
（2）产率系数随着壳聚糖浓度的变化率（dYH/dc）表明，壳聚糖对异养菌的抑制作用明显大于自养菌。
参考文献：
[1] 王昶，吕小翠，贾青竹，等.含磷废水处理技术研究进展[J].水处理技术，2009，35（12）：16-19.
[2] 姜灵彦，高军侠，李庆召.活化橘皮渣对废水中磷的吸附效果研究[J].河南农业科学，2014（8）：68-71.
[3] 佘健.改性钢渣去除废水中磷酸盐的试验研究[D].武汉：武汉理工大学，2007.
[4] 韩文清，张明斗，邱广亮.生物膜磁场流化床应用于硫酸盐废水脱硫处理研究[J].内蒙古农业科技，2009（6）：57-59，63.
[5] 刘秉涛. 壳聚糖复合剂在水处理中的净化效能研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2007.
[6] 陈亮，陈东辉.壳聚糖与甲壳素对废水生物处理的强化作用研究[J]. 上海环境科学，2003， 22（1）：24-27.
[7] 秦冰，黄波涛，陈东辉，等.壳聚糖在活性污泥中的可生化性研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2005，6（10）：66-68.
[8] 薛涛，俞开昌，关晶，等.MBR污水处理工艺中活性污泥动力学参数测定[J].环境科学，2011，32（4）：1 027-1 033.
关键词：壳聚糖;活性污泥;异氧菌产率系数;
中图分类号：O636.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.03.017
Chitosan Impact on YH and YA of Activated Sludge
LIU Ye-nan， HU Qing， JIN Yan-ru， HU Jin-cheng， ZHANG Chun-hua
（Dalian Nationalities University， Department of Environmental Science and Engineering， Dalian， Liaoning 116600， China）
Abstract： Chitosan， as a natural polymeric flocculant， is widely used in sewage treatment processes. It possesses advantages of good flocculation， harmless and no secondary pollution. This article studied the impact of chitosan in different concentrations on activated sludge heterotrophic yield coefficient （YH） and activated sludge yield coefficient of autotrophic bacteria （YA）.The experiment results showed that chitosan in certain concentrations can reduce YH and YA， and can produce inhibitory action to microorganisms.
Key Words：chitosan;activated sludge;YH ;YA
废水中氮、磷等元素未经处理直接排入受纳水体会导致水体富营养化。目前的除磷工艺主要包括生物法处理、化学沉淀法处理、结晶法处理以及吸附法处理等[1-2]。其中吸附除磷法因其工艺简单而得到广泛应用[3-4]。壳聚糖无毒性、对环境无害、安全可靠;分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团[5]，能够和磷酸根离子等阴离子结合，是一种良好的天然絮凝剂。陈亮等[6]研究了相同脱乙酰度不同分子量壳聚糖的生化性，结果表明：一定浓度的壳聚糖在活性污泥中不可生化，并且在一定程度上对微生物具有抑制作用，随着壳聚糖分子量的降低对微生物的抑制作用越来越明显。秦冰等人[7]研究了壳聚糖对微生物的影响以及壳聚糖处理废水效率，其试验结果同样表明，壳聚糖对微生物具有一定的抑制作用，但是可以改善絮体结构，强化沉降性能，提高污水处理的效率。本研究将通过测定活性物中添加壳聚糖前后活性污泥异养菌产率系数（YH）和自养菌产率系数（YA）的变化，研究壳聚糖对微生物影响。
1 材料和方法
1.1 污泥的预处理
将取自污水处理厂的活性污泥800 mL置于混凝实验烧杯中，加入一定量的壳聚糖（浓度分别为0，15，25，35 mg·L-1），快速搅拌（300 r·min-1）0.5 min，中速搅拌（150 r·min-1）10 min，慢速搅拌（70 r·min-1）10 min 。分别将未加壳聚糖以及加入壳聚糖的活性污泥用去离子水清洗3次，尽可能去除污泥中的影响试验测定的干扰成分，备用。
1.2 耗氧速率的测定
将待测污泥倒入BOD分析瓶中，置于磁力搅拌器上将污泥混匀，曝气，使污泥混合液的溶解氧（DO）达到 6 mg·L-1以上，停止充气，密封，插入溶解氧测定仪，记录DO值，测定污泥 MLVSS 并计算耗氧速率。
1.3 YH和YA的测定
YH和YA的分析测定见参考文献[8]。
（1）YH测定。分别取上述两种污泥500 mL，加入丙烯基硫脲（浓度为10 mg·L-1）。预曝气2 h 以上，将污泥转入耗氧速率测定装置，分别在0.5，1，3，5，7，10 min记录DO的变化。然后加入已知CODCr的人工污水50 mL（可生物降解COD含量为ΔS），每2 min记录DO值，直到30 min停止，过滤污泥混合液，分析滤液CODCr。△S为加入污水与30 min时滤液CODCr差值，可得到图1所示的曲线[6]。
YH=1-△O/△S （1） 由DO变化曲线求得ΔO，按式（1）即可求得YH。
（2）YA测定。分别取上述污泥500 mL，预曝气2 h以上，将污泥转入耗氧速率测定装置，分别在0.5，1，3，5，7，10 min记录DO的变化。然后加入氯化铵（氮浓度5 mg·mL-1）（氨氮ΔN），每2 min记录DO值，直到30 min停止，得到类似 YH测定中的DO 变化曲线。
YA = 4.57-ΔO /ΔN （2）
由 DO 变化曲线求得ΔO，按式（2）即可求得YA。
2 结果与讨论
2.1 YH的变化
壳聚糖加入浓度分别为0，15，25，35 mg·L-1时，DO的变化曲线如图2所示，YH随壳聚糖添加浓度的变化图3所示。
由图3可以看出，壳聚糖的添加量在0～0.035 g·L-1的范围内，添加壳聚糖导致自养菌产率系数YH降低，说明壳聚糖对微生物的生长具有一定的抑制作用。但是添加的壳聚糖浓度不同，降低的幅度也不同，说明壳聚糖浓度与抑制作用的强若有关。
2.2 YA的变化
壳聚糖加入浓度分别为0，15，25，35 mg·L-1时，DO的变化曲线如图4所示，YA随壳聚糖添加浓度的变化图5所示。
由图5可以看出，壳聚糖的添加量在0～0.035 g·L-1的范围内，壳聚糖也导致异养菌产率系数YA减小，不同浓度壳聚糖对微生物生长的抑制作用不同。用产率系数的变化率（dYH/dc）表征抑制作用的强弱。从图3和图5还可以看出，单位质量浓度壳聚糖异养菌产率系数（YH）变化量的绝对值为0.092，远大于单位质量浓度壳聚糖自养菌产率系数（YA）变化量的绝对值0.000 03，说明壳聚糖对异养菌的抑制作用更明显。
秦冰等[5]认为壳聚糖对微生物的抑制作用作主要是分子中的-NH2在酸性条件下， 与H+结合生成的阳离子聚电解质可吸附带负电荷的细菌， 使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均， 打破了在自然状态下细胞壁合成与溶解平衡， 使细胞壁趋于溶解， 细胞膜内物质渗出，导致细菌溶解而死亡。
3 结 论
（1）一定浓度的壳聚糖能导致自养菌和异养菌的产率系数减小，对微生物的生长具有一定的抑制作用。
（2）产率系数随着壳聚糖浓度的变化率（dYH/dc）表明，壳聚糖对异养菌的抑制作用明显大于自养菌。
参考文献：
[1] 王昶，吕小翠，贾青竹，等.含磷废水处理技术研究进展[J].水处理技术，2009，35（12）：16-19.
[2] 姜灵彦，高军侠，李庆召.活化橘皮渣对废水中磷的吸附效果研究[J].河南农业科学，2014（8）：68-71.
[3] 佘健.改性钢渣去除废水中磷酸盐的试验研究[D].武汉：武汉理工大学，2007.
[4] 韩文清，张明斗，邱广亮.生物膜磁场流化床应用于硫酸盐废水脱硫处理研究[J].内蒙古农业科技，2009（6）：57-59，63.
[5] 刘秉涛. 壳聚糖复合剂在水处理中的净化效能研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2007.
[6] 陈亮，陈东辉.壳聚糖与甲壳素对废水生物处理的强化作用研究[J]. 上海环境科学，2003， 22（1）：24-27.
[7] 秦冰，黄波涛，陈东辉，等.壳聚糖在活性污泥中的可生化性研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2005，6（10）：66-68.
[8] 薛涛，俞开昌，关晶，等.MBR污水处理工艺中活性污泥动力学参数测定[J].环境科学，2011，32（4）：1 027-1 033.