申請日2015.09.17

　　公開(公告)日2015.12.30

　　IPC分類號G01N30/02

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的步驟為：(1)生物膜取樣;(2)生物膜預(yù)處理;(3)測定生物膜三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的含量;(4)計(jì)算生物膜腺苷酸能荷，根據(jù)腺苷酸能荷數(shù)值判斷生物膜老化狀態(tài)，數(shù)值小于0.6即為老化狀態(tài)。本發(fā)明直接采用腺苷酸能荷判斷生物膜老化狀態(tài)，操作簡便、結(jié)果直觀、重復(fù)性好，適用于不同來源的生物膜，能顯著提高生物膜法污水處理運(yùn)營監(jiān)控的效率，保障生物膜法污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其步驟為：

　　(1)從污廢水處理系統(tǒng)中取出生物膜;

　　(2)生物膜預(yù)處理;

　　(3)測定生物膜的三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的含量;

　　(4)計(jì)算生物膜腺苷酸能荷，根據(jù)腺苷酸能荷數(shù)值判斷生物膜老化狀態(tài)，數(shù)值小于0.6 即為老化狀態(tài)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其特征在 于：所述步驟(1)中的污廢水處理系統(tǒng)是指應(yīng)用于處理市政污水、工業(yè)廢水、微污染水源水 的生物膜法處理單元，污廢水處理系統(tǒng)的類型包括好氧、兼氧和厭氧。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其特征在 于：所述步驟(1)中取出的生物膜在進(jìn)行預(yù)處理前用液氮速凍，或置于-20℃冷凍采樣箱， 或置于2℃冷藏采樣箱，置于2℃冷藏采樣箱中的時(shí)間不超過2小時(shí)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其特征在 于：所述步驟(2)中生物膜預(yù)處理的步驟為：

　　a.用無菌水將生物膜制成200～1000mg/L的懸浮液;

　　b.取生物膜懸浮液，加入等體積預(yù)冷的高氯酸溶液，150～200rpm條件下振蕩混勻;

　　c.將步驟b中制備的溶液離心，取上清液，用氫氧化鉀溶液和碳酸鉀溶液調(diào)節(jié)溶液pH 至6.0～6.5;

　　d.將步驟c中調(diào)節(jié)pH值后的溶液離心，取上清液，用高效液相色譜法測定。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其特征在 于：所述步驟b中的高氯酸溶液濃度為0.6mol/L，震蕩時(shí)間為3min;所述步驟c和步驟d 中的離心條件為：0℃、12000r/min，步驟c中離心時(shí)間為10min，步驟d中離心時(shí)間為5min; 所述步驟c中氫氧化鉀溶液濃度為6mol/L，碳酸鉀溶液濃度為2mol/L;所述步驟d中的上 清液用于后續(xù)檢測前用0.22μm濾膜過濾。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其特征在 于：所述步驟(3)中三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷標(biāo)樣的濃度梯度范圍為0.1～10 mg/L;步驟(4)中生物膜腺苷酸能荷的公式為：腺苷酸能荷=(mATP+0.5×mADP)/ (mATP+mADP+mAMP)，其中，mATP、mADP、mAMP分別代表測定的三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、單 磷酸腺苷的濃度，單位均為mg/L。

　　說明書

　　一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于生物膜污水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生 物膜老化狀態(tài)的方法。

　　背景技術(shù)

　　生物膜法又稱固定膜法，是與活性污泥法并列的一類廢水生物處理技術(shù)，具有水量水質(zhì) 適應(yīng)性強(qiáng)、對有機(jī)物的去除效果好并具良好硝化與反硝化功能、污泥量小、動(dòng)力費(fèi)用省等優(yōu) 點(diǎn)，長期以來獲得廣泛研究和應(yīng)用。生物膜是由粘附在載體(或填料)表面微生物形成的自 生胞外網(wǎng)狀聚合基質(zhì)內(nèi)的多物種構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化群落，通過在載體表面的附著生長、成熟和老 化膜脫落、新生膜生長等動(dòng)態(tài)循環(huán)過程，實(shí)現(xiàn)對污染物的好氧、兼氧及厭氧代謝。生物膜的 活性是污水得以凈化的客觀基礎(chǔ)，是生物膜法污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障。有效監(jiān)測 載體表面生物膜活性狀態(tài)、及時(shí)調(diào)控生物膜結(jié)構(gòu)及功能，是當(dāng)前生物膜污水處理領(lǐng)域重要而 緊迫的前沿性課題。

　　當(dāng)前，污水處理系統(tǒng)中生物膜活性的檢測方法主要包括三類：①間接表征，即以目標(biāo)污 染物的去除率為依據(jù)，這是污水處理中最為常用的一種方法，此方法可靠性高，但其僅為結(jié) 果檢驗(yàn)，非源頭表征，存在較大滯后性;②表觀特性檢驗(yàn)，即通過顯微鏡等觀察生物膜厚度， 以及用輪蟲等指示生物表征生物膜性能，此方法對操作者的經(jīng)驗(yàn)要求較高，誤差較大;③常 規(guī)活性指標(biāo)法，通過測定生物膜的揮發(fā)性固體含量、呼吸速率等常規(guī)指標(biāo)判斷其活性。如周 春生等(周春生，劉長松，生產(chǎn)性四級轉(zhuǎn)盤生物膜活性的測定與分析，環(huán)境科學(xué)，1991，13 (1)：28-32)在研究轉(zhuǎn)盤生物膜對廢水污染指標(biāo)(BOD5、CODcr、揮發(fā)酚)降解性能的同時(shí)， 測定了各級轉(zhuǎn)盤生物膜的揮發(fā)性固體、活性微生物數(shù)目以及TTC-脫氫酶活性等活性參數(shù)，指 出TTC-脫氫酶活性可能將會(huì)成為測定轉(zhuǎn)盤生物膜活性的有效參數(shù)。隨后，又出現(xiàn)了關(guān)于生物 膜活性測定中TTC-脫氫酶活性測定法的改進(jìn)的研究報(bào)道(李今，吳振斌，賀鋒，生物膜活性 測定中TTC-脫氫酶活性測定法的改進(jìn)，吉首大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，26(1)：37-39)。 中國專利申請?zhí)枮?01210077445.0，申請公布日為2012年8月15日的專利申請文件公開了 一種人工濕地填料生物膜活性的測定方法，根據(jù)人工濕地填料生物膜好氧微生物、厭氧微生 物、兼性微生物新陳代謝特征，采用同時(shí)監(jiān)測這3大類微生物在呼吸代謝中的常用電子受體 濃度的變化來反映其生物膜活性的高低，即發(fā)明了測定單位時(shí)間內(nèi)溶解氧(DO)含量、硝酸 根(NO3-)、硫酸根(SO42-)、三價(jià)鐵離子[Fe(III)]濃度變化來綜合反映生物膜的活性的方法， 提供了計(jì)算公式，具有可靠的理論依據(jù)，但是該發(fā)明的方法適用性差，不能廣泛用于各種生 物膜的性能檢測。揮發(fā)性固體含量法在不同來源的生物膜中誤差較大，呼吸速率法受測定過 程底物種類和濃度等影響較大，目前污水處理生物膜活性檢測尚缺乏一致性的判據(jù)。因此， 提供一種簡便、直觀的檢測生物膜老化狀態(tài)的方法非常重要。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　1.要解決的問題

　　針對現(xiàn)有的生物膜活性測定方法不能直觀的對污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)進(jìn)行檢 測的問題，本發(fā)明提供一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法。鑒于生物膜在代 謝污染物時(shí)總伴隨能量變化這一核心本質(zhì)，本發(fā)明創(chuàng)新性地直接采用檢測腺苷酸能荷判斷生 物膜老化狀態(tài)，操作簡便、結(jié)果直觀、重復(fù)性好，在污廢水處理系統(tǒng)生物膜調(diào)控及系統(tǒng)除污 增效中具有廣泛應(yīng)用前景。

　　2.技術(shù)方案

　　為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

　　一種檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法，其步驟為：

　　(1)從污廢水處理系統(tǒng)中取出生物膜;

　　(2)生物膜預(yù)處理;

　　(3)測定生物膜三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的含量;

　　(4)計(jì)算生物膜腺苷酸能荷，根據(jù)腺苷酸能荷數(shù)值判斷生物膜老化狀態(tài)，數(shù)值小于0.6 即為老化狀態(tài)。

　　優(yōu)選地，所述步驟(1)中的污廢水處理系統(tǒng)是指應(yīng)用于處理市政污水、工業(yè)廢水、微污 染水源水的生物膜法處理單元，污廢水處理系統(tǒng)的類型包括好氧、兼氧和厭氧。

　　優(yōu)選地，所述步驟(1)中取出的生物膜在進(jìn)行預(yù)處理前用液氮速凍，或置于-20℃冷凍 采樣箱，或置于2℃冷藏采樣箱，置于2℃冷藏采樣箱中的時(shí)間不超過2小時(shí)。

　　優(yōu)選地，所述步驟(2)中生物膜預(yù)處理的步驟為：

　　a.用無菌水將生物膜制成200～1000mg/L的懸浮液;

　　b.取生物膜懸浮液，加入等體積預(yù)冷的高氯酸溶液冰浴提取1min，150～200rpm條件下 振蕩混勻;

　　c.將步驟b中制備的溶液離心，取上清液，用氫氧化鉀溶液和碳酸鉀溶液調(diào)節(jié)溶液pH 至6.0～6.5;

　　d.將步驟c中調(diào)節(jié)pH值后的溶液離心，取上清液，用高效液相色譜法測定。

　　優(yōu)選地，所述步驟b中的高氯酸溶液濃度為0.6mol/L，震蕩時(shí)間為3min;所述步驟c 和步驟d中的離心條件為：0℃、12000r/min，步驟c中離心時(shí)間為10min，步驟d中離心時(shí) 間為5min。

　　優(yōu)選地，所述步驟c中氫氧化鉀溶液濃度為6mol/L，碳酸鉀溶液濃度為2mol/L;所述 步驟d中的上清液用于后續(xù)檢測前用0.22μm濾膜過濾。

　　優(yōu)選地，所述步驟(3)中測定生物膜三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的含量的步 驟為：

　�、俨捎酶咝б合嗌�譜法分別建立三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的峰面積與濃度 之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合線性方程;

　�、诓捎貌襟E①中相同的方法測定步驟d中制備的上清液中的三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和 單磷酸腺苷的峰面積，以步驟①中的線性方程計(jì)算三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的 濃度。

　　優(yōu)選地，所述步驟①中建立標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和單磷酸腺苷的標(biāo)樣 濃度梯度范圍均為0.1～10mg/L。

　　優(yōu)選地，所述步驟(4)中計(jì)算生物膜腺苷酸能荷的公式為：腺苷酸能荷=(mATP+0.5×mADP) /(mATP+mADP+mAMP)，其中，mATP代表步驟②中計(jì)算得到的三磷酸腺苷的濃度，mADP代表步 驟②中計(jì)算得到的二磷酸腺苷的濃度，mAMP代表步驟②中計(jì)算得到的單磷酸腺苷的濃度，單 位均為mg/L。

　　3.有益效果

　　相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

　　(1)本發(fā)明提供的檢測污廢水處理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)的方法填補(bǔ)了當(dāng)前對污廢水處 理系統(tǒng)中生物膜老化狀態(tài)進(jìn)行檢測的空白;

　　(2)本發(fā)明基于細(xì)胞能量代謝基本原理，同時(shí)檢測三種磷酸腺苷，將腺苷酸能荷的應(yīng)用 從單細(xì)胞或單組分細(xì)胞集群拓展到復(fù)雜多組分、異質(zhì)性微生物集群的生物膜，進(jìn)一步量化表 征了生物膜的老化狀態(tài)，克服了間接表征的滯后性、表觀特性檢測的較大誤差以及常規(guī)活性 指標(biāo)檢測的不一致性，操作簡便、結(jié)果直觀、重復(fù)性好;

　　(3)采用本發(fā)明方法，無需對污廢水處理系統(tǒng)中水質(zhì)、污染物去除率等進(jìn)行復(fù)雜檢測分 析，適用于不同來源的生物膜，實(shí)用性強(qiáng)，能顯著提高生物膜法污水處理運(yùn)營監(jiān)控的效率， 保障生物膜法污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行