申请日2016.07.15
公开(公告)日2016.09.14
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，1)从待测污水生物脱氮系统内接种生物膜或活性污泥至测试容器中，然后加入与待测污水生物脱氮系统同种废水至测试容器中，参照待测污水生物脱氮系统调控参数运行2h以上;2)向测试容器中加入15N标记NaNO2溶液，NaNO2溶液最终浓度为1‑2 uM，搅拌混匀运行测试容器;3)分两次取测试容器中水样，取样后检测样品中亚硝氮浓度和亚硝氮中15N同位素丰度;4)将检测结果带入计算公式即可计算出亚硝酸盐产生速率和亚硝酸盐降解速率。本方法测量准确，解决了现有方法中间产物生成与降解速率测定的难题，实现了复杂体系中单一过程的检测。
权利要求书
1.一种检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)从待测污水生物脱氮系统内接种生物膜或活性污泥至测试容器中，然后加入与待测污水生物脱氮系统同种废水至测试容器中，生物膜或活性污泥湿重与废水质量体积比为200-300g﹕700-800mL;然后参照待测污水生物脱氮系统调控参数运行2h以上;
2)向步骤1)测试容器中加入15N标记NaNO2溶液，使得添加后15N标记NaNO2溶液最终浓度为1-2uM的，15N标记NaNO2溶液母液中15N原子丰度为20%-50%，搅拌混匀后运行测试容器并开始计时;
3)分两次取步骤2)测试容器中水样，两次取样时间都控制在加入NaNO2溶液后12h以内，取样后立即检测样品中亚硝氮浓度，同时检测亚硝氮中15N同位素丰度;
4)根据式(1)计算亚硝酸盐产生速率，即亚硝化速率，根据式(2)计算亚硝酸盐降解速率：
F0=[(C1-C2)*ln(A1/A2)]/[t2-t1)*ln(C1/C2)] (1)
F1=F0-(C2-C1)/(t2-t1) (2)
其中，F0、F1分别表示亚硝酸盐产生速率与降解速率，t1、t2分别代表前后两个取样时间点，C1、C2分别代表t1、t2时刻样品中亚硝酸盐浓度(uM)，A1、A2分别代表t1、t2时刻样品中亚硝酸盐15N同位素丰度。
2.根据权利要求1所述的检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，其特征在于：步骤3)取样间隔不超过3h。
3.根据权利要求1所述的检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，其特征在于：步骤1)待测污水生物脱氮系统调控参数包括曝气或搅拌方式、DO浓度、温度及pH值。
4.根据权利要求1所述的检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，其特征在于：步骤1)添加的废水氨氮浓度为2-50μM。
5.根据权利要求1所述的检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，其特征在于：如果第3)步取样后不能马上检测，则将样品加入ZnCl2溶液中并置于-80℃保存备用，以终止反应，使样品中亚硝氮浓度和亚硝氮中15N同位素丰度保持在取样出来当时水平;ZnCl2溶液质量浓度为50%，ZnCl2溶液按每1mL水样加20-30uL计。
说明书
一种检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法
技术领域
本发明涉及污水脱氮技术，具体涉及一种检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，属于污水处理技术与环境保护技术领域。
背景技术
生物脱氮过程涉及亚硝化、硝化、反硝化及厌氧氨氧化等多种生化反应，其中亚硝酸盐主要由亚硝化生成。氨氮首先在氨氧化菌(AOB)体内的氨单加氧酶(AMO)催化作用下转化为羟氨，羟氨经由羟氨氧化还原酶(HAO)催化后转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐能够被亚硝酸盐氧化细菌(NOB)进一步氧化为硝酸盐或直接参与反硝化过程，也能在厌氧氨氧化菌作用下与氨氮发生厌氧氨氧化作用，最终转化为氮气后释放到大气中。因此，亚硝化过程高效稳定的运行直接关系到生物脱氮系统的脱氮效能，通过分析系统中亚硝化速率、亚硝酸盐氧化速率、反硝化速率与厌氧氨氧化速率等动力学特征，有助于优化脱氮工艺、降低单位能耗、缩短反应时间，有效提高处理系统脱氮效能。
亚硝酸盐生成速率亦称为亚硝化速率，生物脱氮系统涉及多种氮转化途径并囊括多种处理工艺，传统方法难以实现所有工艺中亚硝化速率的测定。亚硝酸盐生成速率测定的传统方法是测定单位时间内亚硝酸盐浓度增量，但在一些特殊工艺中，亚硝酸盐作为一种脱氮中间产物，在脱氮过程中生成的同时又被消耗，因此，通过传统的底物浓度测量难以确定实际的亚硝酸盐产量。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，本方法测量准确，解决了现有方法中间产物生成与降解速率测定的难题，实现了复杂体系中单一过程的检测。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种检测污水脱氮过程中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的方法，具体步骤如下：
1)从待测污水生物脱氮系统内接种生物膜或活性污泥至测试容器中，然后加入与待测污水生物脱氮系统同种废水至测试容器中，生物膜或活性污泥湿重与废水质量体积比为200-300g﹕700-800mL;然后参照待测污水生物脱氮系统调控参数运行2h以上;待测污水生物脱氮系统调控参数包括曝气或搅拌方式、DO浓度、温度及pH值等。其中废水氨氮浓度优选2-50μM。
2)向步骤1)测试容器中加入15N标记NaNO2溶液，使得添加后15N标记NaNO2溶液最终浓度为1-2uM的，15N标记NaNO2溶液母液中15N原子丰度为20%-50%，搅拌混匀后运行测试容器并开始计时;本发明15N标记NaNO2溶液加入量的确定是按照其终浓度来确定的，研究表明在1-2uM时效果最好，高于这个范围系统氮转化受影响，低于这个范围容易产生测量误差，此外，15N标记NaNO2加入量太少容易导致同位素稀释过快产生二次测量误差。实际操作时，15N标记NaNO2母液浓度为1-2mM，所以基本就是按1000倍进行稀释，即15N标记NaNO2溶液按测试容器中每1L反应体系添加1mL计。
3)分两次取步骤2)测试容器中水样，两次取样时间都控制在加入NaNO2溶液后12h以内，取样后立即检测样品中亚硝氮浓度，同时检测亚硝氮中15N同位素丰度;取样间隔不超过3h;
4)根据式(1)计算亚硝酸盐产生速率，即亚硝化速率，根据式(2)计算亚硝酸盐降解速率：
F0=[(C1-C2)*ln(A1/A2)]/[(t2-t1)*ln(C1/C2)] (1)
F1=F0-(C2-C1)/(t2-t1) (2)
其中，F0、F1分别表示亚硝酸盐产生速率与降解速率，t1、t2分别代表前后两个取样时间点，C1、C2分别代表t1、t2时刻样品中亚硝酸盐浓度(uM)，A1、A2分别代表t1、t2时刻样品中亚硝酸盐15N同位素丰度。
如果第3)步取样后不能马上检测，则将样品加入ZnCl2溶液中并置于-80℃保存备用，以终止反应，使样品中亚硝氮浓度和亚硝氮中15N同位素丰度保持在取样出来当时水平;ZnCl2溶液质量浓度为50%，ZnCl2溶液按每1mL水样加20-30uL计。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明仅添加少量15N标记亚硝酸盐，无需额外施加条件，确保亚硝酸盐生成速率与降解速率在与待测试污水生物脱氮系统相同的状态下测定，因此检测准确可靠。借助同位素示踪技术，本发明突破了中间产物生成与降解速率测定的难题，实现了复杂体系中单一过程的检测，对污水处理工艺的改进有一定的指导意义。本发明适用于生物脱氮系统中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的测定，也可广泛应用于土壤、湖泊、河流、海洋等生态系统中亚硝化速率与亚硝酸盐降解速率的测定，应用前景非常广阔。