活性污泥工艺是当今城市污水处理厂应用最为广泛的污水处理技术，然而在水质得到净化的同时产生大量剩余污泥，截至2013年，我国城市污水处理厂剩余污泥产量高达2.635 8×107t[1]。剩余污泥管理和处理处置费用占污水处理厂总费用的50%～60%[2-3]，因此污泥处理问题已成为污水处理厂发展的瓶颈，迫切需要寻找解决途径。

污水处理的目标是将有机物彻底矿化为CO2，理想的处理工艺是完成矿化有机物的同时产生最少量的剩余污泥，因此从源头上实施污泥减量化技术是解决剩余污泥问题的有效方式之一。目前，国内外常见的污泥减量化技术主要有溶胞-隐性增长、生物强化捕食以及代谢解偶联3种[4-6]。代谢解偶联污泥减量技术由于操作简便，易于控制，受到广泛关注。在活性污泥系统中加入代谢解偶联剂，可使有机物的氧化与细胞内的氧化磷酸化解偶联，从而减少污泥的产生[7-9]。CHEN等[10]发现，在活性污泥系统中加入5 mg/L四氯水杨酰苯胺(TCS)可使污泥产量减少40%；TIAN等[11]研究表明，将20 mg/L 2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)添加到活性污泥系统时，污水处理效果仅下降10%左右而污泥产量减少近40%。污泥减量效果与代谢解偶联剂的解离常数(pKa)有关，pKa越小，污泥减量效果越好[12]。

目前，国内外研究较多的是硝基酚类、氯酚类和氨基类代谢解偶联剂对污泥产量以及工艺运行效能的影响，但对污泥减量机制研究很少。TCS广泛应用于肥皂生产，是绿色环保的代谢解偶联剂[13-15]。本研究在考察TCS污泥减量化效果及对污水处理效果影响的基础上，进一步研究污泥减量的可能机制，以期为工程应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

反应器：实验设置两组序批式活性污泥系统(SBR)，分别为实验组和对照组。两个SBR有效容积均为5 L，采用好氧方式运行，反应器运行周期为8 h，其中进水25 min，曝气380 min，沉30 min，排水15 min，静置30 min，水力停留时间为12 h。维持曝气阶段溶解氧(DO)约为5 mg/L，实验过程在室温下进行。

此前毫无战争经验的卫青被刘彻任命为车骑将军，率一万骑兵从上谷出塞。卫青率部突袭匈奴的祭天圣地龙城，斩杀了七百余匈奴人，战胜而归。卫青第一仗就取得胜利，被封为关内侯。

为解析TCS在活性污泥系统中是否引起代谢解偶联作用，将对照组及实验组SBR系统中有机物每天的氧化分解情况，耗氧量变化及第3、4、7、14、21、28、35、42天SATP含量变化进行对比，结果如图3所示。

 

表1 模拟污水的成分Table 1 Composition of synthetic wastewater

  

成分质量浓度/(mg·L-1)成分质量浓度/(mg·L-1)蔗糖331.6FeCl2·2H2O3.3 CH2COONa215.3MgCl2·6H2O3.4 NH4Cl175MnSO40.051 KH2PO423.69CoSO40.038 CaCl2·2H2O3.4CuSO40.071

1.2 实验方法

采用批次试验，分别取100 mL前期驯化好的污泥混合液移入7个有效容积为500 mL的烧杯中，加入乙酸钠溶液使最终COD为200 mg/L，向7个烧杯中分别投加TCS 0、0.6、1.1、1.6、2.2、3.0、5.0 mg/L，控制DO为5 mg/L，MLSS为2 200 mg/L，反应8 h，同时做3个平行，测定反应后污泥产率系数(Y，mg/mg)并计算污泥减量率(SR，%)，计算方法如下：

Y=ΔcMLSS/ΔcCOD

(1)

SR=(YCR-YER)/YCR×100%

(2)

式中：ΔcMLSS为实验过程中MLSS增加量，mg；ΔcCOD为实验过程中COD减少量，mg；YCR为对照组污泥产率系数，mg/mg；YER为实验组污泥产率系数，mg/mg。

由图3(a)可见，在添加TCS后，对照组和实验组的COD平均去除率分别为92.12%、89.09%，仅相差3.03百分点，说明TCS并不影响有机质的氧化及电子传递作用。在停止投加TCS至实验结束时(第35～42天)，COD去除率基本恢复正常水平。由图3(b)可见，投加TCS后，SOUR先迅速升高，并随着时间的进行又逐渐降低，停用TCS后SOUR能够基本恢复，投加TCS过程中，平均SOUR由32.09 mg/(g·h)增加到55.75 mg/(g·h)，耗氧量大幅度增加，平均增加73.73%，这一现象说明了添加TCS后造成过分耗氧。由图3(c)可见，实验组第3天SATP与对照组基本相近，添加TCS后SATP下降明显，期间SATP平均值由71.83降至54.66，合成量减少23.90%，这与FENG等[16]研究结果基本一致，由于第36天TCS停药，实验组第42天的SATP合成量迅速增加。可见，在第4～35天持续添加TCS的过程中，有机物氧化及胞内氧化磷酸化的过程相分离，形成代谢解偶联作用，使生物合成ATP的量减少，从而实现污泥减量。

1.3 分析方法

Physical Description：The vase has a reticulated exterior and an independently revolving interior.A small vase is set inside,the neck of which links with the exterior so it can rotate.The small vase has famille rose against white glaze.

2 结果与讨论

2.1 不同TCS投加量下的污泥减量效果

由图1可见，TCS投加量为0 mg/L时，污泥产率系数为0.490 mg/mg，随着TCS投加量的不断提高，污泥产率系数不断降低，当TCS投加量超过1.6 mg/L后，污泥减量程度变化不大，说明在代谢解偶联剂使用过程中应适当控制其投加量，投加量过多不仅会造成浪费，还抑制活性污泥系统中的微生物活性，而投加量过少则不能充分发挥代谢解偶联效果，因此，在污泥减量过程中，应根据污泥浓度适当投加代谢解偶联剂，使其更高效地发挥污泥减量化作用[18]。本研究中，综合考虑成本和污泥减量效果，后续长期实验TCS投加量均为1.6 mg/L。

不同TCS投加量下，污泥产率系数及减量效果见图1。

首先，鉴于专业教育既有的学术惯性，单独将创新创业浅层性嵌入到高校现有的课程体系和培养模式中，必不能起到预期的效果；同时，传统教师素质和教学方式也不能有效适应创新创业的发展期望。其次，创新创业的实践性诉求与专业教育的刻板化模式存在冲突，难以满足创新创业教育的需求。最后，创新创业教育与社区创客空间存在各自为政的碎片化局面，未能形成契合的联动效应。

SOUR的测定：用量筒取200 mL污泥混合液，将其移入有效容积为250 mL的锥形瓶中，室温静止5 min，沉淀。随后，将沉淀后的上清液分离到烧杯中，将上清液充分曝气，待DO达到饱和后，将其倒入原来沉降的锥形瓶中，迅速插入DO电极测定DO，计算SOUR；参考文献[16]测定污泥SATP；采用Burton比色法测定污泥DNA含量[17]；常规指标如COD、氨氮和MLSS等根据《水和废水监测分析方法》中指定方法测定。

  

图1 不同TCS投加量下污泥产率系数及污泥减量率Fig.1 Sludge yield coefficient and reduction percentage rate at different TCS dosage

2.2 TCS对污泥产率的影响

PHAs是微生物次级代谢产物中的一类高分子物质，其含量可以反映代谢变化情况，DNA含量常作为判断活性污泥系统中的微生物是否溶胞及溶胞程度的指标。对照组及实验组SBR系统PHAs与DNA的变化如图4所示。

  

图2 污泥产率系数及污泥减量率变化Fig.2 Changes of the sludge yield coefficient and sludge reduction rate

由图2可见，实验组第4天加入TCS后出现明显的污泥减量效果，第4～6天污泥产率系数均低于0.3 mg/mg，第7～35天，污泥产率系数相对稳定，说明开始添加TCS的一段时间内，污泥系统中的微生物突然受TCS影响，体内腺苷三磷酸(ATP)合成量减少或部分ATP用于对抗TCS，随着反应的进行，活性污泥系统中的微生物逐步适应TCS存在。在第36天停用TCS后，污泥产率系数逐渐恢复正常水平，说明系统中的微生物不会对TCS产生耐药性。在32 d的TCS用药期内，TCS能较好发挥污泥减量化作用，平均污泥产率系数由0.521 mg/mg降低到0.314 mg/mg，污泥减量率为39.73%。

2.3 TCS引起代谢解偶联作用

活性污泥及模拟污水：选用当地污水处理厂A2/O工艺二沉池活性污泥，冲洗数遍后分别置于SBR中培养驯化，使其混合液悬浮固体(MLSS)质量浓度达2 200 mg/L，待用。反应器中模拟进水COD为(500±50) mg/L，氨氮为为(12±3) mg/L，具体成分见表1。

取出烧瓶，瓶口向着光源，背衬以黑色背景，平视观察水面下4 cm范围内浮游生物，每瓶每次观察时间不少于3 min。必要时可用放大镜观察。发现毛蚴后，用毛细吸管吸出，均匀分滴于载玻片上，观察其游动状态，然后加1滴碘酒固定，在显微镜下（放大倍数为40～100倍）观察形态。毛蚴应与水中原生动物相鉴别。为提高检出率，如孵化阴性，可进行沉渣镜检虫卵。

  

图3 长期运行条件下对照组与实验组的COD去除率、SOUR及SATPFig.3 COD removal rate,SOUR and SATP of control group and experiment group in long-term operation

对两组SBR进行长期运行实验，其中实验组按照最佳投加量投加TCS，其中1～3 d为预试期，4～35 d为添加TCS期，36～42 d为停药期。实验过程中每天测定出水COD及系统比耗氧速率(SOUR，即污泥中单位质量MLSS在单位时间的耗氧量)，同时在实验第3、4、7、14、21、28、35、42天测定比三磷酸腺苷(SATP，用于表征单位污泥在单位时间内存储的能量)、胞内贮存物(PHAs)以及DNA含量，由于TCS能改变活性污泥系统中的微生物代谢活动，计算TCS对COD的去除率及SATP的抑制效果。

一是培训管理制度不够健全。班次审批制度、课堂管理制度、师资评估制度、学习考核评价制度及对教育培训机构、项目及课程的评估等都有待完善。二是考核体系需要完善。干部教育培训与干部的任职和晋升联系不够紧密，未能将教育培训机制与干部考核体系有机结合起来。三是培训经费保障不足。在部门进行预算管理时，对培训经费进行压缩，使得培训的经费保障不足，不能有效保障培训的时间、人数和质量，在一定程度上制约了培训目标的实现。

2.4 PHAs与DNA含量

代谢解偶联能使有机物的氧化与细胞内的氧化磷酸化解偶联，使污泥生物量减少，从而降低污泥产生量，TCS对长期污泥产率系数的影响见图2。

由图4(a)可见，对照组中PHAs平均值为16.70 mg/g，而实验组中PHAs平均值为23.76 mg/g，增加了42.28%。说明添加TCS造成微生物分泌更多的PHAs，使代谢增加。微生物产物具有屏障保护功能，使其免受代谢解偶联剂的影响。有研究表明，溶解性微生物产物含量随TCS添加量的增加而增大，当TCS添加量为10 mg/L时，胞外聚合物(EPS)中蛋白和多糖比值是相同运行条件下未添加TCS的5倍，有助于抵抗代谢解偶联剂的影响[19]。

工业和信息化部产业政策司副司长于晓东总结了近年来我国食品工业在四个方面取得的成绩：一是总量效益平稳增长，产业支柱地位稳固；二是产业结构不断优化，保障体系逐步完善；三是工业化和信息化“两化融合”日趋深入，新技术助力产业发展；四是科技支撑力度提升，创新发展后劲增强。

在污水处理中通常将出水上清液DNA含量作为污泥系统中微生物是否溶胞的指标[20]。由图4(b)可知，对照组与实验组出水DNA质量浓度分别为0.71～0.82、0.72～0.84 mg/L，平均DNA质量浓度总体差别不大，说明在污泥系统中投加TCS不会造成微生物溶胞，不存在溶胞-隐性生长的污泥减量机制。

3 结 论

(1) TCS能够较好地实现污泥减量化作用，但在污泥减量过程中，应根据污泥浓度适当投加代谢解偶联剂，使其更高效发挥其污泥减量化作用。

  

图4 长期运行条件下TCS对PHAs、DNA的影响Fig.4 Effect of TCS on the PHAs and DNA contents in the long-term operation

(2) 在SBR系统中添加TCS 1.6 mg/L时，COD去除率仅降低3.03百分点，但SOUR平均增加73.73%，SATP减少23.90%，说明TCS引起代谢解偶联作用。

(3) 在污泥系统中投加TCS不会造成微生物溶胞，不存在溶胞-隐性生长的污泥减量机制，代谢解偶联及代谢途径改变致使能量重新分配是TCS实现污泥减量的两个关键因素。

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