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3.3 TCS
TCS是肥皂、洗涤剂和香波的组成部分，它在活性污泥中减少污泥产量上是一种最常见、有效的化学解偶联剂。根据Chen等[10]研究表明，TCS能有效降低分批培养物和连续培养物中的污泥量，尤其时连续培养物，在30天的序批式活性污泥运行中，当TCS浓度大于0.4 mgL-1时，它能够有效的减少剩余污泥产率，当其浓度为0.8～1.0时mgL-1，能够减少污泥产量40％，且在该浓度下，基质去除能力不会受到影响。同时也发现，污泥生长减慢的原因在于微生物的活性与活性细胞占总细胞的比例升高相关联，TCS的加入使得系统的比氧气吸收率（SOUR）增加（在叶芬霞等的研究中也有类似的结果[5]）。TCS浓度为1.0 mg L-1时，可以提高微生物活性42％，增加活性细胞3-4％。叶芬霞等[5]在对TCS的研究中发现，在60天的完全混合活性污泥运行中，当TCS浓度为0.5mg L-1时，可以减少剩余污泥产量30％，运行期间，COD去除率和污泥沉降性未见明显的变化，但是出水氨氮和总氮浓度升高。通过镜检发现，添加TCS运行60天后，生物种群发生了改变，丝状菌增加，原生动物和后生动物的数量和种类减少，且污泥活性降低。
3.4 氨基酸
氨基酸是一种比硝基酚、氯酚更强的解偶联剂。但由于氨基酸的种类较多，对基质的去除率影响较大，所以到目前为止国内外对它的研究较少。据Xie研究表明[15]，当氨基酸浓度为20 mg L-1时，没有剩余污泥产生，但是COD去除率也下降了56％。
3.5 几种化学解偶联剂作用效果的比较
通过对国内外关于化学解偶联剂的报道研究发现[7, 12～16]，虽然这些解偶联剂包括各种不同分子结构的化合物，但它们有一个共同特点就是都是亲脂性弱酸；在作用效果上，硝基酚类化合物比氯酚类化合物的污泥减量化效果要好,最有效的解偶联剂是oNP，mCP，DNP和TCP；就解偶联剂的毒性而言，一般情况下硝基酚类化合物大于氯酚类化合物， TCS最小。
3.6添加化学解偶联剂可能存在的负面影响
通过生物化学解偶联的能量消耗方法可能是一种有着巨大发展潜力的剩余污泥减量化技术。在活性污泥法中，加入适量的化学解偶联剂能不同程度的减少剩余污泥产量。但是，也可能产生其他一些经济、运行和环境等问题。
1. 系统的基质去除率有较小的下降。污泥产率的下降将导致污水中COD和氨氮的去除率下降，不同程度的影响出水效果。
2. 污泥的性能发生了改变。解偶联剂可能对不同种类的生物的生长速率影响不同，使活性污泥中的种群动力学和优势种群发生了变化，原生动物和后生动物减少可能使污泥凝聚能力降低，丝状菌增加会导致污泥膨胀，沉降性降低；
3. 系统需氧量大大增加。在传统活性污泥工艺中，一般曝气占工厂总能源费用的50％以上。研究表明[5]，解偶联剂的加入将使系统的需氧量提高30％～50％。这样的话，系统的运行成本将增加15％以上。
4. 大多数化学解偶联剂是异型生物质，它们对环境有潜在的危害，解偶联剂的毒性和微生物的驯化值得关注。
4、 影响解偶联剂作用的因素
许多因素可以影响解偶联剂减少剩余污泥产量的效果，如解偶联剂浓度、解偶联剂性质、污泥浓度、温度、pH值和投料方式等。此外微生物对不同类型的解偶联剂表现出不同的生理状况的亲和力和不同的生存能力[16].
4.1解偶联剂浓度
大量的研究表明[10～15]，污泥的表观增长率（Yobs）与解偶联剂的浓度存在拟线性关系，也就是污泥的产率与解偶联剂浓度成反比关系，解偶联剂浓度越大，污泥的产率就越低。但是，解偶联剂的浓度存在一个临界值，即当污泥产率为零时对应的解偶联剂浓度。当浓度大于临界值时，污泥的产率也始终为零。该现象可以用以下理论来解释。在不加解偶联剂的微生物培养基中，用于生成ATP的质子动力势（pmf）可定量如下：pmf=△Ψ-2.3RT△pH /F.△Ψ为膜势，△pH是膜内侧到外侧的pH梯度，它是一个负值。当解偶联剂加入到培养基中，由于解偶联剂向膜内侧释放质子，使△pH从负值变为正值，pmf将减少，释放的质子越多，pmf减少越多，直到为零。使产生ATP的pmf完全消失时的解偶联剂浓度即为临界值[30].在Low[11,12]等对含有DNP的活性污泥分批培养物研究中也证实了该理论，当DNP浓度为20 mg L-1时，污泥产率为零，当DNP浓度为120 mg L-1时，也没有剩余污泥产生。
4.2 解偶联剂性质
污泥产率的控制效果与解偶联剂的酸性强弱有关（除DCP外），解偶联剂的酸性越强，即pKa值越低，污泥减量化效果越强[16].低pKa值有利于氯酚类和硝基酚类解偶联剂中的酚羟基脱质子，在含有解偶联剂在培养基中，解偶联剂的pKa值对△pH值的影响很大，即低pKa值使pmf弱化，进一步使污泥产量下降。Yang等[16]报道，间氯酚（pKa＝9.10）的污泥减量化效果好于对氯酚（pKa＝9.10）；邻硝基酚（pKa＝7.222）的污泥减量化效果好于间硝基酚（pKa＝8.360）。
4.3 pH值
活性污泥法处理生活污水的最适合的pH范围是7.0～7.5，有效pH范围是6.5～8.5.Simon发现酸性条件有利于提高有机质子载体的解偶联活性，在低pH时质子和载体化合物结合增强。Low和Chase[18]发现，单独降低pH对污泥产量没有影响，但pH降低可质子载体诱导的污泥下降，在pH＝6.2时，进水中对硝基苯酚浓度为100 mg L-1，污泥产量下降77％。
4.4 温度
在活性污泥工艺中，温度对系统的影响不是很大，温度主要影响微生物活性，温度过低，活性污泥中微生物的活性将降低，导致基质去除效果下降，从而解偶联剂的解偶联作用也会减弱。温度过高，则将限制一些微生物的生长，也会降低解偶联作用。一般温度维持在15～25℃的废水原有范围内。目前，国内外的很多研究都将温度控制在25℃左右，但对于异常温度下的解偶联作用报道较少。
4.4 污泥浓度
污泥的浓度也将对解偶联剂作用效果产生影响。在解偶联剂浓度不变时，随污泥浓度的升高，污泥产率逐渐提高，说明在高浓度污泥条件下，范围污泥的解偶联剂的浓度较低，使得解偶联剂的效果下降[5,22].可以看出，高污泥浓度将弱化解偶联剂的效果。因此，采用比解偶联剂浓度（解偶联剂浓度/污泥浓度）来表示解偶联剂作用效果更为合理。
4.5 投加方式
解偶联剂投加方式的差异将影响污泥的产率。总的来讲，固体投加的效果好于液体投加，一次性投加比分批小剂量投加对污泥的减量化效果要好。叶芬霞[7]等在对TCS的解偶联作用研究中发现，当每天投加TCS固体12 mg时（相当于1.0mg L-1左右），剩余污泥量比对照减少 49％，污泥的减量化效果明显好于液体投加。同时，在对TCS投加剂量的研究中发现[5,7]，在相同条件下，每天投加12mgTCS，污泥产量比对照下降了33％，而两天投加24mgTCS，污泥产量比对照下降了55％，上升了22％。Cook等[28]报道：当用质子载体TCS处理细胞时，细胞的电化学质子梯度被废除，葡萄糖用量的确定比值将增加两倍。在该种情况下，无论ATP是否需要，电子传输可能都以高速度运行。
4.6 解偶联剂作用的模型
大量的研究表明[11,14,21,22,24]，污泥表观增长率（Yobs）随着最初基质浓度（S0）与最初生物量浓度（X0）的比值的增大而明显下降。也就是说同化作用与异化作用在基质充足的情况下会明显地相互分离而解偶联，Cook和Russell[7,21]研究发现，在牛链球菌（Streptococcusbovis）对数生长期培养物中加入氯霉素后，将停止生长，但仍然消耗葡萄糖，其速率是指数生长细菌消耗速率的三分之一，比维持速率高10倍，热产率仍相当高。因此，S0/X0 的比值是在能量充足条件下产能代谢解偶联的重要影响因素。Liu[22]基于基质反应平衡的原理，发展了以S0/X0为变量的污泥生长模型,这种模型可应用于基质充足的序批式活性污泥处理过程。表达形式为：
式中，（ Yobs）max 和（ Yw） min 分别是在基质限制条件下最大表观生长率和与能量有关的最小的生长率。Ks/x是与S0/X0 有关的饱和常数。这个方程已被大量试验数据所证实。方程（5）也表明从能量解偶联的角度来看，合成代谢和分解代谢可以分离， S0/ X0 可与能量解偶联剂起到同样的作用。另有研究表明[2,14], 当生物量较高时, 一定浓度的解偶联剂的解偶联能力会降低。
一些研究者利用非离子氨与硝化细菌的浓度的比率来描述非离子氨对硝化细菌的抑制, 结果发现[25,26,27]：用S0/ X0 比仅用非离子氨能够更好的反映非离子氨对硝化细菌的抑制程度。因此, 解偶联剂对单位生物量的真正影响强度应该表达为Cu/X0的比。因而上述的方程可被表述为下面的形式[2,13]：
（Yobs）max 是在没有解偶联剂的情况下最大生长率；Cu 是菌群中最初的化学解偶联剂的浓度, Ku/ x是与Cu/X0 有关的饱和常数。从方程（6）中可以得知，化学解偶联剂对微生物动力学的影响应该根据初始生物量浓度的增加而减少。由于基质中存在解偶联剂，用于细胞合成的转化能量效率将降低。在没有解偶联剂存在的情况下, Cu =0，Yobs接近于（Yobs）max.很明显，当Cu/X0＝0时，可以根据1/Yobs与Cu/X0的曲线能估计出（Yobs）max.用类似Liu设想的图解法也可以确定（Yw）min和Ku/x的值[23,24].
到目前为止，对于定量描述Yobs和Cu/X0比率之间的关系，还很少有值得利用的信息。方程（6）不是严格来自理论，可看作半经验模型，然而，试验结果很清楚的表明，该模型对于在不同Cu/X0比值条件下得到的Yobs值能够提供一个合理的定量的解释。
5、结论
在活性污泥工艺中加入化学解偶联剂来减少剩余污泥产率是很有效的。该技术具有易控制，运行稳定，有较强操作适应性的优点。但是解偶联剂的污泥减量化机理还不是很清楚，解偶联剂加入会导致运行成本增加，主要包括曝气成本和化学解偶联剂成本。化学解偶联剂对环境的危害也不容忽视。这些都是限制它工业化的主要原因。
均衡污泥减量化带来的运行成本降低和解偶联剂加入导致的运行成本增加，可知用化学解偶联剂使剩余污泥减量化的活性污泥工艺在工程实践中有很强的应用前景。
今后研究重点应该放在建立更合适的解偶联剂应用的数学模型，改进解偶联剂投料方式及投加量，更深入的分析微生物种群变化，提出更加有效的解偶联剂选择标准，寻找更廉价、更具有环境友好性的解偶联剂，研究解偶联剂长期应用对环境的影响。
责任编辑：伊Ⅴ依
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