环境微生物学实验：活性污泥代谢活性测定

一、实验目的

（1）学习好氧活性污泥代谢活性测定的方法。

（2）掌握瓦勃氏呼吸仪的使用技术。

二、基本原理

在很大程度上，一个污水生物处理系统的效能取决于反应器内的污泥数量和污泥活性。测定污泥活性对于反应器的设计和运行具有重要的指导意义。好氧生物在降解有机物的过程中，需要消耗氧气。测定单位时间内活性污泥的耗氧量，可在一定程度上反映活性污泥的代谢活性。

瓦勃氏呼吸仪是一种定容呼吸测定计。在一个定容的密闭系统（包括反应瓶和测压计）内，气体数量的任何改变都表现为压力改变，可由测压计测得。由于微生物在呼吸作用中既消耗氧气又释放二氧化碳，因此测压计上显示的压力改变是两者的净结果。如果在此密闭系统中事先加入碱（如氢氧化钾）吸收二氧化碳，则测压计上显示的压力改变便是耗氧结果。

三、实验器材

（1）模拟污水：COD约为400 mg/L。

（2）活性污泥：从城市污水处理厂曝气池取样。将100 mL混合液放入量筒，使之自然沉降30 min，弃上清液，用生理盐水洗涤3次，最后将污泥悬浮于磷酸盐缓冲液中，稀释至原体积（100 mL），备用。

（3）仪器及用具：瓦勃氏呼吸仪（详见本实验后附注简介）、烘箱、天平、马弗炉、量筒、烧杯、吸管、坩埚、镊子等。

（4）试剂：磷酸缓冲液（pH 7.2），10%氢氧化钾溶液，Brodie指示液（详见本实验后附注简介）。

四、实验步骤

（一）污泥浓度测定

（1）取一定量活性污泥混合液于坩埚中，置高温水浴内蒸干，再放入105℃左右的烘箱内烘至恒重，测定污泥悬浮固体（MLSS）含量。

（2）将烘干品放入马弗炉，在550℃下灰化1 h，测定污泥挥发性悬浮固体（MLVSS）含量。

（二）耗氧量测定

1.调节反应温度

在瓦勃氏呼吸仪的恒温水槽内，加入一定量的自来水，使水面距上缘6～8 cm。开启加热开关，将水浴温度提升到所需温度（一般为25℃）。

2.试验振荡装置

开启振荡开关，调试瓦勃氏呼吸仪的振荡装置，看是否正常。试毕关闭振荡开关。

3.添加吸收液

取6只已知体积的反应瓶。按照表2-3，在4只反应瓶的中央井中加入10%氢氧化钾溶液0.2 mL，并取一片长约2 cm的滤纸，卷成筒状，将镊子插入中央井内，以增加氢氧化钾对二氧化碳的吸收面积。另2只反应瓶中央井不加吸收液。

4.添加缓冲液

按表2-4，在各反应瓶主杯内（非中央井内）加入缓冲掖。

表2-4　污泥活性实验组合

5.添加样品

按表2-4，在4只加好吸收液和缓冲液的反应瓶主杯内，加入活性污泥样品1 mL，并在其中2只侧杯内加入废水样品0.5 mL。关好侧杯阀。

6.组装和调整反应系统

将6只反应瓶连接在相应的测压管上，用橡皮筋扎紧后一起固定在恒温水浴槽支架上。打开放空阀，调节测压管内指标液至250 mm处。开启振荡开关，让反应瓶在水浴中稳定10 min。10 min后关闭振荡开关，再次调节测压管内指标液至250 mm处。关闭放空阀。取出反应瓶，将侧杯内的样品小心倾入反应瓶主杯中。放回加样反应瓶，重新固定在恒温水浴槽支架上。开启振荡开关并开始计算反应时间。

7.记录耗氧数据

根据实验方案，每隔10 min停止振荡，记录瓦勃氏呼吸仪测压管指示液液面的读数，填入表2-5。(www.xing528.com)

表2-5　污泥活性实验记录

（三）污泥活性计算

1.耗氧量

各反应瓶的耗氧量可由下式计算：

式中，V O2为标准状态（0℃，1 atm）下反应瓶的耗氧量（mL）；h为测压管指示液液面的变化值（mm）；V g为反应系统的气体体积（mL，需在实验前测出）；V f为反应瓶内的液体体积（mL）；T为温度（℃），数值等于273℃加上水浴温度；α为在实验温度下，某一气体在反应液中的溶解度（氧气在水中的溶解度见表2-6）；P 0为测压管指示液的标准压力（mm），一般采用P=1 000 mm的指示液。

表2-6　氧的溶解度

2.污泥活性

活性污泥的耗氧活性可由下式计算：

式中，v O2为污泥活性，即单位时间内单位混合液污泥所消耗的氧质量数（g/g VS·h）；V O2为反应瓶的耗氧量（mL）；γ为实验温度下氧气的容重（g/mL）；60为时间由小时转化成分钟的系数；1 000为反应瓶内液体体积由mL转化为L的系数；Δt为反应时间（min）；V f为反应瓶内的液体体积（mL）；X为污泥混合液挥发性悬浮固体浓度（g MLVSS/L）。

五、注意事项

（1）测定过程中，反应系统应与外界隔绝，各连接口均应密封。

（2）测定前，让反应瓶全部浸在恒温槽中，使反应瓶内外液温平衡。

六、思考题

用瓦勃氏呼吸仪测定污泥耗氧量时，为何要加入碱吸收二氧化碳？

附文

1.瓦勃氏呼吸仪

瓦勃氏呼吸仪主要由玻碘反应瓶及与之相连的U形测压管组成（图2-6），并配有恒温水浴槽、搅拌器和振荡机。

恒温水槽由电加热，自动调控。搅拌器保持水温均匀（水温变化小于±0.1℃）。振荡机摇动反应瓶，促进混合。

反应瓶（图2-7）是一个锥形玻璃瓶，内部底上设有中央井，中央井四周为主杯：旁边设有侧杯，杯口配有磨口玻璃塞。

图2-6　瓦勃氏呼吸仪

图2-7　反应瓶

测压管两臂标有以mm为单位的刻度。测压管的一臂与大气相通，称为开臂；另一臂与反应瓶相连，关闭上端的三通活塞可使此臂与外界隔绝，称为闭臂。U形测压管底部与指示液囊相连，可以调节测压管内的指示液的液面高度。

2.指示液

指示液采用Brodie溶液，其配方如下：蒸馏水500 mL，氯化钠32 g，牛胆酸钠5 g，伊文氏蓝或酸性品红等染料0.1 g。Brodie溶液的相对密度为1.033。若相对密度偏高或偏低，可用水或氯化钠调节。另加麝香草酚乙醇溶液数滴防腐。