申请日2015.09.17
公开(公告)日2015.12.30
IPC分类号G01N30/02
摘要
本发明公开了一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，属于水处理技术领域。本发明的步骤为：(1)生物膜取样;(2)生物膜预处理;(3)测定生物膜三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的含量;(4)计算生物膜腺苷酸能荷，根据腺苷酸能荷数值判断生物膜老化状态，数值小于0.6即为老化状态。本发明直接采用腺苷酸能荷判断生物膜老化状态，操作简便、结果直观、重复性好，适用于不同来源的生物膜，能显著提高生物膜法污水处理运营监控的效率，保障生物膜法污水处理系统的正常运行。
摘要附图
权利要求书
1.一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其步骤为：
(1)从污废水处理系统中取出生物膜;
(2)生物膜预处理;
(3)测定生物膜的三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的含量;
(4)计算生物膜腺苷酸能荷，根据腺苷酸能荷数值判断生物膜老化状态，数值小于0.6 即为老化状态。
2.根据权利要求1所述的一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其特征在 于：所述步骤(1)中的污废水处理系统是指应用于处理市政污水、工业废水、微污染水源水 的生物膜法处理单元，污废水处理系统的类型包括好氧、兼氧和厌氧。
3.根据权利要求1所述的一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其特征在 于：所述步骤(1)中取出的生物膜在进行预处理前用液氮速冻，或置于-20℃冷冻采样箱， 或置于2℃冷藏采样箱，置于2℃冷藏采样箱中的时间不超过2小时。
4.根据权利要求1所述的一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其特征在 于：所述步骤(2)中生物膜预处理的步骤为：
a.用无菌水将生物膜制成200～1000mg/L的悬浮液;
b.取生物膜悬浮液，加入等体积预冷的高氯酸溶液，150～200rpm条件下振荡混匀;
c.将步骤b中制备的溶液离心，取上清液，用氢氧化钾溶液和碳酸钾溶液调节溶液pH 至6.0～6.5;
d.将步骤c中调节pH值后的溶液离心，取上清液，用高效液相色谱法测定。
5.根据权利要求4所述的一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其特征在 于：所述步骤b中的高氯酸溶液浓度为0.6mol/L，震荡时间为3min;所述步骤c和步骤d 中的离心条件为：0℃、12000r/min，步骤c中离心时间为10min，步骤d中离心时间为5min; 所述步骤c中氢氧化钾溶液浓度为6mol/L，碳酸钾溶液浓度为2mol/L;所述步骤d中的上 清液用于后续检测前用0.22μm滤膜过滤。
6.根据权利要求1所述的一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其特征在 于：所述步骤(3)中三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷标样的浓度梯度范围为0.1～10 mg/L;步骤(4)中生物膜腺苷酸能荷的公式为：腺苷酸能荷=(mATP+0.5×mADP)/ (mATP+mADP+mAMP)，其中，mATP、mADP、mAMP分别代表测定的三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、单 磷酸腺苷的浓度，单位均为mg/L。
说明书
一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法
技术领域
本发明属于生物膜污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种检测污废水处理系统中生 物膜老化状态的方法。
背景技术
生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水生物处理技术，具有水量水质 适应性强、对有机物的去除效果好并具良好硝化与反硝化功能、污泥量小、动力费用省等优 点，长期以来获得广泛研究和应用。生物膜是由粘附在载体(或填料)表面微生物形成的自 生胞外网状聚合基质内的多物种构成的结构化群落，通过在载体表面的附着生长、成熟和老 化膜脱落、新生膜生长等动态循环过程，实现对污染物的好氧、兼氧及厌氧代谢。生物膜的 活性是污水得以净化的客观基础，是生物膜法污水处理系统正常运行的基本保障。有效监测 载体表面生物膜活性状态、及时调控生物膜结构及功能，是当前生物膜污水处理领域重要而 紧迫的前沿性课题。
当前，污水处理系统中生物膜活性的检测方法主要包括三类：①间接表征，即以目标污 染物的去除率为依据，这是污水处理中最为常用的一种方法，此方法可靠性高，但其仅为结 果检验，非源头表征，存在较大滞后性;②表观特性检验，即通过显微镜等观察生物膜厚度， 以及用轮虫等指示生物表征生物膜性能，此方法对操作者的经验要求较高，误差较大;③常 规活性指标法，通过测定生物膜的挥发性固体含量、呼吸速率等常规指标判断其活性。如周 春生等(周春生，刘长松，生产性四级转盘生物膜活性的测定与分析，环境科学，1991，13 (1)：28-32)在研究转盘生物膜对废水污染指标(BOD5、CODcr、挥发酚)降解性能的同时， 测定了各级转盘生物膜的挥发性固体、活性微生物数目以及TTC-脱氢酶活性等活性参数，指 出TTC-脱氢酶活性可能将会成为测定转盘生物膜活性的有效参数。随后，又出现了关于生物 膜活性测定中TTC-脱氢酶活性测定法的改进的研究报道(李今，吴振斌，贺锋，生物膜活性 测定中TTC-脱氢酶活性测定法的改进，吉首大学学报(自然科学版)，2005，26(1)：37-39)。 中国专利申请号为201210077445.0，申请公布日为2012年8月15日的专利申请文件公开了 一种人工湿地填料生物膜活性的测定方法，根据人工湿地填料生物膜好氧微生物、厌氧微生 物、兼性微生物新陈代谢特征，采用同时监测这3大类微生物在呼吸代谢中的常用电子受体 浓度的变化来反映其生物膜活性的高低，即发明了测定单位时间内溶解氧(DO)含量、硝酸 根(NO3-)、硫酸根(SO42-)、三价铁离子[Fe(III)]浓度变化来综合反映生物膜的活性的方法， 提供了计算公式，具有可靠的理论依据，但是该发明的方法适用性差，不能广泛用于各种生 物膜的性能检测。挥发性固体含量法在不同来源的生物膜中误差较大，呼吸速率法受测定过 程底物种类和浓度等影响较大，目前污水处理生物膜活性检测尚缺乏一致性的判据。因此， 提供一种简便、直观的检测生物膜老化状态的方法非常重要。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的生物膜活性测定方法不能直观的对污废水处理系统中生物膜老化状态进行检 测的问题，本发明提供一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法。鉴于生物膜在代 谢污染物时总伴随能量变化这一核心本质，本发明创新性地直接采用检测腺苷酸能荷判断生 物膜老化状态，操作简便、结果直观、重复性好，在污废水处理系统生物膜调控及系统除污 增效中具有广泛应用前景。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法，其步骤为：
(1)从污废水处理系统中取出生物膜;
(2)生物膜预处理;
(3)测定生物膜三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的含量;
(4)计算生物膜腺苷酸能荷，根据腺苷酸能荷数值判断生物膜老化状态，数值小于0.6 即为老化状态。
优选地，所述步骤(1)中的污废水处理系统是指应用于处理市政污水、工业废水、微污 染水源水的生物膜法处理单元，污废水处理系统的类型包括好氧、兼氧和厌氧。
优选地，所述步骤(1)中取出的生物膜在进行预处理前用液氮速冻，或置于-20℃冷冻 采样箱，或置于2℃冷藏采样箱，置于2℃冷藏采样箱中的时间不超过2小时。
优选地，所述步骤(2)中生物膜预处理的步骤为：
a.用无菌水将生物膜制成200～1000mg/L的悬浮液;
b.取生物膜悬浮液，加入等体积预冷的高氯酸溶液冰浴提取1min，150～200rpm条件下 振荡混匀;
c.将步骤b中制备的溶液离心，取上清液，用氢氧化钾溶液和碳酸钾溶液调节溶液pH 至6.0～6.5;
d.将步骤c中调节pH值后的溶液离心，取上清液，用高效液相色谱法测定。
优选地，所述步骤b中的高氯酸溶液浓度为0.6mol/L，震荡时间为3min;所述步骤c 和步骤d中的离心条件为：0℃、12000r/min，步骤c中离心时间为10min，步骤d中离心时 间为5min。
优选地，所述步骤c中氢氧化钾溶液浓度为6mol/L，碳酸钾溶液浓度为2mol/L;所述 步骤d中的上清液用于后续检测前用0.22μm滤膜过滤。
优选地，所述步骤(3)中测定生物膜三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的含量的步 骤为：
①采用高效液相色谱法分别建立三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的峰面积与浓度 之间的标准曲线，拟合线性方程;
②采用步骤①中相同的方法测定步骤d中制备的上清液中的三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和 单磷酸腺苷的峰面积，以步骤①中的线性方程计算三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的 浓度。
优选地，所述步骤①中建立标准曲线时，三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和单磷酸腺苷的标样 浓度梯度范围均为0.1～10mg/L。
优选地，所述步骤(4)中计算生物膜腺苷酸能荷的公式为：腺苷酸能荷=(mATP+0.5×mADP) /(mATP+mADP+mAMP)，其中，mATP代表步骤②中计算得到的三磷酸腺苷的浓度，mADP代表步 骤②中计算得到的二磷酸腺苷的浓度，mAMP代表步骤②中计算得到的单磷酸腺苷的浓度，单 位均为mg/L。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的检测污废水处理系统中生物膜老化状态的方法填补了当前对污废水处 理系统中生物膜老化状态进行检测的空白;
(2)本发明基于细胞能量代谢基本原理，同时检测三种磷酸腺苷，将腺苷酸能荷的应用 从单细胞或单组分细胞集群拓展到复杂多组分、异质性微生物集群的生物膜，进一步量化表 征了生物膜的老化状态，克服了间接表征的滞后性、表观特性检测的较大误差以及常规活性 指标检测的不一致性，操作简便、结果直观、重复性好;
(3)采用本发明方法，无需对污废水处理系统中水质、污染物去除率等进行复杂检测分 析，适用于不同来源的生物膜，实用性强，能显著提高生物膜法污水处理运营监控的效率， 保障生物膜法污水处理系统的正常运行