本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，涉及一種通過對活性污泥呼吸圖譜的分析，評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的方法。

背景技術(shù)：

活性污泥工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的污水處理技術(shù)，占城市污水處理工藝的90％以上和工業(yè)廢水處理工藝的50％左右。而活性污泥工藝的核心就是活性污泥，污廢水處理效果的優(yōu)劣取決于活性污泥中微生物的特性，然而環(huán)境條件的變化往往會影響活性污泥結(jié)構(gòu)和活性的變化，從而影響污廢水的處理效果。由此，了解活性污泥對環(huán)境變化的耐受程度，或者說評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境就顯得尤為重要。

目前，大量研究主要集中在活性污泥的活性測定上，而鮮有對活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境進(jìn)行評估的方法。測定活性污泥活性的方法有很多，包括活性污泥ATP含量測定法、活性污泥耗氧速率測定法、以及脫氫酶活性法等?；钚晕勰嘀蠥TP含量比較穩(wěn)定，生物的生長速度不會影響ATP/活生物量比例，生物死亡后ATP馬上消失。ATP的濃度與活性污泥生物量直接相關(guān)，也與活性污泥微生物的新陳代謝速度直接相關(guān)。高活性的活性污泥，微生物具有高新陳代謝速度，細(xì)胞內(nèi)有高濃度的ATP；活性污泥耗氧速率(OUR)可以提供活性污泥活性的基本信息，當(dāng)OUR值為20～40g O2/(kgVSS·h)時，表明活性污泥具有活性，若OUR值為5～10g O2/(kgVSS·h)時，其值較低，表明活性污泥活性較差；脫氫酶活性法是利用脫氫酶催化有機物脫氫，然后氫被傳遞給特定的受氫體(在好氧處理時，最后的受氫體是分子氧)，而廢水的生物處理就是利用微生物的作用而使廢水中的有機物分解為較為簡單的化合物，因此，脫氫酶的活性也代表了活性污泥的活性。但是以上這些都是對活性污泥活性的測定，目前并沒有直接的方法評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境。

再加上在現(xiàn)有的中小型污水處理廠中，由于人才、設(shè)備的缺乏，無法簡單、快捷的對環(huán)境(如：DO、溫度、pH、化學(xué)藥劑添加量等)條件變化下活性污泥是否能適應(yīng)環(huán)境的改變，進(jìn)行準(zhǔn)確的評估和判斷?；谝陨犀F(xiàn)狀，提出一種方法，即通過呼吸圖譜分析建立了一種簡單易行的評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的方法成為目前本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的方法，該方法利用好氧條件下獲得活性污泥呼吸圖譜DO-t曲線，通過擬合得到其斜率，繼而繪制出OURe/OURt-t的一條曲線，由OURe/OURt-t曲線的變化趨勢，準(zhǔn)確評估活性污泥是否適應(yīng)環(huán)境。

作為一種評估活性污泥是否適應(yīng)環(huán)境的方法，污水廠活性污泥測試結(jié)果表明：我們發(fā)明的基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的方法能夠準(zhǔn)確、高效的對活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境進(jìn)行評估。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

1.根據(jù)本發(fā)明實施例提供的一種基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的方法，該方法包括以下步驟：

1)取污水處理廠活性污泥，用緩沖溶液對活性污泥進(jìn)行多次清洗，并且充分曝氣，使活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)；

2)在活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)后，充分?jǐn)嚢?，得到第一段呼吸圖譜DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為活性污泥內(nèi)源呼吸速率OURe；

3)在步驟2)活性污泥中分別加入氮源和碳源，然后充分曝氣至溶氧DO達(dá)7mg/L以上，充分?jǐn)嚢?，得到另一段呼吸圖譜DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為總呼吸速率OURt；

4)重復(fù)步驟1)-3)，分別得到隨時間變化的內(nèi)源呼吸速率OURe值與污泥總呼吸速率OURt值；

5)用OURe/OURt比值繪制關(guān)于時間t的曲線，根據(jù)OURe/OURt-t曲線的變化趨勢，評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境，若曲線呈先上升后平穩(wěn)或先上升后下降趨勢，預(yù)示活性污泥可以適應(yīng)新環(huán)境；若曲線呈持續(xù)上升趨勢，預(yù)示活性污泥不適應(yīng)新環(huán)境；

所述可適應(yīng)的新環(huán)境包括：活性污泥從正常溶氧轉(zhuǎn)為低溶氧的環(huán)境；活性污泥中加氯量為低氯量的環(huán)境；

所述活性污泥不適應(yīng)的新環(huán)境包括：活性污泥中加氯量為高氯量的環(huán)境。

進(jìn)一步，所述步驟1)中，活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)的具體過程為：

取污水處理廠的活性污泥300ml，并用體積比1:3的比例添加自來水對泥進(jìn)行稀釋，將活性污泥樣品通過攪拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀釋液的1/2體積，然后用PBS緩沖溶液以0.2ml/s，進(jìn)3s洗滌活性污泥一次，如此重復(fù)洗泥3次，之后添加自來水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，即1.2L，曝氣2h，活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述步驟2)、3)中，呼吸圖譜DO-t曲線通過下述條件控制獲得：

控制DO下降階段持續(xù)時間t：5≤t≤25min和DO下降階段變化范圍：6.0≤DO≤4.0mg/L。

進(jìn)一步，步驟2)、3)中獲得呼吸圖譜DO-t曲線過程的溫度控制為8～45℃。

進(jìn)一步，步驟1)中，所述清洗污泥的緩沖溶液為PBS緩沖溶液，該緩沖溶液為以下組分混合液：

A：KH₂PO₄濃度為1.5～2.5mmol·L^-1；

B：Na₂HPO₄濃度為8～12mmol·L^-1；

C：NaCl濃度為135～140mmol·L^-1；

D：KCl濃度為2.5～3.0mmol·L^-1。

進(jìn)一步，步驟3)中所述對污泥加入氮源按質(zhì)量比每1g活性污泥中加入3～14mg氮元素質(zhì)量含氮化合物。

進(jìn)一步，步驟3)中所述對污泥加入氮源為含氮元素?zé)o機物或含氮元素有機物，所述含氮元素?zé)o機物為氯化銨或硫酸銨；所述含氮元素有機物為尿素。

進(jìn)一步，步驟3)中所述對污泥加入碳源按質(zhì)量比每1g活性污泥中加入200～700mg含碳元素有機物；所述碳源為單一碳源：乙酸鈉、葡萄糖，或淀粉。

進(jìn)一步，所述投加氮源與碳源的質(zhì)量比按照干活性污泥比例投加。

進(jìn)一步，所述正常溶氧DO為2-4mg/L，所述低溶氧為DO＜0.5mg/L；

所述低氯量為活性污泥中NaClO≤8‰，高氯量為活性污泥中NaClO≥15‰。

進(jìn)一步，所述活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的判定方法為：

根據(jù)OURe/OURt-t曲線的變化趨勢判斷活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境：①曲線呈先上升后平穩(wěn)或先上升后下降趨勢，預(yù)示活性污泥可以適應(yīng)新環(huán)境；②曲線在環(huán)境條件改變一周后仍在上升，即呈持續(xù)上升趨勢，說明內(nèi)源呼吸速率OURe在增加，相應(yīng)的功能性菌群的呼吸速率在減弱，預(yù)示活性污泥無法適應(yīng)新環(huán)境，功能性菌群的活性將持續(xù)下降直至消失，最終解體；③曲線呈下降趨勢，預(yù)示新環(huán)境有利于功能性菌群的生存，有利于活性污泥的生長。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)本發(fā)明找到呼吸圖譜中內(nèi)源呼吸速率OURe與總呼吸速率OURt比值(OURe/OURt)隨時間t的變化趨勢與活性污泥適應(yīng)新環(huán)境與否之間的關(guān)系，可以準(zhǔn)確評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境，進(jìn)而為解決指示活性污泥適應(yīng)新環(huán)境的指標(biāo)提供了有效的判定方法，具有一定的指導(dǎo)意義。

2)本發(fā)明方法檢測方便。步驟簡單易行，且測試設(shè)備自動化，例如使用西安綠標(biāo)水環(huán)境科技有限公司提供的WBM系列污水處理智慧運行工作站，即可在無人操作的情況下自動化對待測試污泥進(jìn)行測試。

3)本發(fā)明所運用的參數(shù)并非水質(zhì)這種非直觀表征污水廠運行情況的指標(biāo)，而是關(guān)注在污水處理的核心主體污泥上。污泥的自身狀態(tài)才是真正影響污水廠運行的關(guān)鍵。而本發(fā)明所提供的以活性污泥內(nèi)源呼吸比(OURe/OURt)關(guān)于時間t的變化趨勢，作為活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的預(yù)示指標(biāo)，更是在檢測中簡單直觀易行。

附圖說明

圖1(a)(b)(c)(d)分別為西安市某污水廠活性污泥在降低DO和投加不同量的次氯酸鈉條件下，所得到的(OURe/OURt)-t曲線。

具體實施方式

下面通過附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明通過對活性污泥呼吸圖譜分析來評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境。

本發(fā)明評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境，包括以下步驟：

1)取污水處理廠活性污泥300ml，用體積比1:3的比例添加自來水對泥進(jìn)行稀釋，將活性污泥樣品通過攪拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀釋液的1/2體積，然后用PBS緩沖溶液以0.2ml/s，進(jìn)3s洗滌活性污泥一次，如此重復(fù)洗泥3次，之后添加自來水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，即1.2L，并且充分曝氣2h，使活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)；

緩沖溶液為以下組分混合液：

A：KH2PO4濃度為1.5～2.5mmol·L^-1；

B：Na2HPO4濃度為8～12mmol·L^-1；

C：NaCl濃度為135～140mmol·L^-1；

D：KCl濃度為2.5～3.0mmol·L^-1。

2)進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)后進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，獲得第一段DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為活性污泥內(nèi)源呼吸速率OURe；

3)在步驟2)結(jié)束后，污泥加入氮源按質(zhì)量比每1g活性污泥中加入3～14mg含氮元素?zé)o機物(氯化銨或硫酸銨)或含氮元素有機物(尿素)。再加入碳源按質(zhì)量比每1g活性污泥中加入200～700mg含碳元素有機物(乙酸鈉，葡萄糖或淀粉)。充分曝氣至溶氧DO達(dá)7mg/L以上，充分?jǐn)嚢?，最后得到另一段呼吸圖譜DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為總呼吸速率OURt；

呼吸圖譜DO-t曲線滿足條件：控制DO下降階段持續(xù)時間t：5≤t≤25min和DO下降階段變化范圍：6.0≤DO≤4.0mg/L。獲得呼吸圖譜DO-t曲線過程的溫度控制為8～45℃。

投加氮源與碳源的質(zhì)量比按照干活性污泥比例投加。

4)重復(fù)步驟1)～3)，分別得到隨時間變化的內(nèi)源呼吸速率OURe值與污泥總呼吸速率OURt值。

5)用OURe/OURt比值繪制關(guān)于時間t的曲線，根據(jù)OURe/OURt-t曲線的變化趨勢，評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境：①曲線呈先上升后平穩(wěn)或先上升后下降趨勢，預(yù)示活性污泥可以適應(yīng)新環(huán)境；②曲線在環(huán)境條件改變一周后仍在上升，即呈持續(xù)上升趨勢，說明內(nèi)源呼吸速率OURe在增加，相應(yīng)的功能性菌群的呼吸速率在減弱，預(yù)示活性污泥無法適應(yīng)新環(huán)境，功能性菌群的活性將持續(xù)下降直至消失，最終解體；③曲線呈下降趨勢，預(yù)示新環(huán)境有利于功能性菌群的生存，有利于活性污泥的生長。

其中，功能性菌群包括自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌。

總呼吸速率OURt＝內(nèi)源呼吸速率OURe+以去除氨氮為主的自養(yǎng)菌的呼吸速率+去除BOD₅的異養(yǎng)菌的呼吸速率。

活性污泥可適應(yīng)新環(huán)境包括：

①活性污泥在正常溶氧轉(zhuǎn)為低溶氧的環(huán)境；正常溶氧DO為2-4mg/L，所述低溶氧為DO＜0.5mg/L；②活性污泥中加氯量≤8‰的環(huán)境。

活性污泥無法適應(yīng)新環(huán)境包括：活性污泥中加氯量為NaClO≥15‰的環(huán)境。

下面通過具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明效果。

1)對來源于西安市某污水處理廠A²/O工藝活性污泥進(jìn)行取樣；

2)選擇西安綠標(biāo)水環(huán)境科技有限公司提供的WBM450系列智慧運行工作站作為獲得活性污泥呼吸圖譜DO-t曲線的設(shè)備；

3)取污水處理廠活性污泥300ml，并用體積比1:3的比例添加自來水稀釋，將活性污泥樣品通過攪拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀釋液的1/2體積，用PBS緩沖溶液洗泥3次，之后添加自來水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，即1.2L，充分曝氣2h，活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)；

4)在步驟3)污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸后，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?0min，獲得呼吸圖譜DO-t曲線，取溶氧為6-4mg/l的區(qū)間段，擬合得到其斜率，即得到內(nèi)源呼吸速率OURe；

表1給出了本實驗中不同實施例工藝參數(shù)情況例舉。

表1不同實施例原料工藝參數(shù)

5)在步驟4)結(jié)束后，加入氮源，使得氨氮濃度為50mg/l，加入碳源，使得容器內(nèi)COD濃度為300mg/l，然后充分曝氣至溶氧DO達(dá)7mg/L以上水平，之后進(jìn)行充分?jǐn)嚢?0min，在溫度下得到另一段呼吸圖譜DO-t曲線，取溶氧為6-4mg/l的區(qū)間段，擬合得到其斜率，則會得到污泥加氮加碳后的總呼吸速率OURt；

6)在降低DO(<0.5mg/l)和投加不同量的次氯酸鈉(2‰、8‰、15‰)的基礎(chǔ)上重復(fù)以上步驟對污泥進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，得到各自條件下隨時間變化的內(nèi)源呼吸速率OURe值與污泥總呼吸速率OUR值，用OURe/OURt比值繪制關(guān)于時間t的曲線。

實施例分析：

取西安市某污水處理廠A²/O工藝活性污泥，通過降低DO(其中正常DO為2-4mg/L)，和投加不同量的次氯酸鈉，測得各自條件下的呼吸圖譜DO-t曲線。由獲得的呼吸圖譜DO-t曲線，得到各環(huán)境條件下的OURe/OURt曲線，如圖1所示。圖1(a)是反應(yīng)器在正常溶氧下運行一段時間，后轉(zhuǎn)為低溶氧(<0.5mg/L)環(huán)境，一段時間后再改變其環(huán)境，將其恢復(fù)至正常溶氧同時加入15‰的NaClO，活性污泥OURe/OURt-t的曲線變化圖；而圖1(b)是重啟實驗后，活性污泥在正常溶氧下生存一段時間，后轉(zhuǎn)為低溶氧(<0.5mg/L)下生存的OURe/OURt-t曲線變化圖；圖1(c)(d)為同時間的兩個試驗，圖中矩形折線表示NaClO的投加過程，在加入2‰后一段時間加入8‰而后停止投加NaClO的活性污泥OURe/OURt-t曲線變化圖。發(fā)現(xiàn)在投加不同量的次氯酸鈉后，高氯量(15mg/g SS)下污泥發(fā)生解體，即污泥無法適應(yīng)新環(huán)境；而在低氯量(2‰、8‰)下污泥則不會解體，即污泥可以適應(yīng)新環(huán)境，在降低DO的試驗中，污泥未發(fā)生解體，即污泥可以適應(yīng)新環(huán)境。對比其各自條件下的OURe/OURt-t曲線，顯而易見：①曲線在低溶氧或低氯量環(huán)境條件下呈先上升后平穩(wěn)或先上升后下降趨勢，在加入2‰后一段時間再加入8‰NaClO后停止加氯，曲線也呈先上升后下降趨勢，預(yù)示活性污泥可以適應(yīng)新環(huán)境，其短暫性上升是因為微生物在進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整；②在15‰的高氯量環(huán)境條件下曲線呈持續(xù)上升趨勢，預(yù)示活性污泥無法適應(yīng)新環(huán)境，功能性菌群的活性持續(xù)下降直至消失，最終解體。③曲線呈直接下降趨勢，預(yù)示新環(huán)境有利于功能性菌群的生存，有利于活性污泥的生長。這與實驗獲得的OURe/OURt-t曲線變化趨勢所反映的活性污泥情況一致，完全吻合。也就是說，通過取污水處理廠活性污泥獲得呼吸圖譜DO-t曲線，根據(jù)其得到OURe/OURt-t曲線，通過此曲線的變化趨勢，便可準(zhǔn)確評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境。

綜上可見，本發(fā)明是一種基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應(yīng)新環(huán)境的方法。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，采用調(diào)整DO量和氯的投加量的方式，控制DO-t曲線DO下降階段持續(xù)時間t、DO下降階段的變化范圍，從而得到呼吸圖譜DO-t曲線，繼而得到OURe/OURt-t曲線過程中，在此僅僅給出了較佳的實施例，除此，本發(fā)明權(quán)利還包括其他環(huán)境因素的改變，如溫度、pH等。任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。